Introduzione

I sistemi di monitoraggio della temperatura LNG sono molto affidabili e i sistemi di monitoraggio della temperatura LNG sono molto più bassi, ma i sistemi di monitoraggio della temperatura sono molto più efficaci.

Le richieste uniche di monitoraggio di storage LNG

I serbatoi di stoccaggio LNG non sono normali vasi di pressione. Sono generalmente grandi, a doppia parete, serbatoi cilindrici con un contenitore interno in acciaio 9% nichel o acciaio inossidabile e una shell esterna di acciaio al carbonio. Lo spazio di annullamento è riempito con materiale di isolamento come perlite o coperte di vetro, spesso tenuto sotto una leggera coperta di azoto per evitare l'ingresso di umidità.

Perché i sensori radar sono superiori per la misurazione del livello LNG

I sensori a livello radar utilizzano le onde elettromagnetiche nel range di frequenza del microonde (di solito 6–26 GHz o superiore) per rilevare la distanza dalla superficie del GNL. A differenza dei sensori a ultrasuoni, il radar non è influenzato dalla densità del vapore, dalle variazioni di pressione, dai gradienti di temperatura, o dalla presenza di schiuma e condensa sull'antenna.

Misurazione non collegata Elimina la corrosione e la contaminazione

I sensori di contatto come i misuratori di galleggiamento o le sonde di capacità sono esposti direttamente al GNL. Nel tempo, i residui di umidità e idrocarburi possono accumularsi sull'elemento di rilevamento, causando la deriva e le letture false. Nel servizio criogenico, la formazione di ghiaccio sulla sonda può portare a jamming meccanico. I sensori radar, montati sulla canotta con un'antenna dall'aspetto inferiore, non toccano mai il liquido.

Precisione nelle condizioni estreme

Radar opera con un elevato rapporto segnale-rumore e algoritmi di elaborazione eco avanzata che possono distinguere la vera riflessione superficiale di LNG da eco parassita causati da strutture di serbatoio, agitatori o condensazione. L'accuratezza raggiunge tipicamente ±2 mm o meglio per radar ad onda guida (GWR) e ±3–5 mm per radar non a contatto, che è sufficiente sia per il controllo dell'inventario che per la protezione da sovraccarico.

Sicurezza e conformità

I sensori radar sono intrinsecamente sicuri perché operano con microonde a bassa potenza che non accendono atmosfere infiammabili. Possono essere certificati a SIL 2 o SIL 3 per funzioni di sicurezza-instrumentate per IEC 61508. Molti trasmettitori radar includono anche autodiagnostici che rilevano la custodia fouling dell'antenna o il trasferimento di segnale 10482

Come i sensori di livello radar funzionano negli ambienti criogenici

La misurazione del livello radar per il LNG impiega una delle due tecnologie principali: il radar non-contatto (libero spazio) o il radar d'onda guidato. Nei sistemi non-contatti, un corno o un'antenna parabolica emette un raggio a microonde focalizzato verso la superficie liquida.

Frequenza e lavorazione dei segnali

I radar ad alta frequenza (6-10 GHz) penetrano meglio il vapore e la schiuma ma hanno un angolo di raggio più ampio, che può raccogliere echi falsi da pareti del serbatoio. I radar ad alta frequenza (24–26 GHz o addirittura 80 GHz) forniscono un raggio più stretto e una migliore risoluzione, ma sono più sensibili alla condensa sull'antenna. Molti produttori ora offrono 80 GHz frequenza turbo-modulato onda continua (FMCW) radar ad alta frequenza per LNG

Progettazione Antenna per serbatoi LNG

L'antenna è la componente più critica in un sensore radar criogenico. Deve resistere a temperature estremamente basse senza rompere o perdere le sue proprietà elettromagnetiche. Per LNG, le antenne sono tipicamente in acciaio inox con una lente PTFE o PEEK, o usano una finestra di zaffiro ermetico per isolare l'elettronica dall'atmosfera del serbatoio. Alcuni disegni incorporano una flangia di antenna riscaldata per prevenire la formazione del ghiaccio.

Compensazione temperatura e pressione

La costante dielettrica di LNG cambia leggermente con temperatura e composizione. Sebbene questo effetto sia piccolo, può spostare la misura da pochi millimetri se non corretto. I moderni trasmettitori radar includono un sensore di temperatura nel serbatoio headspace e applicare un algoritmo di compensazione basato su dati di proprietà LNG memorizzati. La compensazione di pressione è anche necessaria perché la velocità della luce nella fase di vapore diminuisce con l'aumento della pressione.

Considerazioni di attuazione e migliori pratiche

I sensori radar di distribuzione nei serbatoi LNG richiedono una pianificazione attenta per garantire prestazioni affidabili e una lunga durata. Le seguenti linee guida sono tratte dalle migliori pratiche del settore e raccomandazioni tecniche dai principali fornitori di sensori radar.

Montaggio e installazione

Il sensore radar è tipicamente montato su un ugello in cima al serbatoio, puntando verticalmente verso il basso. L'ugello dovrebbe essere il più breve possibile per ridurre la zona morta (la distanza in cui l'antenna non può misurare a causa di effetti vicino al campo).

Integrazione con i sistemi di controllo

I trasmettitori a livello radar tipicamente emettono un segnale HART da 4 a 20 mA, o comunicano in digitale tramite Foundation Fieldbus, Profibus PA o Modbus RTU. Per le applicazioni di trasferimento della custodia, il radar deve essere collegato ad un sistema di aggancio del serbatoio (TGS) che calcola volume, massa e densità radar in conformità con gli standard API MPMS o ISO 10482.

Calibrazione e manutenzione

I sensori radar richiedono la taratura solo all'installazione iniziale e dopo qualsiasi modifica del serbatoio. La calibrazione comporta l'impostazione della distanza vuota (distanza dal punto di riferimento del sensore al fondo del serbatoio) e la distanza completa (distanza dal livello di troppopieno). Molti trasmettitori permettono la verifica in loco con una piastra di destinazione o un riflettore radar portatile.

Comparazione dei sensori radar per le tecnologie di misurazione del livello LNG tradizionali

Guanti a galleggiamento e a nastro

Per decenni sono stati utilizzati dei carrelli meccanici, mentre un galleggiante poggia sulla superficie del LNG e un nastro o un filo si collega a un display o ad un encoder. Questi sistemi soffrono di usura meccanica, accumulo di ghiaccio sul nastro, e difficoltà di lettura durante i rapidi cambiamenti di livello. L'accuratezza è generalmente di ±5-10 mm, che è accettabile per l'inventario ma non per il trasferimento di custodia.

Trasmettitori di pressione differenziali

Il calcolo richiede una conoscenza accurata della densità liquida e della densità di vapore. In LNG, la densità varia in modo significativo con la composizione (metano, etano, contenuto di azoto) e la temperatura. Un piccolo errore di densità può causare un errore di livello elevato. Inoltre, i trasmettitori DP richiedono linee di impulso o guarnizioni diaframma che possono congelare o clog.

Sensori di servizio e di capacità

I manometro utilizzano uno spostamento motore che segue la superficie liquida, rilevando i cambiamenti di galleggiamento, sono precisi ma hanno parti in movimento che possono fallire in condizioni criogeniche, e possono essere lente a rispondere durante i rapidi cambiamenti di livello. Le sonde di condensazione misurano il cambiamento nella costante dielettrica quando il livello di LNG aumenta. Sono altamente sensibili al rivestimento o alla condensazione sulla sonda, che possono causare un significativo trasferimento di deriva.

Il futuro del monitoraggio di storage LNG

La tecnologia radar continua ad evolversi, gli ultimi sviluppi sono guidati dalla necessità di una maggiore accuratezza, un minore costo totale di proprietà e l'integrazione con le iniziative di digitalizzazione.

Radars wireless e IoT-Enabled

Gli adattatori WireHART o i trasmettitori radar completamente wireless (utilizzando ISA100.11a o WirelessHART) sono disponibili, eliminando la necessità di costosissime piste di cavi per la parte superiore del serbatoio, in particolare nelle installazioni remote o retrofit. I radar alimentati a batteria possono operare per anni con misurazioni periodiche di livello, sebbene la misurazione continua richieda ancora l'alimentazione della linea.

Manutenzione avanzata di analisi e di predittiva

I sensori radar con diagnostica integrata possono ora generare dati sulle caratteristiche della curva eco, sulla resistenza del segnale e sui livelli di rumore. Gli algoritmi di apprendimento automatico analizzano queste tendenze per prevedere la falla dell'antenna, il degrado elettronico o le modifiche nell'ambiente del serbatoio prima di causare errori di misura.

Conclusioni

I sensori RadarLT hanno trasformato la misurazione del livello LNG da un'antenna ad alta intensità di manutenzione, spesso inaccurata in un'operazione affidabile e a basso contenuto che supporta sia la sicurezza che la redditività. Il loro principio non contatto, l'immunità agli estremi criogenici, e l'alta precisione li renderanno la tecnologia di scelta per i nuovi sistemi di archiviazione LNG e per gli aggiornamenti dei serbatoi esistenti.