Bộ truyền phát mức màng phẳng: Đo mức bùn loãng và bùn không tắc

Bộ truyền phát mức màng phẳng: Đo mức bùn và cặn không bị tắc nghẽn

Bộ truyền phát mức màng phẳng là một bộ truyền phát áp suất thủy tĩnh có phần tử cảm biến là một màng phẳng bằng kim loại hoặc polymer được lắp ngang bằng với kết nối quy trình, do đó không có cổng áp suất, vòi phun hoặc đường ống dẫn xung có thể bị tắc. Nó đo cột áp thủy tĩnh của cột chất lỏng phía trên nó trong dải đo từ 0-1 mH₂O đến 0-100 mH₂O, với độ chính xác điển hình là 0,25-0,5% toàn thang đo (FS), và xuất ra tín hiệu 4-20 mA. Vì màng 316L hoặc lót PTFE nằm ngang bằng với thành bể hoặc mặt bích, không gian chết được loại bỏ và bùn, bùn thải, bột giấy hoặc môi trường kết tinh không thể bắc cầu hoặc đóng cứng phía sau phần tử, điều này làm cho bộ truyền phát mức màng phẳng trở thành giải pháp đo mức không bị tắc tiêu chuẩn cho nước thải, bùn và môi trường nhớt.

Vấn đề tắc nghẽn: Tại sao bộ truyền phát áp suất thông thường thất bại với bùn và cặn

Bộ truyền phát áp suất tiêu chuẩn đo mức thông qua một cổng áp suất hoặc một đoạn đường ống dẫn xung kết nối quy trình với phần tử cảm biến. Với nước sạch hoặc hóa chất nhẹ, điều đó hoạt động tốt, nhưng với môi trường bẩn, nhớt hoặc chứa chất rắn, nó thất bại theo những cách có thể dự đoán.

Vùng chết phía sau màng. Bộ truyền phát thông thường có một khoang, ống mao dẫn hoặc vòi phun giữa quy trình và tế bào silicon. Trong bể chứa bùn hoặc hố bơm bùn, chất rắn lắng xuống trong khoang đó, cứng lại theo thời gian và tạo thành một nút chặn truyền áp suất kém hoặc không truyền được. Kết quả là điểm không trôi và chỉ số mức không còn theo dõi được nội dung thực tế của bể.

Đường ống dẫn xung bị tắc. Khi bộ truyền phát được lắp đặt từ xa và kết nối bằng một đoạn ống hoặc đường ống, đường ống dẫn xung chứa đầy môi trường quy trình. Vật liệu xơ trong bột giấy và giấy, vải vụn trong nước thải và muối kết tủa trong dịch vụ hóa chất đều tích tụ trong đường ống. Khi đường ống bị tắc, bộ truyền phát đọc một áp suất bị giữ lại thay vì mức chất lỏng trực tiếp, và việc thông đường ống là một công việc thủ công, tốn nhiều công sức và đưa thiết bị ra khỏi hoạt động.

Chất rắn bắc cầu và hình thành lớp vỏ. Môi trường kết tinh hoặc tạo thành lớp vỏ, chẳng hạn như nước muối ăn da, bùn vôi, thạch cao hoặc dung dịch định lượng polymer, có thể bắc cầu qua lỗ mở của cổng áp suất. Một lớp vỏ chỉ dày vài milimét là đủ để cách ly tế bào khỏi quy trình, tạo ra chỉ số đông cứng. Sự cố tương tự xuất hiện trong các ứng dụng thực phẩm nơi bột nhão và xi-rô caramel hóa hoặc đông cứng quanh một cổng.

Điểm chung là hình học: mọi cổng lõm, vòi phun hoặc ống đều tạo ra một nơi mà chất rắn có thể tích tụ. Bộ truyền phát mức màng phẳng loại bỏ hoàn toàn hình học đó.

Nguyên lý màng phẳng: Áp suất qua một phần tử phẳng, lắp ngang bằng

Trong thiết bị đo có màng phẳng, phần tử cảm biến được hàn hoặc kẹp sao cho mặt trước của nó nằm chính xác đồng phẳng với mặt của mặt bích, kết nối quy trình ren hoặc kẹp. Môi trường quy trình ép trực tiếp lên toàn bộ bề mặt của màng, và màng, thường dày 0,05-0,20 mm bằng 316L hoặc 316L có lớp phủ PTFE/PVDF, uốn cong dưới áp suất thủy tĩnh tác dụng. Chất lỏng làm đầy bị giữ giữa màng và tế bào cảm biến truyền độ lệch đó đến cảm biến áp suất silicon phía sau.

Vì màng phẳng, không có không gian chết, không có đường ống xung và không có cổng để tắc nghẽn. Bùn, bùn thải, bột giấy và chất nhão nhớt trôi qua phần tử mà không tích tụ, đó là lý do tại sao thiết kế này còn được mô tả là bộ truyền áp suất lắp phẳng hoặc bộ truyền không có không gian chết. Dải áp suất được thiết lập bởi diện tích và độ cứng của màng: màng lớn hơn (lên đến DN80/DN100 hoặc mặt bích 3-4 inch) cung cấp dải đo thấp xuống đến 0-1 mH₂O với độ phân giải tốt, trong khi các kết nối nhỏ hơn xử lý áp suất tĩnh cao. WELK's bộ truyền mức thủy tĩnh màng phẳng bao phủ toàn bộ dải kích thước màng, vật liệu tiếp xúc và các tùy chọn đầu ra được sử dụng trong dịch vụ bùn thải và nước thải.

Vật liệu tiếp xúc và khả năng tương thích với môi trường

Việc chọn vật liệu tiếp xúc là quyết định quan trọng nhất đối với bộ truyền màng phẳng, vì nó phải chống lại cả tính chất hóa học và mài mòn của môi trường quy trình.

Thép không gỉ 316L là vật liệu màng mặc định và phù hợp với hầu hết bùn thải nước thải, bể lắng sơ cấp và thứ cấp, bột giấy ở độ đặc vừa phải, và bùn trung tính hoặc ăn mòn nhẹ. Đối với nhiệt độ quy trình lên đến khoảng 130-150 °C liên tục, 316L thường là đủ.

Hastelloy C-276 màng được chỉ định cho bùn có tính axit mạnh hoặc chứa clorua, chẳng hạn như axit clohydric, dịch vụ clo ướt và định lượng sắt clorua trong xử lý nước thải. Màng Hastelloy tránh được sự ăn mòn rỗ và ăn mòn kẽ hở làm giảm tuổi thọ của 316L trong các dòng này.

Màng phủ PTFE hoặc PVDF thêm một lớp polymer bảo vệ trên kim loại cho các môi trường ăn mòn cao như axit đậm đặc, kiềm và dung môi mạnh, đồng thời giữ nguyên hình dạng phẳng. Mặt PTFE cũng được sử dụng ở những nơi môi trường có xu hướng bám dính vào kim loại. WELK's bộ truyền phát mức thủy tĩnh chống ăn mòn được chế tạo với các bộ phận tiếp xúc chất lỏng chống ăn mòn cho bùn hóa chất và các ứng dụng định lượng hóa chất mạnh.

Tùy chọn vệ sinh cho ứng dụng thực phẩm, đồ uống và dược phẩm sử dụng thép 316L với độ nhám bề mặt Ra ≤ 0,4 μm, kết nối kẹp tuân thủ 3A và mối hàn không khe hở. Các tùy chọn này được trình bày trong phần vệ sinh bên dưới.

Đối với môi trường mài mòn, cần lưu ý rằng màng mỏng tiếp xúc với tác động liên tục của chất rắn có thể bị ăn mòn sau nhiều năm sử dụng. Nơi mài mòn nghiêm trọng, màng dày hơn, nắp PTFE hoặc phiên bản mở rộng đưa phần tử vào túi bảo vệ có thể là cần thiết, và các kỹ sư WELK sẽ khuyến nghị sự kết hợp phù hợp dựa trên đường kính màng, độ cứng của môi trường và vận tốc dòng chảy.

Thông số kỹ thuật chính của bộ truyền phát mức màng phẳng

Khi so sánh các bộ truyền phát màng phẳng, các thông số quan trọng cho quyết định quy trình là:

• Dải đo: Thông thường từ 0-1 mH₂O (0-10 kPa) đến 0-100 mH₂O (0-1 MPa), với các dải trung gian như 0-2, 0-5, 0-10, 0-20 và 0-35 mH₂O thường có sẵn. Tỷ lệ turndown rộng lên đến 10:1 cho phép một thiết bị đo phủ nhiều bồn chứa.
• Độ chính xác: 0,25-0,5% toàn thang đo cho phiên bản công nghiệp; 0,5% FS là điển hình ở nhiệt độ quy trình trung bình. Phiên bản vệ sinh và cấp kiểm định có thể đạt 0,1-0,2% FS.
• Tín hiệu ra và nguồn điện: Chuẩn 4-20 mA hai dây HART, với tùy chọn RS-485/Modbus và 0-5 V hoặc 0-10 V. Vòng lặp 4-20 mA vẫn là giao diện chiếm ưu thế trong các hệ thống DCS và PLC hiện có của nhà máy.
• Nhiệt độ quá trình: Giới hạn nhiệt độ màng ngăn từ -20 °C đến +130 °C liên tục cho các phiên bản 316L tiêu chuẩn, với các biến thể nhiệt độ cao định mức đến +200 °C và tùy chọn nhiệt độ thấp cho ứng dụng đông lạnh. Vỏ điện tử thường được định mức -20 °C đến +70 °C và được tách biệt khỏi nhiệt độ quá trình bằng màng ngăn và chất lỏng làm đầy.
• Bảo vệ môi trường: Vỏ công nghiệp có cấp bảo vệ IP65-IP68. Các bộ truyền mức thủy tĩnh chìm hoàn toàn định mức IP68 cho phép ngâm vĩnh viễn trong bể, giếng và hố thu, trong khi các phiên bản mặt bích lắp phẳng với vỏ IP66/IP67 bao phủ các lắp đặt trên bể.
• Khả năng chịu chân không: Vì màng ngăn được ghép trực tiếp với chất lỏng làm đầy và cảm biến, nó phải chịu được điều kiện chân không mà không bị rách màng hoặc mất chất lỏng làm đầy. Thiết kế chịu chân không rất quan trọng cho các bể được bơm hút hoặc làm rỗng dưới cảm biến, và cho các bình chứa chu kỳ giữa áp suất và chân không. Chỉ định rõ khả năng chân không nếu bể có thể được hút xuống.

Định mức áp suất tĩnh thường từ 1,6 bar đến 40 bar hoặc hơn tùy thuộc vào định mức mặt bích (PN16, PN40, ANSI 150/300), vì vậy hãy xác nhận áp suất vận hành của bể, không chỉ mức chất lỏng, khi chọn kích thước thiết bị.

Màng phẳng so với Màng mở rộng so với Thông thường: Hướng dẫn lựa chọn

Cả ba họ đều là cảm biến mức thủy tĩnh, nhưng chúng không thể thay thế cho nhau trong dịch vụ bẩn.

Chọn màng phẳng khi môi trường bị tắc, lắng đọng hoặc kết tinh. Chọn màng mở rộng khi nhiệt độ quá trình vượt quá giới hạn chất lỏng nạp của thiết bị màng phẳng (trên khoảng 150 °C) hoặc khi áp suất tĩnh rất cao, chấp nhận một túi chết nhỏ. Chọn bộ truyền phát thông thường chỉ khi môi trường sạch và bạn cần dải đo tối đa hoặc chi phí thấp nhất. Để so sánh đầy đủ hơn giữa radar, siêu âm, thủy tĩnh và các công nghệ khác cho dịch vụ bùn và nước thải, hướng dẫn lựa chọn cảm biến đo mức nước và nước thải của WELK trình bày chi tiết các đánh đổi theo ứng dụng.

Phân Tích Chuyên Sâu Ứng Dụng

Bể Bùn Nước Thải và Trạm Bơm Nâng

Trong nhà máy xử lý nước thải đô thị hoặc công nghiệp, bộ truyền phát màng phẳng được lắp ở đáy bể chứa bùn, bể cô đặc, bể phân hủy và giếng ướt trạm bơm nâng. Trong bùn sơ cấp có 2-6% chất rắn, bộ truyền phát cổng thông thường bị tắc trong vài tuần; màng phẳng với bề mặt 316L tiếp tục đọc chính xác trong nhiều năm. Trạm bơm nâng, nơi môi trường là nước thải thô có giẻ rách và cát sỏi, là một trường hợp kinh điển khác: phần tử màng phẳng tránh được sự tích tụ giẻ rách làm tắc đường ống sục khí và cổng. máy phát mức thủy tĩnh nước thải được cấu hình riêng cho các nhiệm vụ này, và trang ứng dụng đo mức nước và nước thải liệt kê đầy đủ bộ thiết bị cho lĩnh vực này.

Bồn chứa bột giấy và giấy

Bột giấy ở độ đặc 3-6% là dạng sợi và mài mòn, và nó phủ lên bất kỳ cảm biến nào nhô ra. Màng phẳng lắp trên thành bồn đọc áp suất thủy tĩnh của bột một cách đáng tin cậy, và bề mặt nhẵn ngăn ngừa sự tích tụ sợi giữa các mẻ. Vì bột có thể chứa không khí cuốn vào, thiết kế màng phẳng tiếp xúc trực tiếp với cột chất lỏng cho kết quả ổn định hơn so với các kỹ thuật dùng khí.

Bùn hóa chất

Trong các nhà máy hóa chất, xử lý bùn bao gồm từ bùn vôi, huyền phù titan dioxit đến bùn thạch cao và bùn xúc tác. Bùn vôi và thạch cao kết tinh và đóng cặn trên các lỗ; màng phẳng với bề mặt Hastelloy hoặc PTFE ngăn ngừa sự hình thành cặn tại điểm đo. Đối với các trạm bồn chứa nhiều chất lỏng ăn mòn, hướng dẫn đo mức bồn chứa hóa chất và trang ứng dụng bồn chứa hóa chất là tài liệu hữu ích bổ sung cho dòng sản phẩm màng phẳng.

Thực phẩm dạng bột nhão, Sơn và Keo dán

Các sản phẩm dạng bột nhão và nhớt như tương cà, mù tạt, sô cô la, sơn, keo dán và nhựa thông đều bám ướt và dính vào kim loại. Màng ngăn phẳng với bề mặt nhẵn, diện tích lớn giúp các sản phẩm này không có chỗ bám để chặn tín hiệu. Trong ứng dụng thực phẩm, các phiên bản vệ sinh phẳng được mô tả dưới đây cũng đáp ứng các yêu cầu vệ sinh của nhà máy.

Hố bơm bùn và Quặng đuôi

Hố bơm trong khai thác mỏ thu gom bùn mài mòn đặc, thường chứa 20-40% chất rắn theo trọng lượng. Bộ truyền phát áp suất màng phẳng lắp trên thành hố bơm chịu được va đập của chất rắn tốt hơn nhiều so với đầu dò hoặc ống sục khí, và tín hiệu 4-20 mA truyền trực tiếp vào logic điều khiển bơm quản lý mức hố bơm. Đối với hố bơm và ao rất sâu, phiên bản chìm IP68 màng phẳng là lựa chọn thay thế cho thiết bị lắp trên thành.

Bộ truyền phát màng phẳng vệ sinh cho nhà máy thực phẩm và dược phẩm

Đo mức trong thực phẩm và dược phẩm thêm các yêu cầu vệ sinh và thiết kế hợp vệ sinh bên cạnh vấn đề tắc nghẽn. Bản thân sản phẩm — sữa chua, xi-rô, kem, dịch lên men, dung dịch CIP hồi lưu — đều nhớt và các bề mặt tiếp xúc sản phẩm không được giữ lại cặn bẩn tạo nơi trú ngụ cho vi khuẩn.

Một bộ truyền phát mức màng phẳng vệ sinh được chế tạo với màng ngăn 316L đánh bóng đến Ra ≤ 0,4 μm, hàn hoặc kẹp với mối nối không khe hở, và kết thúc bằng kết nối kẹp vệ sinh 3A (tri-clamp) từ DN25 đến DN51, hoặc khớp nối Varivent hoặc DIN11851. Vì màng ngăn phẳng, không có ren, túi hoặc ngõ cụt nơi sản phẩm có thể tích tụ và lên men.

Khả năng tương thích CIP (vệ sinh tại chỗ) và SIP (tiệt trùng bằng hơi nước tại chỗ) phụ thuộc vào khả năng chịu nhiệt độ và hóa chất của thiết bị. Bộ truyền phát vệ sinh màng phẳng phải chịu được các chu kỳ CIP kiềm và axit 85-95 °C, và đối với SIP, các đợt tăng ngắn lên đến hơi nước bão hòa 130-140 °C mà không làm hỏng màng ngăn hoặc chất lỏng truyền áp suất. Hướng dẫn EHEDG và 3A đều ưu tiên các phần tử cảm biến phẳng, không khe hở vì chính lý do đã thảo luận ở đây: không có không gian chết nghĩa là không có cặn bẩn, nghĩa là không có nơi trú ngụ cho vi sinh vật. Khi cần hàng rào vô trùng giữa quy trình và chất lỏng truyền áp suất, bộ truyền phát vệ sinh màng phẳng với màng kim loại hàn cung cấp tính toàn vẹn cần thiết.

Mẹo lắp đặt và hiệu chuẩn

Việc lắp đặt bộ truyền phát màng phẳng đúng cách là yếu tố quyết định giữa nhiều năm hoạt động đáng tin cậy và vấn đề bảo trì kinh niên.

Mặt bích hàn hoặc yên đỡ ống. Cách lắp đặt phổ biến nhất là mặt bích hàn, ống nối, hoặc yên đỡ ống được hàn vào thành bồn, với bộ truyền tín hiệu được bắt vít vào đó. Hàn phần lắp đặt trước, sau đó lắp bộ truyền tín hiệu — không bao giờ hàn khi thiết bị đang được lắp đặt, vì dòng điện hàn có thể phóng qua màng ngăn và chất lỏng làm đầy, và nhiệt có thể làm hỏng thiết bị điện tử. Nếu phải hàn gần thiết bị đã lắp đặt, hãy tháo nó ra hoặc bảo vệ màng ngăn bằng tấm che hàn.

Hướng lắp đặt. Lắp bộ truyền tín hiệu sao cho mặt màng ngăn thẳng đứng hoặc hơi nghiêng xuống dưới trong các lắp đặt trên thành bên. Điều này giữ cho lớp cặn rắn không đọng trên mặt màng ngăn. Đối với lắp đặt dưới đáy, sử dụng cấu hình phẳng cho phép chất rắn thoát ra khỏi mặt màng.

Hiệu chỉnh điểm không. Sau khi lắp đặt, đổ đầy bồn đến mức tham chiếu đã biết hoặc làm trống, sau đó thực hiện hiệu chỉnh điểm không. Vì màng ngăn phẳng đọc toàn bộ áp suất thủy tĩnh bao gồm cả chất lỏng làm đầy chân và ứng suất lắp đặt, hiệu chỉnh điểm không tại hiện trường trong điều kiện quy trình thực tế sẽ hiệu chỉnh cho cả hai. Hiệu chỉnh lại sau bất kỳ thay đổi nhiệt độ quy trình nào ảnh hưởng đến chất lỏng làm đầy, và xác minh bằng bơm tay nếu thiết bị hỗ trợ.

Bảo vệ màng ngăn trong quá trình xây dựng. Trước khi thử nghiệm thủy tĩnh hoặc vận hành thử, hãy bịt kín màng ngăn bằng tấm che bảo vệ. Màng ngăn mỏng theo thiết kế, và một vết bắn tóe hàn hoặc một xung áp suất trong quá trình thử nghiệm đường ống có thể làm biến dạng vĩnh viễn chúng.

Đấu dây và bảo vệ chống sét. Sử dụng cáp xoắn đôi có vỏ bọc cho vòng lặp 4-20 mA, nối đất vỏ bọc ở một đầu, và lắp đặt thiết bị chống sét ở nơi cáp chạy ngoài trời hoặc gần bộ biến tần.

So sánh: Bộ truyền tín hiệu màng phẳng vs. Đầu dò chìm vs. Bubbler vs. Radar cho Bùn và Nước thải

Màng phẳng và đầu dò chìm đều đo áp suất thủy tĩnh, nhưng trên bùn và bùn thải, lắp đặt phẳng thắng về khả năng chống tắc vì bề mặt cảm biến sạch. Radar là lựa chọn không tiếp xúc mạnh nhất khi bể có bọt, hơi hoặc nhiễu từ máy khuấy làm hỏng cảm biến tiếp xúc, mặc dù radar gặp khó khăn với lớp bọt ổn định và cần lựa chọn ăng-ten cẩn thận. Trước khi chốt công nghệ, gửi dữ liệu quy trình đến WELK để xem xét là cách nhanh nhất để có quyết định hợp lý.

Câu hỏi thường gặp

Sự khác biệt giữa bộ truyền phát màng phẳng và bộ truyền phát áp suất thông thường là gì? Bộ truyền phát màng phẳng có phần tử cảm biến được lắp chính xác phẳng với mặt kết nối quy trình, loại bỏ cổng áp suất, vòi phun và đường ống xung của bộ truyền phát thông thường. Điều này loại bỏ khoảng chết nơi bùn, bùn thải và môi trường nhớt có thể lắng và tắc, với chi phí là dải đo tối đa thấp hơn một chút và kết nối quy trình lớn hơn.

Bộ truyền phát mức màng phẳng có thể đo bùn và bùn thải một cách đáng tin cậy không? Có. Màng phẳng không có gì để chất rắn bắc cầu hoặc đóng cục, vì vậy bùn, bùn thải, bột giấy và môi trường kết tinh đi qua mà không chặn tín hiệu áp suất. Đây là lựa chọn thủy tĩnh tiêu chuẩn cho đo mức bùn thải và bùn công nghiệp.

Tôi có thể mong đợi độ chính xác nào từ bộ truyền phát mức màng phẳng? Các phiên bản công nghiệp thường đạt độ chính xác 0,25-0,5% toàn thang đo, với 0,5% FS phổ biến trên dải nhiệt độ rộng. Các phiên bản vệ sinh và giao nhận có độ chính xác cao có thể đạt 0,1-0,2% FS. Độ chính xác phụ thuộc vào khoảng đo, độ ổn định nhiệt độ và lắp đặt đúng cách.

Bộ truyền phát màng phẳng có phù hợp cho việc vệ sinh CIP/SIP trong nhà máy thực phẩm không? Bộ truyền phát màng phẳng vệ sinh với màng 316L được đánh bóng đến Ra ≤ 0,4 μm và kết nối kẹp 3A được thiết kế cho chu kỳ vệ sinh tại chỗ và hấp tiệt trùng tại chỗ lên đến khoảng 95 °C cho CIP và các đợt hơi ngắn 130-140 °C, không có khe hở để giữ lại cặn.

Tại sao bộ truyền phát mức thông thường của tôi cứ bị tắc do bùn vôi, và tôi nên dùng gì thay thế? Bùn vôi và thạch cao kết tinh và đóng cặn trên các cổng áp suất và đường ống dẫn áp. Thay thế bằng bộ truyền phát màng phẳng với màng Hastelloy hoặc bọc PTFE loại bỏ khoang nơi cặn hình thành, cung cấp phép đo mức liên tục không bị tắc.

Nhận Khuyến Nghị Miễn Phí về Bộ Truyền Phát Màng Phẳng

Mỗi loại bùn, bùn thải và bột nhão là khác nhau, và bộ truyền phát màng phẳng chỉ đáng tin cậy khi vật liệu màng, kích thước kết nối, dải đo và định mức chân không phù hợp với quy trình của bạn. Gửi dữ liệu môi trường của bạn cho các kỹ sư của WELK — mật độ bùn, hàm lượng chất rắn theo trọng lượng, nhiệt độ, áp suất, kích thước bồn chứa, và liệu bồn có được bơm xuống không — và nhận khuyến nghị miễn phí về bộ truyền phát màng phẳng được định cỡ cho ứng dụng của bạn. Email sales@level-meters.com hoặc sử dụng biểu mẫu yêu cầu trên trang web, và bao gồm chi tiết danh sách kiểm tra RFQ của bạn để không bỏ sót điều gì. Tất cả các thiết bị được chế tạo và kiểm tra áp suất theo quy trình kiểm soát chất lượng các quy trình trước khi giao hàng, và các nguyên mẫu cùng đánh giá mẫu có thể được sắp xếp để kiểm tra đủ điều kiện.