الرادار غير التلامسي أم الرادار الموجَّه لقياس مستوى الخزانات؟ الاختيار وفق الرغوة والبخار وهندسة الخزان

الإجابة المختصرة: لا يُحسم الاختيار بين الرادار غير التلامسي والرادار الموجَّه (guided wave radar, GWR) باسم التقنية، بل بظروف نقطة القياس نفسها. فحيث يكون التلامس مع المنتج غير مرغوب، أو يجعل الالتصاق أو التآكل المسبارَ مصدرًا للمشكلات، أو يُحمِّل الخلاطُ أو ارتفاعُ الخزان المسبارَ ميكانيكيًا، يكون الرادار غير التلامسي عادةً أول خيار يُدرس. أما حين يلزم قياس السطح الفاصل بين سائلين، أو تعطي المنتجات منخفضة ثابت العزل صدى ضعيفًا، أو يكون التركيب داخل حجرة جانبية ضيقة أو أنبوب تهدئة، أو في أوعية صغيرة مزدحمة بالتجهيزات الداخلية، فإن GWR يتقدم. ويؤثر طور البخار المشبع عالي الضغط في انتشار الإشارة في التقنيتين كلتيهما؛ وفي هذه الحالة يُبحث عن حل يتضمن خيار تعويض وعن تركيب مناسب، غالبًا داخل حجرة جانبية.

تنطبق هذه الإجابة على قياس مستوى السوائل في الخزانات المغلقة وأوعية العمليات. والرغوة شرط لا يمكن إصدار حكم قاطع بشأنه مسبقًا لأي من التقنيتين: فسماكة الرغوة وثباتها وانعكاسية المنتج تحدد النتيجة معًا. ويختلف مدى القياس والحد الأدنى لثابت العزل والدقة وحدود الحرارة والضغط باختلاف الطراز ونوع الهوائي أو المسبار؛ لذلك لا يقدم هذا المقال عتبات رقمية معمَّمة على التقنية، وتُؤكَّد القيم من صحيفة بيانات المصنِّع وفي ظروف المشروع.

ولا بد من وضع حدّ منذ البداية: القياس المستمر للمستوى ومنع الفيضان المستقل ليسا الوظيفة نفسها؛ إذ يُعالَج منع الفيضان بشكل منفصل ضمن تقييم المخاطر وتصميم أنظمة السلامة، وهو خارج نطاق هذا المقال.

الظروف التي تغيّر القرار

الرغوة

في الرادار غير التلامسي تصل الإشارة إلى السطح بالانتشار الحر. وعندما تجتمع الرغوة الكثيفة والاضطراب والتكاثف مع منتج ضعيف الانعكاس، قد يتقلص مدى القياس ويصبح صدى السطح ملتبسًا. أما في GWR فتنتقل الطاقة موجَّهةً على طول المسبار، لذلك يبقى الصدى عادةً أقوى؛ ومع ذلك تشير وثائق المصنِّعين إلى أن رغوة السطح قد تؤثر في أداء GWR أيضًا. ومع الرغوة السميكة غير المستقرة يجب مقارنة القياس بفرق الضغط إلى جانب نوعي الرادار.

البخار والطور الغازي

يعتمد القياس الراداري على معرفة سرعة انتشار الإشارة في الطور الغازي. ففي الخزانات الجوية يكون هذا الأثر مهملًا عادةً، أما البخار المشبع عند ضغط وحرارة مرتفعين فيرفع ثابت العزل للطور الغازي ويبطئ الانتشار، ويُحدث انحرافًا في قراءة المستوى إذا لم يُعوَّض. وهذا الأثر الفيزيائي مشترك بين الرادار غير التلامسي وGWR. وفي جانب GWR تتوفر خيارات مسابير تقيس طور البخار باستمرار وتصحّح القراءة باستخدام عاكس مرجعي قرب الشفة؛ وتُطبَّق هذه الحلول عادةً داخل حجرة جانبية مع اشتراط مسافة دنيا بين العاكس وأعلى مستوى. أما في الرادار غير التلامسي فتعويض البخار والاستخدام داخل الحجرة خاصان بالطراز ويجب تأكيدهما من وثائق المصنِّع. وفي الهيدروكربونات المغلية قد تشوّه فقاعات الغاز والاضطراب الصدى أيضًا، لذا يُختار قطر أكبر للحجرة أو الأنبوب.

التكاثف والالتصاق

في الرادار غير التلامسي يُضعف التكاثف وتراكم المنتج على الهوائي الإشارة؛ وحيث يُتوقع تراكم كثيف تُدرس هوائيات ذات أسطح مبللة من PTFE بالكامل أو وصلة تنظيف بالهواء أو حلقة غسيل. أما في GWR فيتكون التراكم مباشرة على المسبار. والمسابير أحادية الموصل أكثر تحملًا للتراكم نسبيًا، بينما قد يشكّل المنتج جسرًا بين القضيب الداخلي والأنبوب الخارجي في المسبار المحوري، لذلك لا يُوصى بالمسبار المحوري للمنتجات المعرضة للتراكم. وقد تتطلب المنتجات اللزجة مسبارًا مغلفًا وتنظيفًا دوريًا. وإذا كانت حرارة العملية أعلى بوضوح من حرارة نقطة التوصيل فقد يتكوّن تبلور أو طلاء على الجزء العلوي من المسبار فيخفض الإشارة؛ ويجب السؤال عن ذلك تحديدًا في المنتجات اللزجة الساخنة.

الاضطراب والخلاطات وتيار التعبئة

في الخزانات المزودة بخلاط يجب ألا يلامس مسبار GWR الخلاط، ومع الحركة القوية للسائل ينبغي تثبيته أو توجيهه عند قاع الخزان. وإن تعذّر ذلك فإن المسبار المتأرجح تحت القوى الجانبية يهدد القياس وسلامته الميكانيكية معًا. ولا توجد في الرادار غير التلامسي مخاطر المسبار، لكن يجب إبقاء ريش الخلاط وملفات التسخين والسلالم خارج الحزمة، وعدم تركيب الجهاز في مركز الخزان أو فوق تيار التعبئة أو على غطاء فتحة الدخول.

هندسة فوهة التركيب والتجهيزات الداخلية

الفوهة الطويلة الضيقة مصدر متكرر للمشكلات في الرادار غير التلامسي: فارتفاع الفوهة محدود بحسب قطرها ونوع الهوائي، ويجب أن يكون سطحها الداخلي أملس خاليًا من زوائد اللحام والصدأ والرواسب؛ وإلا فقد يلزم ضبط منطقة إخماد علوية لحجب صدى الفوهة. وفي GWR يجب ألا يلامس المسبار أحادي الموصل جدار الفوهة، ويُتجنَّب استخدام الفوهات ذات المخفِّض والفوهات الممتدة داخل الخزان. وقد تُضعف الفوهات الواسعة جدًا الإشارة، خاصة مع المنتجات منخفضة ثابت العزل، ويُضاف ارتفاع الفوهة إلى المنطقة العمياء العلوية للمسبار. أما المسبار المحوري فيحمل الإشارة داخل أنبوبه الخارجي، فلا يتأثر عمليًا بالفوهات والتجهيزات الداخلية.

أنبوب التهدئة والحجرة الجانبية

في التطبيقات المضطربة أو الرغوية أو منخفضة ثابت العزل يُنقل القياس كثيرًا إلى أنبوب تهدئة أو حجرة خارجية. وفي GWR يجب أن يناسب قطر الحجرة نوع المسبار؛ ولا يُستخدم المسبار المرن في الحجرات صغيرة القطر لأنه قد يلامس الجدار، كما قد تشوّه المداخل الجانبية الكبيرة الإشارة. ويمنع الأنبوب المعدني الأصداء المزعجة الآتية من الأجسام خارجه. ويُعد تحويل حجرات قياس الإزاحة القائمة إلى GWR طريقًا شائعًا للتحديث. أما استخدام الرادار غير التلامسي داخل أنبوب التهدئة فيعتمد على نوع الهوائي وقطر الأنبوب وحالة سطحه الداخلي ونمط الثقوب، ويجب تأكيده لكل طراز من وثائق المصنِّع.

ثابت العزل المنخفض وقياس السطح الفاصل

تزداد شدة الانعكاس بزيادة ثابت العزل للمنتج. ففي المنتجات منخفضة ثابت العزل مثل الهيدروكربونات يضعف الصدى في التقنيتين؛ وفي GWR يحسّن المسبار المحوري، أو المسبار أحادي الموصل داخل حجرة أو أنبوب معدني، الحدَّ الأدنى القابل للقياس. وفي قياس السطح الفاصل يستفيد GWR من الطاقة التي لم تنعكس عند السطح العلوي، فتُحدث انعكاسًا ثانيًا عند سطح السائل السفلي. ويتطلب ذلك أن يكون ثابت العزل للمنتج العلوي معروفًا وثابتًا وأقل بوضوح من ثابت العزل للمنتج السفلي؛ وقد تُفسد طبقة المستحلب بينهما النتيجة. وتُذكر حدود مثل أدنى فرق في ثابت العزل وأرقّ طبقة علوية قابلة للكشف بحسب نوع المسبار في صحيفة بيانات المصنِّع.

ارتفاع الخزان وطول المسبار والحمل الميكانيكي

في الرادار غير التلامسي يعتمد مدى القياس على المنتج والهوائي وظروف العملية؛ ولأن الحزمة تتسع مع المسافة يُعاد التحقق في الخزانات العالية من الخلوص عن الجدار والتجهيزات الداخلية. أما في GWR فيجب أن يمتد المسبار على كامل المدى المطلوب قياسه: فالمسابير الصلبة محدودة الطول، والخزانات العالية تحتاج إلى مسبار مرن بثقل أو مثبَّت في القاع. وللمسابير المرنة حدود لحمل الشد وحمل الانهيار؛ وقد يقترب التدفق والخلط وقوة السحب إلى الأسفل من المنتج من هذه الحدود. وتوجد مناطق عمياء عند طرفي المسبار العلوي والسفلي، ويجب تحديد نقطتي نهاية مدى 4–20 mA خارجها.

التركيب وإمكانية الصيانة والفوهة القائمة

يُنزَل المسبار الصلب رأسيًا داخل الخزان ويُسحب بالطريق نفسه؛ فإن لم يتوفر فراغ علوي كافٍ فوق الفوهة يُنظر في مسبار مقطّع أو مرن. ويمكن تركيب الرادار غير التلامسي، بجسمه الأقصر، على الوصلات الصغيرة القائمة، لكن الأداء ينخفض إذا لم يناسب قطر الفوهة وارتفاعها نوع الهوائي. وإذا أُعيد استخدام فوهة قائمة فيجب تأكيد قطرها وارتفاعها ومعيار الشفة وفئة الضغط وما إذا كانت تمتد داخل الخزان بالقياس الفعلي؛ فقد تختلف الرسومات عن حالة الموقع.

الشرط والتأثير المحتمل وأسئلة التقييم

الجدول 1 – التأثير المحتمل لظروف نقطة القياس في التقنيتين

الظروف غير المناسبة والحدود

·         مرشح ضعيف للرادار غير التلامسي: الأوعية التي تتطلب قياس السطح الفاصل؛ والنقاط التي تجتمع فيها الرغوة الكثيفة والاضطراب والتكاثف مع منتج منخفض جدًا في ثابت العزل؛ والخزانات التي لا تتوفر فيها نقطة توصيل سوى فوهة عالية جدًا بالنسبة إلى قطرها أو خشنة من الداخل.

·         مرشح ضعيف لـ GWR: مواقع المسبار القريبة من الخلاط مع تعذّر التثبيت؛ والمنتجات اللزجة أو المتبلورة التي ستجسّر المسبار أو تغلّفه بطبقة سميكة (خاصة المسبار المحوري)؛ والارتفاعات التي لا يتوفر فيها فراغ علوي لإنزال المسبار أو لا يتحمل فيها طول المسبار الحمل الميكانيكي.

·         غير محسوم للتقنيتين: الرغوة السميكة غير المستقرة، وطور البخار عالي الضغط دون تعويض، والسطح الفاصل مع منتج علوي متغير ثابت العزل. وفي هذه الحالات تجب مقارنة بدائل مثل القياس بفرق الضغط أيضًا، مع مراعاة أن قياس المستوى بفرق الضغط يعتمد على كثافة المنتج.

نموذج بيانات نقطة قياس الخزان

صُمم النموذج التالي ليُملأ لكل نقطة قياس على حدة، لاختيار التقنية ومراجعة العروض.

الجدول 2 – نموذج بيانات نقطة قياس الخزان

الرادار غير التلامسي جهاز إرسال راديوي أيضًا

تستخدم أجهزة الرادار غير التلامسي لقياس المستوى الطيف الراديوي، بينما تُوجَّه الإشارة في GWR على طول المسبار. وفي أوروبا يوجد معياران منسَّقان منفصلان من ETSI لرادارات المستوى. يغطي ETSI EN 302 372 رادارات قياس مستوى الخزانات (TLPR) المركّبة بشكل ثابت على خزانات مغلقة من المعدن أو الخرسانة المسلحة أو على هياكل مماثلة ذات توهين مكافئ؛ ويعدّد من متطلبات التركيب إحكام الشفات والوصلات ضد تسرب الموجات الدقيقة، وطلاء زجاج المعاينة بطلاء موصل عند الحاجة، وإبقاء فتحات الدخول مغلقة، وتوجيه الهوائي نحو الأسفل. أما ETSI EN 302 729 فيتناول رادارات قياس المستوى (LPR) غير المقيدة ببنية الخزان، ويتضمن قيودًا على التركيب مثل التوجيه الثابت للهوائي نحو الأسفل ومسافة فصل عن مواقع الفلك الراديوي. والنتيجة العملية: في الخزانات البلاستيكية أو الأحواض المفتوحة أو القنوات يجب التأكد في مرحلة العرض من فئة المطابقة الراديوية للجهاز المختار ومن إجراء ضبط التردد الصحيح وفق بلد الاستخدام.

صفحات منتجات ذات صلة

صفحات ذات صلة

·         أجهزة إرسال المستوى بالرادار الموجَّه (GWR): تفاصيل أنواع المسابير وتعويض البخار وقياس السطح الفاصل.

·         أجهزة إرسال المستوى بالرادار غير التلامسي: خيارات الهوائي وموقع التركيب وشروط فوهة التركيب.

·         أنظمة قياس الخزانات: لاحتياجات القياس على مستوى النظام في الجرد والمواقع متعددة الخزانات.

·         أجهزة إرسال المستوى بفرق الضغط وأنظمة الأغشية العازلة: للمقارنة في التطبيقات الرغوية أو المتسخة التي يصعب فيها القياس الراداري.