ما هو جهاز إرسال المستوى بالرادار الموجه؟
الرادار الموجه (GWR) تقنية تلامسية لقياس المستوى تطبّق مبدأ الرادار على طول مسبار موصل. ففي الرادار غير التلامسي تنتشر طاقة الميكروويف بحرية من الهوائي، أما في الرادار الموجه فتسري النبضة على طول المسبار كما تسري في خط نقل. لذلك لا تتشتت الإشارة في الفراغ الغازي داخل الخزان، ويُحصل على انعكاس قوي ومستقر حتى في الفوهات الضيقة وحول الإنشاءات الداخلية وعلى الأسطح المضطربة وداخل الحجرات الجانبية.
يعمل الجهاز بطريقة قياس الانعكاس في النطاق الزمني (TDR): يقيس الزمن بين النبضة المرسلة والانعكاس العائد من سطح المنتج، ويحوّله إلى مسافة ثم يحسب المستوى. ولأن سلسلة القياس نفسها تستطيع أيضًا تقييم الموجة التي تعبر المنتج العلوي وتنعكس عن سطح سائل ثانٍ أسفله، يمكن لجهاز إرسال واحد أن يعطي المستوى الكلي ومستوى السطح البيني معًا. كما أن الحصول على المستوى والفراغ فوق السائل (Ullage) والحجم ومعدل تغيّر المستوى وقوة الإشارة من جهاز واحد يقلّل عدد الفتحات على الخزان.
ولأن أجهزة الرادار الموجه لا تحتوي على أجزاء متحركة ولا تحتاج إلى إعادة معايرة دورية، فهي خيار شائع لاستبدال أجهزة الإزاحة والعوامات الميكانيكية، ولقياس السطح البيني، وللحجرات عالية الضغط التي تحتوي على البخار. أما في الخزانات التي لا يُرغب فيها بتركيب مسبار، فيمكن النظر في أجهزة إرسال المستوى بالرادار غير التلامسي؛ ويجب أن يستند الاختيار بين التقنيتين إلى ثابت العزل الكهربائي للمنتج وهندسة الخزان وظروف العملية.
مبدأ عمل الرادار الموجه: قياس الانعكاس في النطاق الزمني (TDR)
يعتمد الرادار الموجه على رصد تغيّرات المعاوقة — أي فروق ثابت العزل الكهربائي — التي تصادفها نبضة كهرومغناطيسية أثناء انتقالها على طول المسبار. وتتكون سلسلة القياس من خمس مراحل أساسية:
1. إرسال النبضة على طول المسبار: تولّد إلكترونيات جهاز الإرسال نبضات ميكروويف تدوم أجزاء من النانوثانية بقدرة خرج اسمية تقارب 300 µW. تُنقل النبضات إلى المسبار عبر الوصلة المشفّهة أو الملولبة، ويوجّهها المسبار إلى الأسفل كما يفعل الدليل الموجي.
2. الانعكاس عند سطح المنتج: عندما تصادف النبضة منتجًا يختلف ثابت عزله الكهربائي عن ثابت الطور الغازي فوقه، يرتد جزء من طاقتها إلى جهاز الإرسال. وكلما ارتفع ثابت العزل الكهربائي زادت قوة الانعكاس: فالسوائل ذات الثابت المرتفع مثل الماء تعطي صدى واضحًا، أما المنتجات ذات الثابت المنخفض مثل الهيدروكربونات فتعطي صدى أضعف.
3. تحويل زمن الانتقال إلى مسافة: يُقاس الفرق الزمني بين النبضة المرجعية والانعكاس العائد ويُحوَّل إلى مسافة. وبطرح هذه المسافة من الارتفاع المرجعي المحدد يُحسب مستوى المنتج، ويمكن عند الحاجة اشتقاق الحجم أيضًا من هندسة الخزان.
4. رصد السطح البيني بالموجة المتبقية: تواصل الطاقة التي لم تنعكس عند السطح العلوي انتقالها عبر السائل العلوي، وتولّد انعكاسًا ثانيًا عند سطح السائل السفلي. ولأن سرعة هذه الموجة تتوقف كليًا على ثابت العزل الكهربائي للمنتج العلوي، يمكن حساب مستوى السطح البيني وسماكة الطبقة العليا متى كانت هذه القيمة معروفة.
5. معالجة الإشارة والخرج: تفصل عتبات محددة على منحنى الصدى صدى السطح الحقيقي عن الضجيج والانعكاسات المشوِّشة. ثم تُنقل المتغيرات المحسوبة إلى نظام التحكم عبر 4–20 mA HART أو FOUNDATION Fieldbus أو RS-485 Modbus، مع إمكانية ضبط التخميد من 0 إلى 60 s.
تأثير ثابت العزل الكهربائي في القياس
المعامل الرئيسي الذي يحدد حدود القياس بالرادار الموجه هو ثابت العزل الكهربائي للمنتج (εr). تستطيع المسابير المحورية قياس منتجات يصل ثابت عزلها إلى 1.2، في حين يبلغ الحد الأدنى للمسابير أحادية الموصل 1.4 مع مانع التسرب القياسي، وينخفض إلى 1.25 داخل حجرة جانبية معدنية أو أنبوب تهدئة. أما في المسابير المرنة أحادية الموصل فيزداد طول القياس الممكن بازدياد ثابت العزل الكهربائي: إذ يبلغ النطاق العملي نحو 15 m عند ثابت عزل 1.4، ويصل إلى 50 m للمنتجات التي يبلغ ثابت عزلها 6. كما يمكن لخوارزميات برمجية تقيّم الانعكاس القادم من طرف المسبار أن تخفض الحد الأدنى القابل للقياس أكثر في المنتجات ذات الصدى الضعيف جدًا.
أنواع المسابير وانتشار المجال الكهرومغناطيسي
في المسبار المحوري يبقى المجال الكهرومغناطيسي محصورًا بين القضيب الداخلي والأنبوب الخارجي، فلا يكاد يتأثر بالمؤثرات الخارجية ويعطي أقوى إشارة في السوائل النظيفة ذات ثابت العزل المنخفض. أما حول المسبار أحادي الموصل فينتشر المجال في حجم أكبر؛ وهذا التصميم أكثر تحمّلًا للترسبات، لكنه يتطلب الحفاظ على مسافات معينة من جدار الخزان والفوهة والإنشاءات الداخلية. ويوفّر المسبار المحوري الكبير في تطبيقات الحجرات حلًا متوازنًا بين دقة تمييز السطح البيني وتحمّل الترسبات.
التعويض بالعاكس المرجعي في البخار المشبع
يرفع البخار المشبع عالي الضغط ثابت العزل الكهربائي للطور الغازي ويغيّر سرعة انتشار النبضة، ما يسبب خطأً في قراءة المستوى إذا لم يُعوَّض. وتحمل المسابير المصممة لخدمة البخار عاكسًا مرجعيًا في موضع معروف قرب الشفة، يتيح قياس ثابت العزل الكهربائي لطور البخار باستمرار وتصحيح قيمة المستوى ديناميكيًا. تُطبَّق هذه الطريقة في الحجرات الجانبية مقاس 2 أو 3 أو 4 بوصات، وعندما يقترب المستوى من منطقة العاكس ينتقل جهاز الإرسال إلى تعويض ثابت يعتمد على آخر قيمة معروفة للبخار.
ولأن القياس يعتمد مباشرة على موضع سطح المنتج، فإن تغيّرات الكثافة أو الموصلية لا تؤثر في قراءة المستوى. أما في قياس السطح البيني، فإن معرفة ثابت العزل الكهربائي للمنتج العلوي وثباته شرط أساسي للحصول على نتيجة صحيحة.
الميزات الرئيسية
· قياس متعدد المتغيرات للمستوى والسطح البيني: يوفّر جهاز واحد المستوى، والفراغ فوق السائل، ومستوى السطح البيني والمسافة إليه، وسماكة الطبقة العليا، والحجم العلوي والسفلي، ومعدل تغيّر المستوى، وقوة الإشارة، ودرجة الحرارة الداخلية.
· عائلة مسابير لكل تطبيق: يمكن الاختيار بين المسابير المحورية والمحورية الكبيرة، والمسابير الصلبة أحادية الموصل بقطر 8 mm و13 mm، والمسابير الصلبة المجزأة حتى 10 m، والمسابير المرنة أحادية الموصل المزودة بثقل أو بمجموعة تثبيت في القاع.
· قياس المنتجات ذات ثابت العزل المنخفض: يمكن القياس حتى ثابت عزل كهربائي 1.2 بالمسبار المحوري، و1.4 بالمسبار أحادي الموصل (1.25 داخل حجرة أو أنبوب معدني).
· تمييز الطبقات العليا الرقيقة: تستطيع خوارزمية معالجة الإشارة تمييز طبقة عليا لا تتجاوز سماكتها 2.5 cm عن السائل الذي تحتها عند استخدام المسبار المحوري الكبير؛ وتبلغ هذه القيمة 6 cm للمسبار أحادي الموصل و7 cm للمسبار المحوري.
· خيارات إحكام للظروف القاسية: تغطي خيارات إحكام العملية — القياسي، والحرارة المتوسطة/الضغط المتوسط، والضغط المرتفع، والحرارة المرتفعة/الضغط المرتفع، وفائق البرودة — نطاق التشغيل من –196 °C إلى 400 °C وحتى 345 bar.
· مسابير بتعويض البخار: تصحّح مسابير البخار المزودة بعاكس مرجعي تلقائيًا تغيّرات ثابت العزل في الطور الغازي داخل الحجرات التي تحتوي على بخار مشبع عالي الضغط، فتحافظ على دقة المستوى.
· عاكس التحقق: يتيح عاكس مثبت على المسبار اختبار سلامة جهاز الإرسال والجزء العلوي من المسبار دون رفع المستوى، ويدعم المراقبة المستمرة لحالة المستوى المرتفع.
· تشخيص تنبؤي: ترصد مؤشرات جودة الإشارة، التي تتابع العلاقة بين صدى السطح والضجيج والعتبة، اتساخ المسبار والفقدان المفاجئ للإشارة؛ وتسهّل أدوات منحنى الصدى والتسجيل تحليل الأعطال أثناء التشغيل.
· خيارات اتصال مرنة: تتوفر مخارج 4–20 mA HART (المراجعة 7 افتراضيًا والمراجعة 5 اختياريًا) وFOUNDATION Fieldbus وRS-485 Modbus؛ ويمكن ربط جهاز الإرسال بشبكة WirelessHART (IEC 62591) عبر محوِّل لاسلكي خارجي.
· غلاف معياري بحجرتين: توجد الإلكترونيات وأطراف التوصيل في حجرتين منفصلتين؛ ويمكن فصل رأس جهاز الإرسال عن المسبار دون فتح الخزان، كما يمكن تدويره في أي اتجاه.
· مسابير تُقص في الموقع: باستثناء المسبار المحوري للحرارة المرتفعة/الضغط المرتفع والمسبار المغلف بـ PTFE، يمكن تقصير المسابير في الموقع لتلائم الارتفاع الفعلي للخزان.
المواصفات الفنية
القيم أدناه بيانات فنية نموذجية لعائلة أجهزة إرسال المستوى بالرادار الموجه المعروضة في هذه الصفحة. يختلف نطاق القياس وحدود الحرارة والضغط وخيارات المواد باختلاف نوع المسبار وخيار الإحكام والشفة ومادة الحلقات الدائرية، ويجب تأكيد القيم النهائية في مرحلة المشروع.
المعامل | البيانات الفنية |
مبدأ القياس | قياس الانعكاس في النطاق الزمني (TDR)؛ نبضة ميكروويف موجهة على طول مسبار |
نطاق التطبيق | المستوى والسطح البيني سائل–سائل في السوائل وأشباه السوائل؛ مستوى المساحيق والمواد الحبيبية بطراز مخصص للمواد الصلبة |
الدقة المرجعية | ±3 mm أو 0.03% من المسافة المقاسة، أيهما أكبر (ماء عند 25 °C، مسبار أحادي الموصل داخل أنبوب 4 بوصات) |
قابلية التكرار | ±1 mm |
تأثير درجة الحرارة المحيطة | ±0.2 mm/K أو ±30 ppm/K من القيمة المقاسة، أيهما أكبر |
فترة التحديث | تحديث واحد على الأقل في الثانية |
أقصى نطاق قياس | مسبار مرن أحادي الموصل 50 m · مسبار صلب أحادي الموصل 3 m (8 mm) / 6 m (13 mm) · مسبار صلب مجزأ 10 m · مسبار محوري ومحوري كبير 6 m |
أدنى ثابت عزل كهربائي | المسبار المحوري والمحوري الكبير 1.2 · المسبار الصلب أحادي الموصل 1.4 (1.25 داخل حجرة/أنبوب معدني) · المسبار المرن أحادي الموصل 1.4–6 حسب طول القياس (مانع التسرب القياسي) |
حرارة العملية وضغطها | قياسي: –40…150 °C، –1…52 bar · حرارة/ضغط متوسط: –60…260 °C، –1…100 bar · حرارة/ضغط مرتفع: –60…400 °C، –1…345 bar · ضغط مرتفع: حتى 345 bar، وحرارة تشغيل حتى 260 °C · فائق البرودة: –196…200 °C، حتى 345 bar |
المواد الملامسة للوسط | 316/316L (EN 1.4404)، سبيكة C-276 (UNS N10276)، سبيكة 400 (UNS N04400)، سبيكة 825 (UNS N08825)، فولاذ دوبلكس 2205، خيارات مسبار مغلف بـ PTFE |
مواد الحلقات الدائرية (مانع التسرب القياسي) | FKM، EPDM، FFKM، NBR، FVMQ؛ لا توجد حلقات دائرية ملامسة للوسط في إصدارات الحرارة المرتفعة والضغط المرتفع وفائق البرودة |
التوصيل بالعملية | شفاه وفق ASME B16.5 وEN 1092-1 وJIS B2220؛ قلاووظ NPT وBSPP (G)؛ وصلة مشبك صحية 1½–4 بوصات |
الخرج والاتصال | 4–20 mA HART ثنائي الأسلاك · FOUNDATION Fieldbus · RS-485 Modbus (RTU/ASCII) · WirelessHART عبر محوِّل خارجي |
جهد التغذية (HART) | 16–42.4 Vdc (منطقة غير خطرة) · 16–30 Vdc (آمن جوهريًا) · 20–42.4 Vdc (مقاوم للانفجار) |
درجة الحرارة المحيطة (الإلكترونيات) | –40…85 °C (دون شاشة) · –40…70 °C (مع شاشة مدمجة) |
الغلاف ودرجة الحماية | بحجرتين؛ ألومنيوم مطلي بالبولي يوريثان أو فولاذ مقاوم للصدأ CF8M؛ IP66/IP67، NEMA 4X |
زمن الاستجابة لوظيفة السلامة | < 8 s عند قيمة تخميد 2 s |
زاوية تركيب المسبار | 0–90° من المحور الرأسي |
أقصى نطاقات القياس قيم استرشادية للسوائل النظيفة؛ وقد تنخفض بسبب الفوهات والإنشاءات الداخلية والرغوة والجسيمات في جو الخزان والترسبات على المسبار. كما قد يؤثر تركيب الغلاف عن بُعد والفواصل المثبتة على المسبار في الدقة.
المزايا الرئيسية
· قياس مباشر لا يتأثر بتغيّرات العملية: لا يحتاج قياس المستوى إلى تعويض إضافي أو إعادة معايرة عند تغيّر الكثافة أو الموصلية أو اللزوجة أو pH أو درجة الحرارة أو الضغط.
· صيانة منخفضة: غياب الأجزاء المتحركة يلغي بنود الصيانة المعتادة في أجهزة العوامات والإزاحة، مثل التآكل الميكانيكي والانحشار والضبط الدوري.
· فتحات أقل في الخزان: الحصول على المستوى والسطح البيني من جهاز الإرسال نفسه يقلّل عدد الفوهات على الخزان ونقاط التسرب المحتملة.
· مشاريع تحديث ميسّرة: تتيح خيارات الشفاه الملائمة لوصلات الخزان القائمة والمسابير القابلة للقص في الموقع استبدال الأجهزة القديمة دون تعديل الحجرة أو الفوهة.
· ملاءمة للأجواء الصعبة: يحافظ القياس على استقراره في وجود البخار والغبار والاضطراب والرغوة، وتتوفر مسابير بتعويض البخار للبخار المشبع عالي الضغط.
· الخزانات الصغيرة والهندسة المعقدة: تعطي الإشارة الموجهة صدى مستقرًا في الخزانات الصغيرة والأوعية المزدحمة بالإنشاءات الداخلية وداخل الحجرات، ولا يؤثر التصميم الميكانيكي للحجرة في القياس.
· ملاءمة لوظائف السلامة: تسهّل التهيئة المعتمدة لـ SIL 2 واختبارات الإثبات المنفذة بعاكس التحقق توثيق وظائف السلامة الآلية.
· التركيب العلوي يقلّل خطر التسرب: يُركّب جهاز الإرسال عبر الوصلة العلوية للخزان، فلا حاجة إلى وصلات جانبية أو سفلية تحت سطح السائل.
مجالات التطبيق
يُستخدم الرادار الموجه في أوعية العمليات وحلقات التحكم وأنظمة السلامة التي تتطلب قياس مستوى السائل أو السطح البيني سائل–سائل أو مستوى المواد الصلبة. أما قياس المخزون في خزانات التخزين فيستدعي النظر بشكل منفصل في حلول أنظمة قياس الخزانات على مستوى النظام.
خزانات وأوعية العمليات
يُستخدم للتحكم في المستوى في أوعية الخلط والتخزين المرحلي والعمليات. وفي الخزانات المزودة بخلاطات أو التي يشتد فيها تحرّك السائل، يوصى بتثبيت المسبار في قاع الخزان أو توجيهه.
الحجرات الجانبية واستبدال أجهزة الإزاحة
للتركيب في الحجرات الخارجية يُفضَّل المسبار المحوري الكبير أو أحادي الموصل؛ وتُستخدم المسابير الصلبة حتى 6 m، والمسابير المرنة ذات الثقل مع قرص توسيط في الحجرات الأطول. وعند استبدال أجهزة الإزاحة تُطابَق الوصلة مع شفة الحجرة ويُختار طول المسبار وفق طول جسم الإزاحة.
قياس السطح البيني سائل–سائل
في الأوعية التي يعلو فيها زيت أو سائل شبيه بالزيت فوق ماء أو سائل شبيه بالماء — وعادةً يكون ثابت عزل المنتج العلوي أقل من 3 وثابت عزل المنتج السفلي أعلى من 20 — يُراقَب المستوى الكلي والسطح البيني معًا.
تطبيقات البخار المشبع عالي الضغط
في الحجرات التي تحتوي على طور بخار مشبع، تُستخدم مسابير البخار ذات العاكس المرجعي في حجرات جانبية مقاس 2–4 بوصات بشفاه مصنفة للضغط والحرارة؛ ويُعوَّض تغيّر ثابت العزل لطور البخار باستمرار.
العمليات فائقة البرودة وعالية الحرارة
يتيح مانع التسرب فائق البرودة الاستخدام حتى –196 °C، ومانع التسرب للحرارة المرتفعة/الضغط المرتفع حتى 400 °C. وحيث تُتجاوز حدود حرارة الإلكترونيات، يمكن تركيب الغلاف عن بُعد بوصلة طولها 1 أو 2 أو 3 m.
صوامع المواد الصلبة
يقيس الطراز المخصص للمواد الصلبة المستوى حتى 35 m بمسبار مرن قطره 4 mm، وحتى 50 m بمسبار مرن قطره 6 mm، دون تأثر بالغبار أو الرطوبة أو تذبذب المادة. ويوصى بترك المسبار مرتخيًا قليلًا لتجنّب أحمال الشد العالية.
أنظمة السلامة الآلية ومنع الفيضان
يمكن استخدام التهيئة المعتمدة وفق IEC 61508 لتطبيقات SIL 2 والمزودة ببيانات FMEDA في وظائف إنذار المستوى المرتفع ومنع الفيضان؛ ويساعد عاكس التحقق على تنفيذ اختبارات الإثبات دون رفع المستوى.
كيف تختار جهاز إرسال المستوى بالرادار الموجه
في الرادار الموجه تتوقف صحة النتيجة على اختيار المسبار وطريقة التركيب أكثر مما تتوقف على جهاز الإرسال نفسه. وللتقييم الفني نوصي بتوضيح ما يلي:
خصائص المنتج والعملية
· ثابت العزل الكهربائي للمنتج (وللطور الغازي إن لزم)؛ وفي المنتجات ذات الثابت المنخفض جدًا أو المتغير تجب المقارنة أيضًا مع القياس بفرق الضغط
· اللزوجة والميل إلى الترسب: يوصى بالمسبار أحادي الموصل حتى 8,000 cP وهو يتحمل الترسبات، وبالمسبار المحوري الكبير حتى 1,500 cP مع ترسبات رقيقة، وبالمسبار المحوري حتى 500 cP دون ترسبات
· وجود الرغوة أو المستحلب أو الغليان أو الاضطراب
· حرارة وضغط التصميم والتشغيل؛ ووجود البخار المشبع
· التوافق الكيميائي للمعادن والحلقات الدائرية الملامسة للوسط
شروط خاصة بقياس السطح البيني
· يجب أن يكون ثابت العزل الكهربائي للمنتج العلوي معروفًا وألا يتغير
· يجب أن يكون ثابت عزل المنتج العلوي أقل من ثابت عزل المنتج السفلي، وأن يزيد الفرق بين القيمتين على 6
· الحد الأقصى المسموح لثابت عزل المنتج العلوي: 7 للمسابير أحادية الموصل و10 للمسابير المحورية
· أدنى سماكة متوقعة للطبقة العليا واحتمال تكوّن طبقة مستحلب
هندسة التركيب
· خزان، أم حجرة جانبية / أنبوب تهدئة؟ يوصى بقطر حجرة 3 أو 4 بوصات (75 أو 100 mm)، ويُفضَّل 4 بوصات على الأقل للمسابير المرنة
· قطر الفوهة وارتفاعها: يوصى بقطر 150 mm للمسابير أحادية الموصل، ويجب تجنّب الفوهات التي يبلغ قطرها 250 mm فأكثر في تطبيقات ثابت العزل المنخفض
· المسافة إلى جدار الخزان والإنشاءات الداخلية: 100 mm على الأقل من جدار معدني أملس، ومسافات أكبر من الأجسام المشوِّشة كالأنابيب والعوارض ومن الجدران البلاستيكية أو الخرسانية
· المسافة بين عدة مسابير أحادية الموصل في الخزان نفسه (1.6 m في الزيت و1.0 m في الماء)
· الحاجة إلى التركيب على شفة معدنية أو صفيحة معدنية في الخزانات غير المعدنية
نطاق القياس والمناطق العمياء
· نطاق القياس المطلوب والطول الكلي للمسبار (يجب أن يمتد المسبار على كامل المنطقة التي يُراد قراءة المستوى فيها)
· المناطق العمياء عند الطرفين العلوي والسفلي للمسبار؛ ويجب ضبط نقاط نطاق 4–20 mA خارج هذه المناطق
· ارتفاع الفوهة يُضاف إلى المنطقة العمياء العلوية، وقرص التوسيط المعدني يزيد المنطقة العمياء السفلية
التكامل مع الأنظمة والسلامة
· نوع الخرج: 4–20 mA HART أو FOUNDATION Fieldbus أو RS-485 Modbus
· متطلبات SIL (لا تُقدَّم شهادة SIL 2 إلا مع خرج 4–20 mA HART، ولا تُجمع مع تركيب المسبار بزاوية)
· تصنيف المنطقة الخطرة ونوع الحماية المطلوب
· وثائق المشروع مثل الاختبار الهيدروستاتيكي وشهادات تتبّع المواد وتوصية مواد NACE ووثائق إجراءات اللحام
داخل الحجرات وفي تطبيقات ثابت العزل المنخفض، يمنع اختيار أنبوب معدني الانعكاسات المشوِّشة الصادرة عن الأجسام الموجودة خارج الأنبوب. وفي التطبيقات غير الواضحة يوصى بتقييم أولي يستند إلى تحليل منحنى الصدى.
الاعتمادات وشهادات السلامة والمعايير
نلخّص أدناه أهم الشهادات والاعتمادات والمعايير المتاحة لعائلة أجهزة إرسال المستوى بالرادار الموجه. ويتوقف نطاق الاعتماد على التهيئة المطلوبة.
المعيار / الاعتماد | النطاق والوصف |
IEC 61508 – السلامة الوظيفية | شهادة سلامة وبيانات FMEDA لتطبيقات SIL 2 (مع خرج 4–20 mA HART)، وخيار بيانات FMEDA لتقييم الاستخدام السابق (Prior Use). ويذكر تقييم أجرته جهة مستقلة ملاءمة الجهاز لـ SIL 3. |
ATEX وIECEx | أنواع حماية مقاومة للانفجار وآمنة جوهريًا، وخيارات FISCO لـ FOUNDATION Fieldbus؛ إضافة إلى خيارات اعتمادات وطنية لأمريكا الشمالية والصين والبرازيل (INMETRO) والاتحاد الاقتصادي الأوراسي (EAC) والهند واليابان وكوريا. |
NAMUR NE 21 وNE 43 وNE 107 | توصية التوافق الكهرومغناطيسي (NE 21)، ومستويات الإنذار والتشبع وفق NAMUR (NE 43)، والتشخيص الميداني الموحّد (NE 107). |
التوافق الكهرومغناطيسي ومعدات الضغط | توجيه EMC 2014/30/EU والمعيار EN 61326-1؛ والمطابقة للمادة 4.3 من توجيه معدات الضغط (PED) 2014/68/EU. |
NACE MR0175/ISO 15156 وMR0103/ISO 17945 | خيار توصية المواد لظروف الخدمة الحمضية (Sour Service) لأنواع مختارة من المسابير. |
معايير الشفاه والتصميم | شفاه وفق ASME B16.5 وEN 1092-1 وJIS B2220؛ وتصميم وفق ASME B31.3، مع خيار التصميم والتصنيع وفق ASME B31.1. |
خيارات التوثيق | شهادة تتبّع المواد EN 10204 3.1، واختبار هيدروستاتيكي معتمد، وفحص بالسائل النافذ، وتحديد المواد الإيجابي (PMI)، ووثائق إجراءات اللحام (WPS/WPQR/WPQ). |
اعتمادات النوع البحرية ومنع الفيضان | اعتمادات نوع من هيئات التصنيف البحري ومنها American Bureau of Shipping وDNV وLloyd's Register وBureau Veritas (الغلاف الألومنيوم غير معتمد للسطح المكشوف)؛ وخيار اعتماد منع الفيضان وفق قانون الموارد المائية الألماني (WHG). |
درجة الحماية | حماية الغلاف IP66/IP67 وNEMA 4X؛ تصميم محكم الإغلاق من المصنع. |
علامات المناطق الخطرة وأرقام الشهادات خاصة بكل تهيئة، ولذلك يقيّمها الفريق الهندسي في TLY Enerji في مرحلة المشروع مع شهادات المنتج ذات الصلة.
حلول TLY Enerji للرادار الموجه
في TLY Enerji يبدأ مشروع الرادار الموجه من نقطة القياس لا من جهاز الإرسال. نجمع ثابت العزل الكهربائي للمنتج وللسائل العلوي إن وُجد، واللزوجة والميل إلى الترسب، ووجود البخار، وهندسة الخزان أو الحجرة، وأبعاد الفوهة، ثم نحدد معًا نوع المسبار وطوله وقرص التوسيط وخيار الإحكام. وفي مشاريع استبدال أجهزة الإزاحة نصمم التحويل على أساس شفة الحجرة القائمة وطول جسم الإزاحة، بحيث لا تلزم أي تعديلات على الأنابيب أو الحجرة في الموقع.
ويرافق فريقنا الهندسي العملاء في تقييم متطلبات المناطق الخطرة وSIL، وإعداد وثائق المشروع، والتكامل مع PLC/DCS عبر HART أو FOUNDATION Fieldbus أو Modbus، وتحليل منحنى الصدى وضبط العتبات أثناء التشغيل التجريبي، والدعم الفني طوال فترة التشغيل. وبذلك يصبح القياس قابلًا للتحقق والتتبّع منذ التشغيل الأول، حتى في التطبيقات الحساسة مثل قياس السطح البيني وخدمة البخار.
الأسئلة الشائعة
كيف يعمل جهاز إرسال المستوى بالرادار الموجه؟
يرسل جهاز الإرسال نبضات ميكروويف منخفضة القدرة تدوم أجزاء من النانوثانية على طول مسبار مغمور في المنتج. وعندما تصل النبضة إلى سطح يختلف ثابت عزله الكهربائي، يرتد جزء من الطاقة على شكل صدى. يُقاس الزمن بين الإرسال والانعكاس ويُحوَّل إلى مسافة يُحسب منها المستوى. أما الطاقة التي لا تنعكس عند السطح فتواصل طريقها إلى السائل السفلي، ولذلك يستطيع الجهاز نفسه قياس مستوى السطح البيني أيضًا. وتُسمّى هذه الطريقة قياس الانعكاس في النطاق الزمني (TDR).
ما الفرق بين الرادار الموجه والرادار غير التلامسي؟
في الرادار الموجه تنتقل الإشارة على طول مسبار، ما يعطي صدى قويًا في الظروف الصعبة مثل الحجرات الضيقة والإنشاءات الداخلية والمنتجات ذات ثابت العزل المنخفض وقياس السطح البيني. أما في الرادار غير التلامسي فتنتشر الإشارة بحرية من الهوائي ولا يلامس المنتج أي جزء من الجهاز، وهذه ميزة مع المنتجات اللزجة أو الكاشطة وفي الخزانات التي يتعذر فيها تركيب مسبار. ويجب أن يستند الاختيار إلى طبيعة المنتج وهندسة الخزان والحاجة إلى قياس السطح البيني.
هل يقيس الرادار الموجه المنتجات ذات ثابت العزل الكهربائي المنخفض؟
نعم. تستطيع المسابير المحورية والمحورية الكبيرة القياس حتى ثابت عزل 1.2، والمسابير أحادية الموصل حتى 1.4 مع مانع التسرب القياسي؛ وينخفض هذا الحد إلى 1.25 داخل حجرة معدنية أو أنبوب تهدئة. أما مع المسبار المرن فيقصر طول القياس الممكن كلما انخفض ثابت العزل الكهربائي. وفي تطبيقات ثابت العزل المنخفض يوصى باستخدام حجرة معدنية وتجنّب الفوهات كبيرة القطر.
ما الشروط اللازمة لقياس السطح البيني بالرادار الموجه؟
يجب أن يكون ثابت العزل الكهربائي للمنتج العلوي معروفًا وثابتًا وأقل من ثابت عزل المنتج السفلي، وأن يزيد الفرق بين القيمتين على 6. ولا يجوز أن يتجاوز ثابت عزل المنتج العلوي 7 مع المسابير أحادية الموصل أو 10 مع المسابير المحورية. والتطبيق النموذجي سائل شبيه بالزيت ثابت عزله أقل من 3 يعلو سائلًا شبيهًا بالماء. وإذا تكوّنت طبقة مستحلب بين الطورين، فيجب تقييم القياس بشكل منفصل.
هل يمكن أن يحل الرادار الموجه محل جهاز المستوى بالإزاحة؟
نعم. تحويل حجرات أجهزة الإزاحة القائمة إلى الرادار الموجه من مشاريع التحديث الشائعة. تُختار شفة قياسية أو خاصة مطابقة لشفة الحجرة، ويُحدَّد طول المسبار وفق طول جسم الإزاحة. والمسبار المحوري الكبير هو الخيار الأول الذي يُنظر فيه داخل الحجرات؛ وتُستخدم المسابير الصلبة أحادية الموصل حتى 6 m، والمسابير المرنة ذات الثقل مع قرص توسيط في الحجرات الأطول. وبذلك تزول الأجزاء المتحركة والحاجة إلى المعايرة الدورية.
كيف تؤثر الرغوة والبخار والترسبات على المسبار في القياس؟
تتحمل الإشارة الموجهة البخار والغبار والاضطراب والرغوة، لكن الرغوة الكثيفة على السطح والجسيمات في الجو قد تؤثر في الأداء. وتُستخدم مسابير البخار ذات العاكس المرجعي في البخار المشبع عالي الضغط. أما المنتجات التي تميل إلى تكوين ترسبات فيُفضَّل لها المسبار أحادي الموصل، ويُنظر في المسبار المغلف بـ PTFE للمنتجات اللزجة. وتتابع وظائف التشخيص تراكم الترسبات وتساعد على تحديد موعد التنظيف.
أي نوع من المسابير يجب اختياره؟
في السوائل النظيفة ذات ثابت العزل المنخفض يعطي المسبار المحوري أقوى إشارة، لكنه لا يناسب الأوساط التي تتكوّن فيها ترسبات. وفي الحجرات وتطبيقات السطح البيني يكون المسبار المحوري الكبير هو الخيار المفضّل. أما المنتجات اللزجة أو المعرّضة للترسب، ونطاقات القياس الطويلة، والخزانات ذات الإنشاءات الداخلية، فتُختار لها المسابير أحادية الموصل؛ الصلبة حتى 6 m والمرنة للنطاقات الأطول. ويسهّل المسبار الصلب المجزأ نقل مسبار صلب يصل طوله إلى 10 m.
هل يمكن تقصير المسبار في الموقع؟
يمكن قص جميع المسابير في الموقع باستثناء المسبار المحوري للحرارة المرتفعة/الضغط المرتفع والمسبار المغلف بـ PTFE. وتخضع المسابير المحورية القياسية ومسابير الحرارة/الضغط المتوسط لقيد: فالمسابير التي يزيد طولها على 1.25 m لا تُقصَّر بأكثر من 0.6 m، أما الأقصر فلا يقل طولها بعد القص عن 0.4 m. وفي المسابير المرنة أحادية الموصل لا يقل الطول المتبقي عن 1.0 m. وبعد القص يجب تحديث طول المسبار في تهيئة جهاز الإرسال.
هل يمكن استخدام الرادار الموجه في أنظمة السلامة الآلية؟
نعم. يمكن توريد الإصدار ذي خرج 4–20 mA HART معتمدًا وفق IEC 61508 لتطبيقات SIL 2 مع بيانات FMEDA. ويتيح خيار عاكس التحقق إجراء اختبار الإثبات لجهاز الإرسال والجزء العلوي من المسبار دون رفع المستوى، ومراقبة حالة المستوى المرتفع باستمرار. ولا يجوز استخدام التهيئة المعتمدة لـ SIL مع تركيب المسبار بزاوية، ويجب تقييم تصميم وظيفة السلامة لكل مشروع على حدة.
ما المنطقة العمياء وكيف تؤثر في القياس؟
المنطقة العمياء هي الجزء الواقع عند الطرفين العلوي والسفلي للمسبار، حيث قد يتعذر القياس أو قد يتجاوز الخطأ ±30 mm. وتنخفض الدقة في القياسات القريبة من هذه المناطق، ولذلك يجب تحديد نقطتي نهاية نطاق 4–20 mA خارجها. وعندما يقع مسبار أحادي الموصل داخل فوهة يُضاف ارتفاع الفوهة إلى المنطقة العمياء العلوية؛ وعند استخدام قرص توسيط معدني تبلغ المنطقة العمياء السفلية 20 cm.
