Вплив агресивних середовищ на матеріали датчиків. Частина 1

1. Поплавковий кабельний датчик рівня для стічних вод Nivofloat NW 100
2. Ємнісного-частотний датчик CleverLevel для харчової промисловості
3. Оптичний сигналізатор рівня INNOlevel OPTIC IL-OS

Автоматизація технологічних процесів хімічних виробництв - відмінний спосіб підвищити безпеку персоналу, знизити ризик техногенних катастроф, знизити собівартість продукції і підвищити конкурентоспроможність підприємства в цілому за рахунок випуску продукції високої якості.

Хімічне виробництво має ряд особливостей:

1. Перебіг хімічних реакцій і багатостадійний процесів є складною процедурою;
2. Вихід з ладу, збої і відхилення в роботі приладів і пристроїв;
3. Наявність в робочих зонах виробництва речовин, небезпечних для людського організму;
4. Імовірність вибуху або загоряння в процесі.

Перераховані вище фактори покладають на керівництво підприємства зобов'язання щодо прийняття комплексу заходів безпеки для персоналу і навколишнього середовища.

Приклад автоматизації виробництва сірчаної кислоти

Для попередження виникнення надзвичайних ситуацій на виробництві, необхідно щоб параметри (рівень рідин, температура, тиск і т.д.) існуючих на даному виробництві технологічних процесів не виходили за межі допустимих значень. Тип сировини і вид готової продукції на різних хім. виробництвах відповідно різниться, проте завдання, які вирішуються на етапах виробництва однотипні. Однією з найпоширеніших є контроль рівня сировини і хім. реагентів.

Внаслідок чого для автоматизації застосовують датчики рівня агресивних рідин, які допомагають справлятися з поставленим завданням, при цьому враховуючи ризик і небезпеку специфіки конкретного виробництва.

В першу чергу, ми розглянемо датчик рівня для агресивних рідин поплавкового типу.

Поплавковий кабельний датчик рівня для стічних вод Nivofloat NW 100

Принцип роботи датчика Nivofloat NW 100 досить простий:

Поплавок з поліпропілену переміщається в баку, і його рух залежить від зміни рівня рідини. Коли поплавок сигналізатора відхиляється від вертикального положення на 120 °, спрацьовує реле, і подається сигнал про заповнення ємності. При спустошенні резервуара для зберігання стічних вод, датчик рівня Nivofloat NW 100 працює в зворотному напрямку.

Сигналізація рівня рідин займає важливе місце на будь-якому виробництві, будь то: водоочисні підприємства, нафтопромисловість, хімічні підприємства, гальванічні виробництва, шкіряні заводи, заводи штучного волокна і т.д. Тому ми рекомендуємо застосовувати сигналізатор рівня з поліпропілену (PP).

Якщо з принципом роботи все зрозуміло, то з впливом рідини на матеріал поплавка потрібно розібратися докладніше.

Відходи від виробництва пластику, що скидаються в річку Янцзи

Рідини на хімічному виробництві можна охарактеризувати за типом основного забруднювача:

• містять іони важких металів (наприклад, на гальванічних виробництвах);
• нефтесодержащие;
• хромові (наприклад, на шкіряних заводах);
• віскозне (наприклад, на заводах штучного волокна);
• фенольні;

і по агресивності:

• агресивні - кислі, лужні, що містять фтор, ціанисті та ін .;
• неагресивні.

Представляємо таблицю хімічної стійкості поліпропілену PPRC (або PP), з якого складається поплавок і кабель датчика, в залежності від взаємодії з агресивними реагентами. Хімічна стійкість залежить від виду хімічних речовин, їх концентрації, температури і часу впливу.

Умовні позначення:

• З: стійок
• УС: умовно стійок
• НС: не стійкий
• -: недостатньо інформації

Символи, що описують хаміческіе реакції:

• VL: концентрація менш 10%
• L: концентрація більше 10%
• GL: повна розчинність при 20 ° С
• H: окремий випадок
• TR: технічно чиста

Для того, щоб зрозуміти цю таблицю, наведемо приклади:

1. Взаємодія поліпропілену (поплавка і кабелю датчика) з олеумом навіть при кімнатній температурі призводить до руйнування матеріалу.
2. А ось контактуючи при 20 ° С з азотною кислотою малій концентрації, наприклад, 10%, не призводить до руйнівних дій. Але при збільшенні температури середовища більше 60 ° С термопластичний полімер - поліпропілен - починає руйнуватися.

Ємнісного-частотний датчик CleverLevel для харчової промисловості

Харчова промисловість це не тільки булочки і цукерки, це величезний технологічний процес. Він включає в себе і харчові добавки, які можуть бути агресивними по відношенню до того чи іншого матеріалу, і відбілювачі, якими миють обладнання, і різні розпушувачі. Взагалі, якщо розібратися, то їсти нічого не можна, тому що все складається з хімії.

Візьмемо до прикладу:

1. Гідроокис калію. Він є харчовою добавкою Е-525. Застосовується при виготовленні какао-продуктів. Гідроксид калію - дуже сильна луг. Він здатний руйнувати матеріали, що складаються з органічної структури. При попаданні в чистому вигляді на тіло людини, залишає опіки на шкірі та слизовій, тому всі роботи з ним повинні проводитися в окулярах і гумових рукавичках.
2. Перекис водню. Даний розчин застосовується для дезінфекції поверхонь обладнання в харчовій промисловості, яке контактує з продукції, що виготовляється продукцією. Крім обробки перекисом обладнання, його використовують на підприємствах молочної промисловості та з виробництва соків для дезінфекції упаковки (наприклад, технологія «Тетра Пак»). Пероксид водню не є токсичною речовиною, однак, його концентровані розчини викликають опіки при попаданні на шкіру, слизові оболонки і в дихальні шляхи. А при прийомі всередину викликає виражені руйнівні зміни в організмі, аналогічні діям лугів. Летальна доза 30% розчину перекису водню (пергідролю) - 50-100 мл.
3. Алюмокалієві галун. Найчастіше їх застосовують в харчовій промисловості для очищення води і розпушування борошна. Алюмокалієві галун становлять загрозу людському організму (2-й клас небезпеки).

Відповідно, для безпеки людини, що працює з цим приладом, а також для точності вимірювань, встановлюють ємнісного-частотні датчики рівня для агресивних рідин. Такий як CleverLevel , Наприклад.

Принцип роботи сигналізатора рівня для агресивних рідин харчової промисловості CleverLevel полягає в наступному:

Між корпусом приладу і наконечником з електродом утворюється RC-ланцюг. Коли наконечник покривається рідиною, змінюється показник ємності. Ця зміна і фіксує прилад.

Крім принципу роботи ємнісного-частотного датчика рівня для агресивних рідин CleverLevel варто розглянути особливості виробництва харчової продукції. Тут важливу роль відіграє вимір рівня середовища і тиску в технологічних процесах.

У харчовій промисловості прилади повинні відповідати санітарним і гігієнічним вимогам для того, щоб запобігти розмноженню мікробів.

Тому до датчиків для харчової промисловості існують такі вимоги:

1. Високий ступінь захисту оболонки (IP67 і вище);
2. Хімічно-інертні матеріали корпусу, які допускаються до контакту з сировиною для харчових продуктів;
3. Спеціальний кабель, який витримає взаємодія з агресивним середовищем;
4. Здатність якісно працювати при високих температурах;
5. Фторопластовий фітінг на задній частині безконтактних датчиків, який дозволяє закріпити захисну гофру для ізоляції кабелю від сторонніх механічних впливів.

Необхідно врахувати індивідуальні характеристики стійкості матеріалу, з якого зроблений сенсор сигналізатора рівня CleverLevel. Чутливий елемент виготовлений з поліефірефіркетона (ПЕЕК). Хімічна стійкість даного матеріалу описується наступною таблицею:

Рідини, з якими може працювати сигналізатор:

Гідроокис калію Морська вода Водний розчин лимонної кислоти Водний розчин дріжджових грибів = дріжджів + сусло Водний розчин кухонної солі Кокосове масло Виноградний цукор Водний розчин желатину Винний спирт ( «питної») Лляна олія Водний розчин глюкози Мінеральні масла без ароматичних вуглеводнів Водний розчин гліцерину Яблучний сік, яблучне пюре Перекис водню 0,5% Патока Перекис водню 30% Оцет харчовий Ізопропіловий спирт Пиво Оксіпропіоновая кислота Кетамін кислота щавлева Кукурудзяна олія парафії нове масло Харчові жири Петролейний ефір Харчові олії Поташ Фруктові соки алюмокалієвого галун Молоко Жовта кров'яна сіль Мінеральна вода Силіконова змазка Оливкова олія Харчова сода Ріпакова олія Бісульфіт натрію Соєва олія Вуглекислий натр Спирти (залежить від фортеці і добавок) Водний розчин крохмалю Цукрові розчини Винна кислота Гіпохлорит натрію (відбілювач) Сечовина

Поліефірефіркетон (PEEK, ПЕЕК) являє собою напівкристалічних полімер з високою температурною стійкістю. Він має відмінні механічні, хімічні і електротехнічні експлуатаційні характеристики, які зберігаються при робочих температурах до 310 ° С.

З іншого боку, при застосуванні даного матеріалу не в харчовій промисловості, а, наприклад, в металургійній, при взаємодії з концентрованими сірчаної та азотної кислотами може статися деструкція полімеру.

Оптичний сигналізатор рівня INNOlevel OPTIC IL-OS

Як датчик рівня для агресивних середовищ також можна використовувати оптичний сигналізатор INNOlevel OPTIC IL-OS з чутливим елементом з боросилікатного скла.

Працює прилад в такий спосіб: усередині призми знаходяться випромінювач і приймач. Завдяки конструкції призми світло повністю відбивається від внутрішніх граней призми і приймається фотоелементом, якщо датчик не занурений в рідину. А коли рідке середовище покриває сенсор, то показник заломлення стає відмінним від величини заломлення повітря, і сигнал, посланий випромінювачем, втрачається.

Сигналізатор рівня INNOlevel OPTIC IL-OS використовують для визначення рівня рідини в концентрованих лугах і кислотах. Матеріалом конуса приладу є хімічно-стійке скло. Хімічна стійкість даного матеріалу полягає в протистоянні руйнівній хімічного впливу миючих засобів, харчових продуктів, розчинів різних реагентів.

Стійкість скла залежить від його складу і від природи реагенту. У нашому випадку буде розглянуто боросиликатное скло, у якого в складі містяться такі речовини:

1. Діоксид кремнія
2. Оксид алюмінію
3. оксид кальцію
4. оксид магнію
5. оксид бору
6. оксид берилію

Детальніше розглянути хімічну стійкість матеріалу допоможе наступна таблиця:

• П - підходить,
• М - обмежена застосовно,
• Н - не підходить.

Агресивне середовище Хімічна стійкість 20 ° С-25 ° С> 26 ° С фтороводородной кислота, разб. Н Н Фосфорна кислота, конц. М Н Гідроксид калію, 30% П Н Гідроксид натрію, 30% П Н HCl, 10% П М Суміш гідроксиду натрію (1 моль / л) з карбонатом натрію (0,5 моль / л) П М Сірчана кислота, разб. П Н

Хімічну стійкість боросилікатного скла підвищує оксид бору, що знаходиться в його складі.

Для повного розуміння хімічних властивостей боросилікатного скла наведемо приклади:

Боросилікатне скло руйнується при взаємодії з:

1. плавиковою кислотою;
2. концентрованої фосфорної кислотою;
3. концентрованої їдким лугом в сукупності з високою температурою.

Але при дії, наприклад, їдкого натру навіть 30% -й концентрації при кімнатній температурі, розкладання скла не відбувається.

Таким чином, в даній статті ми розглянули, як датчики рівня для агресивних рідин взаємодіють з їдкими реагентами, і до чого стійкі деякі полімери та скло, з яких складаються сенсори датчиків рівня для агресивних рідин.

Якщо ви сумніваєтеся у виборі матеріалу датчика для вашого виробництва, звертайтеся до інженерам служби підтримки компанії «РусАвтоматізація» . Вони грамотно оцінять умови вашого технологічного процесу, і допоможуть підібрати оптимальне рішення.