Precyzyjny pomiar temperatury tysięcy punktów z wykorzystaniem jednego sensora

Monitorowanie temperatury kabli zasilających, wykrywanie pożaru, monitorowanie rozkładu temperatury w budynkach, monitorowanie przecieków w zaporach wodnych, wałach powodziowych czy groblach to tylko nieliczne z setek zastosowań tej innowacyjnej technologii.

Czy jednoczesny, a zarazem precyzyjny pomiar temperatury tysięcy punktów kontrolnych, zlokalizowanych na długości kilkunastu kilometrów z wykorzystaniem zaledwie jednego sensora, jest możliwy? Okazuje się że tak, a technologia która to umożliwia stosowana jest zarówno w procesach produkcyjnych, jak również w obszarach inżynierii lądowej i wodnej.

Przykładem zastosowania tej innowacyjnej technologii może być pomiar temperatury dla instalacji przenośników taśmowych, których łączna długość nierzadko sięga kilka kilometrów. W tym przypadku precyzyjny pomiar temperatury pozwala na natychmiastowe zlokalizowanie awarii lub przegrzanego elementu, który może być źródłem pożaru lub wybuchu atmosfery pyłowej.

Na przełomie roku Elektrociepłownia Dalkia w Poznaniu zleciła GRUPIE WOLFF™ wykonanie systemu pomiaru temperatury dla dwóch linii podajników taśmowych. To kolejny dowód na rosnącą popularność systemów pomiarowych opartych na liniowych czujkach światłowodowych. W kolejnym magazynie przedstawimy relację z prac instalacyjnych, a także opinie i uwagi w zakresie działania nowego systemu.

Monitorowanie stanu instalacji przemysłowej jest jednym z najbardziej cenionych narzędzi do zarządzania procesem produkcji, a obecnie szybko zyskuje na znaczeniu również w całej społeczności inżynierii lądowej i wodnej. Typowy system monitorowania składa się z sieci czujników mierzących kluczowe dla danej instalacji parametry. Konwencjonalne czujniki, oparte na przetwornikach mechanicznych lub elektrycznych są w stanie zmierzyć większość wymaganych parametrów, mimo to coraz częściej poszukuje się bardziej zaawansowanych, a zarazem tańszych w eksploatacji rozwiązań.

POMIAR TEMPERATURY

Wśród dostępnych na rynku czujników temperatury dużą popularnością cieszą się tzw. liniowe czujki ciepła. Te najprostsze oparte są na pomiarze rezystancji kabla sensorycznego i informują użytkownika jedynie o przekroczeniu, z góry ustalonej przez producenta, progu temperatury. Dużą wadą tego rozwiązania jest brak możliwości precyzyjnego wskazania punktu jej wzrostu. Kable sensoryczne produkowane w tej technologii używane są na krótkich odcinkach pomiarowych, a po zadziałaniu (przekroczeniu progu temperatury) wymagają wymiany.

Innym rozwiązaniem, zasługującym na szczególną uwagę, jest liniowa czujka ciepła oparta na technologii światłowodowej (DTS). Pozwala ona na stałą kontrolę linii technologicznych, zapewniając jednocześnie dokładne pomiary, które w czasie rzeczywistym precyzyjnie identyfikują źródło każdej zmiany temperatury. System ten posiada unikalne cechy, które nie mają odpowiedników w konwencjonalnych technikach pomiarowych, a możliwość pomiaru temperatury w tysiącach wybranych punktów wzdłuż jednego włókna jest szczególnie interesująca dla monitorowania dużych obiektów, takich jak: taśmociągi, mosty, szyby naftowe, zapory i groble. Wyznaczone wcześniej punkty pomiarowe można przesunąć w każdej chwili na całej długości światłowodu.

Dzięki tym zaletom, światłowodowa liniowa czujka ciepła szybko zyskała uznanie w różnych gałęziach przemysłu. Rozwiązanie to jest szczególnie cenione w sytuacjach, w których wymagana jest precyzja pomiarów w wielu punktach i na dużych odległościach, niezawodność, łatwość instalacji i serwisowania oraz niskie koszty eksploatacji.

W przeciwieństwie do tradycyjnych technik pomiarowych, przy wykorzystaniu termopar i termistorów, systemy DTS pozwalają na otrzymywanie tysięcy dokładnych pomiarów za pomocą jednego przetwornika. System umożliwia szybki pomiar temperatury wzdłuż kabla sensorycznego z zachowaniem wysokiej rozdzielczości przestrzennej i temperaturowej. Mierzona jest ona na całej długości światłowodu na odcinkach z dokładnością nawet do 1m i do ± 1°C, z rozdzielczością 0,01°C, a pomiar jest możliwy na odległości kilkunastu kilometrów.

Jeden kabel sensoryczny DTS może być podzielony na strefy dozorowe z indywidualnie ustawionymi kryteriami alarmu, które mogą informować nas o: przekroczeniu wyznaczonego progu temperatury, stałym wzroście temperatury w wyznaczonym czasie, miejscowym przekroczeniu temperatury względem średniej temperatury otoczenia, spadku temperatury poniżej wyznaczonego progu.

Wykrywanie pożaru

Systemy bezpieczeństwa w zakresie wykrywania pożaru powinny być niezawodne, a zarazem bardzo szybkie. Potrzebne jest więc rozwiązanie będące odporne na niekorzystne warunki pracy, takie jak: zapylenie, wilgotność i duże wahania temperatury (wszędzie tam zastosowanie klasycznych punktowych czujek ciepła jest niemożliwe). Światłowodowe, liniowe systemy czujek ciepła zapewniają w czasie rzeczywistym stałą kontrolę temperatury na całej długości kabla sensorycznego.

Monitorowanie temperatury rolek przenośników taśmowych

Eksploatacja przenośników taśmowych przy transporcie materiałów sypkich stwarza realne zagrożenia, które przy braku stałego nadzoru służb technicznych mogą rodzić poważne konsekwencje dla bezpieczeństwa całego ciągu technologicznego oraz ludzi tam przebywających. Zagrożenia te najczęściej związane są z elementami napędowymi znajdującymi się między silnikiem, a bębnem napędowym (wały, sprzęgła, pasy, rolki). Uszkodzone elementy, na skutek tarcia lub iskrzenia, powodują szybsze zużycie taśmy transportowej i mogą być źródłem pożaru, a w niesprzyjających warunkach również zapłonu pyłowej atmosfery wybuchowej (np. galerie nawęglania w elektrowniach). Pomiar temperatury elementów przenośnika pozwala na stały nadzór i wymianę uszkodzonych elementów przed powstaniem zagrożenia. Ważne jest również wykrycie tlącego się ognia w transportowanym materiale we wczesnym jego stadium.

Monitorowanie temperatury kabli zasilających

Operatorzy sieci energetycznych zmuszeni są do ograniczania obciążalności prądowej sieci z powodu długotrwałych obciążeń termicznych kabli zasilających. W celu ochrony infrastruktury elektrycznej, stosują spore marginesy bezpieczeństwa, które ograniczają jej efektywne wykorzystanie. Monitorowanie temperatury tuneli kablowych, podziemnych i podmorskich kabli zasilających, wyposażenia podstacji lub linii napowietrznych pomaga operatorom zoptymalizować sieci przesyłowe i dystrybucyjne oraz zmniejszyć koszty ich pracy. Światłowód jest odporny na zakłócenia elektromagnetyczne, zapewniając wiarygodny pomiar temperatury w każdym momencie jego pracy.

Zapory wodne, wały przeciwpowodziowe, grodzie oraz groble

W celu zabezpieczenia tych obiektów, obok konwencjonalnych metod zabezpieczeń, stosuje się również światłowodowy liniowy pomiar temperatury. DTS ma za zadanie wykrywać nieszczelności, lokalizować drogi przecieków w podłożu, monitorować rozkład temperatury w murach.

Monitorowanie rozkładu temperatury w budynkach

Współczesne budynki muszą sprostać rosnącym wymaganiom w zakresie optymalizacji kosztów eksploatacji. W tym celu wykorzystuje się najnowsze osiągnięcia w zakresie automatyzacji pomiarów, w tym również pomiarów temperatury. Światłowodowa liniowa czujka ciepła świetnie sprawdza się również i w tych aplikacjach. Dostarcza w czasie rzeczywistym dokładnych informacji o rozkładzie temperatury z tysięcy punktów pomiarowych dzięki czemu można precyzyjnie zoptymalizować sterowanie systemami ogrzewania, wentylacji czy klimatyzacji.

Korzyści:

pojedynczy światłowód zastępujący wiele czujników punktowych
system odporny na zakłócenia elektromagnetyczne, przepięcia i wyładowania atmosferyczne
wysoka czułość pomiaru oraz bezobsługowa praca
odporny na wstrząsy i wibracje
odporny na wilgoć, brud i kurz
odporny na promieniowanie UV i korozję
duża wytrzymałość mechaniczna
żywotność kabla dochodząca do 30 lat
szybki montaż, brak wymagań konserwacyjnych
możliwość stosowania w strefie 0, 1, 2 lub 20, 21, 22 – nie wymaga barier iskrobezpiecznych
do stosowania w miejscach trudno dostępnych lub całkowicie niedostępnych
odporność ogniowa kabla – PH120
do zastosowań w temperaturach normalnej pracy od -50°C do +100/150°C
integracja z systemami sterowania oraz archiwizacji danych
możliwość zaprogramowania stref dozorowych i parametrów pomiaru na każdym etapie inwestycji

Zastosowanie:

wykrywanie pożaru w tunelach czy garażach, przemysłowych taśm przenośnikowych i budynków szczególnego zagrożenia
stałe monitorowanie i wizualizacja różnorodnych stanów odwiertu i stanu podziemnych magazynów
monitoring elektroenergetycznych sieci przesyłowych
nadzór nad pracą pieca indukcyjnego
kontrola przesyłu i dystrybucji skroplonego gazu ziemnego (LNG), monitoring skraplania i regazyfikacji
monitoring gorących i zimnych cieczy (siarki, cieczy kriogenicznych)
monitoring wycieków cieczy w przemyśle spożywczym (np. przy transporcie oleju palmowego)
wykrywanie nieszczelności w systemach ciepłowniczych
wykrywanie wycieków na groblach i zaporach
kontrola temperatury w inżynierii procesowej (w tym rurociągów przesyłowych)
kontrola temperatury cystern i zbiorników
monitorowanie temperatury rurociągu (wydajności ogrzewania i integralności izolacji)