Metingen in gassen bij hoge temperatuur

Metingen in stoomketels en industriefornuizen

Branders en fornuizen behoren tot de belangrijkste geluidsbronnen in raffinaderijen en de grote industrie. Vaak is daarbij ook sprake van trillingen die schadelijk zijn voor de apparatuur. Deze problemen zijn alleen oplosbaar als de precieze oorzaken van de trillingen bekend zijn. Metingen aan de buitenzijde van de apparatuur geven meestal onvoldoende bruikbare informatie. Het is daardoor nodig om ook in de hete gassen metingen uit te voeren; bijvoorbeeld op korte afstand van een brander in een fornuis. Meten bij degelijke hoge temperaturen is erg lastig en hiervoor bestaat ook geen standaardapparatuur. Wij hebben daarom een speciale meetprobe ontwikkeld waarmee het mogelijk is om geluid en drukpulsaties te meten bij temperaturen tot 1500 °C. Deze techniek wordt vooral gebruikt bij metingen in ketels, industriefornuizen en gasturbines, maar kan vanzelfsprekend ook voor andere doeleinden worden ingezet. De probe kan bij zowel onder- als overdruk worden gebruikt. De heetgasprobe wordt alleen gebruikt door M+P en Müller-BBM en is (nog) niet beschikbaar voor derden.

Geluid en trillingen bij ketels en fornuizen

Geluids-  en trillingsproblemen bij ketels en fornuizen ontstaan vaak door thermo-akoestische effecten in het verbrandingsproces en interactie met systeemresonatoren, zoals staande golven in een verbrandingsruimte (vuurhaard), schoorsteen, leiding, of kanaal. Ook rookgas- en verbrandingsluchtventilatoren, kleppen, en pijpenbundels kunnen een belangrijke rol spelen bij het ontstaan van geluid en trillingen in een systeem. Het meeste geluid wordt indirect naar de omgeving uitgestraald, bijvoorbeeld via de schoorsteen of de wanden van de apparatuur. Vaak wordt de oplossing voor deze problemen gezocht in akoestische isolatie of geluidsdempers, terwijl een brongerichte aanpak vrijwel altijd effectiever en goedkoper is. Dit geldt vooral wanneer sprake is van laagfrequent geluid.

Schade door trillingen

Sterke laagfrequente drukpulsaties en mechanische trillingen zijn belangrijke risicofactoren voor het ontstaan van schade door stress en fatigue, vooral wanneer een vuurvaste bemetseling is aangebracht. Door de hoge inwendige tempraturen leidt het ontstaan van scheuren of gedeeltelijk wegvallen van de bemetseling snel tot ernstige schade en soms zelfs tot (door)smelten van de mantel, waarbij ook schadelijke gassen vrij kunnen komen. Reparaties zijn bij deze apparatuur tijdrovend en kostbaar doordat de betreffende unit voor langere tijd buiten bedrijf moet worden gesteld. Het ontstaan van schadelijke trillingen moet daarom altijd worden voorkomen.

Oplossingsstrategie

De meest efficiënte aanpak van geluids- of trillingsproblemen bij ketels en fornuizen bestaat uit het gedetailleerd in kaart brengen van de oorzaken en het opwekkingsmechanisme. Metingen aan de buitenzijde geven daarvoor meestal onvoldoende inzicht. Een combinatie van drukpulsatiemetingen in de hete gassen en (meerkanaals) metingen aan de buitenzijde van de apparatuur levert meestal wel toereikende informatie op. De meetresultaten van de metingen worden daarna gekoppeld aan de procesgegevens, bijvoorbeeld uit de DCS van de plant. Als het opwekkingsmechanisme eenmaal is ontrafeld, kan naar een oplossing voor het probleem worden gezocht. Soms kunnen de trillingen worden weggeregeld door de procescondities te veranderen. Als dat niet het geval is, is het vaak voldoende om één element uit de keten te beïnvloeden of te verwijderen. Hoewel de energie meestal van de brander afkomstig is, wordt het probleem om technische en operationele redenen meestal door interventies bij andere onderdelen opgelost.