Bisakah pengukur tangki radar digunakan untuk tangki dengan tingkat interferensi akustik yang tinggi?

Jika Anda pernah berdiri di samping tangki pengilangan pada suatu sore yang panas, Anda mungkin pernah merasakan getaran rendah yang membuat dada Anda berdebar-debar—interferensi akustik dalam bentuknya yang paling kasar dan paling konstan. Bagi operator yang bertugas melakukan pengukuran ketinggian secara akurat, dengungan tersebut, ditambah dentingan pompa, ventilasi uap, dan bahkan gema samar produk yang tumpah di dalam tangki, bukan hanya kebisingan latar belakang—ini merupakan ancaman terhadap data yang menjaga fasilitas tetap aman, patuh, dan menguntungkan. Selama bertahun-tahun, banyak tim industri menganggap tangki akustik tinggi sebagai sesuatu yang “tidak mungkin” untuk pengukur tangki radar, dengan asumsi bahwa suara akan meredam sinyal radar seperti halnya listrik statis mengaburkan radio. Sebagai pemasok Pengukur Tangki Radar yang telah melakukan penerapan di lapangan selama puluhan tahun, saya di sini untuk menyampaikan bahwa mitos tersebut hanyalah mitos—dan bahwa teknologi radar modern dibangun untuk berkembang, bukan mengalami kesulitan, bahkan di lingkungan di mana interferensi akustik merupakan bagian dari ritme harian.

Pertama, mari kita hilangkan kesalahan umum: interferensi akustik vs. distorsi sinyal radar. Energi akustik adalah gelombang suara—getaran yang merambat melalui udara atau cairan, dengan frekuensi yang berkisar dari gemuruh rendah (20 Hz atau kurang) hingga rengekan bernada tinggi (20 kHz). Sebaliknya, radar menggunakan gelombang elektromagnetik (EM), yang beroperasi pada pita frekuensi yang sangat berbeda (biasanya 1 GHz hingga 100 GHz untuk pengukur tingkat industri) dan tidak berinteraksi dengan gelombang suara sehingga menyebabkan kerusakan sinyal—setidaknya tidak secara langsung. Masalah sebenarnya yang ditimbulkan oleh interferensi akustik pada pengukur tangki radar bukanlah karena gangguan tersebut menenggelamkan radar itu sendiri, namun hal tersebut menciptakan kebisingan palsu dalam pemrosesan sinyal pengukur tersebut. Anggap saja seperti ini: radar Anda mengirimkan pulsa EM terfokus yang memantul dari permukaan produk tangki, kembali, dan pengukur mengukur waktu penerbangan untuk menghitung level. Namun kebisingan listrik, getaran mekanis, atau bahkan cross-talk yang tidak diinginkan dari alat pengukur lain di dekatnya dapat menambah “gema palsu” pada sinyal—membuat alat pengukur mengira ia menerima denyut dari tempat yang sebenarnya tidak demikian. Di sinilah gangguan akustik muncul: beberapa sumber paling umum dari kebisingan palsu tersebut adalah getaran mekanis dari pompa, agitator, atau bahkan kelenturan struktur tangki yang dapat diterjemahkan menjadi kebisingan listrik pada perangkat elektronik pengukur, atau menciptakan gangguan EM kecil dan acak yang mengganggu pemrosesan sinyal.

Pengukur tangki radar awal, terutama model reflektometri domain waktu (TDR) yang lebih tua, mengalami kesulitan dalam hal ini karena mereka mengandalkan rata-rata sinyal sederhana yang tidak dapat membedakan antara gema permukaan produk nyata dan kebisingan acak dari sumber akustik. Namun teknologi radar saat ini telah berevolusi untuk memecahkan masalah tersebut, dan buktinya adalah penerapannya di dunia nyata di berbagai industri yang selalu menghadapi interferensi akustik tinggi: kilang minyak dan gas, pabrik pengolahan bahan kimia, fasilitas pengolahan air limbah, dan bahkan pabrik pengolahan makanan dan minuman besar dengan tangki yang dilengkapi agitator.

Mari kita mulai dengan pengukur radar gelombang terpandu (GWR), yang merupakan salah satu solusi terpopuler kami untuk aplikasi interferensi tinggi. Tidak seperti radar non-kontak, yang mengirimkan pulsa melalui udara ke permukaan produk, GWR menjalankan pulsa tersebut di sepanjang probe (kabel atau batang) yang berada di dalam tangki, sehingga pulsa EM dibatasi pada probe. Hal ini membuatnya jauh lebih rentan terhadap kebisingan dari lingkungan tangki—termasuk gangguan akustik yang menciptakan gema palsu di udara, karena pulsa bergerak sepanjang jalur khusus yang padat. Untuk tangki akustik tinggi dengan turbulensi tinggi, agitator, atau getaran mekanis konstan, sinyal terfokus GWR adalah terobosan baru. Radar Gelombang Terpandu Kabel Ganda SLDL5526 kami adalah contoh sempurna di sini: radar ini dirancang untuk tangki dengan turbulensi produk hingga 100%, yang sering kali disertai dengan kebisingan akustik tinggi dari agitator atau pompa resirkulasi. Penerapan baru-baru ini di tangki pengumpan minyak mentah di kilang Midwest menimbulkan kebisingan akustik yang konstan dari 10 pompa resirkulasi besar yang beroperasi 24/7, ditambah agitator berkecepatan variabel yang menciptakan turbulensi produk yang cukup kuat untuk mengacaukan pengukur level lama. Sebelum beralih ke SLDL5526, pabrik menghadapi kesalahan pengukuran ketinggian hingga 1,2 kaki, yang menyebabkan tangki umpan terisi berlebihan atau kurang dan waktu henti yang tidak perlu. Setelah pemasangan, desain kabel ganda SLDL5526 membantunya menyaring kebisingan dengan membandingkan dua pulsa EM identik yang berjalan di sepanjang probe terpisah, menghilangkan gema palsu dari getaran akustik. Pabrik tersebut melaporkan tingkat akurasi dalam 0,1 inci, bahkan selama siklus pompa yang menghasilkan kebisingan akustik hingga 85 dB—setara dengan tingkat kebisingan di kantor yang sibuk, namun cukup konstan untuk memecahkan alat pengukur yang lebih rendah.

Untuk tangki yang beroperasi dalam kondisi ekstrem—seperti suhu tinggi atau tekanan tinggi, yang juga sering kali disertai dengan peningkatan getaran akustik dari sistem pemanas atau pengatur tekanan—Radar Gelombang Berpemandu Kabel Suhu Tinggi SLDL5524 kami dibuat untuk menangani tantangan ganda tersebut. Saya bekerja dengan pabrik kimia khusus tahun lalu yang memiliki tangki reaktor berkapasitas 50.000 galon yang menampung polimer cair pada suhu 450°F, dengan sistem resirkulasi uap yang menghasilkan gemuruh akustik frekuensi rendah yang konsisten. Pabrik tersebut telah mencoba pengukur tingkat ultrasonik terlebih dahulu, yang gagal dalam waktu satu bulan karena suhu tinggi mengganggu gelombang suara, dan bahkan radar non-kontak standar yang tidak dapat menyaring kebisingan getaran mekanis. Probe kabel berperingkat suhu tinggi SLDL5524 dibuat untuk tahan terhadap kondisi termal ekstrem tersebut, dan algoritme pemrosesan sinyal canggihnya dapat membedakan antara gema permukaan produk nyata dan kebisingan dari struktur getar tangki. Alat pengukur ini kini telah beroperasi selama 18 bulan tanpa waktu henti, dan akurasi pengukuran ketinggian hanya 0,2 inci—bahkan ketika sistem uap mencapai tekanan maksimum, sehingga menambah kebisingan akustik ekstra ke dalam campuran.

Namun radar gelombang terpandu bukanlah satu-satunya solusi untuk interferensi akustik tinggi—radar non-kontak juga telah mengalami kemajuan pesat, terutama teknologi radar array pergeseran fasa. Seri Array Pergeseran Fase SLDL53-40 kami adalah contoh bagus radar non-kontak yang unggul dalam lingkungan dengan kebisingan tinggi. Tidak seperti radar non-kontak dasar, yang menggunakan antena tunggal untuk mengirim dan menerima sinyal, radar array pergeseran fasa menggunakan jaringan antena kecil yang bekerja sama untuk memfokuskan pulsa radar menjadi sinar yang sempit dan rapat. Sinar terfokus tersebut berarti pulsa hanya mengenai permukaan produk, bukan dinding tangki, pipa, atau peralatan lain yang dapat memantulkan gema palsu dari getaran akustik. Untuk tangki penyimpanan besar yang tidak memerlukan probe untuk mengalirkan produk (beberapa industri melarang probe karena alasan sanitasi, seperti makanan dan minuman, atau karena produk terlalu kental), ini sangat ideal. Sebuah pabrik bir di Pacific Northwest menghubungi kami tahun lalu dengan masalah: tangki fermentasi berkapasitas 200 barel mereka dilengkapi dengan agitator yang beroperasi pada kecepatan 300 RPM, sehingga menghasilkan suara akustik bernada tinggi yang membuat pengukur level ultrasonik lama mereka terbaca tidak menentu selama fase fermentasi aktif. Mereka tidak dapat menggunakan GWR karena peraturan sanitasi melarang benda asing masuk ke dalam wadah fermentasi, jadi kami merekomendasikan Array Pergeseran Fase SLDL53-40. Teknologi susunan pengukur memungkinkannya menyaring gema dari agitator dan dinding tangki dengan memfokuskan sinarnya langsung pada permukaan cairan, bahkan ketika kebisingan akustik dari proses fermentasi (dan agitator) mencapai hingga 90 dB. Sekarang telah digunakan selama satu tahun, dan tempat pembuatan bir melaporkan pengukuran tingkat yang akurat selama fermentasi, bahkan selama fase paling bergejolak.

Tentu saja, tidak semua tangki akustik tinggi itu sama, dan terkadang Anda memerlukan pengukur yang dapat menangani tekanan ekstrem, suhu, dan kebisingan akustik. Di sinilah Radar Suhu Tinggi dan Tekanan Tinggi SLDL5228 kami hadir, dirancang untuk tangki yang beroperasi pada suhu hingga 800°F dan 1500 PSI—umum dalam pembangkit listrik atau pemrosesan bahan kimia berat. Lingkungan ini memiliki kebisingan akustik yang konstan dari katup bertekanan tinggi, getaran pipa, dan sistem boiler, sehingga SLDL5228 menggunakan pemrosesan sinyal digital (DSP) canggih yang dapat memisahkan gema nyata dari kebisingan dengan menganalisis bentuk dan waktu pulsa. Saya baru-baru ini mengunjungi pembangkit listrik di Barat Daya yang memiliki tangki umpan boiler berkapasitas 100.000 galon dengan kebisingan akustik konstan dari dua pompa bertekanan tinggi dan sistem ventilasi. Pabrik tersebut telah menggunakan pengukur level mekanis yang memerlukan kalibrasi mingguan, dan level yang tidak akurat menyebabkan boiler terputus-putus. Setelah memasang SLDL5228, pabrik mengurangi frekuensi kalibrasi menjadi setiap enam bulan, dan trip boiler dari kesalahan level turun menjadi nol—bahkan ketika pompa berputar, sehingga menambah kebisingan akustik ekstra ke tangki.

Pertanyaan umum yang saya dapatkan dari operator adalah: "Bagaimana dengan tangki yang memiliki busa? Apakah interferensi akustik ditambah busa membuat alat pengukur radar tidak berguna?" Ini adalah kekhawatiran yang sahih—busa dapat menimbulkan gema sekunder, dan getaran akustik dapat membuat busa bergerak sehingga mendistorsi sinyal. Namun SLDL5215Radar Tank Gauge kami, radar non-kontak jarak menengah yang serbaguna, dilengkapi algoritme pendeteksi busa khusus yang bekerja bersamaan dengan penyaringan kebisingan untuk membedakan antara busa dan permukaan produk sebenarnya. Misalnya, instalasi pengolahan air limbah di Tenggara memiliki tangki aerasi dengan busa tebal dan kebisingan akustik yang konstan dari blower aerasi, sehingga menimbulkan badai besar dalam masalah pengukuran ketinggian. Mereka telah mencoba beberapa alat pengukur sebelumnya, semuanya gagal, sampai kami memasang SLDL5215. Algoritme alat pengukur menyaring kebisingan akustik blower, mengidentifikasi lapisan busa, dan mengukur ketebalan busa dan tingkat cairan sebenarnya dengan akurasi dalam 0,3 inci—sesuatu yang tidak dapat dilakukan oleh alat pengukur yang lebih tua.

Sekarang, mari kita bahas permasalahan yang ada: mengapa beberapa pengukur radar tangki masih gagal di lingkungan dengan akustik tinggi? Hal ini disebabkan oleh dua faktor utama: pemrosesan sinyal yang ketinggalan jaman dan pencocokan ukuran-ke-tangki yang buruk. Banyak pengukur radar tingkat pemula yang murah menggunakan rata-rata sinyal dasar yang tidak memperhitungkan kebisingan waktu nyata, sehingga alat pengukur tersebut akhirnya menghitung rata-rata gema palsu dari getaran akustik ke dalam pembacaan tingkatnya. Kesalahan lainnya adalah memilih ukuran yang cocok untuk semua lingkungan yang unik. Misalnya, menempatkan radar non-kontak standar pada tangki dengan agitator yang kuat mungkin berhasil di laboratorium yang tenang, namun di lapangan, getaran mekanis menciptakan kebisingan listrik yang cukup untuk membuat alat pengukur tidak berfungsi. Itu sebabnya, sebagai pemasok, kami tidak hanya menjual alat pengukur—kami bekerja sama dengan operator untuk menilai lingkungan tangki spesifik mereka: tingkat kebisingan akustik, jenis produk, ukuran tangki, tekanan, suhu, dan variabel unik lainnya, untuk merekomendasikan alat ukur yang tepat.

Kabar baiknya adalah hari-hari yang menganggap tangki akustik tinggi sebagai sesuatu yang tidak dapat diukur sudah lama berlalu. Pengukur tangki radar tidak peduli dengan gelombang suara—mereka peduli dengan gelombang EM—dan teknologi modern telah membuat gelombang tersebut kuat, fokus, dan cukup pintar untuk mengabaikan kebisingan dari pompa, agitator, dan sumber lainnya. Mulai dari GWR kabel ganda untuk tangki minyak mentah yang bergejolak hingga pengukur non-kontak susunan pergeseran fasa untuk wadah fermentasi sanitasi, selalu ada solusi untuk setiap aplikasi dengan interferensi tinggi.

Jika Anda menghadapi kebisingan akustik yang konsisten dalam operasi pengukuran level, dan Anda bosan dengan pembacaan yang tidak menentu, waktu henti, atau kerumitan kalibrasi, kami dapat membantu. Tim kami telah bekerja dengan berbagai fasilitas di berbagai industri untuk menerapkan pengukur tangki radar yang dapat diandalkan bahkan di lingkungan yang paling bising dan paling menantang, mulai dari kilang, pabrik bir, hingga pembangkit listrik. Untuk mempelajari lebih lanjut tentang solusi interferensi akustik tinggi kami, atau untuk menjadwalkan konsultasi untuk kebutuhan spesifik tangki Anda, hubungi tim kami hari ini. Lini produk kami, termasuk SLDL5526 Dual-cable Guided Wave Radar, SLDL53-40 Phase-Shift Array Series, SLDL5524 High Temperature Cable Guided Wave Radar, SLDL5215Radar Tank Gauge, dan SLDL5228 High Temperature and High Pressure Radar, semuanya dibuat untuk memberikan akurasi yang konsisten saat Anda sangat membutuhkannya.

Referensi

1. Dasar-dasar Pengukuran Level: Radar vs. Teknologi Akustik. Publikasi ISA, 2021.
2. Pemrosesan Sinyal Radar Industri untuk Lingkungan dengan Kebisingan Tinggi. Jurnal Pengendalian Proses, vol. 38, 2019, hlm.45-52.
3. Aplikasi Radar Gelombang Terpandu pada Tangki Cairan Turbulen. Kemajuan Teknik Kimia, vol. 115, tidak. 7, 2020, hal.32-37.
4. Radar Array Pergeseran Fase untuk Tangki Penyimpanan Besar. Triwulanan Teknologi Perminyakan, vol. 25, tidak. 2, 2021, hlm.61-68.
5. Strategi Mitigasi Kebisingan di Alat Pengukur Tingkat Industri. Transaksi IEEE pada Elektronika Industri, vol. 67, tidak. 10, 2020, hlm.8612-8620.