Flusso, pressione e temperatura sono i tre parametri fondamentali per il rilevamento di oggetti, ampiamente applicati nella misurazione. Con il rapido sviluppo dell'industria cinese, le richieste di misurazione del flusso in vari sistemi di controllo automatizzati sono diventate sempre più rigorose, portando all'adozione su vasta scala di misuratori di portata.
Requisiti per gli strumenti di misurazione del flusso nel controllo di processo
I misuratori di portata sono ampiamente utilizzati nel controllo di processo. Il loro ruolo prevede il rilevamento delle portate dei fluidi all'interno di tubazioni sigillate. Quando necessario, gli strumenti di misurazione del flusso sono integrati con strumenti di controllo e attuatori per formare sistemi di regolazione, stabilizzando il flusso entro intervalli appropriati per garantire la stabilità del processo. Data questa specifica funzione nel controllo di processo, gli strumenti di misura del flusso devono soddisfare i seguenti requisiti.
1. Stabilità delle prestazioni
① L'uscita degli strumenti di misurazione del flusso dovrebbe mostrare un'eccellente stabilità. Se il segnale di flusso stesso contiene rumore, le regolazioni interne dello smorzamento dovrebbero stabilizzare la lettura per una facile interpretazione. Se integrato in un sistema di controllo con un regolatore, l'uscita del regolatore dovrebbe rimanere esente da oscillazioni evidenti.
② L'influenza della temperatura ambiente sul valore visualizzato dallo strumento dovrebbe rimanere entro i parametri tecnici specificati.
③ Lo strumento dovrebbe dimostrare un'eccellente stabilità-a lungo termine.
2. Requisiti di affidabilità
① Gli strumenti devono mostrare un'elevata affidabilità. Le moderne installazioni industriali tendono verso processi continui su larga-scala in cui i guasti degli strumenti possono facilmente destabilizzare le operazioni. Poiché i misuratori di portata installati sulle tubazioni non possono essere riparati arrestando il processo, è necessario dare priorità all'affidabilità sia nella produzione degli strumenti che nella progettazione del sistema-compresa l'affidabilità dei termistori utilizzati per la compensazione della temperatura. Alcuni produttori implementano la ridondanza per i componenti soggetti a guasti e difficili da riparare. Altri progettano metodi per la sostituzione del sensore senza interrompere il flusso. I produttori di misuratori di portata elettromagnetici forniscono tecniche e strumenti per la sostituzione degli elettrodi senza-interruzioni, contribuendo a una maggiore affidabilità.
② Diagnosi dei guasti. In caso di guasto dello strumento, il sistema diagnostico dovrebbe indicare automaticamente la posizione e la natura del guasto per ridurre al minimo i tempi di riparazione. Quando i dati diagnostici vengono trasmessi digitalmente a un computer, il computer può monitorare il funzionamento dello strumento, attivare allarmi in caso di guasti, visualizzare i dettagli del guasto e persino implementare le misure di sicurezza necessarie.
3. Forte capacità anti-interferenza
① Resistenza alle vibrazioni.
La maggior parte dei sensori di flusso sono montati su tubazioni in ambienti difficili dove le vibrazioni rappresentano un grave disturbo. Pertanto, i sensori di flusso, i trasmettitori e gli altri componenti devono possedere forti capacità anti-interferenza. Alcuni misuratori di portata a vortice e misuratori di portata massica Coriolis funzionano male sul campo a causa dell'inadeguata resistenza alle vibrazioni, esibendo fenomeni come "letture false" o "letture eccessive".
② Resistenza alle interferenze in radiofrequenza
I siti industriali che ospitano misuratori di portata contengono molteplici fonti di interferenza. Ad esempio, i gru a ponte che passano sopra la testa, i carrelli elevatori che operano nelle vicinanze o il personale che utilizza walkie-talkie possono causare letture elevate su alcuni strumenti di misurazione del flusso. Ciò si verifica quando le onde elettromagnetiche a radiofrequenza emesse dagli impianti elettrici delle gru, dalle candele dei carrelli elevatori o dalle antenne dei walkie-talkie entrano nello strumento attraverso vari percorsi, interrompendone il funzionamento. Negli ultimi anni, l’impatto delle interferenze RF ha guadagnato una notevole attenzione. Gli strumenti di misurazione ora incorporano specifiche sulla resistenza alle interferenze RF e impiegano numerose misure per migliorare l'immunità alle interferenze.
4. Tempi di risposta brevi
Molti strumenti di misurazione del flusso formano sistemi di controllo con regolatori, che richiedono tempi di risposta inferiori a 1 secondo. Nei sistemi di controllo del flusso preimpostato, una costante di tempo totale superiore a 1 secondo nel segmento di misurazione del flusso può ridurre significativamente la qualità del controllo. Nei casi più gravi, ciò può causare oscillazioni del sistema e guasti operativi.
5. Diversi segnali di uscita
① Uscita analogica.
Gli strumenti di misurazione del flusso devono essere dotati di un'uscita analogica da 4–20 mA con caratteristiche di corrente costante.
② Uscita in frequenza.
I trasmettitori di flusso (convertitori) trasmettono segnali di flusso a strumenti di visualizzazione o controller tramite frequenza, preservando la precisione con una perdita minima-un vantaggio chiave di questo metodo.
③ Uscita digitale.
Gli strumenti di misurazione del flusso si collegano ai computer tramite porte di comunicazione come RS485. Grazie al supporto software dedicato, non solo trasmettono i parametri misurati ai computer, ma inviano anche informazioni sui guasti, dati di configurazione e indicatori di stato dello strumento. Inoltre, gli operatori possono modificare le configurazioni degli strumenti da campo, eseguire ispezioni, tarature, attività di manutenzione e gestione in remoto dalle sale di controllo tramite computer.
Rilevamento del flusso e utilizzo del flussometro
La misurazione del flusso è un metodo di misurazione industriale comune ampiamente applicato in settori quali la produzione di energia, la metallurgia, l'ingegneria chimica, il petrolio e la lavorazione alimentare. Qualsiasi processo che comporti cambiamenti nella massa richiede la misurazione del flusso. I misuratori di portata servono come strumenti per questa misurazione. Sulla base di diversi principi di misurazione, questi strumenti possono essere classificati in numerosi tipi. Con il progresso delle moderne tecniche di misurazione, i misuratori di portata si sono evoluti dai primi tipi di pressione differenziale, spostamento positivo ed elettromagnetici. Ora presentano non solo strutture più semplici ma anche funzionalità sempre più diversificate. L'accuratezza delle misurazioni del flussometro influisce direttamente sull'esecuzione corretta e stabile dei processi di controllo industriale, avendo una rilevanza diretta per lo sviluppo economico nazionale della Cina. Pertanto, padroneggiare i principi dei comuni misuratori di portata e comprendere l'applicazione dei tipici misuratori di portata nei sistemi di automazione è fondamentale per migliorare i livelli di automazione industriale e gli standard delle apparecchiature di strumentazione.
Applicazione dei misuratori di portata nei sistemi di controllo automatizzati
1. Applicazione dei misuratori di portata nei sistemi di misurazione automatizzati dei giacimenti petroliferi
I giacimenti petroliferi rappresentano uno dei settori più estesi per l'applicazione di misuratori di portata, utilizzati principalmente per la misurazione, le statistiche e l'analisi della produzione di petrolio, compreso il monitoraggio giornaliero della produzione dei pozzi. Le tecnologie avanzate di misurazione e processo facilitano la comprensione tempestiva dello stato di sviluppo dei giacimenti petroliferi e dei cambiamenti dei giacimenti, consentendo l’analisi dei cambiamenti dinamici nella produzione di petrolio e gas per guidare ulteriormente le strategie di sviluppo dei giacimenti. Nella misurazione delle sub-unità dei giacimenti petroliferi, i fluidi prodotti grezzi passano prima attraverso tre- separatori di fase per essere divisi in tre flussi: uno diretto alla stazione di compressione tramite una valvola di regolazione, un altro indirizzato al serbatoio di decantazione tramite un flussometro elettromagnetico e il terzo inviato al serbatoio tampone tramite un flussometro di massa.
La miscela di olio-acqua passa attraverso un sensore del flussometro di massa che raccoglie parametri quali portata, temperatura e densità all'interno del tubo dell'olio. Questi segnali vengono trasmessi al processore, dove i relativi algoritmi del microcomputer analizzano e calcolano i parametri raccolti di petrolio greggio e acqua. Dopo aver subito una fase di trasmissione, i dati vengono inviati all'host di monitoraggio tramite comunicazione Ethernet TCP/IP. Ciò consente funzioni di gestione complete tra cui visualizzazione, archiviazione, reportistica e stampa dei dati, ottenendo così il monitoraggio di più sistemi di misurazione dell'olio-acqua.
Inoltre, nei siti di tornitura dei pozzi petroliferi-, affrontando i diffusi problemi dei fluidi di perforazione ad alta- densità e dei rifiuti di materiali pesanti nei pozzi profondi, il sensore del flussometro raccoglie e analizza i cambiamenti nella viscosità del fluido di perforazione, nella densità e nei parametri di prestazione della centrifuga. Dopo che il sistema di controllo ha calcolato la velocità operativa della centrifuga e la corrispondente capacità di elaborazione, il controllo dell'output del computer-stabilisce il flusso di lavoro del sistema di controllo. Ciò migliora efficacemente il tasso di recupero dei materiali pesanti e ne riduce i costi di utilizzo.
2. Applicazioni dei misuratori di portata nei sistemi di processo delle centrali elettriche
2.1 Applicazione nei processi di fornitura d'aria per caldaie
Nelle caldaie delle centrali elettriche, i flussometri misurano principalmente le portate di aria, vapore e aria di caldaia. Il misuratore di portata più comunemente utilizzato è il misuratore di portata a vortice. Funzionando secondo il principio della velocità, utilizza il regolare fenomeno della perdita di vortici per misurare il flusso. Quando fluidi come vapore o aria scorrono oltre il sensore, davanti al sensore si forma una zona ad alta-pressione, dove la pressione supera la pressione statica del tubo. Quando il fluido accelera attraverso la sezione di accelerazione del tubo, si forma una zona di bassa-pressione in cui la pressione è inferiore alla pressione statica del tubo. Dietro questa zona di bassa-pressione si sviluppa quindi una zona di vuoto indotto da un vortice-, creando fluttuazioni di pressione. La frequenza di queste fluttuazioni è direttamente proporzionale alla portata del gas. Misurando questa frequenza di vibrazione e applicando un'adeguata conversione e compensazione, è possibile calcolare la velocità del fluido.
Prendendo come esempio la misurazione del flussometro a vortice nel flusso d'aria di alimentazione della caldaia: il flusso d'aria di alimentazione della caldaia è un parametro critico che riflette lo stato operativo delle caldaie e dei ventilatori della centrale elettrica, svolgendo un ruolo vitale nel sistema di controllo automatico per la combustione della caldaia. I condotti di alimentazione dell'aria delle centrali elettriche hanno una sezione trasversale- prevalentemente rettangolare, il che rende difficile una misurazione precisa con i misuratori di portata convenzionali. Il misuratore di portata a vortice dimostra prestazioni superiori in questa applicazione.
Quando si utilizzano misuratori di portata a vortice per la misurazione del flusso d'aria di alimentazione della caldaia, il sistema comprende un sensore, un convertitore e un centro di controllo. Il sensore è costituito da un generatore di vortici e da un rilevatore di vortici, principalmente responsabile della misurazione del flusso d'aria di alimentazione e della sua conversione in un segnale di frequenza corrispondente. Questo segnale di frequenza viene modellato e amplificato all'interno del convertitore, emettendo un segnale di controllo CC da 4–20 mA al centro di controllo. Lì, il flusso d'aria misurato viene visualizzato, registrato e analizzato, fungendo da riferimento critico per lo stato operativo della caldaia all'interno della centrale elettrica.
Quando si utilizzano misuratori di portata a vortice per la misurazione del flusso d'aria della caldaia, è necessario prestare particolare attenzione alla selezione della gamma dello strumento e alla compensazione di temperatura/pressione. Il mantenimento del flusso del fluido misurato entro 1/2 - 2/3 della capacità del misuratore di portata a vortice garantisce che la precisione rimanga entro limiti accettabili. Inoltre, è necessario selezionare strumenti di misurazione della temperatura e della pressione adeguati per integrare il flussometro a vortice, stabilendo un sistema di controllo dell'automazione della caldaia preciso e accurato. Con i progressi nella tecnologia informatica e microelettronica, i misuratori di flusso a vortice intelligenti sono stati ampiamente adottati. Dotati di funzionalità di calibrazione del flusso e auto{8}}diagnostica, consentono un controllo più flessibile in base alle condizioni operative della caldaia della centrale elettrica ed eseguono la correzione degli errori, rappresentando una tecnologia più matura.
2.2 Applicazione nei processi di desolforazione dei fumi
I misuratori di portata sono ampiamente utilizzati anche nei processi di desolforazione dei gas di combustione delle centrali elettriche. A causa dell'elevato contenuto di polvere, delle temperature elevate e delle proprietà corrosive delle emissioni di gas di scarico, oltre alle condizioni turbolente e vorticose nei condotti di scarico delle caldaie, la misurazione accurata del flusso è impegnativa. Di conseguenza, sono necessari più punti di misurazione per calcolare i valori medi. I numerosi punti di misurazione nelle centrali elettriche-tra cui l'aria primaria, l'aria secondaria, il gas di alimentazione delle caldaie e i gas di scarico desolforati-presentano sfide significative per il monitoraggio dei gas di scarico. I misuratori di portata fumi per desolforazione utilizzano un principio unico basato sulla dispersione termica. Convertono la relazione tra la differenza di temperatura attraverso l'RTD del sensore e la portata in un segnale di uscita del flusso lineare. Combinati con modelli di dati di flusso specializzati e con la teoria del controllo fuzzy, generano segnali di controllo. Il controllo del sistema viene ottenuto tramite sonde di rilevamento della carica dedicate-e dispositivi di raschiamento.
3. Applicazioni dei misuratori di portata nei sistemi di processo di trattamento delle acque reflue
Sistemi di trattamento delle acque reflue di stabilimenti farmaceutici
Con il rapido progresso dell’industria moderna, l’importanza del trattamento delle acque reflue municipali continua a crescere. I misuratori di portata hanno trovato ampia applicazione negli impianti automatizzati di trattamento delle acque reflue. Le acque reflue contengono notevoli quantità di solidi sospesi, effluenti, impurità, agenti patogeni, ecc. Diversi punti di monitoraggio hanno requisiti diversi per i flussometri. Vengono applicati sia misuratori di portata elettromagnetici che misuratori di portata a ultrasuoni, con i misuratori di portata a ultrasuoni che hanno guadagnato più utilizzo negli ultimi anni grazie alla loro elevata precisione, buona integrazione e dimensioni compatte.
Prendendo come esempio l'applicazione dei misuratori di portata a ultrasuoni nel trattamento delle acque reflue: integrando i misuratori di portata a ultrasuoni con un canale Parshall, il flusso degli effluenti viene monitorato per controllare le valvole di afflusso e di bypass, ottenendo così la regolazione del flusso nel trattamento delle acque reflue. All'interno del sistema di controllo automatico del flusso a ultrasuoni, i sensori a ultrasuoni rilevano le informazioni sul flusso. Misurando la distanza dalla posizione zero al diaframma del sensore e il fondo scala-, viene determinato il flusso effettivo delle acque reflue corrispondente all'altezza e trasmesso al microprocessore centrale del sistema di controllo. Dopo la conversione, un segnale a impulsi da 4–20 mA viene inviato al controller programmabile nella sala di controllo centrale. A seguito della comunicazione, il terminale di gestione visualizza informazioni tra cui la portata istantanea, il valore massimo, minimo e medio. Supporta le statistiche di flusso e la stampa e funziona in base alla logica di diagnosi dei guasti.
Quando si verificano guasti al sistema o un flusso anomalo, emette informazioni di allarme, invitando gli operatori a regolare la valvola di ingresso e la valvola di bypass per il controllo del flusso, soddisfacendo così i requisiti di produzione del processo di trattamento delle acque reflue. I sistemi di controllo più avanzati possono trattare il flusso come un input variabile nel PLC nella sala di controllo centrale. Ciò consente il calcolo programmatico diretto e il controllo degli incrementi di regolazione per la valvola di ingresso e la valvola di bypass. Allo stesso tempo, la conversione di queste valvole all’azionamento elettrico elimina la necessità dell’intervento manuale dell’operatore, migliorando ulteriormente l’efficienza del sistema.
Oltre a queste applicazioni, i misuratori di portata sono ampiamente utilizzati nei processi di desolforazione, nei sistemi di alimentazione a corrente continua, nel trattamento delle acque reflue della gassificazione del carbone, nella misurazione dell'energia, nella protezione ambientale e in altri campi, permeando ogni fase di conversione energetica della produzione industriale. Con il continuo progresso dell'automazione industriale e il rapido sviluppo della tecnologia microelettronica informatica, i misuratori di portata si sono evoluti da progetti meccanici a elettronici. Nuovi tipi di misuratori di portata continuano ad emergere, svolgendo un ruolo sempre più significativo nell'economia nazionale cinese e dimostrando promettenti prospettive di sviluppo.