Większa precyzja działania, autodiagnostyka oraz ułatwiona obsługa – to charakterystyka urządzeń pomiarowych nowej generacji.
|
|
|
W SKRÓCIE
|
Najnowsze technologie przepływomierzy wcale nie są takie nowe. Wiele z tych urządzeń – takich jak przepływomierze ultradźwiękowe, elektromagnetyczne – wykorzystujące zjawisko siły Coriolisa, a czasami wiele tych zjawisk jednocześnie – stosowane są od lat. Ich nowość polega jednak na tym, że można je odróżnić od starszych, tradycyjnych mechanicznych technologii pomiaru przepływu (takich jak pomiar względny, Venturi czy kryza dławiąca), które stanowią filary zastosowań przemysłowych, miejskich oraz firmowych. Warto zwrócić na nie uwagę z racji ewolucji, jaką przechodzą oraz zmian, które powodują, a mianowicie przepływomierze wychodzą poza funkcję typowych przyrządów i stają się, pod wieloma względami, „oknami” na procesy.
Nowe technologie w dziedzinie przepływomierzy oferują szeroką gamę korzyści zarówno dla samych urządzeń, jak i dla procesów, które monitorują. Charakteryzują się większą dokładnością i powtarzalnością pomiarów oraz niższymi kosztami obsługi i utrzymania. Takie przepływomierze maja niewiele ruchomych, zużywających się części, bądź też nie mają ich wcale; wykonują pomiary dla większej ilości różnych płynów w prostszy i bardziej niezawodny sposób, a w większości przypadków nie powodują spadków ciśnienia i zapewniają większe bezpieczeństwo. Wiele z nich to urządzenia inteligentne, wyposażone w inteligencję opartą na mikroprocesorach. Wykonują autodiagnostykę i dostosowują się do jednego lub więcej typowych protokołów komunikacyjnych. Dając użytkownikom informacje zwrotne w czasie rzeczywistym i umożliwiają rejestrację danych pomiarowych.
Produkty firmy FCI — przepływomierze ST50 oraz ST75 są wyposażone w bezprzewodowe porty IR. Przy standardowym PDA (ang. Personal Digital Assistant) użytkownik może się komunikować z urządzeniem i otrzymywać takie same dane, które są dostępne przy tradycyjnym połączeniu kablowym (zdjęcie dzięki Fluid Components International)
Przejście na wyższy poziom
Największe zmiany na dzisiejszym rynku przepływomierzy zachodzą w zakresie nowych technologii. – Nie ma wątpliwości, że rynek „przesuwa się” w kierunku przepływomierzy opartych na nowych technologiach – mówi Jesse Yoder, prezes Flow Research Inc., firmy zajmującej się badaniem rynku, a skupiającej się na oprzyrządowaniu, przepływomierzach oraz przetwornikach ciśnienia i temperatury. – Jednak wymaga to czasu z powodu dużej liczby zainstalowanych i wciąż pracujących mierników tradycyjnych.
James „Jed” Matson, starszy specjalista ds. produktów, linii przepływomierzy ultradźwiękowych – GE Infrastructure Sensing sugeruje, że nowe, udoskonalone przepływomierze, bazujące na najnowszych technologiach wychodzą poza zwykłe opomiarowanie, wchodząc w dziedzinę rozwiązywania problemów: „Przepływomierz nie jest już tylko przepływomierzem. Dla wymagającego lub inteligentnego użytkownika jest to bardzo dobre rozwiązanie. Sztuka polega na tym, żeby wiedzieć, co można zrobić z informacjami, jakie obecnie są w stanie przekazać te urządzenia, jak je wykorzystać do zwiększenia możliwości diagnostycznych czy też jak zamienić je w coś, co będzie przydatne dla procesów”.
Ostatnia innowacja polega na zastosowaniu mierników bazujących na nowych technologiach, a w szczególności – urządzeń ultradźwiękowych – do pomiarów gazów. – Technologia bezinwazyjna, wykorzystująca zewnętrzne czujniki zaciskowe na przewodach, nie była dotychczas stosowana do pomiaru przepływu gazu – mówi Matson – ponieważ uważano, że gęstość gazu nie jest wystarczająca dla zapewnienia właściwego funkcjonowania urządzeń ultradźwiękowych. Jednakże w roku 2001 weszliśmy na rynek z miernikiem, który wykorzystuje metodę pomiaru czasu przepływu gazu. Zastosowanie czujnika o zaawansowanej technologii pozwoliło nam wykorzystać amplitudę wyższego rzędu energii ultradźwiękowej tak, że mogliśmy wykonać pomiar czasu przepływu gazu i uzyskać pomiar z dokładnością rzędu ±2%. Technika ta sprawdza się bardzo dobrze w większości zastosowań, jednak w dalszym ciągu wymaga minimalnego ciśnienia gazu – wynoszącego 60 psig dla powietrza w rurze ze stali węglowej.
Nowa technologia pomiaru gazów pokonuje wymogi ciśnieniowe; urządzenie Panametrics DigitalFlow CTF878 wykorzystuje metodę ultradźwiękowego pomiaru przepływu gazów przy ciśnieniu atmosferycznym i przy prędkościach dochodzących do 45m/s. Urządzenie posługuje się metodą znaczników korelacyjnych do mierzenia przepływu: gazu naturalnego, sprężonego powietrza, gazów szlachetnych czy innych gazów. Miernik nie ma części omywanych przez gaz czy ruchomych, więc nie wymaga konserwacji i nie powoduje spadków ciśnienia.
CTF878 zaciskowy przepływomierz ultradźwiękowy nie ma ruchomych części (zdjęcie dzięki GE Infrastructure Sensing)
Ultradźwiękowy, wykorzystujący siły Coriolisa…
Mierniki „Coriolisa”, obok urządzeń ultradźwiękowych, stanowią chyba najszybciej rozwijający się segment rynku przepływomierzy nowych technologii. Urządzenia te charakteryzują się wysoką precyzją, wymagają niewielkiej konserwacji i obsługi oraz mogą pracować wiele lat bez ich ponownego kalibrowania. Ich możliwość wykonywania pomiarów masowego natężenia przepływu i gęstości (w przeciwieństwie do pomiarów przepływu objętościowego) daje użytkownikom wgląd również w skład płynów, a nie tylko w ich ilość, co jest ważne w zastosowaniach przemysłu chemicznego.
Miernik Micro Motion Coriolis mierzy gęstość, prędkość masowego natężenia przepływu oraz temperaturę; oferując wgląd w procesy wychodzące poza sam przepływ. Marc Buttler, menedżer ds. linii produktów Micro Motion w Emerson Process Management mówi: – Klienci oczekują od przepływomierzy coraz więcej i więcej, znaleźli nowe zastosowania zbieranych danych pomiarowych i sposoby wykorzystywania zalet związanych z dostępnością danych. Technologia pomiarów przepływu uległa ewolucji do poziomu, na którym pozwala na wykorzystanie informacji znacznie wychodzących poza sam pomiar przepływu.
Seria przepływomierzy Coriolis — Elite Coriolis firmy Micro Motion/Emerson Process Management jest wyposażona w wielowymiarowe cyfrowe przetwarzanie sygnałów (multivariable digital — MVD). Dwuczęściowy system składa siê z czujnika, który spełnia wymogi parametrów procesowych, takich jak spadek cioenienia i temperatura oraz elektroniki, która przetwarza sygnał pierwotny z czujnika (zdjêcie dziêki Micro Motion/Emerson Process Management)
Przepływomierze zaciskowe Sonartrac firmy Cidra posługują się dwoma synergistycznymi rodzajami pomiarów. Jeden śledzi objętościowe natężenie przepływu, a drugi wykorzystuje prędkość, z którą dźwięk rozprzestrzenia się w płynie, dostarczając w ten sposób informacje o składzie. Techniki systemowe (głośniki, anteny) oparte na sonarze „słuchają” oraz interpretują pola generowane przez turbulentny przepływ przez przewody. Można osiągnąć dokładność do ±0,5% (ilustracja i zdjęcie dzięki Cidra)
Jak twierdzi Buttler, możliwości autodiagnostyki to podstawa mierników „Coriolis”. Funkcja ta obejmuje zarówno samo urządzenie pomiarowe, jak również i proces: – Klienci powinni potrafić zidentyfikować problemy (uszkodzenia) urządzenia. Równie ważne jest to, aby mogli na nim polegać. Urządzenie powinno informować o problemach z procesem niezwiązanych z miernikiem. Przepływomierz, który potrafi ostrzec przed tym, że w procesie pojawił się problem, jest bardzo przydatny.
W podobny sposób przepływomierze Krohne – Optimass Coriolis mierzą aż do czterech zmiennych procesowych w jednym urządzeniu i odznaczają się wysokim poziomem możliwości diagnostycznych, służących do sprawdzania dokładności. Optimass ma modułową konstrukcję; z przodu znajdują się elementy czujników, a z tyłu elektronika. Jonathan Fiedler, specjalista ds. produktu pracujący dla NAFTA w Krohne, mówi: – Koncepcja rozdzielenia przetwornika od czujników oraz innych wejść/wyjść pozwala przepływomierzowi na komunikację cyfrową na dowolną odległość. Rozwiązanie takie ma również dodatkowe korzyści, kiedy modernizowana jest linia produkcyjna. Jeden konwerter z modułem czujników pomiarowych upraszcza zmiany w systemie oraz jego eksploatację. Kiedy wprowadzamy nowe protokoły komunikacyjne, zamiast dodawania ich do 20 nowych produktów (czujników), robimy to raz na płycie (konwertorze). Pozwala to na utrzymanie kosztów bez obniżenia jakości.
…jeszcze więcej
Oprócz technologii ultradźwiękowych i „Coriolisa” istnieją jeszcze inne technologie, które również mają zalety, a mianowicie: charakteryzują się dużą dokładnością pomiaru, uproszczoną obsługą oraz autodiagnostyką. Na przykład magnetyczny przepływomierz firmy Krohne – Optiflux zapewnia pomiary objętościowego natężenia przepływu, pomiary stężenia (konduktywność) oraz temperatury. Optiflux automatycznie sprawdza 100% swojego własnego sprzętu i oprogramowania, przeprowadzając kontrole przepływu strumienia magnetycznego przez rurę oraz monitorując pole prądowe i opór elektryczny powłoki, wymagane do uzyskania założonej precyzji pomiaru. Urządzenie wykonuje również kontrole liniowości kalibracyjnej w celu sprawdzenia, czy pomiar mieści się w granicach tolerancji. Wykrywa częściowo wypełnione przekroje rury, zniekształcone profile przepływu, zmiany składu płynów spowodowane zapowietrzeniem, wysoką zawartość elementów stałych lub niejednorodne mieszanki płynów i ostrzega użytkowników przed możliwymi problemami. Informacje te pozwalają użytkownikom zidentyfikować miernik, z którym zaczynają się problemy i wskazać na ich możliwe przyczyny, przyczyniając się w ten sposób do redukcji przestojów.
Oparte na nowych technologiach przepływomierze firmy Krohne obejmują serie Optiflux oraz Optimass. Elektromagnetyczne przepływomierze Optiflux mają wbudowaną diagnostykę. Rodzina Optimass urządzeń Coriolis została zaprojektowania dla szczególnie trudnych aplikacji. Stabilna technologia czujników adaptacyjnych synchronizuje osobno każdy czujnik, niezależnie od czynników zewnętrznych i gęstości płynu (zdjęcie dzięki Krohne)
Nieco inna jest technologia oparta na bazie sonarów, wprowadzona ostatnio przez firmę Cidra do wykonywania pomiarów przepływu płynów i gazów jedno- i wielofazowych . System Sonartrac, wykorzystujący czujniki bezinwazyjne, instalowane na zewnątrz przewodu, może być instalowany w istniejących liniach produkcyjnych, eliminując potrzebę ingerowania w przewody i zakłócenia przebiegu procesów.
Dan Gysling, główny dyrektor ds. technologii w firmie Cidra Corp. wyjaśnia: – System Sonartrac wykonuje pomiary przepływu objętościowego oraz pomiary prędkości dźwięku. W wielu zastosowaniach wykonuje bardzo precyzyjne pomiary stężenia objętościowego gazów. W niektórych sytuacjach napowietrzony płyn może powodować problemy przy kalibracji urządzeń i pomiarach. Tego rodzaju problemy mogą być trudne do zidentyfikowania. Proponowany miernik precyzyjnie identyfikuje ilość stężenia gazów w rurach i prezentuje dobry obraz tego, co dzieje się we wnętrzu rur.
Zwiększanie zasięgu
Przepływomierze oparte na nowych technologiach oferują również wiele dodatkowych możliwości i funkcji rozszerzających: począwszy od rozwiązań komunikacyjnych do możliwości połączeń bezprzewodowych. Eric Wible, dyrektor techniczny firmy Fluid Components International (FCI) zwraca uwagę na fakt, w jaki sposób PC-ty oraz elektroniczne urządzenia typu plug-and-play (włącz i pracuj) przyczyniły się do rozwoju nowych technologii pomiarowych: – Klienci nie szukają wyjścia analogowego, które da im jedną zmienną procesową. Chcą cyfrowej magistrali, oferującej wiele zmiennych procesowych, które można podłączyć do komputera i których instalacja jest przyjazna dla użytkownika.
Przykładem jest urządzenie typu plug and play firmy FCI – model ST98 – wyposażony w protokół Profibus. Urządzenie to ma wbudowaną autodiagnostykę, która informuje użytkownika o wystąpieniu problemu i wymaga potwierdzenia sygnału do wykonania resetu (restartu). – Coraz większa liczba oprzyrządowania jest wykorzystywana do dostrajania procesu – dodaje Sam Kresch, menedżer ds. OEM w firmie FCI. – Kiedy występuje dane zdarzenie, klient musi sprawdzić, co się stało. Klient może podłączyć urządzenie do systemu utrzymania ruchu. Może też zastosować bezprzewodowy port PDA do komunikacji z przepływomierzem i pobrania danych. Obserwujemy, że wykorzystywanie bezprzewodowych aplikacji zwiększa się. Pozwalają one na zaoszczędzenie czasu oraz zdalne monitorowanie.
Produkty firmy FCI przepływomierze – ST50 oraz ST75 mają bezprzewodowe porty IR. Przy standardowym PDA użytkownik może robić wszystko to, co jest możliwe przy standardowym połączeniu kablowym.
W Polsce jest zamontowanych w różnych gałęziach przemysłu kilkadziesiąt sztuk masowych przepływomierzy termicznych serii ST. Służą do pomiaru przepływu gazów czystych jak i gazów zanieczyszczonych mechanicznie oraz zawilgocony.
Poza samymi urządzeniami istnieje jeszcze oprzyrządowanie, które obsługuje parametry stosowane w obliczeniach przepływu. – Posiadamy narzędzia do mierzenia ciśnienia – mówi Jim Shields, menedżer ds. marketingu produktu w dziale narzędzi kalibracyjnych w firmie Fluke Corp. – Pomagamy ludziom posługującym się nowoczesnymi przepływomierzami w uzyskiwaniu dokładniejszych danych pomiarowych oraz w zwiększeniu ich precyzji. Dokładność pomiarów rzędu 1% już nie wystarcza. Taka wielkość może oznaczać dzienne straty rzędu milionów USD. Kalibracja oraz precyzja pomiarowa urządzeń są bardzo ważne.
Niełatwe zadanie
Zróżnicowany zakres nowych i doskonalonych technologii nieodwołalnie wpływa na rynek przepływomierzy przemysłowych. Choć nie pojawiła się jeszcze żadna dominująca technologia, urządzenia wykorzystujące siły Coriolisa oraz urządzenia ultradźwiękowe szybko zdobywają rynek. Do urządzeń tych wprowadzane są innowacyjne koncepcje oraz inteligencja w formie autodiagnostyki i alternatywnych rozwiązań komunikacyjnych.
Do wyboru właściwego przepływomierza do określonych pomiarów potrzebne są ekspertyzy. Gysling z firmy Cidra stwierdza: – Trzeba wiedzieć, jak posługiwać się danym urządzeniem i jak go wykorzystać. Przepływomierze są w użyciu od setek lat. Można by pomyśleć, że łatwo wybrać jeden z nich, ale tak nie jest.
Gysling wierzy, że przyszłość przyniesie mniej inwazyjne technologie. Foedler z firmy Krohne zauważa, że urządzenia stają się bardziej inteligentne i bardziej uniwersalne w zastosowaniu, łatwiej je wybrać, instalować i eksploatować, a wszystko za rozsądne ceny. Matson z GE Infrastructure Sensing uważa że: – Masowe natężenie przepływu to potencjalnie rozwojowa część rynku. Większość ludzi zadowala się przepływem objętościowym, ale tak naprawdę chciałaby mierzyć masowe natężenie przepływu. Zastosowanie mierników „Coriolis” do pomiarów gazu jest poszukiwanym rozwiązaniem, podobnie jak zastosowanie ultradźwiękowej technologii bezinwazyjnej. Koncepcje te są nowe, ale występują w tych zastosowaniach, gdzie przepływomierze nowych technologii próbuje się dopiero zastosować.
Yoder z Flow Research sugeruje, że większym problemem jest zachowawcza postawa ludzi: – Koszt odgrywa dużą rolę, ale większym ograniczeniem swobodnego rozpowszechniania się tych urządzeń jest fakt, że ludzie wolą pozostawać przy tym, co znają, chyba że mają ważne powody do dokonania zmian. ce
Dystrybucja w Polsce:
Introl www.introl.pl www.fluke.com www.gesensing.com www.krohne.pl www.micromotion.com
