Stroming, druk en temperatuur zijn de drie fundamentele parameters voor het detecteren van objecten, die op grote schaal worden toegepast bij metingen. Met de snelle ontwikkeling van de Chinese industrie zijn de eisen voor flowmeting in verschillende geautomatiseerde controlesystemen steeds strenger geworden, wat heeft geleid tot de grootschalige acceptatie van flowmeters.
Vereisten voor stroommeetinstrumenten in procescontrole
Flowmeters worden veelvuldig gebruikt bij procescontrole. Hun rol omvat het detecteren van vloeistofstroomsnelheden in afgesloten pijpleidingen. Indien nodig worden stroommeetinstrumenten geïntegreerd met regelinstrumenten en actuatoren om regelsystemen te vormen, waardoor de stroom binnen geschikte bereiken wordt gestabiliseerd om processtabiliteit te garanderen. Gezien deze specifieke functie in procescontrole moeten flowmeetinstrumenten aan de volgende eisen voldoen.
1. Prestatiestabiliteit
① De output van flowmeetinstrumenten moet een uitstekende stabiliteit vertonen. Als het stroomsignaal zelf ruis bevat, moeten interne dempingsaanpassingen de uitlezing stabiliseren voor gemakkelijke interpretatie. Wanneer geïntegreerd in een besturingssysteem met een regelaar, moet de uitgang van de regelaar vrij blijven van merkbare oscillaties.
② De invloed van de omgevingstemperatuur op de weergegeven waarde van het instrument moet binnen de gespecificeerde technische parameters blijven.
③ Het instrument moet uitstekende stabiliteit op de lange- termijn vertonen.
2. Betrouwbaarheidsvereisten
① Instrumenten moeten een hoge betrouwbaarheid vertonen. Moderne industriële installaties evolueren naar grootschalige, continue processen-waarbij instrumentstoringen de bedrijfsvoering gemakkelijk kunnen destabiliseren. Omdat debietmeters die op pijpleidingen zijn geïnstalleerd niet kunnen worden gerepareerd door het proces stop te zetten, moet betrouwbaarheid prioriteit krijgen bij zowel de productie van instrumenten als het systeemontwerp,-inclusief de betrouwbaarheid van thermistors die worden gebruikt voor temperatuurcompensatie. Sommige fabrikanten implementeren redundantie voor componenten die gevoelig zijn voor storingen en moeilijk te repareren zijn. Anderen ontwerpen methoden voor sensorvervanging zonder de stroom te onderbreken. Fabrikanten van elektromagnetische flowmeters bieden technieken en hulpmiddelen voor niet-verstorende vervanging van elektroden, die allemaal bijdragen aan een grotere betrouwbaarheid.
② Foutdiagnose. Bij een instrumentstoring moet het diagnosesysteem automatisch de locatie en de aard van de fout aangeven om de reparatietijd te minimaliseren. Wanneer diagnostische gegevens digitaal naar een computer worden verzonden, kan de computer de werking van het instrument controleren, alarmen activeren tijdens storingen, foutdetails weergeven en zelfs de nodige veiligheidsmaatregelen implementeren.
3. Sterk anti-interferentievermogen
① Trillingsbestendigheid.
De meeste flowsensoren worden gemonteerd op pijpleidingen in zware veldomgevingen waar trillingen een grote verstoring vormen. Daarom moeten flowsensoren, zenders en andere componenten sterke anti-interferentiemogelijkheden hebben. Sommige vortexstroommeters en Coriolis-massastroommeters presteren slecht in het veld vanwege onvoldoende trillingsweerstand en vertonen verschijnselen als "valse metingen" of "overmatige metingen".
② Weerstand tegen radiofrequentie-interferentie
Industriële locaties met flowmeters bevatten meerdere interferentiebronnen. Overvliegende bovenloopkranen, vorkheftrucks die in de buurt werken of personeel dat walkietalkies gebruikt, kunnen bijvoorbeeld verhoogde waarden op bepaalde stroommeetinstrumenten veroorzaken. Dit gebeurt wanneer radiofrequente elektromagnetische golven die worden uitgezonden door elektrische systemen van kranen, bougies van vorkheftrucks of portofoons- het instrument binnenkomen via verschillende routes, waardoor de werking ervan wordt verstoord. De afgelopen jaren heeft de impact van RF-interferentie veel aandacht gekregen. Meetinstrumenten omvatten nu specificaties voor de weerstand tegen RF-interferentie en maken gebruik van talrijke maatregelen om de immuniteit tegen interferentie te verbeteren.
4. Korte responstijd
Veel stroommeetinstrumenten vormen regelsystemen met regelaars, waarbij responstijden van minder dan 1 seconde nodig zijn. In setpoint-debietregelsystemen kan een totale tijdconstante van meer dan 1 seconde in het debietmetingssegment de regelkwaliteit aanzienlijk verslechteren. In ernstige gevallen kan dit systeemoscillaties en operationele storingen veroorzaken.
5. Diverse uitgangssignalen
① Analoge uitgang.
Instrumenten voor flowmeting moeten een analoge uitgang van 4–20 mA hebben met constante stroomkarakteristieken.
② Frequentie-uitgang.
Stromingszenders (converters) zenden stromingssignalen via frequentie uit naar weergaveinstrumenten of controllers, waardoor de nauwkeurigheid behouden blijft met minimaal verlies-een belangrijk voordeel van deze methode.
③ Digitale uitgang.
Flowmeetinstrumenten worden op computers aangesloten via communicatiepoorten zoals RS485. Met speciale softwareondersteuning verzenden ze niet alleen gemeten parameters naar computers, maar sturen ze ook foutinformatie, configuratiegegevens en instrumentstatusindicatoren. Bovendien kunnen operators veldinstrumentconfiguraties wijzigen en inspecties, kalibraties, onderhouds- en beheertaken op afstand uitvoeren vanuit controlekamers via computers.
Flowdetectie en gebruik van flowmeters
Flowmeting is een veelgebruikte industriële meetmethode die op grote schaal wordt toegepast in sectoren zoals energieopwekking, metallurgie, chemische technologie, aardolie en voedselverwerking. Elk proces dat veranderingen in de massa met zich meebrengt, vereist stroommeting. Flowmeters dienen als hulpmiddel voor deze meting. Op basis van verschillende meetprincipes kunnen deze instrumenten in talloze typen worden onderverdeeld. Met de vooruitgang van moderne meettechnieken zijn flowmeters geëvolueerd van vroege drukverschil-, positieve verplaatsings- en elektromagnetische typen. Ze beschikken nu niet alleen over eenvoudigere structuren, maar ook over steeds diversere functionaliteiten. De nauwkeurigheid van debietmetermetingen heeft een directe invloed op de correcte en stabiele uitvoering van industriële controleprocessen, wat direct relevant is voor de nationale economische ontwikkeling van China. Daarom is het beheersen van de principes van gewone flowmeters en het begrijpen van de toepassing van typische flowmeters in automatiseringssystemen cruciaal voor het verbeteren van de industriële automatiseringsniveaus en de normen voor instrumentatieapparatuur.
Toepassing van flowmeters in geautomatiseerde besturingssystemen
1. Toepassing van flowmeters in geautomatiseerde meetsystemen voor olievelden
Olievelden vertegenwoordigen een van de meest uitgebreide industrieën voor de toepassing van flowmeters, die voornamelijk worden gebruikt voor het meten, statistieken en analyses van de olieproductie, inclusief de dagelijkse monitoring van de boorputopbrengst. Geavanceerde meet- en procestechnologieën vergemakkelijken een tijdig inzicht in de ontwikkelingsstatus van olievelden en veranderingen in reservoirs, waardoor analyse van dynamische verschuivingen in de olie- en gasproductie mogelijk wordt om de ontwikkelingsstrategieën voor olievelden verder te sturen. Bij het meten van sub{2}}eenheden in olievelden gaan de ruw geproduceerde vloeistoffen eerst door drie-fasescheiders om in drie stromen te worden verdeeld: de ene wordt via een regelklep naar het compressorstation geleid, de andere wordt via een elektromagnetische debietmeter naar de bezinkingstank geleid en de derde wordt via een massadebietmeter naar de buffertank gestuurd.
Het olie{0}}watermengsel gaat door een massastroommetersensor die parameters zoals stroomsnelheid, temperatuur en dichtheid in de olieleiding verzamelt. Deze signalen worden naar de processor gestuurd, waar relevante microcomputeralgoritmen de verzamelde parameters van ruwe olie en water analyseren en berekenen. Nadat ze een transmissiefase hebben ondergaan, worden de gegevens via TCP/IP Ethernet-communicatie naar de monitoringhost verzonden. Dit maakt uitgebreide beheerfuncties mogelijk, waaronder gegevensweergave, opslag, rapportage en afdrukken, waardoor monitoring van meerdere olie-watermeetsystemen mogelijk wordt.
Bovendien verzamelt en analyseert de flowmetersensor op olieveldput-draailocaties, waarbij de wijdverbreide problemen van boorvloeistoffen met hoge- dichtheid en zwaar materiaalafval in diepe putten worden aangepakt, de veranderingen in de viscositeit, dichtheid en prestatieparameters van de centrifuge. Nadat het besturingssysteem de bedrijfssnelheid en de bijbehorende verwerkingscapaciteit van de centrifuge heeft berekend, stelt computer-outputcontrole de workflow van het besturingssysteem in. Dit verbetert effectief de terugwinningssnelheid van zware materialen en verlaagt de gebruikskosten ervan.
2. Toepassingen van debietmeters in processystemen van energiecentrales
2.1 Toepassing in ketelluchttoevoerprocessen
In ketels van energiecentrales meten debietmeters voornamelijk de stroomsnelheden van lucht-, stoom- en ketelluchttoevoer. De meest gebruikte flowmeter is de vortexflowmeter. Het werkt volgens het snelheidsprincipe en maakt gebruik van het reguliere vortex-uitscheidingsfenomeen om de stroming te meten. Wanneer vloeistoffen zoals stoom of lucht langs de sensor stromen, vormt zich vóór de sensor een hogedrukzone-, waar de druk groter is dan de statische leidingdruk. Terwijl de vloeistof door het versnellingsgedeelte van de pijp versnelt, vormt zich een lage-drukzone waar de druk lager is dan de statische druk van de pijp. Achter deze lage-drukzone ontstaat dan een door een wervel-geïnduceerde vacuümzone, waardoor drukschommelingen ontstaan. De frequentie van deze fluctuaties is recht evenredig met het gasdebiet. Door deze trillingsfrequentie te meten en passende conversie en compensatie toe te passen, kan de vloeistofsnelheid worden berekend.
Neem als voorbeeld de meting van de vortexdebietmeter in de luchttoevoerstroom van de ketel: de luchttoevoerstroom van de ketel is een kritische parameter die de operationele status van de ketels en ventilatoren van energiecentrales weerspiegelt en speelt een cruciale rol in het automatische regelsysteem voor de verbranding van de ketel. De werkelijke luchttoevoerkanalen van elektriciteitscentrales zijn overwegend rechthoekig in dwarsdoorsnede-, waardoor nauwkeurige metingen lastig zijn met conventionele debietmeters. De vortex-flowmeter demonstreert superieure prestaties in deze toepassing.
Wanneer wervelstroommeters worden gebruikt voor het meten van de luchttoevoerstroommeting in de ketel, bestaat het systeem uit een sensor, een omvormer en een controlecentrum. De sensor bestaat uit een vortexgenerator en een vortexdetector, die primair verantwoordelijk zijn voor het meten van de luchttoevoerstroom en het omzetten ervan in een overeenkomstig frequentiesignaal. Dit frequentiesignaal wordt gevormd en versterkt in de omzetter, waardoor een 4-20 mA DC-stuursignaal naar het controlecentrum wordt gestuurd. Daar wordt de gemeten luchtstroom weergegeven, geregistreerd en geanalyseerd, en dient als kritische referentie voor de operationele status van de ketel binnen de energiecentrale.
Bij het gebruik van vortex-debietmeters voor het meten van de luchtstroom in de ketel moet zorgvuldige aandacht worden besteed aan de keuze van het instrumentbereik en de temperatuur-/drukcompensatie. Door de gemeten vloeistofstroom binnen 1/2 tot 2/3 van de capaciteit van de vortex-flowmeter te houden, blijft de nauwkeurigheid binnen aanvaardbare grenzen. Bovendien moeten geschikte temperatuur- en drukmeetinstrumenten worden geselecteerd als aanvulling op de vortexflowmeter, waardoor een nauwkeurig en accuraat regelsysteem voor de ketelautomatisering ontstaat. Met de vooruitgang op het gebied van computer- en micro-elektronicatechnologie zijn intelligente vortexflowmeters op grote schaal toegepast. Dankzij stroomkalibratie en zelfdiagnostische mogelijkheden maken ze een flexibelere regeling mogelijk op basis van de bedrijfsomstandigheden van de ketel van de elektriciteitscentrale en voeren ze foutcorrectie uit, wat een meer volwassen technologie vertegenwoordigt.
2.2 Toepassing in rookgasontzwavelingsprocessen
Debietmeters worden ook veelvuldig gebruikt bij de ontzwavelingsprocessen van rookgasontzwavelingscentrales. Vanwege het hoge stofgehalte, de hoge temperaturen en de corrosieve eigenschappen van de rookgasemissies, in combinatie met turbulente en wervelende omstandigheden in de rookkanalen van ketels, is nauwkeurige debietmeting een uitdaging. Er zijn dus meerdere meetpunten nodig om gemiddelde waarden te berekenen. De talrijke meetpunten in elektriciteitscentrales-waaronder primaire lucht, secundaire lucht, ketelvoedingsgas en ontzwaveld rookgas-vormen aanzienlijke uitdagingen voor de rookgasmonitoring. Rookgasstroommeters voor ontzwaveling maken gebruik van een uniek principe gebaseerd op thermische dispersie. Ze zetten de relatie tussen het temperatuurverschil over de sensor-RTD en de stroomsnelheid om in een lineair stroomsignaal. Gecombineerd met gespecialiseerde stromingsdatamodellen en fuzzy control-theorie genereren ze besturingssignalen. Systeemcontrole wordt bereikt via speciale lading-sondes en schraapapparaten.
3. Toepassingen van stroommeters in processystemen voor afvalwaterzuivering
Afvalwaterzuiveringssystemen voor farmaceutische fabrieken
Met de snelle vooruitgang van de moderne industrie blijft het belang van gemeentelijke afvalwaterzuivering groeien. Flowmeters hebben uitgebreide toepassing gevonden in geautomatiseerde afvalwaterzuiveringsinstallaties. Afvalwater bevat aanzienlijke zwevende deeltjes, afvalwater, onzuiverheden, ziekteverwekkers, enz. Verschillende meetpunten stellen verschillende eisen aan debietmeters. Elektromagnetische flowmeters en ultrasone flowmeters worden beide toegepast, waarbij ultrasone flowmeters de laatste jaren steeds vaker worden gebruikt vanwege hun hoge nauwkeurigheid, goede integratie en compacte formaat.
Als voorbeeld wordt de toepassing van ultrasone flowmeters bij de afvalwaterzuivering genomen: door ultrasone flowmeters te integreren met een Parshall-goot, wordt de effluentstroom gemonitord om de instroom- en bypasskleppen te regelen, waardoor debietregeling bij de afvalwaterzuivering wordt bereikt. Binnen het automatische ultrasone stroombesturingssysteem detecteren ultrasone sensoren stroominformatie. Door de afstand van de nulpositie tot het sensormembraan en het volledige-schaalbereik te meten, wordt de werkelijke afvalwaterstroom die overeenkomt met de hoogte bepaald en doorgegeven aan de centrale microprocessor van het besturingssysteem. Na de conversie wordt een pulssignaal van 4–20 mA naar de programmeerbare controller in de centrale controlekamer gestuurd. Na de communicatie geeft de beheerterminal informatie weer, waaronder het momentane debiet, maximale waarde, minimale en gemiddelde waarden. Het ondersteunt stroomstatistieken en afdrukken, en werkt op basis van foutdiagnoselogica.
Wanneer er systeemfouten of een abnormale stroom optreden, geeft het alarminformatie af, waardoor operators worden gevraagd de inlaatklep en de omloopklep aan te passen voor stroomregeling, waardoor wordt voldaan aan de productievereisten van het afvalwaterbehandelingsproces. Meer geavanceerde besturingssystemen kunnen de stroom behandelen als een variabele invoer in de PLC in de centrale controlekamer. Dit maakt directe programmatische berekening en controle van de aanpassingsstappen voor de inlaatklep en de bypassklep mogelijk. Tegelijkertijd elimineert het ombouwen van deze kleppen naar elektrische aandrijving de noodzaak voor handmatige tussenkomst van de operator, waardoor de systeemefficiëntie verder wordt verbeterd.
Naast deze toepassingen worden debietmeters op grote schaal gebruikt in ontzwavelingsprocessen, gelijkstroomvoedingssystemen, afvalwaterzuivering door steenkoolvergassing, energiemeting, milieubescherming en andere terreinen, waardoor ze in elke energieconversiefase van de industriële productie doordringen. Met de voortdurende vooruitgang van de industriële automatisering en de snelle ontwikkeling van computer-micro-elektronicatechnologie zijn flowmeters geëvolueerd van mechanische naar elektronische ontwerpen. Er blijven nieuwe typen flowmeters opduiken, die een steeds belangrijkere rol spelen in de Chinese nationale economie en veelbelovende ontwikkelingsvooruitzichten demonstreren.