Flow, tryk og temperatur er de tre grundlæggende parametre til detektering af objekter, som er almindeligt anvendt i måling. Med den hurtige udvikling af Kinas industri er kravene til flowmåling i forskellige automatiserede kontrolsystemer blevet stadig strengere, hvilket har ført til den omfattende anvendelse af flowmålere.
Krav til flowmåleinstrumenter i processtyring
Flowmålere anvendes i vid udstrækning til processtyring. Deres rolle involverer at detektere væskestrømningshastigheder i forseglede rørledninger. Når det er nødvendigt, er flowmåleinstrumenter integreret med kontrolinstrumenter og aktuatorer for at danne reguleringssystemer, der stabiliserer flow inden for passende områder for at sikre processtabilitet. Givet denne specifikke funktion i processtyring, skal flowmåleinstrumenter opfylde følgende krav.
1. Ydeevnestabilitet
① Outputtet fra flowmåleinstrumenter bør udvise fremragende stabilitet. Hvis selve flowsignalet indeholder støj, bør interne dæmpningsjusteringer stabilisere aflæsningen for nem fortolkning. Når den er integreret i et kontrolsystem med en regulator, bør regulatorens output forblive fri for mærkbare svingninger.
② Indflydelsen af den omgivende temperatur på instrumentets viste værdi bør forblive inden for specificerede tekniske parametre.
③ Instrumentet skal udvise fremragende langtidsstabilitet.-
2. Pålidelighedskrav
① Instrumenter skal udvise høj pålidelighed. Moderne industrielle installationer går i retning af kontinuerlige processer i stor skala{{1}, hvor instrumentfejl let kan destabilisere driften. Da flowmålere installeret på rørledninger ikke kan repareres ved at standse processen, skal pålidelighed prioriteres i både instrumentfremstilling og systemdesign-inklusive pålideligheden af termistorer, der bruges til temperaturkompensation. Nogle producenter implementerer redundans for komponenter, der er tilbøjelige til at fejle og vanskelige at reparere. Andre designer metoder til sensorudskiftning uden at afbryde flowet. Producenter af elektromagnetiske flowmålere leverer teknikker og værktøjer til ikke-forstyrrende elektrodeudskiftning, hvilket alle bidrager til øget pålidelighed.
② Fejldiagnose. Ved instrumentfejl bør diagnosesystemet automatisk angive fejlens placering og art for at minimere reparationstiden. Når diagnostiske data overføres digitalt til en computer, kan computeren overvåge instrumentets drift, udløse alarmer under fejl, vise fejldetaljer og endda implementere nødvendige sikkerhedsforanstaltninger.
3. Stærk anti-interferensevne
① Vibrationsmodstand.
De fleste flowsensorer er monteret på rørledninger i barske markmiljøer, hvor vibrationer er en stor forstyrrelse. Derfor skal flowsensorer, transmittere og andre komponenter have stærke anti-interferensegenskaber. Nogle vortex-flowmålere og Coriolis-masseflowmålere fungerer dårligt i marken på grund af utilstrækkelig vibrationsmodstand, og udviser fænomener som "falske aflæsninger" eller "overdrevne aflæsninger".
② Modstand mod radiofrekvensinterferens
Industrianlæg, der huser flowmålere, indeholder flere interferenskilder. For eksempel kan traverser, der passerer over hovedet, gaffeltrucks, der kører i nærheden, eller personale, der bruger walkie-talkies, forårsage forhøjede aflæsninger på visse flowmåleinstrumenter. Dette sker, når radiofrekvente elektromagnetiske bølger, der udsendes af elektriske kransystemer, gaffeltrucks tændrør eller walkie-talkie-antenner, trænger ind i instrumentet gennem forskellige veje og forstyrrer dets funktion. I de senere år har virkningen af RF-interferens fået stor opmærksomhed. Måleinstrumenter inkorporerer nu RF-interferensmodstandsspecifikationer og anvender adskillige foranstaltninger til at forbedre interferensimmunitet.
4. Kort responstid
Mange flowmåleinstrumenter danner styresystemer med regulatorer, der kræver responstider under 1 sekund. I setpunktsflowstyringssystemer kan en total tidskonstant på mere end 1 sekund i flowmålesegmentet forringe kontrolkvaliteten betydeligt. I alvorlige tilfælde kan dette forårsage systemoscillationer og driftssvigt.
5. Forskellige udgangssignaler
① Analog udgang.
Flowmåleinstrumenter bør have en 4-20mA analog udgang med konstantstrømskarakteristika.
② Frekvensoutput.
Flowtransmittere (konvertere) transmitterer flowsignaler til displayinstrumenter eller controllere via frekvens, hvilket bevarer nøjagtigheden med minimalt tab-en væsentlig fordel ved denne metode.
③ Digital udgang.
Flowmåleinstrumenter forbindes til computere via kommunikationsporte som RS485. Med dedikeret softwaresupport transmitterer de ikke kun målte parametre til computere, men sender også fejlinformation, konfigurationsdata og instrumentstatusindikatorer. Ydermere kan operatører ændre feltinstrumentkonfigurationer, udføre inspektioner, kalibreringer, vedligeholdelse og administrationsopgaver eksternt fra kontrolrum via computere.
Flowdetektion og flowmålerbrug
Flowmåling er en almindelig industriel målemetode, der i vid udstrækning anvendes i sektorer som elproduktion, metallurgi, kemiteknik, petroleum og fødevareforarbejdning. Enhver proces, der involverer ændringer i massen, nødvendiggør flowmåling. Flowmålere tjener som værktøjer til denne måling. Baseret på forskellige måleprincipper kan disse instrumenter kategoriseres i adskillige typer. Med udviklingen af moderne måleteknikker har flowmålere udviklet sig fra tidlige differenstryk, positiv forskydning og elektromagnetiske typer. De har nu ikke kun enklere strukturer, men også stadig mere forskelligartede funktionaliteter. Nøjagtigheden af flowmålermålinger påvirker direkte den korrekte og stabile udførelse af industrielle kontrolprocesser, hvilket har direkte relevans for Kinas nationale økonomiske udvikling. Derfor er det afgørende at beherske principperne for almindelige flowmålere og forstå anvendelsen af typiske flowmålere i automationssystemer for at forbedre industrielle automationsniveauer og standarder for instrumenteringsudstyr.
Anvendelse af flowmålere i automatiserede kontrolsystemer
1. Anvendelse af flowmålere i automatiserede oliefeltsmålesystemer
Oliefelter repræsenterer en af de mest omfattende industrier til anvendelse af flowmålere, primært brugt til olieproduktionsmåling, statistik og analyse, herunder daglig overvågning af brøndoutput. Avancerede måle- og procesteknologier letter rettidig forståelse af oliefelts udviklingsstatus og reservoirændringer, hvilket muliggør analyse af dynamiske skift i olie- og gasproduktion for yderligere at vejlede oliefelts udviklingsstrategier. I oliefelts under-enhedsmåling passerer råproducerede væsker først gennem tre-faseseparatorer for at blive opdelt i tre strømme: en dirigeret til kompressorstationen via en reguleringsventil, en anden dirigeret til bundfældningstanken via et elektromagnetisk flowmåler, og den tredje sendes til buffertanken via et masseflowmåler.
Olie-vandblandingen passerer gennem en masseflowmålersensor, der opsamler parametre såsom flowhastighed, temperatur og tæthed i olierøret. Disse signaler sendes til processoren, hvor relevante mikrocomputeralgoritmer analyserer og beregner de indsamlede parametre for råolie og vand. Efter at have gennemgået et transmissionstrin sendes dataene til overvågningsværten via TCP/IP Ethernet-kommunikation. Dette muliggør omfattende styringsfunktioner, herunder datavisning, lagring, rapportering og udskrivning, og opnår derved overvågning af flere olie-vandmålesystemer.
På oliefeltsborings-drejningssteder, der behandler de udbredte problemer med borevæsker med høj-densitet og tungt materialeaffald i dybe brønde, opsamler og analyserer flowmålerens sensor ændringer i borevæskens viskositet, densitet og centrifugeydelsesparametre. Efter at kontrolsystemet har beregnet centrifugens driftshastighed og tilsvarende behandlingskapacitet, etablerer computer-outputkontrol kontrolsystemets arbejdsgang. Dette øger effektivt genvindingsgraden af tunge materialer og reducerer deres brugsomkostninger.
2. Flowmålerapplikationer i kraftværksprocessystemer
2.1 Anvendelse i kedelluftforsyningsprocesser
I kraftværkskedler måler flowmålere primært strømningshastighederne for luft-, damp- og kedellufttilførsel. Den mest almindeligt anvendte flowmåler er vortexflowmåleren. Den opererer efter hastighedsprincippet og udnytter det almindelige hvirvelafgivelsesfænomen til at måle flow. Når væsker som damp eller luft strømmer forbi sensoren, dannes en højtrykszone foran sensoren, hvor trykket overstiger det statiske rørtryk. Når væsken accelererer gennem rørets accelerationssektion, dannes der en lav-trykzone, hvor trykket er lavere end rørets statiske tryk. En hvirvel-induceret vakuumzone udvikler sig derefter bag denne lav-trykszone, hvilket skaber tryksvingninger. Hyppigheden af disse udsving er direkte proportional med gasstrømningshastigheden. Ved at måle denne vibrationsfrekvens og anvende passende konvertering og kompensation kan væskehastigheden beregnes.
Med vortex-flowmålermåling i kedlens lufttilførselsflow som et eksempel: kedelluftforsyningsflowet er en kritisk parameter, der afspejler driftsstatus for kraftværkskedler og ventilatorer, og spiller en afgørende rolle i det automatiske kontrolsystem til kedelforbrænding. Faktiske kraftværkers luftforsyningskanaler er overvejende rektangulære i tværsnit, hvilket gør præcise målinger udfordrende med konventionelle flowmålere. Vortex flowmåleren demonstrerer overlegen ydeevne i denne applikation.
Når der anvendes vortex-flowmålere til måling af kedellufttilførselsflow, omfatter systemet en sensor, konverter og kontrolcenter. Sensoren består af en hvirvelgenerator og en hvirveldetektor, der primært er ansvarlige for at måle lufttilførselsstrømmen og konvertere den til et tilsvarende frekvenssignal. Dette frekvenssignal gennemgår formning og forstærkning inde i konverteren og udsender et 4-20mA DC-styresignal til kontrolcentret. Der vises, registreres og analyseres den målte luftstrøm, hvilket tjener som en kritisk reference for kedlens driftsstatus i kraftværket.
Når der anvendes hvirvelflowmålere til måling af luftstrøm i kedlen, skal der tages nøje hensyn til valg af instrumentområde og temperatur-/trykkompensation. Opretholdelse af den målte væskestrøm inden for 1/2 til 2/3 af hvirvelflowmålerens kapacitet sikrer, at nøjagtigheden forbliver inden for acceptable grænser. Derudover skal passende temperatur- og trykmåleinstrumenter vælges for at komplementere hvirvelflowmåleren, hvilket etablerer et præcist og nøjagtigt kedelautomatiseringskontrolsystem. Med fremskridt inden for computer- og mikroelektronikteknologi er intelligente vortex-flowmålere blevet bredt brugt. De byder på flowkalibrering og selv-diagnosefunktioner, de muliggør mere fleksibel kontrol baseret på kraftværkskedlens driftsforhold og udfører fejlkorrektion, hvilket repræsenterer en mere moden teknologi.
2.2 Anvendelse i røggasafsvovlingsprocesser
Flowmålere bruges også i vid udstrækning i kraftværksrøggasafsvovlingsprocesser. På grund af højt støvindhold, forhøjede temperaturer og ætsende egenskaber ved røggasemissioner, kombineret med turbulente og hvirvlende forhold i kedelaftrækskanaler, er nøjagtig flowmåling en udfordring. Derfor kræves der flere målepunkter for at beregne gennemsnitsværdier. De talrige målepunkter i kraftværker-herunder primærluft, sekundærluft, kedelfødegas og afsvovlet røggas-gør betydelige udfordringer for røggasovervågning. Røggasflowmålere til afsvovling anvender et unikt princip baseret på termisk dispersion. De konverterer forholdet mellem temperaturforskellen over sensorens RTD og flowhastigheden til et lineært flowsignaloutput. Kombineret med specialiserede flowdatamodeller og fuzzy kontrolteori genererer de kontrolsignaler. Systemkontrol opnås gennem dedikerede ladnings-sensorer og skrabeenheder.
3. Anvendelser af flowmålere i spildevandsbehandlingssystemer
Farmaceutiske anlægs spildevandsbehandlingssystemer
Med den hurtige fremgang af moderne industri fortsætter betydningen af kommunal spildevandsrensning med at vokse. Flowmålere har fundet omfattende anvendelse i automatiserede spildevandsrensningsanlæg. Spildevand indeholder betydelige suspenderede stoffer, spildevand, urenheder, patogener osv. Forskellige overvågningspunkter har forskellige krav til flowmålere. Elektromagnetiske flowmålere og ultralydsflowmålere anvendes begge, hvor ultralydsflowmålere har fået mere brug i de senere år på grund af deres høje nøjagtighed, gode integration og kompakte størrelse.
Med anvendelsen af ultralydsflowmålere i spildevandsbehandling som et eksempel: Ved at integrere ultralydsflowmålere med en Parshall-kanal overvåges spildevandsflowet for at kontrollere tilløbs- og bypassventiler, hvorved der opnås flowregulering i spildevandsbehandlingen. Inden for det automatiske kontrolsystem for ultralydsflow registrerer ultralydssensorer flowinformation. Ved at måle afstanden fra nulpositionen til sensormembranen og det fulde-skalaområde, bestemmes den faktiske spildevandsstrøm svarende til højden og overføres til styresystemets centrale mikroprocessor. Efter konvertering udsendes et 4–20 mA pulssignal til den programmerbare controller i det centrale kontrolrum. Efter kommunikation viser administrationsterminalen information, herunder øjeblikkelig flowhastighed, maksimumværdi, minimums- og gennemsnitsværdier. Den understøtter flowstatistik og udskrivning og fungerer baseret på fejldiagnoselogik.
Når der opstår systemfejl eller unormalt flow, udsender det alarminformation, hvilket beder operatører om at justere indløbsventilen og bypassventilen til flowkontrol og derved opfylde produktionskravene til spildevandsbehandlingsprocessen. Mere avancerede styresystemer kan behandle flow som et variabelt input til PLC'en i det centrale kontrolrum. Dette muliggør direkte programmatisk beregning og kontrol af justeringstrinene for indløbsventilen og bypassventilen. Samtidig eliminerer konvertering af disse ventiler til elektrisk drev behovet for manuel operatørindgreb, hvilket øger systemets effektivitet yderligere.
Ud over disse applikationer anvendes flowmålere i vid udstrækning i afsvovlingsprocesser, jævnstrømsforsyningssystemer, behandling af kulforgasning af spildevand, energimåling, miljøbeskyttelse og andre områder, hvilket gennemsyrer alle energiomdannelsestrin i industriel produktion. Med den fortsatte udvikling af industriel automatisering og den hurtige udvikling af computermikroelektronikteknologi har flowmålere udviklet sig fra mekaniske til elektroniske design. Nye typer flowmålere fortsætter med at dukke op, som spiller en stadig større rolle i Kinas nationale økonomi og viser lovende udviklingsmuligheder.