Flöde, tryck och temperatur är de tre grundläggande parametrarna för att upptäcka föremål, som används i stor utsträckning vid mätning. Med den snabba utvecklingen av Kinas industri har kraven på flödesmätning i olika automatiserade styrsystem blivit allt strängare, vilket leder till ett omfattande antagande av flödesmätare.
Krav på flödesmätinstrument i processkontroll
Flödesmätare används i stor utsträckning inom processtyrning. Deras roll innebär att upptäcka vätskeflödeshastigheter i förseglade rörledningar. Vid behov integreras flödesmätinstrument med styrinstrument och ställdon för att bilda reglersystem, vilket stabiliserar flödet inom lämpliga intervall för att säkerställa processstabilitet. Givet denna specifika funktion inom processtyrning måste flödesmätinstrument uppfylla följande krav.
1. Prestandastabilitet
① Utsignalen från instrument för flödesmätning bör uppvisa utmärkt stabilitet. Om själva flödessignalen innehåller brus bör interna dämpningsjusteringar stabilisera avläsningen för enkel tolkning. När den är integrerad i ett styrsystem med en regulator, bör regulatorns utgång förbli fri från märkbara svängningar.
② Inverkan av omgivningstemperatur på instrumentets visade värde bör hållas inom specificerade tekniska parametrar.
③ Instrumentet bör uppvisa utmärkt långsiktig-stabilitet.
2. Tillförlitlighetskrav
① Instrumenten måste uppvisa hög tillförlitlighet. Moderna industriella installationer trendar mot storskaliga kontinuerliga processer- där instrumentfel lätt kan destabilisera verksamheten. Eftersom flödesmätare installerade på rörledningar inte kan repareras genom att stoppa processen, måste tillförlitlighet prioriteras i både instrumenttillverkning och systemdesign,-inklusive tillförlitligheten hos termistorer som används för temperaturkompensation. Vissa tillverkare implementerar redundans för komponenter som är benägna att misslyckas och svåra att reparera. Andra designar metoder för sensorbyte utan att avbryta flödet. Tillverkare av elektromagnetiska flödesmätare tillhandahåller tekniker och verktyg för icke-störande elektrodbyte, vilket alla bidrar till ökad tillförlitlighet.
② Feldiagnos. Vid fel på instrumentet bör diagnossystemet automatiskt indikera platsen och arten av felet för att minimera reparationstiden. När diagnostiska data överförs digitalt till en dator kan datorn övervaka instrumentets funktion, utlösa larm vid fel, visa feldetaljer och till och med implementera nödvändiga säkerhetsåtgärder.
3. Stark anti-interferensförmåga
① Vibrationsmotstånd.
De flesta flödessensorer är monterade på rörledningar i tuffa fältmiljöer där vibrationer är en stor störning. Därför måste flödessensorer, sändare och andra komponenter ha starka anti-interferensegenskaper. Vissa virvelflödesmätare och Coriolis massflödesmätare presterar dåligt i fält på grund av otillräckligt vibrationsmotstånd, uppvisar fenomen som "falska avläsningar" eller "överdrivna avläsningar".
② Motstånd mot radiofrekvensstörningar
Industrianläggningar som innehåller flödesmätare innehåller flera störningskällor. Till exempel kan traverser som passerar ovanför, gaffeltruckar som arbetar i närheten eller personal som använder walkie-talki orsaka förhöjda värden på vissa flödesmätinstrument. Detta inträffar när radiofrekventa elektromagnetiska vågor som sänds ut av kranens elektriska system, gaffeltrucks tändstift eller walkie-talkieantenner kommer in i instrumentet genom olika vägar och stör dess funktion. På senare år har effekten av RF-störningar fått stor uppmärksamhet. Mätinstrument har nu specifikationer för RF-störningsmotstånd och använder många åtgärder för att förbättra interferensimmuniteten.
4. Kort svarstid
Många flödesmätinstrument bildar styrsystem med regulatorer som kräver svarstider under 1 sekund. I börvärdesflödeskontrollsystem kan en total tidskonstant som överstiger 1 sekund i flödesmätningssegmentet avsevärt försämra kontrollkvaliteten. I svåra fall kan detta orsaka systemoscillationer och funktionsfel.
5. Olika utsignaler
① Analog utgång.
Flödesmätningsinstrument bör ha en 4–20mA analog utgång med konstant strömkarakteristik.
② Frekvensutgång.
Flödessändare (omvandlare) sänder flödessignaler till displayinstrument eller styrenheter via frekvens, vilket bevarar noggrannheten med minimal förlust-en viktig fördel med denna metod.
③ Digital utgång.
Flödesmätningsinstrument ansluts till datorer via kommunikationsportar som RS485. Med dedikerat mjukvarustöd överför de inte bara uppmätta parametrar till datorer utan skickar även felinformation, konfigurationsdata och instrumentstatusindikatorer. Dessutom kan operatörer modifiera fältinstrumentkonfigurationer, utföra inspektioner, kalibreringar, underhåll och hanteringsuppgifter på distans från kontrollrum via datorer.
Flödesdetektering och användning av flödesmätare
Flödesmätning är en vanlig industriell mätmetod som används i stor utsträckning inom sektorer som kraftproduktion, metallurgi, kemiteknik, petroleum och livsmedelsförädling. Varje process som involverar förändringar i massan kräver flödesmätning. Flödesmätare fungerar som verktyg för denna mätning. Baserat på olika mätprinciper kan dessa instrument kategoriseras i flera typer. Med utvecklingen av moderna mättekniker har flödesmätare utvecklats från tidiga differentialtryck, positiv förskjutning och elektromagnetiska typer. De har nu inte bara enklare strukturer utan också allt fler funktioner. Flödesmätarnas noggrannhet påverkar direkt det korrekta och stabila utförandet av industriella styrprocesser, vilket har direkt relevans för Kinas nationella ekonomiska utveckling. Därför är det avgörande att behärska principerna för vanliga flödesmätare och förstå tillämpningen av typiska flödesmätare i automationssystem för att förbättra industriella automationsnivåer och standarder för instrumentutrustning.
Tillämpning av flödesmätare i automatiserade styrsystem
1. Användning av flödesmätare i automatiserade mätsystem för oljefält
Oljefält representerar en av de mest omfattande industrierna för tillämpning av flödesmätare, främst för mätning, statistik och analys av oljeproduktion, inklusive daglig övervakning av brunnsproduktion. Avancerade mätnings- och processteknologier underlättar snabb förståelse av oljefältets utvecklingsstatus och reservoarförändringar, vilket möjliggör analys av dynamiska förändringar i olje- och gasproduktion för att ytterligare vägleda oljefältsutvecklingsstrategier. I oljefältssub-enhetsmätning passerar råproducerade vätskor först genom tre-fasseparatorer för att delas upp i tre strömmar: en riktad till kompressorstationen via en reglerventil, en annan leds till sedimenteringstanken via en elektromagnetisk flödesmätare och den tredje skickas till bufferttanken via en massflödesmätare.
Olje-vattenblandningen passerar genom en massflödesmätare som samlar in parametrar som flödeshastighet, temperatur och densitet i oljeröret. Dessa signaler överförs till processorn, där relevanta mikrodatoralgoritmer analyserar och beräknar de insamlade parametrarna för råolja och vatten. Efter att ha genomgått ett överföringssteg skickas data till övervakningsvärden via TCP/IP Ethernet-kommunikation. Detta möjliggör omfattande hanteringsfunktioner inklusive datavisning, lagring, rapportering och utskrift, och uppnår därigenom övervakning av flera olje-vattenmätsystem.
Vid oljefältsvarvningsplatser för-borrningsbrunnar, som tar itu med de utbredda problemen med borrvätskor med hög-densitet och tungt materialavfall i djupa brunnar, samlar och analyserar flödesmätarsensorn förändringar i borrvätskans viskositet, densitet och centrifugens prestandaparametrar. Efter att styrsystemet har beräknat centrifugens driftshastighet och motsvarande bearbetningskapacitet, upprättar dator-utgångsstyrning styrsystemets arbetsflöde. Detta förbättrar effektivt återvinningsgraden för tunga material och minskar deras användningskostnader.
2. Flödesmätareapplikationer i kraftverksprocesssystem
2.1 Tillämpning i pannlufttillförselprocesser
I kraftverkspannor mäter flödesmätare i första hand flödet av luft, ånga och pannluft. Den vanligaste flödesmätaren är virvelflödesmätaren. Den arbetar enligt hastighetsprincipen och använder det vanliga virvelavfallsfenomenet för att mäta flödet. När vätskor som ånga eller luft strömmar förbi sensorn bildas en högtryckszon framför sensorn, där trycket överstiger det statiska rörtrycket. När vätskan accelererar genom rörets accelerationssektion bildas en låg-zon där trycket är lägre än rörets statiska tryck. En virvelinducerad-vakuumzon utvecklas sedan bakom denna lågtryckszon, vilket skapar tryckfluktuationer. Frekvensen av dessa fluktuationer är direkt proportionell mot gasflödet. Genom att mäta denna vibrationsfrekvens och tillämpa lämplig omvandling och kompensation kan vätskehastigheten beräknas.
Med virvelflödesmätare i pannans lufttillförselflöde som ett exempel: pannans lufttillförselflöde är en kritisk parameter som återspeglar driftstatusen för kraftverkspannor och fläktar, och spelar en viktig roll i det automatiska styrsystemet för pannans förbränning. De faktiska kraftverkens lufttillförselkanaler är till övervägande del rektangulära i tvärsnitt-, vilket gör exakta mätningar utmanande med konventionella flödesmätare. Vortexflödesmätaren visar överlägsen prestanda i denna applikation.
Vid användning av virvelflödesmätare för mätning av pannans luftflöde består systemet av en sensor, omvandlare och kontrollcentral. Sensorn består av en virvelgenerator och en vortexdetektor, som primärt ansvarar för att mäta luftflödet och omvandla det till en motsvarande frekvenssignal. Denna frekvenssignal genomgår formning och förstärkning i omvandlaren och matar ut en 4–20mA DC-styrsignal till kontrollcentralen. Där visas det uppmätta luftflödet, registreras och analyseras, vilket fungerar som en kritisk referens för pannans driftstatus inom kraftverket.
Vid användning av virvelflödesmätare för pannluftflödesmätning måste noggrann hänsyn tas till val av instrumentområde och temperatur/tryckkompensation. Att bibehålla det uppmätta vätskeflödet inom 1/2 till 2/3 av virvelflödesmätarens kapacitet säkerställer att noggrannheten förblir inom acceptabla gränser. Dessutom måste lämpliga temperatur- och tryckmätningsinstrument väljas för att komplettera virvelflödesmätaren, vilket skapar ett exakt och noggrant styrsystem för pannautomation. Med framsteg inom dator- och mikroelektronikteknik har intelligenta virvelflödesmätare blivit allmänt antagna. Med flödeskalibrering och själv-diagnostik möjliggör de mer flexibel styrning baserad på driftförhållanden för kraftverkspannan och utför felkorrigering, vilket representerar en mer mogen teknik.
2.2 Tillämpning i rökgasavsvavlingsprocesser
Flödesmätare används också i stor utsträckning i kraftverks rökgasavsvavlingsprocesser. På grund av hög dammhalt, förhöjda temperaturer och korrosiva egenskaper hos rökgasutsläpp, tillsammans med turbulenta och virvlande förhållanden i pannans rökkanaler, är noggrann flödesmätning utmanande. Följaktligen krävs flera mätpunkter för att beräkna medelvärden. De många mätpunkterna i kraftverk-inklusive primärluft, sekundärluft, pannmatargas och avsvavlad rökgas-ställer stora utmaningar för rökgasövervakning. Rökgasflödesmätare för avsvavling använder en unik princip baserad på termisk dispersion. De omvandlar förhållandet mellan temperaturskillnaden över sensorns RTD och flödeshastigheten till en linjär flödessignalutgång. I kombination med specialiserade flödesdatamodeller och luddig styrteori genererar de styrsignaler. Systemkontroll uppnås genom dedikerade laddnings-avkänningssonder och skrapningsenheter.
3. Tillämpningar av flödesmätare i processsystem för avloppsvattenrening
System för rening av avloppsvatten från läkemedelsanläggningar
Med den snabba utvecklingen av modern industri fortsätter betydelsen av kommunal rening av avloppsvatten att växa. Flödesmätare har funnit omfattande användning i automatiserade avloppsreningsverk. Avloppsvatten innehåller mycket suspenderade ämnen, avloppsvatten, föroreningar, patogener etc. Olika övervakningspunkter har olika krav på flödesmätare. Både elektromagnetiska flödesmätare och ultraljudsflödesmätare används, och ultraljudsflödesmätare har fått mer användning under de senaste åren på grund av deras höga noggrannhet, goda integration och kompakta storlek.
Med användningen av ultraljudsflödesmätare vid rening av avloppsvatten som exempel: genom att integrera ultraljudsflödesmätare med en Parshall-ränna övervakas avloppsflödet för att styra inflödes- och bypassventiler, och därigenom uppnå flödesreglering vid rening av avloppsvatten. Inom det automatiska styrsystemet för ultraljudsflöde upptäcker ultraljudssensorer flödesinformation. Genom att mäta avståndet från nollpositionen till sensormembranet och hela-skalområdet bestäms det faktiska avloppsvattenflödet som motsvarar höjden och överförs till styrsystemets centrala mikroprocessor. Efter konvertering matas en 4–20 mA pulssignal ut till den programmerbara styrenheten i det centrala kontrollrummet. Efter kommunikation visar hanteringsterminalen information inklusive momentan flödeshastighet, maxvärde, minimi- och medelvärden. Den stöder flödesstatistik och utskrift, och fungerar baserat på feldiagnoslogik.
När systemfel eller onormalt flöde uppstår avger den larminformation, vilket uppmanar operatörerna att justera inloppsventilen och bypassventilen för flödeskontroll, och därigenom uppfylla produktionskraven för avloppsvattenbehandlingsprocessen. Mer avancerade styrsystem kan behandla flödet som en variabel ingång till PLC:n i det centrala kontrollrummet. Detta möjliggör direkt programmatisk beräkning och kontroll av justeringssteg för inloppsventilen och bypassventilen. Samtidigt eliminerar omvandlingen av dessa ventiler till elektrisk drivning behovet av manuell operatörsingripande, vilket ytterligare förbättrar systemets effektivitet.
Utöver dessa applikationer används flödesmätare i stor utsträckning i avsvavlingsprocesser, likströmsförsörjningssystem, kolförgasning av avloppsvatten, energimätning, miljöskydd och andra områden, som genomsyrar varje energiomvandlingsstadium av industriell produktion. Med den kontinuerliga utvecklingen av industriell automation och den snabba utvecklingen av datormikroelektronikteknik har flödesmätare utvecklats från mekanisk till elektronisk design. Nya typer av flödesmätare fortsätter att dyka upp, som spelar en allt viktigare roll i Kinas nationella ekonomi och visar på lovande utvecklingsmöjligheter.