Slurries sind in vielen Prozessindustrien zu finden, und die Messung von Durchflussraten von Schlämmen ist oft aufgrund verschiedener Gründe eine Herausforderung, darunter ständige Veränderungen in der Größe und im Volumen der mitgeführten Feststoffe, variierende Dichte, laminarer Fluss und die oft erforderliche hohe Geschwindigkeit, um die mitgeführten Feststoffe in Lösung zu halten.
Gängige Anwendungen und Herausforderungen bei der Schlammmessung
Einige gängige Anwendungen und Herausforderungen bei der Schlammmessung sind:
Papier- und Zellstoffindustrie, mit einer typischen Konsistenz von 3,6% Feststoffen am Eingang der Papiermaschine im Sulfatverfahren, das am häufigsten zur Herstellung von Zellstoff verwendet wird, da es auch einen stärkeren Zellstoff als das mechanische Verfahren produziert.
Metall- und Bergbau mit 5% bis 8% Feststoffen in vielen Strömen, einschließlich hoher Feststoffgehalte von mehr als 50% in den Rückführungsleitungen von Kupferkonzentratoranlagen.
Chemische Injektion für Öl und Gas sowie Petrochemie, bei denen Reaktionen zum lärmigen Durchflusssignal beitragen.
Fracking-Anwendungen erfordern eine Genauigkeit von 0,25% der Mischungen aus Wasser und Sand, die in das Bohrloch gepumpt werden, um Bohrherausforderungen zu reduzieren.
Wasser- und Abwasserbehandlungsbrühen, bei denen die hohe Leitfähigkeit der Brühe in Kombination mit etwa 10% Feststoffen eine hohe Variabilität in der Durchflussmessung erzeugt.
Zum Glück sind die meisten Schlämme wasserbasiert und daher ein leitfähiges Fluid, was sie für die berührungslose Durchflussmessung mit magnetischen Durchflussmessgeräten oder Magmetern gut geeignet macht. Diese Messtechnologie ist eine der wenigen, die in turbulenten und laminaren Durchflussanwendungen messen kann.
Magmeter bestehen aus einem Transmitter und einem Sensor, die zusammen den Durchfluss messen. Der Sensor des Magmeters wird in die Leitung eingebaut und misst eine induzierte Spannung, die vom Fluid erzeugt wird, wenn es durch eine Rohrleitung fließt. Der Transmitter nimmt die vom Sensor erzeugte Spannung, wandelt sie in eine Durchflussmessung um und überträgt diese Durchflussmessung an ein Hostsystem.
Ob bei der Messung von Durchfluss aus Zellstoff, Brühen oder Bergbau-Erz mit Magmetern - einschließlich solcher mit einem Aufprallblech, um sowohl die Auskleidung als auch die Elektroden des Messgeräts zu schützen - können Partikel in Schlammdurchflussströmen zu instabilen Messwerten führen. Dies und andere Probleme können durch sorgfältige Auswahl des richtigen Magmeters für jede Anwendung behoben werden.
Verwaltung instabiler Signale bei der Schlammdurchflussmessung
Instabile und ungenaue Magmeter-Messwerte treten oft aufgrund von mitgeführten Ablagerungen im Fluid auf, die die Elektrodensensoren beeinflussen und Millivoltspitzen verursachen, die dann als Durchflussspitzen interpretiert werden. Fiberglasrohre werden oft in Brühen- oder Chemikaliendiensten verwendet und erzeugen in der Anwendung häufig viel statischen Strom, was wie das Problem des Partikelaufpralls die Messintegrität beeinträchtigt. Bei Verwendung eines Standard-Magmeters haben diese Rauschsignale, die von den Elektroden gemessen werden, Schwierigkeiten, sich konsistent und genau vom Durchflusssignal zu trennen.
Die traditionelle Methode der Kompensation für diese Art von Rauschen besteht darin, die Dämpfungszeit des Durchflusssignals zu verlängern, was im Transmitter erfolgt. Aufgrund der Natur dieser Schlammsignale ist es nicht ungewöhnlich, Dämpfungszeiten von 30 bis 60 Sekunden zu sehen. Diese Technik liefert einen stabilen Durchflusswert, ist jedoch nicht gut für die Echtzeitsteuerung. Für viele Durchflussprozesse beträgt die Prozessverzögerung oft weniger als eine Sekunde, daher bedeutet eine Dämpfung in diesem Ausmaß, dass die Steuerung auf eine Änderung reagiert, die mehrere Zyklen zuvor aufgetreten ist, was zu einer instabilen Betriebsweise des Steuersystems führen kann.
Dieser Typ instabiler Betriebsweise führt oft zu Schwingungen des Regelventils, reduzierter Produktivität und Ausfallzeiten. Selbst wenn sowohl im Transmitter als auch im Steuersystem Dämpfung angewendet wird, gibt es in vielen Fällen immer noch zu viel Rauschen, um den Prozess effektiv zu regeln.
In einem Beispiel aus einer Zellstofffabrik musste die Anlage bei schwerwiegenden Problemen die automatische Steuerung vollständig ausschalten und das Regelventil manuell betätigen, was nicht nur zu einer schlechten Leistung, sondern auch zu einer ineffektiven Nutzung der Arbeitszeit der Bediener führte.
Ein besseres Verfahren zur Messung des Schlammdurchflusses
Ein Weg, um den Rauscheffekt zu reduzieren, besteht darin, die verfügbare Leistung des vom Sensor erzeugten Signals zu erhöhen, beispielsweise die Leistung von 0,5 Ampere bei älteren Designs auf 2 Ampere bei neueren Designs zu erhöhen. Die Erhöhung der Signalstärke löst jedoch nur einen Aspekt des Messproblems, das rauschige Signal, ohne die Herausforderung von Ablagerungen oder anderen prozessbedingten Spitzen vollständig anzugehen.
Indem über 200 reale Umgebungsrauschproben während der Entwicklung analysiert wurden und die verbesserten Mikroprozessorfähigkeiten genutzt wurden, konnte ein Magmeter-Entwicklungsteam Anforderungen für eine anspruchsvollere digitale Verarbeitung im Transmitter identifizieren, einschließlich der aktiven Verarbeitung von Signalen zur Identifizierung und Ignorierung von Ausreißern, die durch das Aufprallen von Partikeln verursacht wurden.
Innerhalb der Technologie: Verbesserungen am magnetischen Durchflussmesser
Dieser fortschrittliche Transmitter wird beim Kauf neuer Magmeter geliefert und kann auch bei bestehenden Installationen nachgerüstet werden. Er umfasst drei Prozessrauschprofile, zwei Spulenfrequenzen, Nulltrimmung und fünf vordefinierte Signalverarbeitungsmodi basierend auf Durchschnittszeit, Prozessrauschpegel, Prozessrauschfaktor/Toleranzpegel, Scanzeit und Zeitlimit des laufenden Durchschnitts. Es gibt auch einen vollständig anpassbaren sechsten "benutzerdefinierten" Signalverarbeitungsmodus, der an die Anwendung angepasst werden kann. Technischer Support steht zur Verfügung, um bei der Feinabstimmung und Entwicklung von benutzerdefinierten Konfigurationen zu helfen.
Der Sensor des Messgeräts ist ein design ohne Hindernisse und bewegliche Teile, was es ideal für die Messung von leitfähigen Schlämmen macht, wo es Wartungs- und Reparaturaufwand minimiert. Keine beweglichen Teile oder Hindernisse bedeuten auch kein mechanisches Versagen oder Materialablagerungen, was eine hohe Zuverlässigkeit gewährleistet.
Embedded-Diagnosen gewinnen in verschiedenen Branchen zunehmend an Bedeutung. Die Implementierung von Messgeräten, die Einblicke in Installationsbedingungen, Prozessbedingungen und Gerätezustand bieten können, sind wichtige Voraussetzungen für die vorausschauende Wartung. Die Smart-Meter-Verifizierungsfunktionen bieten diese Diagnosen mit Echtzeitwarnungen, die Wartung über Probleme informieren, bevor sie zu prozessbezogenen Problemen führen. Diagnosen umfassen Anzeigen für leere Rohre, Rückfluss und Elektrodensättigung sowie Erdungs- und Verdrahtungsfehler sowie andere Probleme.
Die Übertragung von Diagnosevariablen, benutzerwählbaren Sekundärvariablen (wie Elektroniktemperatur, gesamter Durchfluss oder eine der anderen 16 verfügbaren Variablen) und anderen Informationen an ein Host-System wie eine Steuerungs- oder Anlagenverwaltungssystem erfordert ein digitales Kommunikationsprotokoll. HART (von FieldComm Group) ist eine Option, die auf dem 4-20mA-Durchflussmesssignal überlagert wird.
Es hat den Vorteil, das weltweit am häufigsten verwendete Feldgeräteprotokoll in den Prozessindustrien zu sein, sodass viele Host-Systeme das Protokoll unterstützen. Für diejenigen, die dies nicht tun, stehen Protokollkonverter zur Verfügung, um das HART-Signal in mehrere diskrete und 4-20mA-Signale umzuwandeln, um die Kompatibilität mit allen Host-Systemen sicherzustellen.
Endbenutzer sollten nach einer Reihe von Magmetern mit einer breiten Palette von Größen suchen, wie z.B. 3 - 36 Zoll (80 - 900 mm), mit Genauigkeiten von ±0,25% Standard und ±0,15% Hochgenauigkeitskonfigurationen, um die meisten Anwendungen zu bewältigen.
Fortgeschrittene Messtechnologie im Einsatz: Anwendung von Verpackungsmaterialien
Vor der Installation des Schlammmagmeters variierte das Durchflusssignal des Messgeräts zwischen Werten von bis zu 150 l/min und Werten von nur 10 l/min. Nach der Installation des neuen Schlammmagmeters wurde die Dämpfungsreduktion von 15 auf nur drei Sekunden reduziert. In Kombination mit den Signalverarbeitungsfähigkeiten im Sender ergab dies ein viel stabileres Signal, wobei die beobachteten Messungen repräsentativer für den tatsächlichen Schlammdurchfluss waren.
Die verbesserte Prozesssteuerung, ermöglicht durch eine verbesserte Schlammdurchflussmessung, unterstützte nicht nur die Erkennung wichtiger Änderungen im Betrieb, sondern half dem Unternehmen auch, Nacharbeiten aufgrund falscher Materialzuführungen zu vermeiden, was die Qualität des Verpackungsmaterials beeinträchtigte.
Ein weiterer Anwendungsfall in der Zellstoffindustrie, diesmal in Schweden, hatte mit übermäßigen Prozessschwankungen zu kämpfen. Neben dem übermäßigen Verschleiß des Regelventils aufgrund häufiger Hubvorgänge war es in vielen Fällen notwendig, von der geschlossenen Regelung auf manuelle Steuerung umzusteigen. Mit einem neuen Schlammmagnetdurchflussmesser, der in dieser schwedischen Mühle installiert wurde, konnten die Anlagenmitarbeiter konsequent im automatischen geschlossenen Regelkreis arbeiten, was zu einer gesteigerten Produktivität, reduziertem Rohstoffverbrauch und weniger Prozessstörungen führte.
Fortgeschrittene Messtechnologie im Einsatz: Bergbauanwendung
Ähnliche Verbesserungen finden sich in anderen Branchen, einschließlich einer südamerikanischen Goldmine, in der der Schlammmagmeter an der Verteilungsleitung für Mineralpulpe installiert wurde. Vor der Installation war eine automatische Lastverteilung des Umlaufmaterials (Verhältnis des groben Materials, das zum Mühlen zurückgeführt wird, im Vergleich zum feinen Material) nicht möglich und musste manuell durchgeführt werden, um die Anpassungsfaktoren zu berücksichtigen. Diese manuellen Anpassungen waren oft inkorrekt oder wurden nicht rechtzeitig vorgenommen, was zu erheblichen Nacharbeiten führte. Die große Variabilität des Schlammdurchflusses machte es auch herausfordernd, den pH-Wert des Prozesses zu steuern, was zu einer verringerten Produktion aus Sicherheitsgründen führte. Nach der Installation des Schlammmagnetdurchflussmessers war nun eine Echtzeitreaktion auf Änderungen der Durchflussrate möglich. Dies minimierte die erforderlichen Nacharbeiten und erhöhte den Durchsatz, hauptsächlich aufgrund der nun in Echtzeit durchgeführten automatischen Massenbilanzierung.
Fortgeschrittener Magmeter verbessert Genauigkeit, Steuerbarkeit, Durchsatz
Ähnliche Erfolgsgeschichten mit signifikanten Verbesserungen in Genauigkeit, Steuerbarkeit und Durchsatz finden sich in jeder Branche, in der rauschende Magmeter-Signale beobachtet werden, insbesondere bei Schlämmen. Obwohl die Schlammdurchflussmessung nach wie vor eine Herausforderung darstellt, insbesondere in stark leitfähigen oder abrasiven Umgebungen, wenn die Durchflussmessung für die geschlossene Regelung verwendet wird, können die meisten dieser Anwendungen mit moderner Magmeter-Technologie angegangen werden.
Die Verwendung dieser Art von hochmoderner Technologie auf eine konfigurierbare und anpassbare Weise bietet eine geringe Variabilität der Durchflussmessungen, was das Personal befähigt, ihre Anlagen näher an den Betriebsgrenzen zu betreiben. Es bietet auch eine verbesserte automatische geschlossene Regelung, bessere Prozessstabilität und erhöhten Durchsatz - sowie weniger Verschleiß an der Ausrüstung über ein breites Spektrum von Durchflussregimen, Profilen und Bereichen hinweg.
