Les boues se trouvent dans de nombreuses industries de processus, et mesurer les débits de boues est souvent difficile en raison de diverses raisons, notamment les changements constants de taille et de volume de solides entraînés, la densité variable, l'écoulement laminaire et la haute vitesse souvent nécessaire pour maintenir les solides entraînés en solution.
Applications de mesure de boues courantes, défis
Certaines applications de mesure de boues courantes et leurs défis comprennent :
Pâte et papier, avec une consistance typique de 3,6 % de matières solides à l'entrée de la machine à papier dans le processus de sulfate, qui est le plus courant pour la production de pâte chimique car il produit également une pâte plus résistante que le processus de pâte mécanique.
Métaux et mines avec 5 % à 8 % de matières solides dans de nombreux flux, y compris une teneur en matières solides élevée supérieure à 50 % dans les lignes de résidus de concentré de cuivre de l'usine.
Injection chimique pour le pétrole et le gaz et la pétrochimie, où les réactions ajoutent au signal de débit bruyant.
Les applications de fracturation hydraulique nécessitent une précision de 0,25 % des mélanges d'eau et de sable pompés dans le puits pour réduire les défis du puits.
Les saumures de traitement de l'eau et des eaux usées, où la haute conductivité de la saumure, combinée à environ 10 % de matières solides, génère une grande variabilité dans la mesure du débit.
Heureusement, la plupart des boues sont à base d'eau et donc un fluide conducteur, ce qui les rend bien adaptées à la mesure de débit non intrusive à l'aide de débitmètres magnétiques ou magmètres. Cette technologie de mesure est l'une des rares capable de mesurer le débit dans des applications de flux turbulent et laminaire.
Les magmètres sont composés d'un émetteur et d'un capteur qui mesurent ensemble le débit. Le capteur du magmètre est placé en ligne et mesure une tension induite générée par le fluide lorsqu'il s'écoule dans un tuyau. L'émetteur prend la tension générée par le capteur, convertit la tension en une mesure de débit et transmet cette mesure de débit à un système hôte.
Que ce soit pour mesurer le débit de pâte à papier, de saumures ou de minerais en utilisant des magmètres, y compris ceux avec une plaque d'impact pour protéger à la fois le revêtement et les électrodes du compteur, les particules dans les flux de boues peuvent entraîner des lectures instables. Ce problème et d'autres peuvent être résolus en sélectionnant soigneusement le bon magmètre pour chaque application.
Gestion des signaux instables dans la mesure du débit de boues
Les lectures instables et inexactes des magmètres surviennent souvent en raison de débris entraînés dans le fluide impactant les capteurs d'électrode et provoquant des pics de millivolts, qui sont ensuite interprétés comme des pics de débit. Les tuyaux en fibre de verre sont souvent utilisés dans les services de saumure ou de produits chimiques, et ils ont tendance à créer beaucoup de courant statique dans l'application, ce qui, comme le problème d'impact de particules, affecte l'intégrité de la mesure. Lors de l'utilisation d'un magmètre standard, ces signaux de bruit mesurés par les électrodes ont du mal à se séparer du signal de débit de manière cohérente et précise.
La méthode traditionnelle de compensation pour ce type de bruit consiste à prolonger le temps d'amortissement du signal de débit, ce qui est fait dans l'émetteur. En raison de la nature de ces signaux de boues, il n'est pas rare de voir des temps d'amortissement de 30 à 60 secondes. Cette technique produit une valeur de débit stable, mais elle n'est pas bonne pour le contrôle en temps réel. Pour de nombreux processus de débit, le temps mort du processus est souvent inférieur à une seconde, donc amortir dans une telle mesure signifie que le contrôle répond à un changement qui s'est produit plusieurs cycles plus tôt, ce qui peut entraîner un fonctionnement instable du système de contrôle.
Ce type de fonctionnement instable entraîne souvent des oscillations de la vanne de régulation, une productivité réduite et des temps d'arrêt. Même avec un amortissement appliqué à la fois dans l'émetteur et dans le système de contrôle, dans de nombreux cas, il y a encore trop de bruit pour réguler efficacement le processus.
Dans un exemple de papeterie, lorsque le problème était à son pire, l'installation a été contrainte d'éteindre complètement le contrôle automatique et de manœuvrer la vanne de contrôle manuellement, entraînant non seulement de mauvaises performances, mais aussi une utilisation inefficace du temps des opérateurs.
Une meilleure approche pour mesurer le débit de boues
Une façon de réduire l'effet du bruit est d'augmenter la puissance disponible du signal généré par le capteur, comme augmenter la puissance de 0,5 ampères avec les conceptions héritées à 2 ampères dans les conceptions plus récentes. Cependant, augmenter la puissance du signal ne résout qu'un aspect du problème de mesure, le signal bruyant, sans aborder pleinement le défi des débris ou d'autres pics induits par le processus.
En analysant plus de 200 échantillons de bruit en environnement difficile du monde réel lors du développement, et en profitant des capacités améliorées des microprocesseurs, une équipe de développement de débitmètres électromagnétiques a pu identifier les exigences pour un traitement numérique plus sophistiqué dans l'émetteur, y compris le traitement actif des signaux pour identifier et ignorer les valeurs aberrantes causées par l'impact de particules.
À l'intérieur de la technologie : Améliorations du débitmètre électromagnétique
Cet émetteur avancé est fourni avec les nouveaux achats de débitmètres électromagnétiques, et il peut être installé sur des installations existantes. Il comprend trois profils de bruit de processus, deux fréquences de bobine, un ajustement zéro, et cinq modes de traitement de signal préconfigurés basés sur le temps moyen, le niveau de bruit de processus, le facteur/tolérance de bruit de processus, le temps de balayage, et la limite de temps de la moyenne en cours. Il existe également un sixième mode de traitement de signal "personnalisé" entièrement personnalisable qui peut être spécifique à l'utilisateur en fonction de l'application. Un support technique est disponible pour aider à l'ajustement fin et au développement de configurations personnalisées.
Le capteur du compteur est une conception sans obstruction et sans pièces mobiles, ce qui le rend idéal pour mesurer des boues conductrices, où il minimise la maintenance et les réparations. Pas de pièces mobiles ni d'obstructions signifie également qu'il n'y a pas de défaillance mécanique ou d'accumulation de matériau, offrant un haut niveau de fiabilité.
Les diagnostics embarqués gagnent en importance dans tous les secteurs. La mise en place de dispositifs de mesure capables de fournir des informations sur les conditions d'installation, les conditions de processus et l'état de santé des appareils sont des éléments clés pour la maintenance prédictive. Les capacités de vérification des compteurs intelligents fournissent ces diagnostics avec des alertes en temps réel, informant la maintenance des problèmes avant qu'ils ne provoquent des problèmes liés au processus. Les diagnostics incluent des indications de tuyau vide, de flux inverse et de saturation des électrodes, ainsi que des défauts de mise à la terre et de câblage, ainsi que d'autres problèmes.
Transmettre des variables de diagnostic, des variables secondaires sélectionnables par l'utilisateur (telles que la température de l'électronique, le débit totalisé, ou l'une des 16 autres variables disponibles), et d'autres informations à un hôte, tel qu'un système de contrôle ou de gestion des actifs, nécessite un protocole de communication numérique. HART (du groupe FieldComm) est une option, et il est superposé sur le signal de mesure de débit 4-20mA.
Il a l'avantage d'être le protocole de périphérique de terrain le plus largement utilisé dans les industries de processus, de sorte que de nombreux systèmes hôtes prennent en charge le protocole. Pour ceux qui ne le font pas, des convertisseurs de protocole sont disponibles pour convertir le signal HART en signaux discrets multiples et 4-20mA, assurant la compatibilité avec tous les systèmes hôtes.
Les utilisateurs finaux devraient rechercher une gamme de débitmètres électromagnétiques avec une large gamme de tailles, telles que 3 à 36 pouces (80 à 900 mm), avec des configurations de précision de ±0,25 % standard et ±0,15 % en option haute précision, pour gérer la plupart des applications.
Technologie de mesure avancée en action : application de matériaux d'emballage
Avant d'installer le débitmètre de boue, le signal de débit du compteur variait entre des valeurs aussi élevées que 150 L/min et des valeurs aussi basses que 10 L/min. Après l'installation du nouveau débitmètre de boue, la réduction de l'amortissement a été réduite de 15 à seulement trois secondes. Associée aux capacités de traitement du signal dans l'émetteur, cela a produit un signal beaucoup plus stable, les mesures observées étant plus représentatives du débit de boue réel.
L'amélioration du contrôle du processus résultant, permise par une meilleure lecture du débit de boue, a non seulement soutenu la détection de changements importants dans l'opération, mais a également aidé l'entreprise à éviter les travaux de reprise dus à des alimentations incorrectes en matériau, ce qui affectait la qualité du matériau d'emballage.
Une deuxième application dans l'industrie de la pâte à papier, cette fois en Suède, connaissait une oscillation excessive du processus. En plus de l'usure excessive de la vanne de régulation due à des courses fréquentes, il était nécessaire de passer du contrôle en boucle fermée au contrôle manuel dans de nombreux cas. Avec un nouveau débitmètre magnétique de boue installé dans cette usine suédoise, le personnel de l'usine a pu fonctionner de manière cohérente en mode de contrôle en boucle fermée automatique, ce qui a entraîné une productivité accrue, une réduction de l'utilisation de matières premières et moins de perturbations du processus.
Technologie de mesure avancée en action : application minière
Des améliorations similaires peuvent être observées dans d'autres industries, notamment dans une mine d'or sud-américaine où le débitmètre de boue a été installé sur la ligne de distribution de pulpe minérale. Avant l'installation, l'équilibrage automatique de la charge circulante (rapport entre le matériau grossier retourné au broyeur par rapport au matériau fin) n'était pas possible et devait être fait manuellement pour tenir compte des facteurs d'ajustement. Ces ajustements manuels étaient souvent incorrects ou pas effectués en temps opportun, entraînant des travaux de reprise importants. La grande variabilité du débit de boue rendait également difficile la gestion du pH du processus, ce qui nécessitait une réduction de la production pour des raisons de sécurité. Après l'installation du débitmètre magnétique de boue, une réponse en temps réel aux changements de débit était désormais disponible. Cela a minimisé les travaux de reprise nécessaires et augmenté le débit, en grande partie grâce à l'équilibrage massique automatique désormais effectué en temps réel.
La technologie de débitmètre avancée améliore la précision, la contrôlabilité et le débit
Des histoires de succès similaires, avec des améliorations significatives en termes de précision, de contrôlabilité et de débit, peuvent être trouvées dans n'importe quelle industrie où des signaux de débit de boue bruyants sont observés, en particulier avec des boues. Bien que la mesure du débit de boue continue d'être un défi, en particulier dans des environnements hautement conducteurs ou abrasifs lorsque la lecture du débit est utilisée pour le contrôle en boucle fermée, la plupart de ces applications peuvent être traitées avec la technologie de débitmètre moderne.
En utilisant ce type de technologie de pointe de manière configurable et personnalisable, on obtient une faible variabilité des lectures de débit, permettant au personnel de faire fonctionner leurs installations plus près des limites opérationnelles. Cela permet également un meilleur contrôle en boucle fermée automatique, une meilleure stabilité du processus et une augmentation du débit, ainsi qu'une réduction de l'usure de l'équipement sur une large gamme de régimes, de profils et de plages de débit.
