I fanghi si trovano in molte industrie di processo, e misurare i tassi di flusso di fanghi è spesso una sfida per una varietà di motivi, tra cui costanti cambiamenti nella dimensione e nel volume di solidi intrappolati, densità variabile, flusso laminare e l'alta velocità spesso necessaria per mantenere i solidi intrappolati in soluzione.
Applicazioni comuni di misurazione di fanghi, sfide
Alcune comuni applicazioni e sfide di misurazione di fanghi includono:
Carta e cartone, con una consistenza tipica dello 3,6% di solidi all'ingresso della macchina per la carta nel processo solfato, che è il più comune per la produzione di polpa chimica in quanto produce anche una polpa più resistente rispetto al processo di polpa meccanica.
Metalli e miniere con il 5% - 8% di solidi in molti flussi, compreso un contenuto di solidi elevato superiore al 50% nelle linee di scarti della pianta di concentrato di rame.
Iniezione chimica per petrolio e gas e petrolchimico, dove le reazioni aggiungono al segnale di flusso rumoroso.
Applicazioni di fracking richiedono un'accuratezza dello 0,25% delle miscele di acqua e sabbia pompate in profondità per ridurre le sfide del pozzo.
Acque di processo e di scarico, dove l'alta conducibilità della salamoia, combinata con circa il 10% di solidi, genera una elevata variabilità nella misurazione del flusso.
Fortunatamente, la maggior parte dei fanghi è a base d'acqua e quindi un fluido conduttivo, rendendoli adatti alla misurazione del flusso non invasiva utilizzando misuratori di flusso magnetici o magmetri. Questa tecnologia di misurazione è una delle poche in grado di misurare il flusso in applicazioni di flusso turbolento e laminare.
I magmetri sono composti da un trasmettitore e un sensore che insieme misurano il flusso. Il sensore del magmetro è posizionato in linea e misura una tensione indotta generata dal fluido mentre scorre attraverso un tubo. Il trasmettitore prende la tensione generata dal sensore, converte la tensione in una misurazione del flusso e trasmette quella misurazione del flusso a un sistema host.
La misurazione del flusso da pasta di legno, salamoie o minerali utilizzando magmetri - compresi quelli con una piastra di impatto per proteggere sia la guarnizione che gli elettrodi del misuratore - le particelle nei flussi di fanghi possono comportare letture instabili. Questo e altri problemi possono essere affrontati mediante una selezione attenta del magmetro giusto per ciascuna applicazione.
Gestione dei segnali instabili nella misurazione del flusso di fanghi
Operazioni instabili di questo tipo spesso comportano oscillazioni della valvola di controllo, riduzione della produttività e tempi di inattività. Anche con l'ammortizzazione applicata sia nel trasmettitore che nel sistema di controllo, in molti casi c'è ancora troppo rumore per regolare efficacemente il processo.
Il metodo tradizionale di compensazione per questo tipo di rumore consiste nell'estendere il tempo di smorzamento del segnale di flusso, che viene fatto nel trasmettitore. A causa della natura di questi segnali di fanghi, non è raro vedere tempi di smorzamento di 30 a 60 secondi. Questa tecnica produce un valore stabile del tasso di flusso, ma non è buona per il controllo in tempo reale. Per molti processi di flusso, il ritardo del processo è spesso inferiore a un secondo, quindi lo smorzamento in questa misura significa che il controllo sta rispondendo a un cambiamento che è avvenuto diversi cicli prima, il che può portare a un'operazione instabile del sistema di controllo.
Questo tipo di operazione instabile spesso porta a oscillazioni della valvola di controllo, riduzione della produttività e tempi di inattività. Anche con l'ammortizzazione applicata sia nel trasmettitore che nel sistema di controllo, in molti casi c'è ancora troppo rumore per regolare efficacemente il processo.
In un esempio di una cartiera, quando il problema era al suo peggio, l'impianto era costretto a spegnere completamente il controllo automatico e a manovrare manualmente la valvola di controllo, portando non solo a prestazioni scadenti, ma anche a un uso inefficace del tempo degli operatori.
Un approccio migliore per misurare il flusso di fanghi
Un modo per ridurre l'effetto del rumore è aumentare la potenza disponibile del segnale generato dal sensore, ad esempio aumentando la potenza da 0,5 ampere con i design legacy a 2 ampere nei design più recenti. Tuttavia, aumentare la potenza del segnale risolve solo un aspetto del problema di misurazione, il segnale rumoroso, senza affrontare appieno la sfida dei detriti o di altri picchi indotti dal processo.
Analizzando oltre 200 campioni reali di rumore in ambienti difficili durante lo sviluppo, e sfruttando le capacità migliorate del microprocessore, un team di sviluppo del misuratore magnetico è stato in grado di identificare i requisiti per una elaborazione digitale più sofisticata nel trasmettitore, compresa l'elaborazione attiva dei segnali per identificare e ignorare i valori anomali causati dall'impatto delle particelle.
Tecnologia interna: Miglioramenti del misuratore di flusso magnetico
Questo trasmettitore avanzato è fornito con gli acquisti di nuovi misuratori magnetici e può essere installato anche in impianti esistenti. Include tre profili di rumore di processo, due frequenze di bobina, zero trim, e cinque modalità di elaborazione del segnale preconfigurate in base al tempo di media, al livello di rumore di processo, al fattore/tolleranza di rumore di processo, al tempo di scansione e al limite di tempo della media in esecuzione. Vi è inoltre una sesta modalità di elaborazione del segnale "personalizzata" completamente personalizzabile che può essere specifica dell'utente in base all'applicazione. Il supporto tecnico è disponibile per aiutare con la messa a punto e lo sviluppo di configurazioni personalizzate.
Il sensore del misuratore è progettato senza ostacoli e senza parti mobili, rendendolo ideale per misurare fanghi conduttivi, dove minimizza la manutenzione e le riparazioni. Nessuna parte mobile o ostacoli significa anche nessun guasto meccanico o accumulo di materiale, garantendo un elevato livello di affidabilità.
La diagnostica integrata sta guadagnando sempre più importanza in tutti i settori. Implementare dispositivi di misurazione che possano fornire informazioni sulle condizioni di installazione, sulle condizioni di processo e sulla salute del dispositivo sono elementi chiave per la manutenzione predittiva. Le capacità di verifica intelligente del misuratore forniscono queste diagnostica con avvisi in tempo reale, notificando alla manutenzione eventuali problemi prima che si traducano in problemi legati al processo. Le diagnostica includono indicazioni per tubo vuoto, flusso inverso e saturazione degli elettrodi, nonché guasti di messa a terra e cablaggio, insieme ad altri problemi.
La trasmissione di variabili diagnostiche, variabili secondarie selezionabili dall'utente (come la temperatura dell'elettronica, il flusso totalizzato o una delle altre 16 variabili disponibili) e altre informazioni a un host, come un sistema di controllo o di gestione degli asset, richiede un protocollo di comunicazione digitale. HART (dalla FieldComm Group) è una delle opzioni, ed è sovrapposto al segnale di misurazione del flusso da 4-20mA.
Ha il vantaggio di essere il protocollo per dispositivi di campo più ampiamente utilizzato nelle industrie di processo, quindi molti sistemi host supportano il protocollo. Per quelli che non lo fanno, sono disponibili convertitori di protocollo per convertire il segnale HART in segnali discreti e da 4-20mA, garantendo la compatibilità con tutti i sistemi host.
Gli utenti finali dovrebbero cercare una linea di misuratori magnetici con una vasta gamma di dimensioni, come 3 - 36 pollici (80 - 900 mm), con accuratezze standard del ±0,25% e opzioni di alta accuratezza del ±0,15%, per gestire la maggior parte delle applicazioni.
Tecnologia di misurazione avanzata in azione: applicazione di materiali per l'imballaggio
Prima dell'installazione del misuratore di flusso per fanghi, il segnale di flusso proveniente dal misuratore variava tra valori fino a 150 L/min e valori fino a 10 L/min. Dopo l'installazione del nuovo misuratore di flusso per fanghi, la riduzione dell'ammortizzazione è stata ridotta da 15 a soli tre secondi. Quando combinato con le capacità di elaborazione del segnale nel trasmettitore, ciò ha prodotto un segnale molto più stabile, con le misurazioni osservate più rappresentative del flusso di fanghi effettivo.
Il miglioramento del controllo del processo, reso possibile da una migliore lettura del flusso di fanghi, non solo ha supportato il rilevamento di importanti cambiamenti nell'operazione, ma ha anche aiutato l'azienda a evitare lavori di rifinitura dovuti a alimentazioni di materiale errate, che influenzavano la qualità del materiale da imballaggio.
Un'altra applicazione nell'industria della polpa, questa volta in Svezia, stava vivendo un'eccessiva oscillazione del processo. Oltre all'usura eccessiva della valvola di controllo dovuta ai frequenti movimenti, era necessario passare dal controllo in circuito chiuso al controllo manuale in molte occasioni. Con un nuovo misuratore di flusso magnetico per fanghi installato in questo mulino svedese, il personale dell'impianto è stato in grado di operare in modo coerente in modalità di controllo automatico in circuito chiuso, con un aumento della produttività, una riduzione dell'uso di materie prime e meno interruzioni del processo.
Tecnologia avanzata di misurazione in azione: applicazione mineraria
Simili miglioramenti possono essere riscontrati in altre industrie, tra cui una miniera d'oro sudamericana dove il misuratore di flusso per fanghi è stato installato sulla linea di distribuzione della polpa minerale. Prima dell'installazione, il bilanciamento automatico del carico della circolazione (rapporto tra il materiale grossolano restituito al mulino rispetto al materiale fine) non era possibile e doveva essere fatto manualmente per tener conto dei fattori di regolazione. Questi aggiustamenti manuali erano spesso errati o non effettuati tempestivamente, portando a lavori di rifinitura significativi. La vasta variabilità del flusso di fanghi rendeva anche difficile gestire il pH del processo, rendendo necessaria una diminuzione della produzione per motivi di sicurezza. Dopo l'installazione del misuratore di flusso magnetico per fanghi, la risposta in tempo reale ai cambiamenti del flusso era ora disponibile. Ciò ha ridotto al minimo i lavori di rifinitura richiesti e aumentato la capacità produttiva, principalmente grazie al bilanciamento automatico della massa ora eseguito in tempo reale.
Il magmetro avanzato migliora l'accuratezza, la controllabilità, la capacità produttiva
Storie di successo simili, con significativi miglioramenti in termini di accuratezza, controllabilità e capacità produttiva, possono essere trovate in qualsiasi settore in cui si osservano segnali di magmetro rumorosi, specialmente con fanghi. Anche se la misurazione del flusso di fanghi continua a essere una sfida, in particolare in ambienti altamente conduttivi o abrasivi quando la lettura del flusso viene utilizzata per il controllo in circuito chiuso, la maggior parte di queste applicazioni può essere affrontata con la tecnologia moderna del magmetro.
Utilizzare questo tipo di tecnologia all'avanguardia in modo configurabile e personalizzabile fornisce una bassa variabilità delle letture di flusso, consentendo al personale di gestire le proprie strutture più vicino ai limiti operativi. Fornisce inoltre un miglior controllo automatico in circuito chiuso, una maggiore stabilità del processo e un aumento della capacità produttiva, insieme a una minore usura dell'attrezzatura su una vasta gamma di regimi, profili e intervalli di flusso.
