Slurries worden aangetroffen in veel procesindustrieën, en het meten van stroomsnelheden van slurries is vaak uitdagend vanwege verschillende redenen, waaronder constante veranderingen in de grootte en het volume van ingesloten vaste stoffen, variërende dichtheid, laminair stromen, en de hoge snelheid die vaak nodig is om de ingesloten vaste stoffen in oplossing te houden.
Veelvoorkomende toepassingen en uitdagingen bij het meten van slurries
Enkele veelvoorkomende toepassingen en uitdagingen bij het meten van slurries zijn onder andere:
Pulp en papier, met een typische consistentie van 3,6% vaste stoffen bij de ingang van de papiermachine in het sulfaatproces, dat het meest gebruikelijk is voor de productie van chemische pulp omdat het ook een sterkere pulp produceert dan het mechanische pulpproces.
Metalen en mijnbouw met 5% tot 8% vaste stoffen in veel stromen, inclusief een hoog vaste stofgehalte van meer dan 50% in koperconcentratorstaartleidingen.
Chemische injectie voor olie en gas en petrochemie, waar reacties bijdragen aan het lawaaierige stroomsignaal.
Toepassingen voor fracking vereisen een nauwkeurigheid van 0,25% van de mengsels van water en zand die de put in worden gepompt om putuitdagingen te verminderen.
Water- en afvalwaterbehandelingspekel, waar de hoge geleidbaarheid van de pekel, in combinatie met ongeveer 10% vaste stoffen, een grote variabiliteit in stroommeting genereert.
Gelukkig zijn de meeste slurries op waterbasis en dus een geleidend medium, waardoor ze goed geschikt zijn voor niet-invasieve stroommeting met magnetische flowmeters of magmeters. Deze meettechnologie is een van de weinige die in staat is om stroming te meten in turbulente en laminaire stroomtoepassingen.
Magmeters bestaan uit een zender en sensor die samen de stroom meten. De sensor van de magmeter wordt inline geplaatst en meet een inductiespanning die wordt gegenereerd door de vloeistof terwijl deze door een pijp stroomt. De zender neemt de spanning die door de sensor wordt gegenereerd, zet de spanning om in een stroommeting en stuurt die stroommeting naar een hostsysteem.
Of het nu gaat om het meten van stromen van pulp, pekel of mijnbouwerts met magmeters - inclusief die met een inslagplaat om zowel de bekleding als elektroden van de meter te beschermen - deeltjes in slurrystroomstromen kunnen leiden tot onstabiele metingen. Dit en andere problemen kunnen worden aangepakt door zorgvuldige selectie van de juiste magmeter voor elke toepassing.
Het beheren van instabiele signalen bij het meten van slurrystromen
Onstabiele en onnauwkeurige magmetermetingen treden vaak op als gevolg van ingesloten puin in de vloeistof die de elektrodesensoren beïnvloedt en millivolt-pieken veroorzaakt, die vervolgens worden geïnterpreteerd als stroomschommelingen. Glasvezelbuis wordt vaak gebruikt in pekel- of chemische toepassingen, en het heeft de neiging om veel statische stroom in de toepassing te creëren, wat, net als het probleem van de deeltjesinslag, de meetintegriteit beïnvloedt. Bij gebruik van een standaard magmeter hebben deze ruisignalen gemeten door de elektroden moeite om zich consistent en nauwkeurig te scheiden van het stroomsignaal.
De traditionele methode om deze ruis te compenseren is het verlengen van de dempingstijd van het stroomsignaal, wat wordt gedaan in de zender. Vanwege de aard van deze slurrysignalen is het niet ongebruikelijk om dempingstijden van 30 tot 60 seconden te zien. Deze techniek levert een stabiele stroomsnelheidswaarde op, maar is niet geschikt voor realtime regeling. Voor veel stroomprocessen is de procesdode tijd vaak minder dan één seconde, dus demping tot zo'n grote mate betekent dat de regeling reageert op een verandering die meerdere cycli eerder heeft plaatsgevonden, wat kan leiden tot instabiele werking van het regelsysteem.
Dit soort instabiele werking leidt vaak tot oscillaties van de regelklep, verminderde productiviteit en stilstand. Zelfs met demping toegepast in zowel de zender als het regelsysteem, is er in veel gevallen nog steeds te veel ruis om het proces effectief te reguleren.
In een voorbeeld van een papierfabriek, toen het probleem op zijn ergst was, moest de faciliteit de automatische regeling volledig uitschakelen en de regelklep handmatig bedienen, wat niet alleen leidde tot slechte prestaties, maar ook tot ineffectief gebruik van de tijd van de operators.
Een betere benadering voor het meten van slurry debiet
Een manier om het effect van ruis te verminderen is door de beschikbare kracht van het signaal gegenereerd door de sensor te verhogen, zoals het verhogen van de kracht van 0,5 ampère bij oudere ontwerpen naar 2 ampère bij nieuwere ontwerpen. Het verhogen van de signaalsterkte lost echter slechts één aspect van het meetprobleem op, het lawaaierige signaal, zonder volledig het probleem van vuil of andere procesgeïnduceerde pieken aan te pakken.
Door het analyseren van meer dan 200 echte lawaaiproefmonsters tijdens de ontwikkeling, en gebruik te maken van verbeterde microprocessormogelijkheden, kon een magmeterontwikkelingsteam eisen identificeren voor meer geavanceerde digitale verwerking in de zender, inclusief actieve verwerking van signalen om outliers veroorzaakt door botsing van deeltjes te identificeren en te negeren.
Binnenste technologie: Verbeteringen aan magnetische flowmeters
Deze geavanceerde zender wordt geleverd bij nieuwe magmeteraankopen en kan worden aangepast aan bestaande installaties. Het omvat drie procesgeluidsprofielen, twee spoelfrequenties, nulafstelling en vijf voorgeconfigureerde signaalverwerkingsmodi op basis van gemiddelde tijd, procesgeluidsniveau, procesgeluidsfactor/tolerantieniveau, scantijd en tijdslimiet van het lopende gemiddelde. Er is ook een volledig aanpasbare zesde "aangepaste" signaalverwerkingsmodus die gebruikersspecifiek kan zijn op basis van de toepassing. Technische ondersteuning is beschikbaar om te helpen bij het fijnafstemmen en ontwikkelen van aangepaste configuraties.
De sensor van de meter is een obstructievrij ontwerp zonder bewegende delen, waardoor het ideaal is voor het meten van geleidende slurries, waarbij het onderhoud en reparatie minimaliseert. Geen bewegende delen of obstructies betekent ook geen mechanische storing of materiaalophoping, wat zorgt voor een hoog betrouwbaarheidsniveau.
Ingebouwde diagnostiek krijgt steeds meer belang in alle sectoren. Het implementeren van meetapparaten die inzicht kunnen bieden in installatieomstandigheden, procesomstandigheden en apparaatgezondheid zijn belangrijke facilitators voor predictief onderhoud. Slimme meterverificatiemogelijkheden bieden deze diagnostiek met realtime waarschuwingen, waardoor onderhoud op de hoogte wordt gebracht van problemen voordat ze leiden tot procesgerelateerde problemen. Diagnostiek omvat indicaties voor lege leiding, omgekeerde stroom en elektrodesaturatie, evenals aardings- en bedradingsfouten, samen met andere problemen.
Het verzenden van diagnostische variabelen, door de gebruiker selecteerbare secundaire variabelen (zoals elektronische temperatuur, getotaliseerde stroom of een van de andere 16 beschikbare variabelen) en andere informatie naar een host, zoals een besturings- of assetmanagementsysteem, vereist een digitaal communicatieprotocol. HART (van FieldComm Group) is een optie, en het wordt toegevoegd aan het 4-20mA stroomsmeetsignaal.
Het heeft als voordeel dat het 's werelds meest gebruikte veldapparaatprotocol is in de procesindustrieën, dus veel hostsystemen ondersteunen het protocol. Voor degenen die dat niet doen, zijn er protocol converters beschikbaar om het HART-signaal om te zetten naar meerdere discrete en 4-20mA-signalen, waardoor compatibiliteit met alle hostsystemen wordt gegarandeerd.
Eindgebruikers moeten op zoek gaan naar een reeks magmeters met een breed scala aan maten, zoals 3 - 36 inch (80 - 900 mm), met nauwkeurigheden van ±0,25% standaard en ±0,15% hoge nauwkeurigheidsoptieconfiguraties, om de meeste toepassingen aan te kunnen.
Geavanceerde meettechnologie in actie: toepassing van verpakkingsmateriaal
Voor de installatie van de slurry magmeter varieerde het flow signaal van de meter tussen waarden zo hoog als 150L/min tot waarden zo laag als 10L/minuut. Na installatie van de nieuwe slurry magmeter werd de dempingstijd teruggebracht van 15 naar slechts drie seconden. In combinatie met de signaalverwerkingsmogelijkheden in de zender, resulteerde dit in een veel stabielere signaal, met de waargenomen metingen die meer representatief waren voor de werkelijke slurry flow.
De resulterende verbeterde procescontrole, mogelijk gemaakt door een verbeterde slurry flowmeting, ondersteunde niet alleen de detectie van belangrijke veranderingen in de werking, maar hielp het bedrijf ook om herwerking te vermijden als gevolg van onjuiste materiaaltoevoer, wat de kwaliteit van het verpakkingsmateriaal beïnvloedde.
Een tweede toepassing in de pulpindustrie, deze keer in Zweden, had te maken met overmatige procesoscillatie. Naast overmatige slijtage aan de regelklep als gevolg van frequente slagbewegingen, was het vaak nodig om van gesloten-lus naar handmatige regeling over te schakelen. Met een nieuwe slurry magnetische flowmeter geïnstalleerd in deze Zweedse fabriek konden personeel consequent opereren in een automatische gesloten-lusregelmodus, resulterend in verhoogde productiviteit, verminderd gebruik van grondstoffen en minder procesverstoringen.
Geavanceerde meettechnologie in actie: mijnbouwtoepassing
Vergelijkbare verbeteringen zijn te vinden in andere industrieën, waaronder een Zuid-Amerikaanse goudmijn waar de slurry magmeter werd geïnstalleerd op de mineralenpulp distributielijn. Voor de installatie was automatische belastingbalancering van de circulerende lading (verhouding van het grove materiaal dat terugkeert naar de molen vergeleken met het fijne materiaal) niet mogelijk en moest handmatig worden gedaan om rekening te houden met de aanpassingsfactoren. Deze handmatige aanpassingen waren vaak onjuist of werden niet tijdig gemaakt, wat leidde tot aanzienlijke herwerking. De brede variabiliteit van slurry flow maakte het ook uitdagend om de pH van het proces te beheren, wat resulteerde in een verminderde productie om veiligheidsredenen. Na installatie van de slurry magnetische flowmeter was er nu een realtime reactie op veranderingen in de flowrate beschikbaar. Dit minimaliseerde de vereiste herwerking en verhoogde de doorvoer, grotendeels vanwege het feit dat automatische massabalancering nu in realtime werd uitgevoerd.
Geavanceerde magmeter verbetert nauwkeurigheid, controleerbaarheid, doorvoer
Vergelijkbare succesverhalen—met aanzienlijke verbeteringen in nauwkeurigheid, controleerbaarheid en doorvoer—zijn te vinden in elke branche waar ruisige magmeter signalen worden waargenomen, vooral bij slurries. Hoewel slurry flowmeting nog steeds een uitdaging is, met name in zeer geleidende of abrasieve omgevingen wanneer de flowmeting wordt gebruikt voor gesloten-lusregeling, kunnen de meeste van deze toepassingen worden aangepakt met moderne magmeter technologie.
Het gebruik van dit soort geavanceerde technologie op een configureerbare en aanpasbare manier zorgt voor een lage variabiliteit van flowmetingen, waardoor personeel hun installaties dichter bij de operationele grenzen kan laten draaien. Het biedt ook verbeterde automatische gesloten-lusregeling, betere processtabiliteit en verhoogde doorvoer—samen met minder slijtage aan apparatuur over een breed scala van flowregimes, profielen en bereiken.
