Chất lỏng đặc được tìm thấy trong nhiều ngành công nghiệp quy trình, và việc đo lường tốc độ dòng chảy của chất lỏng đặc thường gặp khó khăn do nhiều lý do, bao gồm sự thay đổi liên tục về kích thước và thể tích của chất rắn bám, mật độ biến đổi, dòng chảy lớp, và tốc độ cao thường cần thiết để duy trì chất rắn bám trong dung dịch.
Ứng dụng đo lường chất lỏng đặc thường gặp, thách thức
Một số ứng dụng đo lường chất lỏng đặc phổ biến và thách thức bao gồm:
Giấy và bìa, với một hàm lượng chất rắn điển hình là 3.6% tại lối vào của máy giấy trong quá trình sunfua, đây là quá trình phổ biến nhất để sản xuất bột hóa học vì nó cũng tạo ra một bột mạnh hơn so với quá trình bột cơ học.
Kim loại và khai thác mỏ với 5% đến 8% chất rắn trong nhiều dòng chảy, bao gồm nội dung chất rắn cao hơn 50% trong các dây xả của nhà máy tập trung đồng.
Tiêm hóa chất cho dầu và khí đốt và hóa chất dẫn đến tín hiệu dòng chảy nhiễu.
Ứng dụng fracking yêu cầu độ chính xác 0.25% của các hỗn hợp nước và cát được bơm xuống giếng để giảm các thách thức của giếng.
Xử lý nước và nước thải muối, nơi độ dẫn cao của muối, kết hợp với khoảng 10% chất rắn, tạo ra sự biến động cao trong việc đo lường dòng chảy.
May mắn thay, hầu hết các chất lỏng đặc đều dựa trên nước và do đó là chất lỏng dẫn điện, khiến chúng rất phù hợp cho việc đo lường dòng chảy không xâm nhập bằng cách sử dụng máy đo dòng từ trường hoặc magmeters. Công nghệ đo lường này là một trong số ít có khả năng đo lường dòng chảy trong các ứng dụng dòng chảy hỗn loạn và lớp.
Magmeters bao gồm một bộ truyền tín hiệu và cảm biến cùng nhau đo lường dòng chảy. Cảm biến của magmeter được đặt trong đường ống và đo lường một điện áp gây ra bởi chất lỏng khi nó chảy qua ống. Bộ truyền tín hiệu lấy điện áp được tạo ra bởi cảm biến, chuyển đổi điện áp thành một đo lường dòng chảy và truyền dữ liệu đo lường đó đến một hệ thống chủ.
Dù đo lường dòng chảy từ nguyên liệu giấy, muối hoặc quặng mỏ bằng magmeters—bao gồm cả các magmeter có một tấm va đập để bảo vệ lớp phủ và điện cực của máy đo—vật liệu rắn trong dòng chảy chất lỏng đặc có thể dẫn đến các giá trị đo không ổn định. Vấn đề này và các vấn đề khác có thể được giải quyết bằng cách lựa chọn cẩn thận magmeter phù hợp cho mỗi ứng dụng.
Quản lý tín hiệu không ổn định trong việc đo lường dòng chảy chất lỏng đặc
Đo lường không ổn định và không chính xác của magmeter thường xảy ra do có vật liệu rắn bám trong chất lỏng ảnh hưởng đến cảm biến điện cực và gây ra các đỉnh điện thế, sau đó được hiểu là các đỉnh dòng chảy. Ống sợi thủy tinh thường được sử dụng trong dịch vụ muối hoặc hóa chất, và nó thường tạo ra một lượng dòng điện tĩnh lớn trong ứng dụng, ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của việc đo lường. Khi sử dụng một magmeter tiêu chuẩn, các tín hiệu nhiễu này được đo bằng các điện cực gặp khó khăn trong việc phân biệt từ tín hiệu dòng chảy một cách liên tục và chính xác.
Phương pháp truyền thống để bù đắp cho loại nhiễu này là gia tăng thời gian giảm dần của tín hiệu dòng chảy, được thực hiện trong bộ truyền tín hiệu. Do tính chất của các tín hiệu chất lỏng đặc này, không lạ khi thấy thời gian giảm dần từ 30 đến 60 giây. Kỹ thuật này tạo ra một giá trị tốc độ dòng chảy ổn định, nhưng không tốt cho việc điều khiển thời gian thực. Đối với nhiều quá trình dòng chảy, thời gian chết của quá trình thường ít hơn một giây, vì vậy việc giảm dần đến mức lớn như vậy có nghĩa là điều khiển đang phản ứng với một thay đổi đã xảy ra nhiều chu kỳ trước đó, điều này có thể dẫn đến hoạt động không ổn định của hệ thống điều khiển.
Loại hoạt động không ổn định này thường dẫn đến dao động của van điều khiển, giảm năng suất và thời gian ngừng hoạt động. Ngay cả khi có sự giảm rung được áp dụng cả trong bộ truyền tín hiệu và hệ thống điều khiển, trong nhiều trường hợp vẫn có quá nhiều nhiễu để điều chỉnh quá trình một cách hiệu quả.
Trong một ví dụ về nhà máy giấy, khi vấn đề trở nên tồi tệ nhất, cơ sở đã buộc phải tắt hoàn toàn điều khiển tự động và điều chỉnh van điều khiển bằng tay, dẫn đến không chỉ hiệu suất kém, mà còn sử dụng không hiệu quả thời gian của các nhà điều hành.
Một cách tiếp cận tốt hơn để đo lường tốc độ dòng hỗn hợp
Một cách để giảm hiệu ứng tiếng ồn là tăng công suất có sẵn của tín hiệu được tạo ra bởi cảm biến, chẳng hạn như tăng công suất từ 0.5 amps với các thiết kế cũ lên 2 amps trong các thiết kế mới hơn. Tuy nhiên, việc tăng công suất tín hiệu chỉ giải quyết một khía cạnh của vấn đề đo lường, tín hiệu ồn, mà không giải quyết hoàn toàn thách thức của tạp chất hoặc các đỉnh gây ra bởi quá trình khác.
Bằng cách phân tích hơn 200 mẫu tiếng ồn trong môi trường khắc nghiệt thực tế trong quá trình phát triển, và tận dụng khả năng xử lý microprocessor cải thiện, một nhóm phát triển máy đo lưu lượng từ nam châm đã có thể xác định yêu cầu cho việc xử lý kỹ thuật số phức tạp hơn trong bộ truyền, bao gồm xử lý tích cực của tín hiệu để xác định và bỏ qua các giá trị ngoại lệ do va chạm của hạt.
Bên trong công nghệ: Cải tiến máy đo lưu lượng từ nam châm
Bộ truyền tiên tiến này được cung cấp kèm với các mua mới của máy đo lưu lượng từ nam châm, và nó có thể được lắp đặt sau vào các cài đặt hiện có. Nó bao gồm ba hồ sơ tiếng ồn quá trình, hai tần số cuộn, điều chỉnh zero, và năm chế độ xử lý tín hiệu được cấu hình trước dựa trên thời gian trung bình, mức độ tiếng ồn quá trình, yếu tố/tolerance tiếng ồn quá trình, thời gian quét, và giới hạn thời gian của trung bình chạy. Có thể tùy chỉnh hoàn toàn chế độ xử lý tín hiệu thứ sáu "tùy chỉnh" mà có thể được cụ thể cho người dùng dựa trên ứng dụng. Hỗ trợ kỹ thuật có sẵn để giúp điều chỉnh tinh chỉnh và phát triển cấu hình tùy chỉnh.
Cảm biến của máy đo là một thiết kế không có chướng ngại vật và không có bộ phận chuyển động, làm cho nó lý tưởng cho việc đo lường dòng hỗn hợp dẫn, nơi nó giảm thiểu bảo dưỡng và sửa chữa. Không có bộ phận chuyển động hoặc chướng ngại vật cũng có nghĩa là không có sự cố cơ học hoặc tích tụ vật liệu, cung cấp một mức độ đáng tin cậy cao.
Các chẩn đoán nhúng đang trở nên quan trọng hơn trong các ngành công nghiệp. Triển khai các thiết bị đo lường có thể cung cấp cái nhìn về điều kiện lắp đặt, điều kiện quá trình và sức khỏe của thiết bị là yếu tố quan trọng cho bảo trì dự đoán. Các khả năng xác minh đồng hồ thông minh cung cấp các chẩn đoán này với cảnh báo thời gian thực, thông báo cho bảo trì về các vấn đề trước khi chúng dẫn đến bất kỳ vấn đề liên quan đến quá trình nào. Các chẩn đoán bao gồm chỉ báo cho ống trống, dòng ngược, và bão hòa điện cực—cũng như lỗi đất và lỗi dây, cùng với các vấn đề khác.
Truyền các biến chẩn đoán, các biến phụ lựa chọn bởi người dùng (như nhiệt độ điện tử, lưu lượng tổng, hoặc bất kỳ biến số khác trong số 16 biến số có sẵn khác), và thông tin khác tới một máy chủ—như hệ thống điều khiển hoặc quản lý tài sản—đòi hỏi một giao thức truyền thông kỹ thuật số. HART (từ FieldComm Group) là một lựa chọn, và nó được đặt lên tín hiệu đo lưu lượng 4-20mA.
Nó có lợi thế là giao thức thiết bị trường phổ biến nhất trên thế giới trong các ngành công nghiệp quy trình, vì vậy nhiều hệ thống máy chủ hỗ trợ giao thức này. Đối với những hệ thống không hỗ trợ, các bộ chuyển đổi giao thức có sẵn để chuyển đổi tín hiệu HART thành nhiều tín hiệu rời rạc và 4-20mA, đảm bảo tương thích với tất cả các hệ thống máy chủ.
Người dùng cuối nên tìm kiếm một dòng máy đo lưu lượng từ nam châm với một loạt kích thước rộng, chẳng hạn như 3 – 36 inches (80 – 900 mm), với độ chính xác ±0.25% cấu hình tiêu chuẩn và ±0.15% cấu hình tùy chọn độ chính xác cao, để xử lý hầu hết các ứng dụng.
Công nghệ đo lường tiên tiến trong hành động: ứng dụng vật liệu đóng gói
Trước khi lắp đặt bộ đo lưu lượng hỗn hợp, tín hiệu lưu lượng từ máy đo dao động giữa các giá trị cao như 150L/phút và giá trị thấp như 10L/phút. Sau khi lắp đặt bộ đo lưu lượng hỗn hợp mới, thời gian giảm rung đã giảm từ 15 xuống chỉ còn ba giây. Khi kết hợp với khả năng xử lý tín hiệu trong bộ truyền tín hiệu, điều này tạo ra một tín hiệu ổn định hơn nhiều, với các đo lường quan sát được đại diện cho lưu lượng hỗn hợp thực tế hơn.
Việc kiểm soát quy trình cải thiện kết quả, được hỗ trợ bởi việc đọc lưu lượng hỗn hợp cải thiện, không chỉ giúp phát hiện các thay đổi quan trọng trong quá trình vận hành, mà còn giúp công ty tránh việc phải làm lại do cung cấp vật liệu không chính xác, ảnh hưởng đến chất lượng của vật liệu đóng gói.
Một ứng dụng ngành công nghiệp bột giấy khác, lần này tại Thụy Điển, đang gặp phải sự dao động quá mức trong quy trình. Ngoài việc hao mòn quá mức trên van điều khiển do thường xuyên hoạt động, thường cần phải chuyển từ điều khiển vòng đóng sang điều khiển thủ công trong nhiều trường hợp. Với một bộ đo lưu lượng từ tính hỗn hợp mới được lắp đặt tại nhà máy Thụy Điển này, nhân viên nhà máy đã có thể vận hành một cách liên tục trong chế độ điều khiển vòng đóng tự động, dẫn đến tăng năng suất, giảm sử dụng nguyên liệu và ít gián đoạn quy trình hơn.
Công nghệ đo tiên tiến trong hành động: ứng dụng trong ngành khai thác
Cải tiến tương tự cũng có thể được tìm thấy trong các ngành công nghiệp khác, bao gồm một mỏ vàng ở Nam Mỹ nơi mà bộ đo magmeter dạng hỗn hợp được lắp đặt trên đường ống phân phối bột khoáng. Trước khi lắp đặt, việc cân bằng tải tự động của lưu lượng tuần hoàn (tỷ lệ của vật liệu thô trở lại máy so với vật liệu mịn) không thể thực hiện và phải được thực hiện thủ công để tính đến các yếu tố điều chỉnh. Những điều chỉnh thủ công này thường không chính xác hoặc không được thực hiện đúng thời điểm, dẫn đến việc phải làm lại nhiều công việc. Sự biến động rộng lớn của lưu lượng hỗn hợp cũng khiến việc quản lý độ pH của quy trình trở nên khó khăn, dẫn đến việc giảm sản xuất vì lý do an toàn. Sau khi lắp đặt bộ đo lưu lượng từ tính cho hỗn hợp, phản ứng thời gian thực đối với thay đổi lưu lượng giờ đây đã có sẵn. Điều này giảm thiểu việc phải làm lại và tăng công suất, chủ yếu do việc cân bằng khối lượng tự động được thực hiện trong thời gian thực.
Công nghệ magmeter tiên tiến cải thiện độ chính xác, khả năng điều khiển, và công suất
Câu chuyện thành công tương tự - với cải thiện đáng kể về độ chính xác, khả năng điều khiển và công suất - có thể được tìm thấy trong bất kỳ ngành công nghiệp nào nơi tín hiệu magmeter ồn ào được quan sát, đặc biệt là với hỗn hợp. Mặc dù việc đo lường lưu lượng hỗn hợp vẫn là một thách thức, đặc biệt là trong môi trường dẫn điện hoặc mài mòn cao khi đọc lưu lượng được sử dụng cho điều khiển vòng đóng, hầu hết các ứng dụng này có thể được giải quyết bằng công nghệ magmeter hiện đại.
Việc sử dụng công nghệ tiên tiến như vậy một cách có thể cấu hình và tùy chỉnh cung cấp sự biến động thấp của các đọc lưu lượng, giúp nhân viên vận hành nhà máy của họ gần với giới hạn vận hành. Nó cũng cung cấp điều khiển vòng đóng tự động cải thiện, ổn định quy trình tốt hơn và tăng công suất - cùng với ít hao mòn thiết bị hơn trên một loạt các dải lưu lượng, hồ sơ và phạm vi lớn.
