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        電磁流量計

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        關于加入雙線系統對電磁流量計的影響

        來源:作者:發表時間:2019-03-18 14:55:07

            一些化學制造工廠正在競爭生存,不僅在外部與其他全球公司競爭,而且在內部與其公司的全球設施競爭。其他行業也面臨著類似的挑戰。
            提高產量或降低制造成本的工藝改進通常需要增強過程控制,但過程工廠中安裝的測量儀器基礎可能因年齡,性能不足或不可靠而無法促進改進。老化過程工廠的維護成本和計劃外過程停機對資產負債表造成了極大的破壞。升級到更新,更準確,更可靠的儀器可能會非常昂貴。新工廠建設還必須始終關注優化過程控制基礎設施的成本。新工廠建設的預算批準決定必須根據工廠擬生產的產品的預計市場條件權衡此類成本。在當今動蕩的全球市場中,
            本文介紹了過去幾年中發生的雙線儀表的研究進展,特別是電磁流量計的研究進展,以及這項新技術在資本投資和成本方面可以為工廠建設者和運營商帶來的顯著成本效益。所有權。
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        雙線回路電源的意義
            一項涉及德國,瑞士,英國,加拿大和美國化學工業的204名參與者的調查(Manfred Koenig,Ph.D.,KIM Ludwigshafen,德國,2006)顯示,87%的人選擇雙線儀器而不是四線制在線應用,89%用于公用事業。這種壓倒性的偏好可能源于這樣的事實:舊的過程工廠采用雙線雙絞線電纜網絡構建,在整個工廠控制方案中將所有過程單元和測量儀器連接在一起。
            然而,這些現有的電纜相對簡單并且不能支持除了可能共用相同電纜管道的其他電源的干擾不敏感的低能量儀器。此外,這些雙線環支持的低能量水平在含有易燃材料的危險區域中的爆炸風險方面更容易安全。許多老式過程工廠也可能擁有一個重要的電磁流量計安裝基礎,采用戰前(1945年前)技術,如正排量(PD),渦輪,可變面積(VA或轉子流量計)和差壓(dP) 。
        需要更換舊技術
            直到21世紀,雙線回路才能夠支持這些相對簡單的儀器,這些儀器通過各種方式將其測量轉換為4-20mA輸出或脈沖信號到控制系統。更先進的流量計技術,如三暢,超聲波或電磁流量計,直到八年前,除了輸出回路外,還需要專用電源來實現其功能,因此需要四線基礎設施至少。因此,將舊的雙線儀表設備升級到更現代的四線技術可能需要在安裝單獨的電力電纜和供電模塊方面花費大量資金。
            2006年推出了真正的雙線環路供電在線液體電磁流量計,取得了重大突破。這一突破的本質是設備電源管理的創新。這是迄今為止缺失的部分,因為要成為真正的環路供電設備,儀表必須使用小于3.6 mA的剩余回路電流和小于1瓦的電能直接提供完整的16 mA跨度。流量計在單個4-20 mA HART雙線回路上運行,由直流電源遠程供電,通過Class 1 Division 1認證,可通過使用經認可的安全屏障部署為本質安全型。
            2011年推出了真正的雙線,環路供電的三暢流量計,采用了一種新的更先進的通用電子平臺。2012年推出了用于低壓氣體的雙線回路供電直列式電磁流量計,2013年推出了第二個雙線回路供電的三暢電磁流量計,提供了改進的測量性能和額外的高性能儀表管材料。
            多年來,電磁和渦街流量計已經采用雙線回路供電形式,但由于這些設計在2013年被納入其新的通用電子平臺,因此性能得到了提升。因此,所有“現代”流量測量技術 - 即也就是說戰后引入的那些 - 已經成為雙線,環路供電的設備,只有一個例外,即熱質量(熱擴散)儀表。不幸的是,該技術的功率要求超過了目前雙線環路功率管理所能達到的要求。
        技術升級的回報
            考慮一個含有液體工藝成分的1“工藝流程,其成本為1美元/磅,質量流速為150磅/分鐘。我們每小時150美元的流量,每小時9,000美元,每8小時輪班72,000美元。計算每五天工作周進一步計算為360,000美元,例如,40周工作年即1440萬美元。假設現有裝置是渦輪流量計。
            現在,想象一下安裝一個雙線,環路供電的三暢質量流量計代替現有儀表。該生產線需要排空,可能需要更換一個工藝法蘭,使三暢能夠機械地安裝在渦輪機的位置。然而,已經用于將現有儀表的流量信號傳送到控制室的雙線回路可以不加改變地用于三暢流量計的完整電氣安裝方面。
            變化的好處是顯著而明確。假設現有的儀表測量不確定度為讀數的0.2%,那么通過使用三暢至0.1%的讀數,測量不確定性得到改善,每年對成分的控制提高0.1 / 100 x $ 14,400,000,即14,400美元。質量流量精度為0.1%的雙線三暢質量流量計將在大約6-8個月內支付。在實踐中,測量不確定性的改善會更大,因為操作員將從三暢獲得溫度和密度信息,并且測量將沒有任何流體屬性依賴性。例如,粘度變化會對渦輪流量計性能產生重大影響。渦輪流量計**終經歷的機械磨損,導致流量不足,
            此外,如果將工藝成分與另一種成分混合,則可以通過使用三暢技術的**終密度作為控制點的在線混合控制來實現額外的工藝改進。雙線回路供電儀表可以提供雙4-20 mA輸出,但由于主要4-20 mA輸出代表主變量也是HART,因此外部HART回路轉換器或HART I / O卡進入控制系統可以提供2-20 mA信號的二級,三級和四級變量。三暢儀表是真正的多變量設備。某些雙線設備也可與Profibus或Foundation Fieldbus通信一起使用。
        降低布線成本
            2003年,WIB / EXERA(國際儀器用戶協會)報告T 2732 X 03發布,它提供了當時為四線儀器提供電源的項目報價的平均調查。根據設計和工廠特點,每臺儀器的價格從1,200歐元到1,800歐元不等,平均成本為1,500歐元(約合2,000美元)。假設每年2%的通貨膨脹因素是合理的,給出大約2,500美元的當前數字。
            從化學工業的另一個來源,安裝四線電纜的估計為40美元/英尺到50美元/英尺。對于線性50英尺的電纜線路,例如,每端有10英尺的垂直線,相當于3,150美元。實際成本和預算估計高達10,000美元。
        機會的程度
            現代戰后流量測量技術具有不同的功率要求,因此,它們并非全部可用于相同尺寸范圍的雙線環路功率形式。例如,雙線三暢流量計的直徑限制為2“; 電磁和在線低壓氣體超聲波限制在8“; 渦流和內聯液體超聲波限制在12“。
            然而,對于化學工業,特別是工廠中可能有三分之二的工藝管道不會超過2英寸,即使主管工藝管道較大,正確尺寸的流量計仍然可以小于2英寸。雙線回路電源有相當大的空間可為流量測量應用提供全面的安全性。
            三暢技術的優點已經涵蓋,但其他雙線技術呢?如果流體具有大約20μ西門子/厘米(μS/ cm)的電導率,則可以在水,廢水或輕水基漿料上使用雙線形式的電磁流量計。
            磁流量計是全通徑的,除非為了性能,流量計規定了減小的流量計尺寸,因此沒有侵入流動流并且沒有壓力損失。雙線磁力計的讀數準確度為0.5%是正常的,需要適度的五徑(5D)直入口運行以避免上游流量擾動造成的誤差。當流體表現出不足的導電性時,如果液體基本上是清潔且無氣泡的,則可以通過在線超聲波流量計滿足相同的性能和安裝要求。
            對于燃氣或蒸汽應用,渦流計是正常的選擇。使用內置溫度傳感器,雙線,環路驅動的渦街流量計可以使用內部蒸汽表計算飽和蒸汽的質量流量。即使當飽和蒸汽變得過熱時,外部壓力輸入也允許精確地計算蒸汽的質量流量,如在壓力調節閥的下游可能發生的那樣。在已知質量流量的情況下,渦街流量計可以計算能量和熱流量。
            一個新的令人興奮的發展是渦流流量計能夠指示濕蒸汽并計算干度分數或蒸汽質量。為了安全和高效,飽和蒸汽應干燥且無冷凝水; 也就是說,它應具有較高的蒸汽品質因數。然而,由于工藝條件的微小變化,飽和蒸汽的干燥或濕潤狀態可以位于刀口上并轉移到相反的狀態?,F在可以快速可靠地指示這種狀態變化。
            也許在雙線環路功率流量計的電源管理中**驚人的成就是超聲波沼氣表的成就?,F在不僅可以使用雙線,環路供電的超聲波流量計來測量潮濕,骯臟,可變成分和低壓厭氧消化氣體,垃圾填埋氣體和煤層氣甲烷的流量,而且還可以測量相同的設備使用內置溫度傳感器結合測量的聲速來計算甲烷含量,熱值和能量流量。
        技術帶我們前進
            現代流動技術為儀器工程師提供了重要的自我監測信息。根據統一的在線工廠資產管理國際準則提供此類信息的格式更容易理解和采取行動; 例如,NAMUR標準107.連續的純文本自診斷和過程相關信息,以及建議的補救措施(見圖3)使儀器工程師和操作員能夠在適當的時間 - 立即或在下一次計劃停機期間采取措施 - 通過了解測量點的確切健康狀況以及糾正任何異常情況所需的可能行動來節省時間和金錢。設備驗證,提供第三方驗證的可追溯性,可以在本地或從控制室遠程按需執行,而無需人員在現場。然后在沒有過程中斷的情況下避免或延遲校準。如果過程工廠擁有大量舊機械技術的安裝基礎,那么當然不能輕易地決定采用替代工廠現代化的方案。需要考慮的備件庫存以及對舊設備進行過培訓并且易于使用的工廠儀器技術人員。然而,保留舊技術的過程工廠將面臨風險,并且可能會發現它越來越多難以甚至不可能保持在全球市場上有效競爭的成本地位。如果一個加工廠擁有較大的舊機械技術安裝基礎,那么當然不能輕易地決定采用替代工廠現代化的方案。需要考慮的備件庫存以及對舊設備進行過培訓并且易于使用的工廠儀器技術人員。然而,保留舊技術的過程工廠將面臨風險,并且可能會發現它越來越多難以甚至不可能保持在全球市場上有效競爭的成本地位。如果一個加工廠擁有較大的舊機械技術安裝基礎,那么當然不能輕易地決定采用替代工廠現代化的方案。需要考慮的備件庫存以及對舊設備進行過培訓并且易于使用的工廠儀器技術人員。然而,保留舊技術的過程工廠將面臨風險,并且可能會發現它越來越多難以甚至不可能保持在全球市場上有效競爭的成本地位。

         

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