Aktuální vydání

celé číslo

01

2019

Automatizace v potravinářství a farmacii

celé číslo

Měření průtoku při výrobě papíru a celulózy

Měření průtoku při výrobě papíru a celulózy

Automatizaci výroby celulózy a papíru si není možné představit bez přesného a spolehlivého měření průtoku dvoufázových médií (směs kapaliny a částic pevné látky) a pulsujících průtoků kapalin za dávkovacími čerpadly. Rozhodujícím měřicím principem, používaným při výrobě celulózy a papíru již od počátku sedmdesátých let minulého století, je magneticko-indukční měřicí princip.

Řešení pro nepříznivé podmínky

Magneticko-indukční průtokoměry jsou dnes považovány za přesné a spolehlivé ve většině aplikací měření průtoku vodivých kapalin. Jejich správnou funkci mohou významně ovlivnit nepříznivé provozní podmínky. Pak může dojít k tomu, že nesprávné nebo nespolehlivé měření průtoku způsobí snížení kvality výroby, růst nákladů na suroviny a energii nebo snížení výkonu zařízení.

Měří-li se průtok při výrobě celulózy a papíru, je v mnoha případech měřenou kapalinou směs kapaliny a pevných částic, často v podobě vláken různé délky. Tato vlákna významně narušují měření magnetickoindukčním průtokoměrem zejména tím, že způsobují prudké změny vodivosti měřené kapaliny v měřicí trubici průtokoměru. Běžné magneticko-indukční průtokoměry vykazují za těchto podmínek kolísání měřené hodnoty, které je ovšem naprosto nežádoucí a velmi negativně ovlivňuje regulaci, a tím i optimální průběh výrobního procesu.

Mnozí výrobci dosud nabízejí speciální verze magneticko-indukčních průtokoměrů, často buzené střídavým proudem 50 Hz. Výhodou tohoto způsobu buzení je vysoká budicí frekvence, která spolu s velkou intenzitou magnetického pole zaručuje dostatečné potlačení rušivých napětí na snímacích elektrodách, a tím i stabilní výstupní signál – měřenou hodnotu. Mezi nevýhody patří podstatně vyšší cena, menší přesnost měření a obvykle horší stabilita nuly, což vyžaduje periodickou údržbu a seřizování. Výrobci celulózy a papíru mnohdy mají v technologickém zařízení různé typy magneticko-indukčních průtokoměrů jednoho nebo několika výrobců, jež jsou přizpůsobeny (technicky i cenově) požadované aplikaci. To představuje vyšší náklady na pořízení a zejména na kvalifikaci obsluhy a údržby.

Průtokoměry s pulsním buzením stejnosměrným proudem využívají ke generování magnetického pole ve snímači budicí napětí obdélníkového průběhu s frekvencí v rozsahu 3 až 25 Hz. Napětí na signálních elektrodách je vzorkováno až po odeznění přechodných jevů na budicích cívkách. Signální napětí je zpracováváno v D/A převodníku s využitím propracovaných digitálních filtrů a speciálních vyhodnocovacích algoritmů tak, aby bylo dosaženo stabilní měřené hodnoty a byl omezen vliv nehomogenního média na proces měření.

Pulsující průtoky se vyskytují zejména při měření průtoku barviv, klížidel a jiných chemikálií za dávkovacími čerpadly. V mnoha případech se velikost dávkovaného množství významně mění během procesu výroby, přičemž uživatel požaduje vysokou přesnost měření a rychlou reakci na změny regulované veličiny. Rozhodující je dostatečná budicí (a tím i vzorkovací) frekvence, která by měla být minimálně 25 Hz. Často jsou měřené průtoky velmi malé, což vede k použití snímačů magneticko-indukčních průtokoměrů s velmi malou jmenovitou světlostí (např. DN 2,5).

Nezbytná diagnostika

Magneticko-indukční průtokoměr by měl být rovněž vybaven vnitřní diagnostikou, a tím poskytovat uživateli dostatečnou jistotu bezpečného a bezporuchového provozu. Mezi samozřejmé požadavky patří kontrola neporušenosti budicího vinutí, měření vodivosti měřené kapaliny, popř. měření teploty. Periodická interní diagnostika vyhodnocovací elektroniky, včetně sledování uzavření smyčky proudového výstupu, eliminuje nutnost používání externího simulátoru pro validaci převodníků magneticko-indukčních průtokoměrů.

Sledování usazenin na výstelce, kontrola narušení rychlostního profilu nebo indikace přítomnosti silných vnějších magnetických polí mohou významně pomoci při identifikaci provozních problémů ve výrobním procesu.

Univerzální převodník snižuje náklady

Důležitým sledovaným parametrem jsou celkové náklady vlastnictví (total costs of ownership). Pro zákazníka – výrobce papíru a celulózy – je výhodné, použije-li univerzální převodník magneticko-indukčního průtokoměru vhodný pro všechny aplikace přicházející v úvahu – měření průtoku rozvlákněné celulózy, papíroviny o vysoké konzistenci, suspenze oxidu hořečnatého, kyseliny sírové, hydroxidu sodného nebo klihů a barviv, které jsou dávkovány membránovými čerpadly. Důležitou funkcí je průběžná (on-line) diagnostika procesu měření, která s předstihem upozorní provozovatele na možné problémy v procesu měření nebo v průtokoměru.

Použití jediného typu převodníku vede k nižším nákladům na projektování, montáž i vlastní provoz. Umožňuje unifikaci údržby a minimalizaci skladu náhradních dílů. Specialisté měření a regulace se mohou soustředit na jiné provozní problémy, což je významné zejména při zajišťování údržby externími pracovníky.

Univerzální převodník magneticko-indukčního průtokoměru musí dokonale spolupracovat se všemi typy snímačů magneticko-indukčních průtokoměrů, které se používají při výrobě celulózy a papíru, bez ohledu na jmenovitou světlost a vlastní provedení snímače.

Obr. 1.

Obr. 1. Magneticko-indukční průtokoměr firmy Krohne řady Optiflux s převodníkem IFC 300

Univerzální převodník pro magneticko-indukční průtokoměry by měl být rovněž kompatibilní se staršími snímači magneticko-indukčních průtokoměrů, a to tak, aby jej bylo možné použít při náhradě nevyhovujícího staršího převodníku. Tím jsou dále minimalizovány náklady na náhradní díly.

Průtokoměr Optiflux s převodníkem IFC 300

Všechny uvedené požadavky splňují magneticko-indukční průtokoměry firmy Krohne řady Optiflux s převodníkem IFC 300 (obr. 1). Tento typ převodníku je kompatibilní nejen se všemi snímači řady Optiflux v rozsahu jmenovitých světlostí DN 2,5 až DN 3000, ale i se všemi staršími snímači Krohne s pulsním buzením, které byly vyrobeny od roku 1982. Výkonný převodník IFC 300 disponuje dokonalým zpracováním signálu a výkonnými filtry. Měří papírovinu o konzistenci více než 10 % stejně jako pulsující průtoky za jednočinnými dávkovacími čerpadly. Je univerzálně použitelný ve všech aplikacích, jež přicházejí v úvahu. Obsahuje tři úrovně interní diagnostiky, která umožňuje přesně vyhodnotit dokonalou funkci průtokoměru a kvalitu procesu měření. Soustavně je kontrolována bezchybná práce mikroprocesorů, pamětí a softwaru, ale i teplota v krytu elektroniky a výstupní signály. Dále se sledují parametry snímače (neporušenost, teplota a izolační stav budicích cívek, odpor v obvodu budicích elektrod a jejich izolační stav prostřednictvím měření vodivosti) a procesní podmínky (tvar rychlostního profilu, usazeniny na výstelce a přítomnost externích magnetických polí). Přístroj lze s rezervou použít pro úlohy vyžadující úroveň bezpečnosti SIL 2.

Samozřejmostí je široký rozsah možných výstupních signálů (např. až tři proudové výstupy, proudový výstup a současně Profibus-DP nebo Modbus atd.). Grafický displej se zobrazením všech měřených hodnot umožňuje rovněž snadno programovat pomocí optických senzorů bez otevírání krytu. Průtokoměr je vybaven komunikací HART a součástí dodávky je soubor DTM pro software Pactware. Kryt převodníku je vyroben buď z tlakově odlévaného hliníku nebo z korozivzdorné oceli (pro agresivní okolní prostředí).

Nová řada průtokoměrů Krohne Optiflux umožňuje uživatelům využívat magneticko-indukční průtokoměry standardně v technologických zařízeních na výrobu papíru a celulózy i v jakýchkoliv dalších aplikacích, v nichž je třeba měřit průtok elektricky vodivých kapalin. To významně snižuje náklady na projektování, montáž, uvedení do provozu i údržbu a vede ke zvýšení kvality výroby.

Petr Komp, Krohne CZ spol. s r. o.,
(pkomp@krohne.cz)

Krohne CZ spol. s r. o.
Soběšická 156
638 00 Brno
tel.: 545 532 111 (ústředna)
fax: 545 220 093
e-mail: brno@krohne.cz
http://www.krohne.cz