Coriolisovy průtokoměry Promass – více než jen průtok

Coriolisovy průtokoměry Promass – více než jen průtok

V průmyslových odvětvích s kontinuální výrobou získaly Coriolisovy průtokoměry právem pověst robustních a spolehlivých provozních přístrojů. Je tedy jen logické, že v současné době, při důrazu zejména na spolehlivost a efektivnost chodu výrobních procesů, stále rostou počty instalovaných kusů i různorodost aplikací těchto všestranných zařízení. Společnost Endress+Hauser k tomuto trendu významně přispívá neustálým zdokonalováním své osvědčené řady Coriolisových průtokoměrů PROline Promass inovacemi, umožňujícími uspokojovat i ty nejnovější a nejsložitější požadavky na měření.

Coriolisovy průtokoměry vyhovují současným požadavkům

Funkce, které musí plnit současné průtokoměry, jsou mnohem rozmanitější a složitější než kdykoliv v minulosti. Provozovatelé chemických továren se pod trvalým tlakem na snižování nákladů stále snaží optimalizovat účinnost výrobního procesu. V zostřující se konkurenci se mezi klíčové charakteristiky dostává také kvalita výsledného produktu. Z toho všeho vyplývají rostoucí požadavky na vlastnosti, které musí mít průtokoměry, mají-li být schopny plnit své funkce v regulačních smyčkách i jako samotná měřidla.

Úspěch, s jakým se Coriolisovy hmotnostní průtokoměry prosadily v kontinuálních výrobách v chemickém průmyslu v posledních letech, má své příčiny. Spočívají v samotném principu. Protože měří velmi přesně přímo hmotnostní průtok, podporují Coriolisovy průtokoměry metody optimálního řízení výrobních procesů, při nichž současně umožňují míchat směsi stále stejného složení, přesně podle receptur. Oba tyto faktory jsou pro zlepšování kvality výsledného produktu a zvyšování účinnosti výrobního procesu klíčové. Přesné dávkování výchozích složek v neposlední řadě znamená méně odpadu (v podobě nestandardních produktů, tj. mimo tolerance), a tudíž bezprostřední úsporu finančních prostředků.

Coriolisovy průtokoměry lze používat nejen při měření průtoku technologických kapalin, ale i v mnoha jiných aplikacích. Jednou z nich, které se často dostává méně pozornosti, než si skutečně zasluhuje, je měření průtoku plynů. Také zde, ať už z pohledu cenového nebo technologického, rozhoduje přesnost měření.

Průtokoměry Promass při měření průtoku plynů

V kontinuálních výrobních procesech se lze velmi často setkat např. s ethylenem, se kterým se pracuje za nejrůznějších provozních podmínek. Jako jeden příklad z mnoha lze uvést společnost DOW Chemicals, kde je měřen průtok ethylenu o tlaku mezi 7,5 a 9,5 MPa a teplotě 10 °C. Horní mez průtoku je přitom od 10 do 40 t plynu za hodinu. Původně byl turbínovými průtokoměry měřen objemový průtok a k určení hmotnostního průtoku bylo třeba měřit také hustotu. Turbínové průtokoměry se navíc vyznačují poměrně velkou prahovou citlivostí, a tudíž malou dynamikou měřicího rozsahu. Společnost se proto rozhodla vyzkoušet, speciálně v této aplikaci, Coriolisův hmotnostní průtokoměr Promass F od firmy Endress+Hauser.

Průtokoměr Promass F, z rodiny snímačů PROline Promass, se ukázal být přesně tím, co daná aplikace vyžaduje. Dostal totiž ideální příležitost k uplatnění svých hlavních předností, kterými jsou velká přesnost i reprodukovatelnost měření. Stejně jako všechny ostatní snímače řady Promass, má i Promass F vysokou frekvenci vlastních kmitů (600 až 800 Hz). Je tak ze své konstrukční podstaty imunní vůči vibracím potrubí, které se zpravidla vyskytují v pásmu mezi 50 a 200 Hz. Při použití snímačů řady Promass se proto vibrace potrubního systému na naměřeném průtoku nijak neprojeví. Snímače Promass jsou, díky své robustní konstrukci standardně zahrnující sekundární vnější ochranný kontejner, dostatečně odolné i vůči ostatním silovým vlivům působícím na průtokoměry v důsledku rázového i statického namáhání potrubí.

Kompaktně stavěný Promass F bylo možné snadno instalovat na otevřeném prostranství, kde zabírá jen velmi málo místa, aniž by vyžadoval jakékoliv přídavné podpěry potrubí (obr. 1). V současné době měří průtokoměry Promass F průtok plynu v nesčetných aplikacích. Byly také zkoušeny v renomovaných kalibračních institutech, jakými jsou např. PIGSAR^TM (Prüfinstitut für Gaszähler, Dorsten, SRN, zkušební vysokotlaká trať pro ověřování plynoměrů, patřící koncernu Ruhrgas AG; slouží jako národní etalon SRN pro vysokotlaký zemní plyn – pozn. red.) a SWRI (Southwest Research Institute, San Antonio, Texas, USA), kde dosáhly vynikajících výsledků (obr. 2). I největší Promass F, model o světlosti DN 150, prokázal stejnou výkonnost jako ostatní, menší členové rodiny.

Své vynikající vlastnosti prokázaly průtokoměry Promass F i při důkladných zkouškách provedených společností DOW Chemical na její vlastní kalibrační lince. Pracovníci společnosti DOW Chemicals se tak sami přesvědčili o velké přesnosti, s jakou průtokoměry Promass F měří. Velký dojem na ně udělaly i jejich dlouhodobá stabilita a, v porovnání s turbínovými snímači, mnohem lepší dynamika měřicího rozsahu.

Že jsou velmi vhodné k měření průtoku plynu, prokázaly průtokoměry rodiny Promass i v mnoha dalších aplikacích, které zde nelze všechny ani vyjmenovat. Pro průtokoměr Promass F mluví mnoho velmi různorodých důvodů: např. při měření průtoku oxidu uhličitého v pivovarech a při výrobě sycených nápojů jsou např. hlavními argumenty jejich krátké doby odezvy a největší možná přesnost měření bez ohledu na změny tlaku média. Tlak při měření průtoku vzduchu může být od 0,3 MPa (dávkování a stáčení nápojů) do 30 MPa (kompresory pro plnění bombiček pro automobilové airbagy). Mezi typické aplikace patří také měření průtoku stlačeného zemního plynu a tekutého propanu (Liquid Propan Gas – LPG), používaných jako palivo v osobních automobilech a autobusech. Z nízkotlakých aplikací lze uvést např. měření průtoku kyslíku, chlorkyanu a vodíku při výrobě polovodičů, vodíku při hydrogenaci tuků apod.

Průtokoměry Promass se používají k měření průtoku plynů i v petrochemii. Stejně jako v chemické výrobě obecně zde Coriolisovy průtokoměry měří průtok plynů stále častěji. Za své úspěchy v oblasti měření průtoku plynů přitom tyto přístroje do značné míry vděčí velmi dobrým dlouhodobým provozním zkušenostem získaným s nimi při měření průtoku kapalin. Na průtokoměrech z rodiny Promass jsou v tomto ohledu velmi ceněny zejména jejich robustní konstrukce a možnost mnohostranného použití jako vlastnosti prvořadého významu při měření průtoku širokého spektra různých ropných produktů (obr. 3). Tělo průtokoměrů Promass může být z korozivzdorné oceli nebo ze slitiny Hastelloy C22, přístroje jsou standardně opatřeny sekundárním ochranným pouzdrem a měřené médium může mít teplotu od –50 do +200 °C. Co se týče snímačů Promass F, lze říci, že jim po stránce technologické kompatibility ani provozní spolehlivosti nechybí nic, co by ještě bylo možné si v praxi představit.

Coriolisovy průtokoměry jako multivariable

Jednou z hlavních předností současných Coriolisových průtokoměrů je možnost soustředit do jednoho jediného místa v potrubní síti měření současně několik technologických parametrů. Jediným zařízením lze měřit současně např. hmotnostní průtok, hustotu i teplotu média. Naměřené hodnoty je možné navzájem kombinovat, takže jediný provozní přístroj je vše, co je třeba ke stanovení hodnot odvozených proměnných, jako je např. koncentrace tekutých směsí. Není tudíž nutné zřizovat žádné další odběry z potrubí, instalovat snímače atd. Jde o úlohu velmi dobře známou např. z čistíren odpadních vod, kde obsluha zařízení musí stále sledovat koncentraci aktivního kalu ve splašcích.

V této souvislosti mají prvořadý význam dvě skutečnosti. První je velmi přesné měření hustoty. V tomto ohledu se průtokoměru Promass F nevyrovná žádný jiný Coriolisův průtokoměr dostupný na trhu. Hustotu s ním lze velmi přesně měřit nejen při referenčních pracovních podmínkách nebo v určitých definovaných stavech, ale i v celém provozním rozsahu sahajícím od 0,8 do 1,8 kg/dm³ a od 5 do 80 °C. Za druhé je důležité mít na zřeteli vztah mezi koncentrací, hustotou a teplotou. Průtokoměry rodiny Promass obsahují standardní algoritmy pro výpočet objemového podílu v procentech a stupních Brixovy stupnice. Vzájemné vztahy mezi veličinami ovšem často značně závisejí na vlastnostech látek vyskytujících se v daném procesu a ne vždy je lze popsat matematicky.

Například v čistírně odpadních vod ARA Olten v Oltenu ve Švýcarsku bylo třeba určovat celkovou vsádku splašků do vyhnívací věže. K tomu je zapotřebí znát podíl tuhých látek přiváděné tekuté směsi. Jde o údaj, který lze dále použít k výpočtu účinnosti procesu tvorby bioplynu. Protože vztah mezi obsahem pevných látek, hustotou a teplotou nelze popsat matematickým výrazem, je potřebná informace k dispozici pouze v podobě tabulky. Současná elektronika v průtokoměru PROline Promass 83 umožnila zákazníkům firmy Endress+Hauser vložit tyto specifické údaje přímo do průtokoměru a obejít se tak bez jakéhokoliv dalšího programování jiného procesoru nebo měřicího či řídicího systému. Uživatel má nyní na výstupu z průtokoměru k dispozici právě tu informaci, kterou potřebuje. Tento postup lze použít i jinde – podobně jako v daném případě čištění odpadních vod může funkční schopnost přímo a jednoduše implementovaná do přístroje dokonale uspokojit potřeby uživatele i v jiných aplikacích, např. při určování koncentrace alkoholu v nápojích.

Úlohy řešené s použitím Coriolisových průtokoměrů se často vyznačují speciálními požadavky. Například může být nutné udržet v instalaci co možná nejmenší tlakovou ztrátu, jako je tomu při měření průtoku silikonové pryže s obsahem částic křemene (obr. 4). Také v tomto případě je základem aplikace velmi přesné měření hmotnostního průtoku, a to bez ohledu na přítomnost unášených pevných částic. Protože jde o médium s velmi velkou viskozitou, je v tomto případě současně přípustná jen velmi malá tlaková ztráta. Ideální se tudíž pro tuto aplikaci ukázal být průtokoměr Promass I s jedinou přímou měřicí trubicí. Další vlastností, spolu se zárukou spolehlivého měření, velmi zajímavou pro uživatele, je konstrukce průtokoměru Promass I provedená s ohledem na hygienické požadavky, která zabraňuje tvorbě úsad a dovoluje snadno čistit jeho vnitřní prostory. U tohoto přístroje byl také kladen mimořádný důraz na minimalizaci prostoru potřebného pro zástavbu. A kompaktní Promass I je v tomto ohledu skutečně hitem, neboť se obejde bez jindy nutných uklidňovacích úseků potrubí před a za průtokoměrem. Průtokoměr Promass I je skutečně přístrojem, s nímž lze zacházet způsobem doslova „namontuj a zapomeň“. Mimo jiné i proto, že je v něm měřicí trubice uchycena s použitím osvědčeného unikátního závěsného systému typu Torsion Mode Balancing^TM, umožňujícího instalovat přístroj bez přídavných podpěr.

Společnosti Endress+Hauser však nestačí vyrábět Coriolisovy průtokoměry nejlepší co do dosahované provozní stability. Uživatelé totiž potřebují mít o procesech, které řídí, stále přesnější informace. Z tohoto důvodu lze nyní s průtokoměrem Promass I jako doplňkovou veličinu měřit i okamžitou viskozitu protékajícího média. Viskozita patří k základním charakteristickým vlastnostem vyráběných produktů a má v mnoha případech značný vliv na účinnost daného výrobního nebo zpracovatelského procesu. Údaje o viskozitě se tudíž využívají jako vstupní data při optimálním řízení procesů. Jejich znalost představuje automaticky získávanou další informaci o probíhajících procesech. Měření viskozity média přitom nemá vůbec žádný vliv na měření jeho hmotnostního průtoku, hustoty ani teploty.

Výsledkem je, že průtokoměr Promass I může být kdykoliv použit jako snímač současně až čtyř technologických veličin, aniž by se dotyčné měřicí procesy jakkoliv navzájem ovlivňovaly. A co je na takové aplikaci nejpodstatnější? Že uživatel má kdykoliv k dispozici podrobné a správné údaje o všech relevantních technologických proměnných, a tím i úplný obraz daného výrobního nebo zpracovatelského procesu, poskytující veškeré informace potřebné k průběžné optimalizaci jeho efektivity.

Dr. Helga Linnartz,
Head of Product Management,
Coriolis Flow Meters,
Endress+Hauser Flowtec AG

Překlad a úprava z anglického originálu More than just flow – Promass Coriolis flow meters are a major success, Endress+Hauser Flowtec AG, květen 2003.

(sk)