Aktuální vydání

celé číslo

12

2021

Automatizace v chemickém a petrochemickém průmyslu

Průtokoměry a regulační ventily

celé číslo

Inovace Coriolisova průtokoměru

číslo 10/2006

Inovace Coriolisova průtokoměru

Společnost Emerson Process Management koncem letošního jara informovala o významných inovacích Coriolisových průtokoměrů vyráběných její divizí Micro Motion, Inc. Novinky byly představeny nejprve na konferenci Perspectives 2006 v Boulderu, Colorado, USA (viz také doplňkový text v rámečku), a poté postupně na prezentacích pro odborný tisk uskutečněných v dalších městech USA a dále ve Velké Británii, Francii a Německu a na vybraných místech v Asii.

Hlavními zdokonaleními jsou inovace osvědčené metody zpracování elektrických signálů ve snímačích známé jako MVDTM a inovace sestavy snímač – převodník včetně zavedení samokontroly stavu průtokoměru a verifikace jeho metrologických parametrů na místě jeho použití. Výsledkem inovačního úsilí jsou Coriolisovy průtokoměry schopné měřit za téměř jakýchkoliv provozních podmínek, včetně přítomnosti plynu v potrubí, při výjimečné stabilitě měřidla a přesnosti a hodnověrnosti výsledků měření.

Metoda MVD

Metoda Multi-Variable Digital (MVD) jako taková není úplnou novinkou. První Coriolisovy průtokoměry s elektronikou typu MVD uvedla společnost Micro Motion na trh již v roce 1999. Jejím základem je digitalizace vnitřních funkcí zpracování signálů a jejich realizace přímo ve snímači Coriolisova průtokoměru obsahujícím digitální signálový procesor (DSP). V Coriolisově průtokoměru využívajícím nyní již klasickou metodu MVD se převádí do digitální formy a teprve poté dále, tj. číslicově, zpracovává prvotní signál ze senzoru pohybu měřicí trubice (zesílení, filtrace, měření fázového posunutí atd.). Výsledkem je, oproti klasickému snímači s analogovým zpracováním signálu, především čistší a stabilnější měřicí signál, a tudíž lepší opakovatelnost a přesnost měření při výrazně rychlejší odezvě přístroje. Vlastní převodník digitalizovaného měřicího signálu na standardní úroveň např. 0 až 20 mA, popř. číslicovou komunikaci, může být montován i odděleně, přičemž nejsou nutné speciální kabely.

Obr. 1.

Obr. 1. Coriolisův průtokoměr Micro Motion Elite® s integrovaným převodníkem 2400S

V nové, vylepšené podobě se metoda MVD opírá o výkonnější procesor a dokonalejší algoritmy zpracování signálů. Především se nyní nejen číslicově zpracovává měřicí signál, ale také se číslicové vytváří řídicí signál. Výsledkem je značná volnost při vytváření budicího signálu měřicí trubice v závislosti na skutečných podmínkách při měření a z ní plynoucí vynikající vlastnosti průtokoměru jako celku. Díky velkému výpočetnímu výkonu lze ve snímači navíc realizovat jinak nedostupné doplňkové funkce, např. diagnostické apod. Výsledkem je minimalizace či úplné vyloučení potřeby periodických kalibrací.

Nové hranice přesnosti měření

Nová patentovaná metoda MVD jednoznačně upevňuje postavení Coriolisových průtokoměrů značky Micro Motion mezi nejpřesnějšími komerčně dostupnými provozními měřidly hmotnostního i objemového průtoku a hustoty. Jako příklad lze uvést průtokoměry řady Micro Motion Elite® (obr. 1), které jsou pro své kvalitní provedení, metrologické vlastnosti a spolehlivost již dlouho pokládány za nejlepší přístroje svého druhu na světě. Dosavadní průtokoměry Micro Motion Elite® mají přesnost ±0,10 % při přestavitelnosti rozsahu 20 : 1. Nyní, s použitím metody MVD, dosahují při měření hmotnostního a objemového průtoku přesnosti ±0,05 % při zachování přestavitelností 20 : 1. Chyba měření hustoty je nyní také poloviční oproti dřívějšku, až ±0,2 kg/m3. Stabilita přístrojů se současně zlepšila natolik, že není nutné je při používání nulovat.

Měření při nestabilitách v potrubí

Průtokoměry, včetně Coriolisových, mají vesměs problémy s měřením průtoku dvoufázových médií (např. kapaliny s bublinami plynu či par) a pulsujícího nebo přerušovaného průtoku. Často přitom vznikají nadměrné chyby. Opatření, která by tento stav měla napravit, mohou být složitá a nákladná (odlučovače plynů, uklidňovače proudění, větší provozní tlak v potrubí apod.) a nemusí být vždy účinná. Někdy povaha úlohy příliš přesně měřit neumožňuje, např. při přerušovaném průtoku při dávkování. Přitom počet a význam takovýchto měřicích úloh vyznačujících se přechodovými ději v potrubí stále roste.

U Coriolisových průtokoměrů Micro Motion Elite s novou metodou MVD jsou uvedené problémy ve většině případů redukovány na přijatelnou míru. Díky velmi rychlému provádění speciálního algoritmu a unikátní konstrukci snímače lze měřit dostatečně přesně i při přechodových provozních podmínkách, tj. není-li tok měřené kapaliny ustálený nebo jednofázový – např. když potrubí obsahuje bubliny plynů či par či se v něm tyto z kapaliny uvolňují, potrubí se střídavě plní a vyprazdňuje apod.

Výsledkem je, že s průtokoměry řady Micro Motion Elite využívajícími zdokonalenou metodu MVD lze dosahovat lepších výsledků než doposud jak při fakturačních měřeních, tak i při provozních měřeních průtoku nejrůznější látek, např. při výrobě filmových emulzí, piva (mladiny), glukózy, kapalných hnojiv, mýdla, šamponů a pleťových mlék, fenolů, mléčných výrobků, polyethylenu atd.

Emerson se snaží zúročit svou převahu

Na konferenci Perspectives 2006 v Boulderu v USA informovali přestavitelé společnosti Emerson Process Management a její divize Micro Motion, Inc., o nedávných technických inovacích Coriolisových průtokoměrů značky Micro Motion. Především se hovořilo o přínosech inovované metody digitálního zpracování signálu v průtokoměru MVD (Multi-Variable Digital), společností patentované. Prezident společnosti Emerson John Berra se ve svém vystoupení také zmínil o situaci v oboru přístrojů pro řízení spojitých technologických procesů jako celku, kde má jeho společnost stále největší podíl na trhu. Uvedl, že současný celosvětový trh s provozními přístroji a službami má roční kapacitu odhadovanou na 25 miliard USD, a představil svou verzi seznamu předních výrobců a jejich podílů na tomto trhu:

  • Emerson 16,8 %,
  • ABB 11,3 %,
  • Yokogawa 6,7 %,
  • Honeywell 6,4 %,
  • Invensys 5,0 %,
  • Siemens 4,9 %
  • Endress+Hauser 3,9 %,
  • Rockwell Automation 1,4 %.

[Emerson Process Management + ISA.]

Samoověřování kalibrace a stavu průtokoměrů in situ

Další unikátní vlastností Coriolisových průtokoměrů řady Micro Motion Elite s metodou MVD je jejich schopnost automaticky během provozu ověřovat vlastní stav a podle něj platnost kalibrační závislosti stanovené při výrobě (dodané s přístrojem). Uživateli se tak nabízí rychlý, snadný a poměrně levný způsob, jak se v reálném čase informovat o další použitelnosti přístroje a možnosti využít metody prediktivní údržby.

Průtokoměry zůstávají při ověřování stavu zamontované v potrubí a provozním pracovníkům po krátkém zaškolení trvá celá operace asi pět minut. Provedou ji s použitím softwaru pro správu výrobních prostředků AMSTM Suite nebo přímo přes operátorské rozhraní na přístroji. Nepotřebují při ní žádné další nástroje či referenční přístroje. Průtokoměr sám ověří nejen své elektrické, jak je spíše obvyklé, ale i mechanické (např. tuhost měřicí trubice) vlastnosti a porovná naměřené hodnoty s výchozími, zjištěnými při výrobě. Získané údaje mohou upozornit třeba na změny parametrů měřicí trubice v důsledku např. koroze, eroze, překročení přípustného tlaku či úsad v potrubí.

Přínosem patrným na první pohled je menší počet a popř. úplné vyloučení jinak obvykle vyžadovaných periodických rekalibrací.

Inovace v ostatních oblastech

Vývoj ve společnosti Micro Motion nepostupoval pouze u metody MVD, ale i v jiných oblastech. Některé z dosažených výsledků jsou stručně popsány v následujících odstavcích.

Vestavěný převodník Micro Motion 2400S
Průtokoměry řady Micro Motion Elite jsou nyní poprvé k dispozici s vestavěným převodníkem nového typu 2400S, využívajícím zdokonalenou metodu MVD (obr. 1). K dosavadním možným uspořádáním průtokoměrů Micro Motion Elite, tj. s odděleným provozním převodníkem nebo s některým z převodníků k instalaci ve velínu (v provedeních na lištu DIN, do panelu nebo do rámu, vše s použitím metody MVD), tak přibylo kompaktní provedení vhodné pro úlohy vyžadující odolný a pokud možno malý přístroj. Převodník typu 2400S se snadno instaluje i oživuje. Je dostupný i ve verzi s displejem, pohotově zobrazujícím provozní veličiny i diagnostické údaje.

Certifikáty pro SIL 2 a SIL3 od TÜV
Coriolisovy průtokoměry značky Micro Motion jsou nyní dodávány také s certifikáty, které potvrzují jejich použitelnost v systémech zajišťujících funkční bezpečnost (SIS) podle normy IEC 61508. Certifikáty vydal TÜV na základě auditu jak výrobce, tak i zařízení a zprávy věnované analýze možných poruch průtokoměrů, jejich projevů a možností diagnostiky (Failure Modes, Effects and Diagnostic Analysis – FMEDA), kterou vypracovala poradenská společnost Exida, specializovaná na bezpečnost průmyslových provozů. Přístroje pro měření průtoku a hustoty Micro Motion kategorie SIS dosáhly při porovnávání z pohledu FMEDA mezi Coriolisovými průtokoměry všech výrobců nejlepšího výsledku. Společnost Micro Motion nyní nabízí jednotlivé průtokoměry s certifikací v kategorii SIL 2 a zdvojená měřidla v kategorii SIL 3 podle IEC 61508.

Zdokonalené průtokoměry Micro Motion řady F
Oblíbené univerzální kompaktní Coriolisovy průtokoměry Micro Motion řady F, schopné úplného vyprázdnění, jsou nyní dodávány s dokonalejšími vlastnostmi, mj. i s certifikátem použitelnosti v SIS. Dosahují přesností až ±0,10 % (±0,15 %) naměřené hodnoty při měření hmotnostního (objemového) průtoku kapalin, ±0,50 % naměřené hodnoty při měření hmotnostního průtoku plynů a ±1 kg/m3 při měření hustoty.

Obr. 2.

Obr. 2. Coriolisovy průtokoměry Micro Motion řady F: kompaktní, vyprázdnitelné, certifikované do SIL 3

Průtokoměry řady F (obr. 2) se snadno instalují do již existujících i nových potrubí. Nevyžadují uklidňovací potrubí a jejich vnitřní prostor lze v případě potřeby úplně vyprázdnit. Jsou tedy vhodné i tam, kde je třeba potrubí včetně měřidel často vyprazdňovat, především pro čištění za provozu (a to i horkou párou – funkce CIP/SIP). V provedeních odolávajících vysokým provozním teplotám anebo korozním účinkům média (se smáčenými částmi ze slitiny Hastelloy C-22) se nyní uplatňují i v místech, kde vyprázdnitelné Coriolisovy průtokoměry dosud nebylo možné použít. Díky použité metodě MVD je přesnost průtokoměrů řady F, kromě měření velmi malých průtočných množství plynů, v celém jejich měřicím rozsahu konstantní a současně jsou mezi přístroji dané třídy (kompaktními, vyprázdnitelnými) nejpřesnější.

Všechny rozměry Coriolisových průtokoměr Micro Motion řady F jsou nyní také k dispozici s novým převodníkem Micro Motion typu 2700 s certifikátem TÜV pro SIL 2 a SIL 3 podle normy IEC 61508.

Velmi vysoké teploty
Nabídka Coriolisových průtokoměrů značky Micro Motion je nyní rozšířena o modely určené do provozů s teplotou měřeného média až 427 °C. Snímače nových průtokoměrů jsou vyrobeny z materiálů odolávajících vysokým teplotám, a to tak, aby se vlastní snímač co nejrychleji ohřál na provozní teplotu. Převodníky jsou zde mimo vlastní snímač (obr. 3). Velmi přesné přístroje tohoto typu se uplatní zejména při fakturačním měření za vysokých teplot, např. při nakládání asfaltu, a také v petrochemii a plynárenství.

Co nejblíže uživatelům

Správné měření průtočného množství je klíčem k účinnosti, kvalitě i bezpečnosti mnoha technologických i obchodních procesů. Uživatelé tudíž v této oblasti uvítají každé zlepšení. Použití inovované metody digitálního zpracování signálů MVD v nových modelech Coriolisových průtokoměrů značky Micro Motion je z tohoto pohledu zlepšením poměrně významným.

Obr. 3.

Obr. 3. Coriolisovy průtokoměry Micro Motion pro provozní teplotu až 427 °C

Výsledkem inovace jsou Coriolisovy průtokoměry schopné měřit s jinak nedosažitelnou přesností za dříve nemyslitelných provozních podmínek – za přítomnosti bublin plynu či páry, při nespojitém průtoku, při velkých teplotách atd. – včetně průtokoměrů řady Micro Motion Elite s vestavěnou funkcí vnitřní kontroly stavu mechanických i elektrických částí přístroje, a tím i platnosti kalibrace průtokoměru na místě jeho instalace v provozu, bez jakékoliv demontáže. Součástí nabídky je také mnoho měřidel průtoku a hmotnosti certifikovaných k použití v systémech spjatých s funkční bezpečností podle normy IEC 61508 až do SIL 3.

Coriolisovy průtokoměry řady Micro Motion Elite jsou také důležitou součástí široké nabídky inteligentních provozních přístrojů od společnosti Emerson Process Management podporujících její moderní architekturu systémů pro řízení technologických procesů Plant Web®. Toto spojení umožňuje uživatelům dále snižovat náklady při dokonalejším využití provozního zařízení i jeho bezpečnosti při shodě s požadavky na ochranu životního prostředí.

Na závěr informace o novinkách je třeba se zmínit o novém servisním středisku Flow Service Center, zaměřeném na provozní měřicí přístroje značek Micro Motion, Rosemount Flow a Brooks Instrument, které společnost Emerson Process Management otevírá během října 2006 pro své zákazníky Evropě a okolí (oblast EMEA). Středisko je situováno mezi nizozemskými městy Arnhem a Utrecht. Při celkové podlahové ploše asi 9 000 m2 obsahuje prostory pro výrobní, kalibrační a školicí aktivity společnosti v oboru měření průtoku. Bude v něm pracovat asi 200 zaměstnanců. Důležitou funkcí střediska bude poskytovat transparentní kalibrační služby se zajištěnou metrologickou návazností pro Coriolisovy, indukční, vírové, tepelné a plováčkové průtokoměry různých rozsahů, a to včetně montáže a ověřování průtokoměrů značky Brooks v tzv. čistých (sterilních) prostorách. Podobná střediska již pracují v Rusku (Čeljabinsk), Singapuru, Číně (Pudong), Brazílii (Sorocarbo) a na třech místech v USA.
[Perspectives Tour 2006. Emerson Process Management, divize Micro Motion, 26.–29. června 2006.]

(sk)

Emerson Process Management, s. r. o.
Hájkova 2747/22
130 00 Praha 3
tel.: 271 035 600
fax: 271 035 655
http://www.emersonprocess.cz