Le débit, la pression et la température sont les trois paramètres fondamentaux pour la détection d'objets, largement appliqués en mesure. Avec le développement rapide de l'industrie chinoise, les exigences en matière de mesure de débit dans divers systèmes de contrôle automatisés sont devenues de plus en plus strictes, conduisant à l'adoption généralisée des débitmètres.
Exigences relatives aux instruments de mesure de débit dans le contrôle des processus
Les débitmètres sont largement utilisés dans le contrôle des processus. Leur rôle consiste à détecter les débits de fluides dans des canalisations étanches. Si nécessaire, les instruments de mesure du débit sont intégrés aux instruments de contrôle et aux actionneurs pour former des systèmes de régulation, stabilisant le débit dans des plages appropriées pour garantir la stabilité du processus. Compte tenu de cette fonction spécifique dans le contrôle des processus, les instruments de mesure de débit doivent répondre aux exigences suivantes.
1. Stabilité des performances
① La sortie des instruments de mesure du débit doit présenter une excellente stabilité. Si le signal de débit lui-même contient du bruit, les ajustements d'amortissement internes doivent stabiliser la lecture pour une interprétation facile. Lorsqu'elle est intégrée dans un système de contrôle avec un régulateur, la sortie du régulateur doit rester exempte d'oscillations notables.
② L'influence de la température ambiante sur la valeur affichée par l'instrument doit rester dans les paramètres techniques spécifiés.
③ L'instrument doit démontrer une excellente stabilité à long-terme.
2. Exigences de fiabilité
① Les instruments doivent présenter une grande fiabilité. Les installations industrielles modernes tendent vers des processus continus à grande échelle-où une panne d'instrument peut facilement déstabiliser les opérations. Étant donné que les débitmètres installés sur les pipelines ne peuvent pas être réparés en arrêtant le processus, la fiabilité doit être une priorité dans la fabrication des instruments et dans la conception du système-y compris la fiabilité des thermistances utilisées pour la compensation de température. Certains fabricants mettent en œuvre une redondance pour les composants sujets aux pannes et difficiles à réparer. D'autres méthodes de conception pour le remplacement du capteur sans interrompre le débit. Les fabricants de débitmètres électromagnétiques proposent des techniques et des outils pour le remplacement des électrodes sans -contribution à une fiabilité améliorée.
② Diagnostic des défauts. En cas de panne de l'instrument, le système de diagnostic doit automatiquement indiquer l'emplacement et la nature du défaut afin de minimiser le temps de réparation. Lorsque les données de diagnostic sont transmises numériquement à un ordinateur, celui-ci peut surveiller le fonctionnement de l'instrument, déclencher des alarmes en cas de panne, afficher les détails des pannes et même mettre en œuvre les mesures de sécurité nécessaires.
3. Forte capacité anti-interférence
① Résistance aux vibrations.
La plupart des capteurs de débit sont montés sur des pipelines dans des environnements difficiles où les vibrations constituent une perturbation majeure. Par conséquent, les capteurs de débit, les transmetteurs et autres composants doivent posséder de fortes capacités anti-anti-interférences. Certains débitmètres à vortex et débitmètres massiques Coriolis fonctionnent mal sur le terrain en raison d'une résistance aux vibrations inadéquate, présentant des phénomènes tels que des « fausses lectures » ou des « lectures excessives ».
② Résistance aux interférences radiofréquences
Les sites industriels abritant des débitmètres contiennent de multiples sources d’interférences. Par exemple, des ponts roulants passant au-dessus, des chariots élévateurs fonctionnant à proximité ou du personnel utilisant des talkies-walkies-peuvent provoquer des lectures élevées sur certains instruments de mesure de débit. Cela se produit lorsque des ondes électromagnétiques radiofréquence émises par les systèmes électriques des grues, les bougies d'allumage des chariots élévateurs ou les antennes des talkies-walkies- pénètrent dans l'instrument par diverses voies, perturbant ainsi son fonctionnement. Ces dernières années, l’impact des interférences RF a suscité une attention considérable. Les instruments de mesure intègrent désormais des spécifications de résistance aux interférences RF et emploient de nombreuses mesures pour améliorer l'immunité aux interférences.
4. Temps de réponse court
De nombreux instruments de mesure de débit forment des systèmes de contrôle avec régulateurs, nécessitant des temps de réponse inférieurs à 1 seconde. Dans les systèmes de contrôle de débit à point de consigne, une constante de temps totale supérieure à 1 seconde dans le segment de mesure de débit peut dégrader considérablement la qualité du contrôle. Dans les cas graves, cela peut provoquer des oscillations du système et des pannes opérationnelles.
5. Divers signaux de sortie
① Sortie analogique.
Les instruments de mesure de débit doivent comporter une sortie analogique 4-20 mA avec des caractéristiques de courant constant.
② Sortie de fréquence.
Les transmetteurs de débit (convertisseurs) transmettent des signaux de débit aux instruments d'affichage ou aux contrôleurs via la fréquence, préservant ainsi la précision avec une perte minimale-un avantage clé de cette méthode.
③ Sortie numérique.
Les instruments de mesure de débit se connectent aux ordinateurs via des ports de communication comme RS485. Grâce à un support logiciel dédié, ils transmettent non seulement les paramètres mesurés aux ordinateurs, mais envoient également des informations sur les défauts, des données de configuration et des indicateurs d'état de l'instrument. De plus, les opérateurs peuvent modifier les configurations des instruments de terrain, effectuer des tâches d'inspection, d'étalonnage, de maintenance et de gestion à distance depuis les salles de contrôle via des ordinateurs.
Détection de débit et utilisation du débitmètre
La mesure du débit est une méthode de mesure industrielle courante largement appliquée dans des secteurs tels que la production d'électricité, la métallurgie, le génie chimique, le pétrole et la transformation des aliments. Tout processus impliquant des changements de masse nécessite une mesure du débit. Les débitmètres servent d’outils pour cette mesure. Basés sur différents principes de mesure, ces instruments peuvent être classés en plusieurs types. Avec l'avancement des techniques de mesure modernes, les débitmètres ont évolué à partir des premiers types de pression différentielle, de déplacement positif et électromagnétique. Ils présentent désormais non seulement des structures plus simples mais aussi des fonctionnalités de plus en plus diversifiées. La précision des mesures des débitmètres a un impact direct sur l'exécution correcte et stable des processus de contrôle industriel, ce qui est directement lié au développement économique national de la Chine. Par conséquent, maîtriser les principes des débitmètres courants et comprendre l’application des débitmètres typiques dans les systèmes d’automatisation est crucial pour améliorer les niveaux d’automatisation industrielle et les normes des équipements d’instrumentation.
Application des débitmètres dans les systèmes de contrôle automatisés
1. Application des débitmètres dans les systèmes de mesure automatisés des champs pétrolifères
Les champs pétrolifères représentent l'une des industries les plus étendues en matière d'application de débitmètres, principalement utilisés pour la mesure, les statistiques et l'analyse de la production pétrolière, y compris la surveillance quotidienne du débit des puits. Les technologies avancées de mesure et de traitement facilitent une compréhension rapide de l’état de développement des champs pétrolifères et des changements dans les réservoirs, permettant ainsi d’analyser les changements dynamiques dans la production pétrolière et gazière afin de guider davantage les stratégies de développement des champs pétrolifères. Dans les sous-unités de comptage des champs pétrolifères, les fluides bruts produits passent d'abord par des séparateurs de trois phases pour être divisés en trois flux : un dirigé vers la station de compression via une vanne de régulation, un autre acheminé vers le réservoir de décantation via un débitmètre électromagnétique et le troisième envoyé vers le réservoir tampon via un débitmètre massique.
Le mélange huile-eau passe à travers un capteur de débitmètre massique qui collecte des paramètres tels que le débit, la température et la densité dans l'oléoduc. Ces signaux sont transmis au processeur, où des algorithmes de micro-ordinateur pertinents analysent et calculent les paramètres collectés du pétrole brut et de l'eau. Après avoir subi une étape de transmission, les données sont envoyées à l'hôte de surveillance via une communication Ethernet TCP/IP. Cela permet des fonctions de gestion complètes, notamment l'affichage, le stockage, la création de rapports et l'impression des données, permettant ainsi la surveillance de plusieurs systèmes de mesure de l'eau et du pétrole.
De plus, sur les sites de tournage de puits de pétrole-, répondant aux problèmes répandus des fluides de forage à haute densité-et des déchets de matériaux lourds dans les puits profonds, le capteur du débitmètre collecte et analyse les changements dans la viscosité, la densité et les paramètres de performance de la centrifugeuse du fluide de forage. Une fois que le système de contrôle a calculé la vitesse de fonctionnement de la centrifugeuse et la capacité de traitement correspondante, le contrôle de sortie de l'ordinateur-établit le flux de travail du système de contrôle. Cela améliore efficacement le taux de récupération des matériaux lourds et réduit leurs coûts d'utilisation.
2. Applications des débitmètres dans les systèmes de traitement des centrales électriques
2.1 Application dans les processus d’alimentation en air des chaudières
Dans les chaudières des centrales électriques, les débitmètres mesurent principalement les débits d'air, de vapeur et d'air de chaudière. Le débitmètre le plus couramment utilisé est le débitmètre vortex. Fonctionnant sur le principe de la vitesse, il utilise le phénomène régulier de perte de vortex pour mesurer le débit. Lorsque des fluides comme de la vapeur ou de l'air passent devant le capteur, une zone à haute pression-se forme devant le capteur, où la pression dépasse la pression statique du tuyau. À mesure que le fluide accélère à travers la section d'accélération du tuyau, une zone de basse-pression se forme où la pression est inférieure à la pression statique du tuyau. Une zone de vide induite par un vortex-se développe alors derrière cette zone de basse-pression, créant des fluctuations de pression. La fréquence de ces fluctuations est directement proportionnelle au débit de gaz. En mesurant cette fréquence de vibration et en appliquant une conversion et une compensation appropriées, la vitesse du fluide peut être calculée.
En prenant comme exemple la mesure du débitmètre vortex dans le débit d'alimentation en air de la chaudière : le débit d'alimentation en air de la chaudière est un paramètre critique reflétant l'état de fonctionnement des chaudières et des ventilateurs des centrales électriques, jouant un rôle essentiel dans le système de contrôle automatique de la combustion des chaudières. Les conduits d'alimentation en air des centrales électriques ont une section transversale principalement rectangulaire-, ce qui rend la mesure précise difficile avec les débitmètres conventionnels. Le débitmètre vortex démontre des performances supérieures dans cette application.
Lors de l'utilisation de débitmètres à vortex pour mesurer le débit d'alimentation en air de la chaudière, le système comprend un capteur, un convertisseur et un centre de contrôle. Le capteur se compose d'un générateur de vortex et d'un détecteur de vortex, principalement chargés de mesurer le débit d'air soufflé et de le convertir en un signal de fréquence correspondant. Ce signal de fréquence subit une mise en forme et une amplification dans le convertisseur, produisant un signal de commande CC de 4 à 20 mA vers le centre de contrôle. Là, le débit d'air mesuré est affiché, enregistré et analysé, servant de référence critique pour l'état de fonctionnement de la chaudière au sein de la centrale électrique.
Lors de l'utilisation de débitmètres à vortex pour mesurer le débit d'air de la chaudière, une attention particulière doit être accordée à la sélection de la gamme d'instruments et à la compensation température/pression. Le maintien du débit de fluide mesuré entre 1/2 et 2/3 de la capacité du débitmètre vortex garantit que la précision reste dans des limites acceptables. De plus, des instruments de mesure de température et de pression appropriés doivent être sélectionnés pour compléter le débitmètre vortex, établissant ainsi un système de contrôle d'automatisation de chaudière précis et exact. Grâce aux progrès de la technologie informatique et microélectronique, les débitmètres vortex intelligents sont devenus largement adoptés. Dotés de capacités d'étalonnage du débit et d'auto-diagnostic, ils permettent un contrôle plus flexible basé sur les conditions de fonctionnement des chaudières des centrales électriques et effectuent des corrections d'erreurs, ce qui représente une technologie plus mature.
2.2 Application dans les processus de désulfuration des gaz de combustion
Les débitmètres sont également largement utilisés dans les processus de désulfuration des gaz de combustion des centrales électriques. En raison de la teneur élevée en poussière, des températures élevées et des propriétés corrosives des émissions de gaz de combustion, associées aux conditions turbulentes et tourbillonnantes dans les conduits de fumée des chaudières, une mesure précise du débit est difficile. Par conséquent, plusieurs points de mesure sont nécessaires pour calculer les valeurs moyennes. Les nombreux points de mesure dans les centrales électriques-y compris l'air primaire, l'air secondaire, les gaz d'alimentation des chaudières et les gaz de combustion désulfurés-présentent des défis importants pour la surveillance des gaz de combustion. Les débitmètres de gaz de combustion pour la désulfuration utilisent un principe unique basé sur la dispersion thermique. Ils convertissent la relation entre la différence de température à travers le capteur RTD et le débit en une sortie de signal de débit linéaire. Combinés à des modèles de données de flux spécialisés et à la théorie du contrôle flou, ils génèrent des signaux de contrôle. Le contrôle du système est réalisé grâce à des sondes de détection de charge dédiées-et à des dispositifs de grattage.
3. Applications des débitmètres dans les systèmes de traitement des eaux usées
Systèmes de traitement des eaux usées des usines pharmaceutiques
Avec les progrès rapides de l’industrie moderne, l’importance du traitement des eaux usées municipales continue de croître. Les débitmètres ont trouvé de nombreuses applications dans les usines de traitement automatisées des eaux usées. Les eaux usées contiennent d'importantes matières en suspension, des effluents, des impuretés, des agents pathogènes, etc. Différents points de surveillance ont des exigences variables en matière de débitmètres. Les débitmètres électromagnétiques et les débitmètres à ultrasons sont tous deux utilisés, les débitmètres à ultrasons étant de plus en plus utilisés ces dernières années en raison de leur grande précision, de leur bonne intégration et de leur taille compacte.
En prenant comme exemple l'application des débitmètres à ultrasons dans le traitement des eaux usées : en intégrant des débitmètres à ultrasons avec un canal Parshall, le débit des effluents est surveillé pour contrôler les vannes d'entrée et de dérivation, permettant ainsi de réguler le débit dans le traitement des eaux usées. Au sein du système de contrôle automatique du débit ultrasonique, des capteurs ultrasoniques détectent les informations de débit. En mesurant la distance entre la position zéro et le diaphragme du capteur et la plage pleine échelle-, le débit réel des eaux usées correspondant à la hauteur est déterminé et transmis au microprocesseur central du système de contrôle. Après la conversion, un signal d'impulsion de 4 à 20 mA est envoyé au contrôleur programmable dans la salle de contrôle centrale. Suite à la communication, le terminal de gestion affiche des informations comprenant le débit instantané, la valeur maximale, les valeurs minimales et moyennes. Il prend en charge les statistiques de flux et l'impression, et fonctionne sur la base d'une logique de diagnostic des pannes.
Lorsque des défauts du système ou un débit anormal se produisent, il émet des informations d'alarme, invitant les opérateurs à régler la vanne d'entrée et la vanne de dérivation pour le contrôle du débit, répondant ainsi aux exigences de production du processus de traitement des eaux usées. Les systèmes de contrôle plus avancés peuvent traiter le débit comme une entrée variable dans l'API de la salle de contrôle centrale. Cela permet le calcul et le contrôle programmatiques directs des incréments de réglage de la vanne d'entrée et de la vanne de dérivation. Simultanément, la conversion de ces vannes en entraînement électrique élimine le besoin d’intervention manuelle de l’opérateur, améliorant ainsi encore l’efficacité du système.
Au-delà de ces applications, les débitmètres sont largement utilisés dans les processus de désulfuration, les systèmes d'alimentation électrique en courant continu, le traitement des eaux usées par gazéification du charbon, la mesure de l'énergie, la protection de l'environnement et d'autres domaines, imprégnant chaque étape de conversion d'énergie de la production industrielle. Avec les progrès continus de l’automatisation industrielle et le développement rapide de la technologie microélectronique informatique, les débitmètres ont évolué de la conception mécanique à la conception électronique. De nouveaux types de débitmètres continuent d'apparaître, jouant un rôle de plus en plus important dans l'économie nationale chinoise et démontrant des perspectives de développement prometteuses.