Mentre le industrie di tutto il mondo si sforzano di migliorare il controllo dei processi, la qualità delle misurazioni di processo viene spesso trascurata; tuttavia, la misurazione di alta-qualità è un requisito per qualsiasi soluzione di controllo. Non importa quanto sia sofisticato il tuo sistema di acquisizione dati basato su DCS, PLC, SCADA o cloud-, senza dati di processo accurati e affidabili, non ha importanza.
Sono disponibili molte tecnologie diverse, ma la più utilizzata è la pressione differenziale. La misurazione del livello utilizzando un trasmettitore di pressione differenziale utilizza principi-ben compresi, è testata sul campo-e offre vantaggi in termini di costi rispetto ad altre tecnologie. Tuttavia, la misurazione del livello di pressione differenziale ha un grande nemico: la temperatura.
La temperatura può influire negativamente sulla precisione della misurazione del livello. Questo articolo spiegherà perché la temperatura ha questo effetto e come mitigarlo.
Causa
La misurazione del livello di pressione differenziale funziona deducendo il livello del serbatoio in base alla pressione differenziale misurata. Per utilizzare il metodo della pressione differenziale, il mezzo misurato deve avere una densità costante. La pressione generata dal liquido nel serbatoio è superiore alla pressione di riferimento. Se il trasmettitore utilizza un segnale analogico da 4 a 20 mA, deve essere impostato in modo che il segnale da 4 mA corrisponda alla pressione quando il serbatoio è vuoto e il segnale da 20 mA corrisponda alla pressione quando il serbatoio è pieno.
La pressione di riferimento qui menzionata può variare a seconda del design del serbatoio. Un serbatoio aperto è aperto all'atmosfera e utilizza la pressione atmosferica come riferimento. In un serbatoio chiuso o pressurizzato, la pressione di riferimento è la pressione nella parte superiore del serbatoio.
In un serbatoio chiuso, il lato di bassa-pressione del trasmettitore è collegato alla parte superiore del serbatoio. Esistono diversi metodi di connessione, ad esempio wet-break e dry-break. Tuttavia, uno dei metodi più comuni utilizza un sigillo remoto collegato tramite un tubo capillare. Il tubo capillare è riempito di liquido che trasmette la pressione al sensore del trasmettitore.
In questa installazione, il trasmettitore di pressione differenziale misura la pressione del fluido nel serbatoio, la pressione sulla parte superiore del serbatoio e l'altezza di pressione generata dal fluido di riempimento nel tubo capillare. Essenzialmente, la pressione generata dal fluido di riempimento è come un trasmettitore che misura il livello del serbatoio, ma il serbatoio è sempre pieno al 100%. Tutti i trasmettitori di pressione intelligenti attualmente sul mercato possono misurare la pressione della testa capillare. Tuttavia, poiché il fluido di riempimento è contenuto in un volume molto piccolo e in un tubo molto lungo, è influenzato dalla temperatura. Come con tutti i liquidi, le variazioni di temperatura causano variazioni di densità (SG), che a loro volta provocano variazioni nella prevalenza misurata dal trasmettitore. Come accennato in precedenza, per utilizzare il metodo della pressione differenziale la densità deve essere stabile.
Questo effetto della temperatura può derivare da diverse fonti. Può essere causato dal capillare ad alta-pressione che è più corto di quello a bassa-pressione, da temperature diverse tra i lati di alta e bassa-pressione o dal capillare troppo lungo. Tutti questi problemi possono essere corretti con un sistema di livelli ben-progettato.
Metodi
Diverse lunghezze dei capillari: l'industria ha trovato vari metodi per affrontare gli errori causati da questa situazione. Ciò è causato dai diversi volumi di fluido di riempimento in ciascun capillare. I capillari più lunghi sono più colpiti di quelli più corti. Ciò porta a uno squilibrio tra i lati di alta-pressione e di bassa-pressione. Come si può correggere questo squilibrio? Bilanciateli. Il primo metodo è semplice ma efficace. Basta semplicemente rendere entrambi i capillari della stessa lunghezza. Ciò garantisce che ciascun capillare subisca la stessa temperatura quando riempito con lo stesso volume di fluido, bilanciando così gli effetti. Un secondo approccio consiste nel mantenere la stessa lunghezza capillare ma variare il diametro interno per bilanciare gli effetti della temperatura. Entrambi i metodi sono efficaci. Il primo metodo potrebbe essere leggermente più costoso ma più semplice da progettare. Il secondo metodo richiede uno sforzo ingegneristico iniziale.
Differenza di temperatura: negli impianti di serbatoi, è comune riscontrare una differenza di temperatura tra le due connessioni al processo su un serbatoio. L'obiettivo progettuale di un parco serbatoi è quello di stipare il maggior numero possibile di serbatoi nel minor spazio possibile. Questa disposizione fa sì che il trasmettitore/la connessione al processo ad alta-pressione/il capillare ad alta-pressione siano all'ombra, mentre la connessione al processo a bassa-pressione/il capillare a bassa-pressione sia esposto alla luce solare diretta. Come tutti sappiamo, esiste una differenza significativa di temperatura tra la luce solare diretta e l'ombra. Similmente alla soluzione di cui sopra, la progettazione del sistema di misura di livello richiede che entrambe le connessioni al processo/capillari "sentiscano" la stessa temperatura. La soluzione è aggiungere un capillare di riferimento al sistema. Il capillare di riferimento è collegato al lato di bassa-pressione e raggruppato insieme, estendendosi lungo il capillare di alta-pressione. Questo capillare di riferimento "trasmette" la temperatura del capillare a bassa-pressione al capillare ad alta-pressione. I due capillari e il capillare di riferimento raggiungono l'equilibrio termico, eliminando qualsiasi squilibrio termico.
Tubi capillari lunghi: quanto più lungo è il tubo capillare, tanto maggiore è l'effetto della temperatura sul sistema. I capillari lunghi vengono utilizzati nelle colonne di distillazione alte, negli evaporatori e in qualsiasi serbatoio di stoccaggio alto. Sebbene i metodi sopra menzionati possano ridurre questo effetto, la lunghezza del capillare è spesso troppo lunga per questi metodi. Ciò porta a misurazioni imprecise e livelli di liquidi inutilizzabili. Quindi, come si possono eliminare gli effetti della temperatura in queste applicazioni? La risposta è semplice:-elimina il tubo capillare. Diverse aziende sul mercato offrono sistemi che sostituiscono il tubo capillare con cavi elettrici. Questi sistemi hanno due diversi sensori di pressione, uno situato sul lato di alta-pressione e l'altro sul lato di bassa-pressione. I due sensori comunicano tra loro tramite un cablaggio elettrico, che non è influenzato dalla temperatura. Il sensore sul connettore del processo ad alta-pressione utilizza le informazioni dell'altro sensore per generare un segnale di uscita di livello. Questo sistema presenta degli inconvenienti, il primo dei quali è il prezzo. Questo sistema utilizza due trasmettitori, mentre un sistema di tenuta capillare standard ne ha solo uno, rendendolo due volte più costoso. In secondo luogo, anche se la precisione è buona, un sistema trasmettitore/tubo capillare/separatore a membrana ben-progettato può superarla.
Conclusione
La temperatura può influire sulle prestazioni di questi dispositivi, ma una soluzione ben-progettata può mitigare questi effetti. L'utilizzo della pressione differenziale per misurare il livello del serbatoio è un metodo collaudato ed economicamente vantaggioso. Fornisce una misurazione del livello accurata e affidabile e trasmette rapidamente queste informazioni al controller.
