اثرات دما در اندازه‌گیری‌های سطح با فشار تفاضلی

صنایعی که در تلاش برای بهبود کنترل فرآیندهای خود هستند درک می کنند که اندازه گیری با کیفیت بالا نقش کلیدی در موفقیت دارد. ارسال سریع اندازه گیری های دقیق و قابل اعتماد به کنترلرها هدف است. صرف نظر از کیفیت سیستم کنترل فرآیند یا جمع آوری داده ها، نتایج سودمند بدون داده های فرآیندی دقیق و قابل اعتماد غیرممکن است.

این موضوع در هیچ کجا به اندازه اندازه گیری سطح مخزن مایع صادق نیست. اندازه گیری ارتفاع سطح نادرست می تواند مشکلاتی را ایجاد کند که بر روی نتایج تولیدی نیروگاه تأثیر می گذارد. اگر ارتفاع سطح بیش از حد بالا باشد، مخزن ممکن است سرریز شود و منجر به از بین رفتن محصول، مخاطرات مربوط به ایمنی، مسائل زیست محیطی یا هر سه شود. اگر سطح خیلی پایین باشد، پمپ ها می توانند بسوزند و هزینه های تعمیر و نگهداری را افزایش دهند. و به طور کلی، خواندن نادرست باعث ایجاد خطا در کنترل موجودی و از دست دادن بازده بالقوه سرمایه گذاری می شود.

بسیاری از فناوری‌ها برای به دست آوردن خوانش‌های دقیق ارتفاع سطح در دسترس هستند، اما پرکاربردترین فناوری فشار تفاضلی (با DP) است. اصل فشار تفاضلی به صورت میدانی اثبات شده است، این اصل می تواند مزایای هزینه ایی را نسبت به سایر فناوری ها فراهم کند و برای بسیاری از کاربردها ایده آل است.

متأسفانه، دقت اندازه‌گیری سطح با فشار تفاضلی یک دشمن اصلی دارد – دما. با تغییر دما، این تغییر بر ثبات و تکرارپذیری اندازه گیری تأثیر می گذارد. خبر خوب این است که راه حل های مختلف می توانند تاثیر دما را بر کاربرد های سطح با فشار تفاضلی کاهش دهند. برخی استاندارد و آسان هستند، اما فقط کمی کمک می کنند. راه حل های دیگر نیاز به مهندسی و تعمیر و نگهداری گسترده دارند.

چگونه دما بر اندازه گیری سطح با فشار تفاضلی تأثیر می گذارد؟

اندازه گیری سطح با فشار تفاضلی با استنباط سطح در مخزن از فشار تفاضلی که اندازه گیری می شود کار می کند. کمی سازی دقیق نیاز به فشار تفاضلی و چگالی مایع دارد. بنابراین، برای استفاده از روش با فشار تفاضلی، محیط اندازه گیری شده در مخزن باید دارای چگالی ثابت یا وزن مخصوص (SG=Specific Gravity) باشد.

ترانسمیتر فشار تفاضلی در پایین مخزن نصب شده است. مایع موجود در مخزن فشاری بالاتر از فشار مرجع ایجاد می کند. بنابراین، با افزایش یا کاهش سطح، یک تغییر فشار متناظر وجود دارد. به عنوان مثال، اگر ترانسمیتر از سیگنال آنالوگ 4-20 میلی آمپر استفاده کند، سیگنال 4 میلی آمپر مربوط به فشار زمانی است که مخزن خالی است (0٪ پر) و سیگنال 20 میلی آمپر مربوط به فشار زمانی است که مخزن 100٪ پر است. .

فشار مرجع بر اساس طراحی مخزن متفاوت است (شکل 2). به عنوان مثال، یک مخزن باز به اتمسفر تخلیه می شود و از فشار اتمسفر به عنوان مرجع استفاده می کند. در یک مخزن بسته یا تحت فشار، مرجع فشار اندازه گیری شده در قسمت بالای مخزن است.

در سیستم مخزن بسته، سمت کم فشار ترانسمیتر به بالای مخزن متصل می شود. با چندین روش مانند پایه های مرطوب و پایه های خشک (wet legs and dry legs) می توان این اتصال را ایجاد کرد. یکی از متداول‌ترین روش‌های اتصال از ریموت سیل ها و سیل های شیمیایی که از طریق کپیلاری متصل می‌شوند، استفاده می‌کند. کپیلاری ها با مایعی پر شده اند که فشار را به سنسور ترانسمیتر منتقل می کند. این نوع اتصال، خوردگی، گرما و مسائل مربوط به تعمیر و نگهداری را که در سایر روش های اتصال با آن مواجه می شوند، حذف می کند.

در این نوع نصب، ترانسمیتر فشار تفاضلی فشار سیال در مخزن، فشار بالای مخزن و فشار سر تولید شده توسط مایع پرکننده در کپیلاری را اندازه گیری می کند. فشار سر تولید شده توسط مایع پر کننده درست مانند این است که ترانسمیتر سطح مخزن را اندازه می گیرد، اما مخزن همیشه 100٪ پر است.

تمام ترانسمیتر های فشار هوشمند موجود در بازار می توانند فشار سر کپیلاری را محاسبه کنند. با این حال، به دلیل وجود حداقل مقدار مایع پرکننده در یک لوله بسیار طولانی، می تواند تحت تأثیر دما قرار گیرد. مانند همه مایعات، تغییر دما می تواند باعث تغییر در چگالی (SG) شود که باعث می شود فشار هد اندازه گیری شده توسط ترانسمیتر تغییر کند. همانطور که قبلا ذکر شد، روش اندازه گیری با فشار تفاضلی مستلزم پایداری چگالی است.

این اثر دما می تواند از منابع مختلفی سرچشمه بگیرد. برای مثال، می‌تواند از این باشد که کپیلاری های جانبی فشار بالا کوتاه‌تر از کپیلاری‌های جانبی فشار پایین هستند، سمت بالا و پایین دماهای مختلف را می‌بینند یا کپیلاری‌ها بیش از حد طولانی هستند. هر یک از اینها را می توان با یک سیستم خوب طراحی شده اصلاح کرد.

بهبود دقت اندازه گیری با ردیابی سه شرط

به طور کلی، مسائل مربوط به دما به دلیل تغییرات در سه وضعیت مربوط به کپیلاری ها ایجاد می شود.

کپیلاری ها با طول های مختلف. صنعت روش‌های مختلفی را برای محاسبه خطاهای ایجاد شده در طول کپیلاری‌ها پیدا کرده است. تفاوت در حجم مایع پرکننده باعث خطاهای متفاوتی در هر کپیلاری می شود (شکل 3). کپیلاری طولانی تر بیشتر از کپیلاری کوتاهتر تحت تأثیر دما قرار می گیرد. کپیلاری بلندتر حجم مایع پرکننده بیشتری دارد و با تغییرات دما منبسط یا منقبض می شود. تفاوت در حجم مایع پر کننده باعث عدم تعادل بین اندازه گیری فشار سمت بالا و پایین می شود.

با متعادل کردن حجم کپیلاری به یکی از این دو روش از خطاها جلوگیری کنید. اولین روش این است که طول هر دو کپیلاری را یکسان کنید. این به هر کپیلاری اجازه می دهد تا با همان حجم مایع پرکننده، دمای یکسانی را حس کند. با این حال، به خاطر داشته باشید که اگر طول کپیلاری اضافی در نزدیکی انتهای مخزن باشد، ممکن است دماهای متفاوتی نسبت به کپبلاری که به بالای مخزن می‌رود، تجربه کند.

روش دوم نیاز به کمی کار مهندسی از قبل دارد. کپیلاری ها را در طول های مختلف نگه دارید اما قطر داخلی کپیلاری ها یا اندازه دیافراگم سیل را تغییر دهید تا مطمئن شوید که هر دو کپیلاری دارای حجم مایع مشابهی هستند. در ساده ترین حالت، این کار یک محاسبه حجم است. با این حال، تیم های مهندسی اغلب به راهنمایی از سازنده نیاز دارند. اگر آنها این راه حل را انتخاب کنند، باید از شرایطی که در آن کپیلاری ها در معرض دماهای مختلف قرار می گیرند اجتناب کنند.

 

تفاوت دما در اتصالات فرآیند. تفاوت دما بین دو اتصال فرآیند روی مخزن در مزارع مخزن رایج است. مزارع مخازن به گونه ای طراحی شده اند که تانک های زیادی را در فضای کوچکی دسته بندی میکنند. این چیدمان می تواند منجر به قرار گرفتن کپیلاری ها در سایه یا نور خورشید شود و در نتیجه اختلاف دمای قابل توجهی بین این دو ایجاد شود. همانطور که در راه حل قبلی توضیح داده شد، سیستم اندازه گیری سطح باید طوری طراحی شود که به اتصالات فرآیند و کپیلاری ها اجازه دهد همان دما را حس کنند.

 

راه حل این است که یک کپیلاری مرجع به سیستم اضافه کنید. یک کپیلاری جبران کننده یا مرجع (شکل 4) به سمت فشار بالا متصل شده و به صورت بسته بندی شده است تا در امتداد کپیلاری سمت فشار پایین حرکت کند. این کپیلاری مرجع همان دمای کپیلاری سمت پایین را تجربه می کند و همان اثر را به سمت بالا منتقل می کند.

در نتیجه، دو کپیلاری و کپیلاری مرجع به تعادل دما می رسند و عدم تعادل دما را از بین می برند. این ترکیب همچنین عدم تعادل حجم مایع پرکننده کپیلاری مربوط به کپیلاری های با طول های مختلف را از بین می برد.

کپیلاری های بلند. هر چه کپیلاری ها طولانی تر باشند، دما بیشتر بر سیستم تأثیر می گذارد. کپیلاری های بلند به عنوان مثال در برج های تقطیر بلند و اواپراتورها استفاده می شود. اگرچه روش‌های ذکر شده در بالا می‌توانند اثر را کاهش دهند، اما طول کپیلاری برای این روش‌ها می‌تواند بیش از حد طولانی شود. علاوه بر این، سطح اندازه گیری شده به دلیل عدم دقت غیرقابل استفاده می شود.

راه حل به طرز فریبنده ای ساده است: کپیلاری ها را بردارید. چندین شرکت در بازار سیستم‌هایی را ارائه می‌کنند که کپیلاری‌ها را با سیم یا سنسورهای دیجیتالی از راه دور جایگزین می‌کنند که با یک باس متصل هستند. این سیستم ها هر کدام از دو سنسور فشار استفاده می کنند که یکی در محل اتصال فشار قوی و دیگری در سمت فشار پایین قرار دارد. اگر دو سنسور از طریق سیم کشی الکتریکی با هم ارتباط برقرار کنند، سیم کشی تحت تأثیر دما قرار نمی گیرد. حسگر واقع در کانکتور فرآیند فشار بالا از اطلاعات حسگر دیگر برای تولید سیگنال خروجی برای سطح استفاده می کند.

همانطور که یک تیم این راه حل را در نظر می گیرد، مهندسان باید به خاطر داشته باشند که اگرچه این سیستم ممکن است در ابتدا کمی بیشتر هزینه داشته باشد، اما قیمت دو ترانسمیتر را در تعمیر و نگهداری و نصب جبران می کند. علاوه بر این، دقت خوب است، اما با افزایش فشار استاتیکی سیستم دو ترانسمیتر، دستیابی به دقت دشوارتر است. سپس، بهتر است از ترکیب کپیلاری استفاده کنید. به عنوان مثال، اندازه گیری 5 inH2O و 3 inH2O و محاسبه تفاضلی 2 در H2O آسان است. اما اگر شرایط 100.072 psi و 100.000 psi باشد، محاسبه همان اختلاف فشار 2 اینچی H2O دقت کمتری دارد.