Przepływomierz Coriolisa w zapowietrzonej instalacji

Możliwości przepływomierzy Coriolisa

Przepływomierze masowe Coriolisa są przykładem dobrze rozwiniętej technologii pomiarowej. Popularność zawdzięczają kilku istotnym właściwościom. Szczególną uwagę warto zwrócić na dwie zalety przepływomierzy Coriolisa. Pierwszą z nich jest fakt bezpośredniego – a zatem dokładnego – pomiaru strumienia masy, gęstości oraz temperatury medium, stanowiących podstawowe parametry wielu procesów przemysłowych. Drugą jest wszechstronność, rozumiana jako możliwość obliczenia w oparciu o wyżej podane wielkości, parametrów pochodnych, takich jak objętościowe natężenie przepływu, masa i objętość całkowita, lub określenia właściwości danego medium, takich jak: zawartość alkoholu lub ciała stałego i rozpuszczonych substancji w skalach Brixa, Plato i Baume (144.3 oraz 145.0), ciężar cieczy innych niż woda (wg API), stężenie wodorotlenku sodu (NaOH) w wodnym roztworze i inne.

Ograniczenia technologiczne

Opisana technologia, jakkolwiek bardzo użyteczna, podlega jednak pewnym ograniczeniom. Maksymalną średnicą przepływomierza, z pewnymi wyjątkami, jest DN 300. Należy liczyć się ze spadkiem ciśnienia statycznego, jakie wprowadzi zainstalowane urządzenie oraz uwzględnić maksymalną dla urządzenia prędkość liniową mierzonego medium. Trzeba również zwrócić szczególną uwagę na zgodność materiałową rur pomiarowych z mediami o właściwościach korozyjnych, erozyjnych lub ściernych, a także rozważyć ryzyko kawitacji w przypadku sprężonych par cieczy.

Klasyczne rozwiązanie problemu

Częstym problemem jest instalacja przepływomierza Coriolisa w sytuacji znacznego zapowietrzenia medium, zatem de facto w sytuacji pomiaru medium dwufazowego, stanowiącego mieszaninę cieczy oraz gazu (powietrza). Istota problemu polega na względnym przemieszczaniu się obu faz w obrębie sekcji pomiarowej przepływomierza, co powoduje znaczne tłumienie amplitudy oscylacji rur pomiarowych. W konsekwencji prowadzi to do niestabilności samych oscylacji i trudności w określeniu przez podzespoły elektroniczne rzeczywistej częstotliwości rezonansowej rur pomiarowych. Powszechnie stosowane rozwiązanie konstrukcyjne polega na zapamiętaniu przez przepływomierz ostatniego poprawnego odczytu częstotliwości rezonansowej i korzystaniu z tej wartości przez okres, w którym poprawny odczyt wartości bieżącej nie jest możliwy.

Warto przy tym nadmienić, iż w przypadku starszych typów urządzeń przepływomierz mógł przerwać pomiar, wyłączając się i przechodząc automatycznie do procedury ponownego uruchomienia. W związku z tym, jeśli przepływomierz był włączony w układ regulacji automatycznej, należało zabezpieczyć przed destabilizacją tę część procesu, za którą ów układ odpowiadał.

Nowe rozwiązanie KROHNE

Pierwszym dostępnym na rynku przepływomierzem masowym Coriolisa, w którym wypracowano i zastosowano diametralnie odmienną koncepcję podejścia do ww. zagadnienia, jest Optimass 6400 firmy KROHNE. Koncepcja ta jest obecnie znana jako EGM (Entrained Gas Management) i polega na śledzeniu oraz korygowaniu bieżących zmian amplitudy oscylacji rur pomiarowych, przy zapowietrzeniu w zakresie 0–100 %. Celem nadrzędnym jest zapewnienie stabilizacji, rozumianej jako ciągłość działania urządzenia oraz minimalizacja błędu pomiaru, wraz z zagwarantowaniem określonej powtarzalności i odtwarzalności w całym zakresie fazowej zmienności mierzonego medium.

Wyniki testów nowej koncepcji

Poniżej zaprezentowano przykład testów przepływomierza Optimass 6400, zainstalowanego w rurociągu o regulowanym poziomie zapowietrzenia cieczy. Testowany przepływomierz został dostarczony w wykonaniu standardowym i nie był poddawany jakiejkolwiek regulacji, nie wprowadzono też żadnych specjalnych nastaw związanych z obecnością gazu. Poddano go jedynie wstępnemu wzorcowaniu z użyciem czystej wody (bez gazu).

Pierwsze dwa testy wykonano dla trzech różnych wartości przepływu z różną zawartością powietrza, zmniejszając natężenie przepływu z jednoczesnym podnoszeniem stopnia zapowietrzenia, czyli tworząc coraz trudniejsze warunki pracy. Pomiary zostały zrealizowane w sposób stabilny i niezakłócony. Urządzenie ani razu nie przerwało pomiaru i przez cały okres testów zachowywało się stabilnie. Niedokładności pomiaru charakteryzowały się stosunkowo wysokim poziomem powtarzalności oraz odtwarzalności.

Przeprowadzono też trzeci test, przy stałym natężeniu przepływu, z rosnącym poziomem zapowietrzenia cieczy. Pomiary te również zostały zrealizowane w sposób stabilny i niezakłócony – urządzenie ani razu nie przerwało pomiaru i zachowywało się stabilnie przez cały okres testów, a niedokładności pomiaru charakteryzowały się stosunkowo wysokim poziomem powtarzalności oraz odtwarzalności.

Podsumowanie

Przedstawione wyniki testów ilustrują zachowanie przepływomierza Optimass 6400 dla aplikacji, w której dotychczas przepływomierzy Coriolisa w ogóle nie stosowano. Urządzenie kontynuowało niezakłócony pomiar przy dowolnej proporcji wody i powietrza, w zakresie zapowietrzenia 0–100 %. Wartości względnej niedokładności pomiaru przepływu nie przekraczały 5 % i charakteryzowały się stosunkowo wysokim poziomem powtarzalności oraz odtwarzalności. Niższe wartości uchybu osiągano przy dokładnym zmieszaniu cieczy i powietrza oraz przy wyższych wartościach natężenia przepływu.

Bogdan Szutowski

źródło: KROHNE Polska Sp. z o.o.