Drukmeters in de procesindustrie

Drukmeters in de procesindustrie

Drukmeters in de procesindustrie tijdens het productieproces

Drukmeters in de procesindustrie zijn een uitermate belangrijke factor in het regelen en beveiligen van het productieproces. Onder drukmeting verstaan we het meten van statische druk van een gas of vloeistof in een gesloten vat of leiding. In werkelijkheid meten we het drukverschil tussen de druk in het vat of leiding en de druk daarbuiten, de atmosferische druk.

Om bepaalde verschijnselen te verklaren (rond 1635 spoot een fontein in Florence minder hoog dan men had verwacht) hebben wetenschappers als Galileo en Torriceli hiervoor een verklaring gezocht en zodoende het natuurkundige verschijnsel van de luchtdruk aangetoond. Torricelli heeft hierop voortgeborduurd en had reeds in 1643 de met kwik gevulde barometer ‘bedrijfsklaar’. In 1657 bewees Otto van Guericke met zijn proef met de Maagdenburger halve bollen de enorme kracht van de atmosferische luchtdruk. Volgens de overlevering waren zestien paarden niet genoeg om de vacuüm gezogen bollen weer te scheiden.

Lees hier het laatste nieuws over drukmeters

Drukmeters in de procesindustrie zijn begonnen met de aloude manometer. De rond gebogen, vrijwel luchtledige stalen buis waarvan de kromming wisselt met de buitendruk, beter bekend als de bourdonbuis, heeft de neiging zich te strekken en al doende die beweging over te zetten op een tandheugel, tandwieltje en wijzer. Het principe van de membraandoos vormt in feite nog altijd de basis van vele hedendaagse druktransmitters.

Uitdagingen

De opbouw van statische drukmeters is in grote lijnen gelijk aan de instrumenten voor het verschil van drukmeting in de procesindustrie, zoals bij niveau en flow (dynamische druk).

Bij drukmeetinstrumenten ontbreekt echter vaak de ‘min’ aansluiting; die heeft plaats gemaakt voor een statische opening naar de atmosfeer, die als tegendruk werkt. Verder is het zo dat het meetelement in de drukverschilinstrumenten is ontworpen voor relatief kleine drukverschillen. Een drukverschil van 1000 mbar is bij een flowtransmitter al vrij groot. Dit in tegenstelling tot de meetelementen van druktransmitters die leverbaar zijn met een range tot vele honderden Bars.

De definitie van druk is ‘de kracht die op een bepaald oppervlak inwerkt’. Dat druk het resultaat is van kracht gedeeld door oppervlakte P= F/A visualiseren we het beste als we een drukmeetinstrument kalibreren met een deadweight tester.

De gewichten (F) op de langzaam draaiende zuiger (A), vertalen zich middels een niet samendrukbaar medium als hydraulische olie, in een druk (P) op de aansluiting voor het te kalibreren instrument. Dat u een drukmeter in principe moet kalibreren nabij de locatie waar u het gaat gebruiken, volgt uit het feit dat de zwaartekracht op aarde niet overal gelijk is. De gravitatiewet van Newton leert ons dat bij de evenaar ten gevolge van de aardrotatie en de daaruit volgende middelpuntvliedende kracht, de zwaartekracht het laagst is. Door de afgeplatte vorm van de aarde bij de polen is daar de zwaartekracht het grootst.

In Nederland is de gemiddelde gravitatie 9,81 m/s2. Wanneer een drukmeter eenmaal is gekalibreerd op of in de nabijheid van de plek waar het apparaat zijn werk moet gaat doen, kunnen we de gravitatie-invloeden meestal verwaarlozen.

Principes en technieken van drukmeters in de procesindustrie

Het in de procestechniek meest voorkomende meetprincipe is dat van de overdruk ten opzichte van de omringende atmosferische druk ter plaatse (P-overdruk, ook wel P-relatief genoemd). Waar nodig wordt gemeten vanaf het vrijwel absoluut luchtledige, de P-absoluut. In het SI eenhedenstelsel wordt de pascal (Pa) officieel als de eenheid voor druk aangehouden. Aangezien 1 pascal gelijk is aan slechts 1 Newton/m2 (0,01 millibar) gebruiken we in de procesindustrie meestal de bar als eenheid, die gelijk is aan 100.000 pascal.

We kunnen drukmeting in de procesindustrie indelen in drie categorieën:

  • Lokale meting / indicatie
  • Eindwaarde / schakelpunt metingen
  • Proportionele metingen

Lokale meting/indicatie

Bij lokale drukmeters in de procesindustrie gaat het vaak om de manometer. Voor veel operators, maar ook instrumentatietechnici de enige lokale uitlezing en referentie voor bijvoorbeeld het meetsignaal van een druktransmitter. Immers, een andere fysieke methode zoals het meten bij andere grootheden (niveau peilglas, flow kijkglas), is niet beschikbaar. De manometer is daardoor in ’t veld een onmisbaar en belangrijk instrument. Vaak wordt dit instrument echter niet zo behandeld. Ik durf de stelling wel aan dat meer dan vijftig procent van de manometers op zijn minst een verkeerde aanwijzing geeft. Een en ander tengevolge van verkeerde selectie, montage, procesen omgevingsconditie, verstopping, trilling, gebrek aan onderhoud et cetera.

Eindwaarde / schakelpunt metingen

Anders dan bij het meten van andere grootheden (zoals niveau of temperatuur) zijn drukschakelaars vrijwel altijd mechanische of half mechanische instrumenten.

Voor lage drukken wordt de membraandoos of balg gebruikt, voor hogere drukken de zuiger of piston of de bourdonbuis, al dan niet gecombineerd met een manometer.

Deze drukmeters worden gebruikt voor procesbesturingen, zoals het starten/stoppen van pompen of compressoren, het alarmeren van over of onderdruk en als onderdeel van een procesbeveiligingssysteem. Hoewel pneumatische of hydraulische schakelaars nog veel voorkomen, is het merendeel van het elektronische type.

Omdat vooral bij procesbeveiligingssystemen de drukschakelaar vaak lang in dezelfde positie blijft staan (de ingestelde grenswaarde wordt meestal niet overschreden), schuilt hierin het potentiële gevaar dat op het ‘moment suprême’ niet op tijd of in het geheel niet wordt geschakeld en de gewenste actie uitblijft. Regelmatige controle van deze drukmeting in de procesindustrie is dan ook bepaald geen overbodige luxe.

Proportionele metingen

De elektronische zenders bestaan uit een detectiesysteem zoals potentiometers, capacitieve en inductieve, piëzo-elektrische en piëzoresistieve opnemers. Het signaal gaat naar een elektronische versterker en vervolgens naar de bedrading (kabels, junction-boxen, rangeerkasten et cetera) om het signaal over te brengen naar een elektronische verwerkingseenheid, die de signaalgrootte op het display brengt of de informatie gebruikt om bijvoorbeeld de regelactie te sturen. Vaak wordt het uitgangssignaal van de transmitter (en niet alleen van de druktransmitter) proportioneel omgezet naar 4-20 mA middels een Digitaal/Analoog convertor, om vervolgens in het regelsysteem weer te worden omgezet door een Analoog/Digitaal convertor in ‘Bitjes en Bytjes’.

Kortom, de nauwkeurigheid van uw drukmeter hangt sterk af van de kwaliteit van het detectiesysteem of opnemer, en van de D/A dan wel A/D convertor. Het is dus belangrijk de juiste kwalitatieve keus te maken, toegespitst op uw applicatie.

Lees hier het laatste nieuws over drukmeters

Drukmeters ervaringen en merkwaardigheden

De juiste montage van de drukmeetapparatuur is van groot belang. Op leiding of vat, ernaast of eronder. Het hangt helemaal van uw proces en product af. Tenzij hoge temperaturen van het proces een rol gaan spelen en de meting of het instrument hierdoor nadelig wordt beïnvloed, is over het algemeen de regel: hoe dichter bij het meetpunt hoe beter, close-coupled heeft dan de voorkeur. Immers, hoe langer de meetleiding met de diverse koppelingen, hoe groter de kans op lekkage, verstopping, bevriezing et cetera.

Het ‘close-coupled’ principe begint met een block-bleed-block valve, die aan een zijde geschroefd of met een flensje aan het vat of de leiding is gemonteerd, en aan de andere zijde een close-coupled adapter of schroefdraad heeft, waar het instrument op gemonteerd wordt. Voordelen zijn o.a. geen tubing, hierdoor minder potentiële lekpaden, snelle montage, de mogelijkheid tot volledig veilig isoleren van het instrument et cetera.

Een druktransmitter die over langere tijd een ‘mooi’ stabiel signaal geeft, is eigenlijk per definitie verdacht. De oorzaak is wellicht een verstopte leiding of zelfs een afsluitertje dat dicht staat! Wees hier alert op en kijk af en toe eens naar de ‘trending’ op uw display. Ook hier kan de eventueel ingebouwde intelligentie van de transmitter een goede hulp zijn. Sommige drukmeters geven een alarmsignaal wanneer de meetwaarde over een langere tijd stabiel is en geen enkel ‘rimpeltje’ vertoont.

Een andere aansluitmethode, die bijvoorbeeld bij corrosieve of paraffine vormende vloeistoffen wordt toegepast, is middels het diafragma, al dan niet met capillair, ook wel ‘remote seal’ genoemd. Het diafragma vormt hier de fysieke scheiding tussen het te meten product en het meetelement in de transmitter.

Wanneer een pressure transmitter voor meting aan een gasvormig proces (dus meestal geplaatst boven het meetpunt) niet ‘close-coupled’ wordt gemonteerd, wordt vaak gebruik gemaakt van een proces / instrument afsluiter en tubing om de afstand tussen meetpunt en locatie van de transmitter te overbruggen.

De route die de meetleiding of tubing volgt is eveneens van belang voor de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van de meting. Wanneer bijvoorbeeld de route van de tubing tussen afsluiter en instrument omhoog, naar beneden en vervolgens weer omhoog is, ontstaat een ‘fraaie’ U-bocht waar vuil en vocht (condens) zich zullen ophopen. Tien procent afschot vanaf het instrument terug naar de afsluiter op het meetpunt is gebruikelijk zonder bochten in het verticale vlak.

Voor drukmeters in de procesindustrie die lager geplaatst zijn dan het meetpunt (bij veel vloeistofmetingen) geldt min of meer hetzelfde. Ophoping van vuil in de meetleiding (en daardoor mogelijke verstoppingen) mag niet voorkomen. Let hier dus op bij de lokatiekeuze van instrument en afsluiter en de dientengevolge af te leggen route met de tubing.

De tubing tussen meetpunt en instrument is vaak van roestvaststaal gemaakt, of beter gezegd roestwerend staal. Hierin zijn vele varianten verkrijgbaar, maar echt RVS of 316 SS heeft onder andere maximaal 1,7% Carbon in zich, en minstens 11% Chromium en 2,5% Molybdeen. Hoe goed uiteindelijk de samenstelling van uw RVS tubing ook is, door verkeerde behandeling tijdens transport, opslag en montage kan de tubing plaatselijk gaan roesten als een goedkoop autootje uit de jaren tachtig. Behandel tubing daarom ook als ‘glas’, en zorg voor opslag in houten kisten of op planken, sleep het niet over de grond, pas op voor lasof slijpvonken en gebruik de juiste (kunststof) montage klemmen. Deze extra zorg tijdens opslag, installatie en montage, kan een hoop ellende tengevolge van oppervlakteof putcorrosie, met lekkage als gevolg, voorkomen.

Het maken van een verbinding in tubing middels een rvs knelkoppeling lijkt eenvoudig, maar eigenlijk is dit een kunst apart. Te los of te vast gedraaid, front en back-ferrule (de kleine ‘ringetjes’) verwisseld of achterstevoren, ontbreken van een ferrule, diameter tubing in millimeters en koppelingen in inches of andersom, ja de koppeling zelfs uitgeboord om het passend te maken! Laat u adviseren door uw leverancier en schakel een deskundige installateur in. Maar toch, voordat u er de proces-druk op zet, de connecties controleren!

Drukmeters onderhoud

Een drukmeetinstrument dat correct is gemonteerd voor drukmeting in de procesindustrie, of het nu gaat om een manometer, switch of transmitter, zal vele jaren zonder veel aandacht zijn werk doen. Het ‘gevaar’ schuilt in die instrumenten die zijn geïnstalleerd om te alarmeren of actie te initiëren bij een eindwaarde (PSH of PSL). Regelmatige controle van de functionaliteit middels een Process Alarm Test (PAT) is niet alleen ‘good practice’ maar een ‘must’. Het kalibreren van een drukmeetinstrument dient te gebeuren door een vergelijking ten opzichte van een standaard. Dit kan zijn een geijkte manometer, drukpomp, deadweight tester et cetera. Ook deze kalibratieapparatuur wordt periodiek getest en gecertificeerd. Dat kunt u niet zelf doen, maar wordt uitbesteed aan een daartoe bevoegd bedrijf.

Lees hier het laatste nieuws over drukmeters

Trends en ontwikkelingen

De belangrijkste ontwikkeling bij drukmeters in de procesindustrie vindt vooral plaats bij de proportionele apparatuur. Hier zal niet alleen de digitale datatransmissie verder oprukken, maar ook de trend naar draadloze verbindingen. Immers, het ideale meetpunt bevindt zich soms op een locatie waar de infrastructuur, zoals kabelbaan of aansluitmogelijkheid ontbreekt, of onevenredig kostbaar is om aan te leggen. Bereikbaarheid blijft natuurlijk wel belangrijk.

Men maakt vrij veel gebruik van drukmeetapparatuur in proces- en installatie-beveiligingsapplicaties. Hierdoor zal de beschikbaarheid van SIL-2 of zelfs SIL-3 apparatuur toenemen. Daarna kan men voldoen aan de eisen die de IEC 61511 stelt aan SIS (Safety Instrumented Systems).

Lees ook:

 

Interessante organisaties/websites in Nederland:
International Instrument Users’ Association WIB
FHI
Industriekalender

close

Digitale Nieuwsbrief

SCHRIJF JE IN VOOR ONZE WEKELIJKSE NIEUWSBRIEF EN BLIJF OP DE HOOGTE VAN ALLE INDUSTRIËLE EN TECHNISCHE ONTWIKKELINGEN!

Door jouw inschrijving voor de nieuwsbrief, ga je akkoord met onze privacy voorwaarden.