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.
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.
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.
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:
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.
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.
De elektronische zenders bestaan uit een detectiesysteem zoals potentiometers, capacitieve en inductieve, piëzo-elektrische en piëzoresistieve opnemers.
Het signaal wordt versterkt door een elektronische versterker. Daarna gaat het via bedrading, zoals kabels en junction-boxen, naar een elektronische verwerkingseenheid. Deze eenheid toont de signaalgrootte op een display of stuurt bijvoorbeeld een regelactie aan. Het uitgangssignaal van de transmitter wordt vaak omgezet naar 4-20 mA met een Digitaal/Analoog convertor. In het regelsysteem wordt dit signaal weer omgezet naar digitale data, oftewel ‘Bitjes en Bytjes’.
De nauwkeurigheid van een drukmeter hangt dus af van het detectiesysteem en de gebruikte convertors. Het is dus belangrijk de juiste kwalitatieve keus te maken, toegespitst op uw applicatie.
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.
Bij processen zonder hoge temperaturen geldt meestal: hoe dichter bij het meetpunt, hoe beter. Close-coupled is dan ideaal. Een langere meetleiding met diverse koppelingen verhoogt de kans op problemen zoals lekkage, verstopping en bevriezing.
Het ‘close-coupled’ principe start met een block-bleed-block valve. Aan één kant is deze aan een vat of leiding bevestigd. Aan de andere kant zit een close-coupled adapter of schroefdraad voor het instrument. De voordelen zijn duidelijk: geen tubing, dus minder kans op lekkage, snelle montage en een veilige isolatie van het procesinstrument.
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.
Een pressure transmitter voor gasvormige processen wordt vaak boven het meetpunt geplaatst. Als deze niet ‘close-coupled’ is, gebruikt men een afsluiter en tubing om de afstand te overbruggen.
De route van de meetleiding of tubing is cruciaal voor nauwkeurige en betrouwbare metingen. Als de tubing van de afsluiter naar het instrument eerst omhoog, dan omlaag en weer omhoog gaat, vormt zich een U-bocht. Hierin hopen vuil en condens zich op. Het is gebruikelijk om tien procent afschot te hebben vanaf het instrument naar de afsluiter, 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 het meetpunt en het instrument is vaak gemaakt van roestwerend staal. Er zijn veel varianten, maar echt RVS of 316 SS bevat maximaal 1,7% Carbon. Daarnaast heeft het minstens 11% Chromium en 2,5% Molybdeen. Ondanks de kwaliteit van de RVS tubing, kan verkeerde behandeling roest veroorzaken. Het lijkt dan op een goedkope auto uit de jaren tachtig.
Behandel de tubing dus voorzichtig, net als ‘glas’. Sla het op in houten kisten of op planken. Sleep het niet over de grond. Wees voorzichtig met las- en slijpvonken. Gebruik de juiste (kunststof) montageklemmen. Deze zorg tijdens opslag en montage voorkomt corrosie en lekkage.
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!
Een correct gemonteerd drukmeetinstrument functioneert jarenlang in de procesindustrie. Dit kan een manometer, switch of transmitter zijn. Ze vereisen weinig aandacht. Echter, het ‘gevaar’ zit in de instrumenten bedoeld voor alarmen. Deze activeren of alarmeren bij een eindwaarde, zoals 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.
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).
Interessante organisaties/websites in Nederland:
International Instrument Users’ Association WIB
FHI
Industriekalender
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.
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.
IndustrieVandaag is een onafhankelijk platform met het laatste nieuws over de procesindustrie, industrial processing, productie industrie, maakindustrie en elektronica industrie.
Neem contact met ons op:
Tel +31 (0)23 737 07 63
Email via contactpagina
