اندازه‌گیری جریان سه‌گانه افزونگی: ۱ صفحه اوریفیس، ۳ فرستنده اختلاف فشار — پیاده‌سازی ABB و Bently Nevada

چرا یک فرستنده هرگز در یک خط ایمنی بحرانی کافی نیست

یک فرستنده اختلاف فشار منفرد روی خط تخلیه کمپرسور گاز تقریباً ۱۲۰۰ دلار هزینه دارد. توقف کمپرسور به دلیل سیگنال جریان بالا و نادرست، هزینه‌ای معادل ۸۵۰۰۰ دلار در ساعت به دلیل از دست رفتن تولید دارد. یک فرستنده DP تنها نمی‌تواند به شما بگوید که خوانش آن اشتباه است یا خیر — فقط یک عدد گزارش می‌دهد. شما هیچ راهی برای دانستن اینکه آیا خط ایمپالس مسدود شده، دیافراگم خراب شده یا خطای نرم‌افزاری خروجی را خراب کرده است، ندارید. برای حلقه‌های دارای رتبه SIL و جریان‌های فرآیندی حیاتی، به سه فرستنده نیاز دارید که اختلاف فشار همان صفحه اوریفیس را اندازه‌گیری کنند. سه سیگنال اجازه می‌دهد منطق رأی‌گیری ۲ از ۳ (2oo3) یا ۱ از ۳ (1oo3) فرستنده معیوب را بدون توقف فرآیند شناسایی و جدا کند. این طراحی همچنین الزامات IEC 61511 برای عملکردهای ابزار ایمنی در سطح SIL 2 را برآورده می‌کند.

فرستنده‌های سری ۲۶۶ ABB نقش اندازه‌گیری با دقت بالا را بر عهده دارند. Bently Nevada که به طور سنتی برای پایش ارتعاش در توربومکانیک شناخته شده است، همچنین فرستنده‌های فرآیندی تولید می‌کند که برای خطوط کمپرسور و توربین مناسب هستند، جایی که داده‌های ارتعاش شفت و داده‌های جریان فرآیند به همان سیستم کنترل تغذیه می‌شوند. ترکیب هر دو برند روی یک صفحه اوریفیس عمق تشخیصی را به حداکثر می‌رساند.

طراحی مکانیکی — صفحه اوریفیس و خطوط ایمپالس

از صفحه اوریفیس لبه مربعی هم‌مرکز مطابق با ISO 5167-2 استفاده کنید. نسبت بتا (d/D) بین ۰.۳ تا ۰.۷۵ برای بهترین دقت انتخاب شود. در نسبت بتا ۰.۶ با قطر لوله ۱۵۰ میلی‌متر، حداکثر اختلاف فشار در جریان کامل به ۲۵۰ میلی‌بار می‌رسد. هر سه فرستنده از همان نقاط فشار بالادست و پایین‌دست برداشت می‌کنند. از نقاط فشار فلنج‌دار یا D و D/2 استفاده کنید — نقاط گوشه‌ای برای قطر لوله‌های کمتر از ۵۰ میلی‌متر قابل قبول است.

1. مجموعه فلنج اوریفیس را با طول مستقیم بالادست ۲۰ برابر قطر لوله نصب کنید تا از چرخش جریان جلوگیری شود. حداقل طول مستقیم پایین‌دست ۵ برابر قطر لوله قبل از اتصال بعدی باشد.
2. سه مجموعه لوله ایمپالس مستقل — از فولاد ضدزنگ با قطر خارجی ۱۲ میلی‌متر — را از همان جفت نقطه فشار به هر فرستنده هدایت کنید. از منیفولد مشترک قبل از فرستنده استفاده نکنید؛ منیفولدهای مشترک باعث گسترش خطاهای نقطه‌ای می‌شوند.
3. تمام خطوط ایمپالس سرویس مایع را با شیب رو به پایین حداقل ۱:۱۲ برای تخلیه نصب کنید. برای سرویس گاز، شیب را رو به بالا قرار دهید تا کندانس به لوله بازگردد. شیب نادرست باعث به دام افتادن مایع یا گاز و تغییر صفر تا ۱۵ میلی‌بار می‌شود.
4. منیفولدهای سه‌شیری جداگانه را در هر فرستنده نصب کنید. این امکان را می‌دهد که یک فرستنده برای کالیبراسیون ایزوله و متعادل شود در حالی که دو فرستنده دیگر در سرویس باقی بمانند.

پیکربندی فرستنده — ABB 266DSH و Bently Nevada DP

ABB 266DSH دامنه اختلاف فشار ۰–۲۵۰ میلی‌بار را برای این کاربرد پوشش می‌دهد. میرایی را روی ۰.۵ ثانیه تنظیم کنید — سریع برای کنترل و کند برای رد نویز خط ایمپالس. خروجی را برای انتقال در پروتکل HART روی حلقه ۴-۲۰ میلی‌آمپر پیکربندی کنید. از ABB HART Device Type Manager (DTM) در FieldCare استفاده کنید تا URL = ۴ میلی‌آمپر در ۰ میلی‌بار و URV = ۲۰ میلی‌آمپر در ۲۵۰ میلی‌بار تنظیم شود. چگالی سیال فرآیندی را در فرستنده برای استخراج جذر تنظیم کنید اگر DCS این محاسبه را انجام نمی‌دهد.

فرستنده‌های فرآیندی Bently Nevada از همان رابط ۴-۲۰ میلی‌آمپر HART استفاده می‌کنند. به هر سه فرستنده یک آدرس HART منحصر به فرد اختصاص دهید (آدرس ۰ برای حالت نقطه به نقطه). حلقه‌های HART چندقطبی طولانی با تداخل آدرس خطای رایج در میدان هستند — همیشه قبل از راه‌اندازی، یکتایی آدرس را با یک ارتباط‌دهنده HART تأیید کنید.

1. هر فرستنده را به کارت ورودی آنالوگ اختصاصی DCS متصل کنید. سیگنال‌های سه فرستنده را از طریق یک مالتی‌پلکسر HART واحد برای حلقه‌های دارای رتبه SIL عبور ندهید — جداسازی در سطح کارت الزامی است.
2. DCS (مثلاً Emerson DeltaV یا ABB System 800xA) را برای اعمال استخراج جذر و مقیاس‌بندی واحد مهندسی روی هر سه سیگنال خام ۴-۲۰ میلی‌آمپر به طور مستقل پیکربندی کنید. واحد خروجی: متر مکعب استاندارد در ساعت (Sm³/h).
3. دامنه ورودی هر کارت AI را روی ۳.۸–۲۰.۵ میلی‌آمپر تنظیم کنید تا خطاهای حلقه باز (زیر ۳.۸ میلی‌آمپر) و اشباع بالا (بیش از ۲۰.۵ میلی‌آمپر) را تشخیص دهد. هر دو حالت فوراً آلارم خطای فرستنده را فعال می‌کنند.

منطق رأی‌گیری — انتخاب سیگنال 2oo3 در DCS

رأی‌گیری ۲ از ۳ مقدار میانه سه سیگنال جریان را انتخاب می‌کند. وقتی هر سه در محدوده انحراف ±۵٪ از بازه توافق دارند، میانه مقدار فرآیند است. وقتی یک فرستنده بیش از ۵٪ از میانه انحراف داشته باشد، منطق آن را مشکوک علامت‌گذاری می‌کند، هشدار می‌دهد و از میانه دو فرستنده باقی‌مانده استفاده می‌کند. خطا در فرستنده دوم باعث اقدام ایمنی — توقف یا لغو — می‌شود چون فقط یک سیگنال قابل اعتماد باقی مانده است.

• باند انحراف را در بلوک عملکرد DCS به صورت مقدار واحد مهندسی تنظیم کنید (مثلاً ۱۲.۵ Sm³/h در بازه ۲۵۰ Sm³/h).
• از باند درصدی خوانش اجتناب کنید؛ زیرا در جریان نزدیک به صفر جمع می‌شود و در دوره‌های بار کم باعث انحرافات کاذب می‌شود.

1. انتخاب‌کننده میانه 2oo3 را با استفاده از بلوک عملکرد MED3 یا معادل آن در DCS بسازید. هر سه سیگنال جریان مقیاس‌بندی شده به واحد مهندسی را به ورودی‌های بلوک وصل کنید.
2. سه مقایسه‌کننده انحراف اضافه کنید — یکی برای هر ورودی در مقابل خروجی میانه. حد انحراف را ۱۲.۵ Sm³/h (۵٪ از بازه ۲۵۰ Sm³/h) تنظیم کنید.
3. بیت‌های آلارم انحراف را با اولویت بالا به سیستم مدیریت آلارم ارسال کنید. آلارم‌ها را اینگونه برچسب بزنید: FT-101A DEVIATION، FT-101B DEVIATION، FT-101C DEVIATION.
4. منطق را در زمان راه‌اندازی با تزریق ۴ میلی‌آمپر به یک کانال فرستنده آزمایش کنید و تأیید کنید که میانه میانگین دو فرستنده دیگر را انتخاب می‌کند و آلارم انحراف را تولید می‌کند.

نگهداری و کالیبراسیون بدون توقف فرآیند

منیفولد سه‌شیری در هر فرستنده امکان کالیبراسیون در حین سرویس را فراهم می‌کند. یک فرستنده در هر بار از سرویس خارج می‌شود — منیفولد را متعادل کنید، پورت‌های فشار بالا و پایین را ایزوله کنید، یک تستر وزن مرده دقیق یا منبع فشار مرجع وصل کنید. ۰، ۲۵، ۵۰، ۷۵ و ۱۰۰٪ بازه را اعمال کنید. دقت مشخص شده ABB 266DSH برابر ±۰.۰۴٪ خوانش است — اگر هر نقطه‌ای بیش از ±۰.۱٪ انحراف داشت، تنظیم مجدد انجام دهید. متغیرهای تشخیصی HART که در هر کالیبراسیون باید بررسی شوند: دمای حسگر (باید بین –۴۰ تا ۸۵ درجه سانتی‌گراد باشد)، ظرفیت حسگر (انحراف بیش از ۵ پیکوفاراد نشان‌دهنده آسیب دیافراگم است) و جریان حلقه (برای تشخیص خطاهای مقاومت سیم‌کشی با خوانش DCS مقایسه شود).

مسدود شدن خطوط ایمپالس شایع‌ترین حالت خرابی در نصب‌های فضای باز است. خطوط ایمپالس را در سرویس مایع هر سه ماه یکبار بازرسی و پاک‌سازی کنید. از اختلاف بین سه خوانش فرستنده به عنوان تشخیص استفاده کنید: خوانش یک فرستنده که ۱۵–۳۰ میلی‌بار کمتر از دو فرستنده دیگر است نشان‌دهنده انسداد جزئی خط ایمپالس در پورت فشار بالا آن فرستنده است. قبل از بازگرداندن فرستنده به سرویس، خط ایمپالس را تعویض یا شستشو دهید.

توصیه‌های مهندسی

فرستنده‌های DP سه‌گانه افزونه را در هر حلقه جریان اوریفیس که عملکرد ایمنی دارای رتبه SIL یا حلقه کنترل ضد نوسان کمپرسور را تغذیه می‌کند، مشخص کنید. از ABB 266DSH برای کانال اندازه‌گیری اصلی استفاده کنید — دقت ±۰.۰۴٪ و تشخیص‌های HART آن در سرویس گاز به خوبی اثبات شده است. دو فرستنده Bently Nevada DP را برای کانال‌های افزونه اضافه کنید، به ویژه زمانی که فرستنده‌ها با سیستم حفاظت توربین در یک رک مشترک هستند و یکپارچه‌سازی داده‌ها معماری را ساده می‌کند. همیشه خطوط ایمپالس را به طور مستقل از نقاط اوریفیس به هر فرستنده هدایت کنید. هرگز لوله‌کشی را بین دو فرستنده از مجموعه افزونه مشترک نکنید. بلوک میانه 2oo3 در DCS را با باند انحراف واحد مهندسی ثابت، نه باند درصدی، پیکربندی کنید. بازرسی خطوط ایمپالس را هر سه ماه و کالیبراسیون فرستنده‌ها را سالانه برنامه‌ریزی کنید. سرمایه‌گذاری در سه فرستنده به جای یک فرستنده حدود ۲۴۰۰ دلار به هزینه پروژه اضافه می‌کند و از مواجهه با توقف نادرست به ارزش ۸۵۰۰۰ دلار در ساعت جلوگیری می‌کند. برای اندازه‌گیری جریان در خطوط کمپرسور، همچنین فلومتر الکترومغناطیسی ABB FSM4000 را به عنوان ابزار کنترل متقاطع در جریان‌های فاز مایع در نظر بگیرید.