Instrumentaţia de proces asigurată de multiple bucle 4 – 20mA permite operatorului din oţelărie să observe cu atenţie poluanţii
Aplicaţii de teren
Studiu de caz
Instrument: Fluke 771 Clampmetru
de proces miliampermetric
Profil: Robert Applegate – Manager Applegate Automation Enterprises, LLC
Măsurători: Verificarea procentelor de intrare / ieşire pe o buclă 4-20mA. Bucla controlează instrumentaţia de proces pentru un sistem de monitorizare într-o oţelărie
Robert Applegate se simte obligat să fie la curent cu tehnologia de control de proces – în special când poate avea impact direct în controlarea ploii acide sau a altor poluanţi. Douăzeci de săptămâni dintr-un an sunt dedicate monitorizării emisiilor boilerului de înaltă presiune la o oţelărie din nord-est, unde este consultant.
La oţelărie, valorile critice despre funcţionarea sistemului sunt oferite de instrumente de teren conectate prin bucle 4-20mA la un sistem de control central distribuit sau DCS. Buclele suplimentare DCS trimit informaţii de control la sistemul de monitorizare a emisiilor, permiţând utilizatorului oţelăriei să verifice conformitatea continuă cu cerinţele EPA. Datele DCS, utilizate şi pentru utilizarea corespunzătoare şi sigură a boilerului, NU sunt disponibile pentru depanare / calibrare în timpul utilizării boilerului.
Secretul este în chimie
Ce rol joacă buclele de curent mic în utilizarea eficientă a oţelăriei şi limitarea nivelului de poluanţi pentru a respecta standardul EPA? Oţelăria conţine cinci boilere principale a căror ieşire alimentează coşul de fum. Sistemul de monitorizare a emisiilor extrage continuu eşantioane din coşul de fum, măsurând nivelele de concentraţie de oxid de azot şi oxigen.
“Oxidul de azot este denumit NOX deoarece există mai multe tipuri”, spune Applegate. “Poate fi NO sau poate fi NO2, de aici termenul NOX. NOX este un precursor al ceţii poluante vizibile, care la rândul ei este un precursor al ploii acide.” Ideea este, spune el, că prin controlarea admisiei de NOX şi dioxid de sulf, sau SO2, oţelăriile pot scădea concentraţia de acid azotic şi acid sulfuric, sau H2SO4 (rezultatul combinaţiei dintre SO2 şi apă). “Acesta este un pas important înspre reducerea ploii acide, care ameninţă să devasteze păduri majore în estul Statelor Unite”, spune Applegate.
“Aici intervine tehnologia 4-20mA, şi este critic să deducem ce numim “factor de emisie”. Observăm toţi combustibilii care curg în boiler, instrumentele de monitorizare raportează debitele de combustibil.
Apoi luăm aceste debite, le combinăm cu cantitatea de căldură prezentă în acel combustibil, şi generăm intrarea de căldură. Avem acum o intrare de căldură la boiler şi debitul ieşirii de abur din boiler, şi avem concentraţia din coşul de fum. Din aceste trei măsurători, deducem factorul de emisie.”
Sistemul determină cât NOX a ieşit pe coşul de fum în acel set de circumstanţe. Aici Applegate subliniază necesitatea testării “non-invazive”.
“Instrumentele pentru raportarea debitelor de combustibil sunt utilizate şi pentru controlarea boilerului, şi trebuie să fie calibrate.
Nu pot să spun “Voi deconecta aparatul de măsurare al debitului de ulei şi voi măsura debitul”. Dacă aş face aceasta, boilerul s-ar decupla.”
Fără închiderea activităţii
La un moment dat, spune el, singura modalitate de depanare a acelor instrumente, era să închidem boilerul – ceea ce ar fi însemnat să aşteptăm închiderile planificate, odată sau de două ori pe an. “Aceasta însemna că existau perioade lungi când nu puteam verifica ce face un instrument de control de proces – dacă nu aveam un instrument ca Fluke 771. Acum pot să măsor bucla de circuit între instrument şi DCS, şi pot spune “În regulă, sunt la 55%.” Acum mă uit la datele de la sistemul NOX şi verific dacă este tot la 55%. Puteţi compara partea de intrare cu partea de ieşire fără a deconecta nimic.”
Valorile procentuale, subliniază el, oferă tehnicianului o altă modalitate de a urmări indicatorii critici. O caracteristică unică a Fluke 771 este dubla afişare: miliamperi şi procent din scală. De exemplu: “O valoare de 4mA este egală cu zero procente din scală, şi o valoare de 20mA este egală cu 100%”, spune el. “În cazul meu, 55% ar însemna o valoare de 12.8mA.” Şi cum se leagă unităţile de debit cu curenţi şi procentaje? “Când setaţi totul, alegeţi un domeniu. Veţi spune că acesta reprezintă întreaga scală. Dacă este un aparat pentru măsurarea debitului de ulei, poate fi între 0 şi 30 de galoane pe minut. La 30gpm, s-ar genera un curent de 20mA, şi veţi avea 100% din nivelul DCS.”
El spune că în “lumea DCS”, valorile de orice fel sunt convertite din valori absolute de curent între 4mA şi 20mA, la un procent. Utilizarea procentelor este adesea mai uşoară decât să ţineţi minte valori de curent, şi rezultatele obţinute sunt aceleaşi.
“Folosim instrumentul pentru două scopuri: (1) pentru monitorizarea boilerului şi asigurarea funcţionării sigure şi continue a acestuia, şi (2) pentru compararea cantităţii de căldură creată de boiler cu concentraţia de gaze din coşul de fum. Aceste numere sunt folosite pentru calcularea factorului de emisie, care ne spune cât NOX generează sistemul.”
Toate buclele sunt create egale
Applegate subliniază un avantaj inerent al tehnologiei 4-20mA. “La oţelărie, un dispozitiv regulator reprezintă sursa pentru acel curent. În anumite limite, nu contează dacă bucla este lungă de 10 picioare sau 1000 picioare. Curentul este acelaşi oriunde în buclă. Cu cât este mai lungă, cu atât este mai mare rezistenţa.
Dar, datorită curentului de reglaj, sistemul va creşte tensiunea pentru a păstra curentul la nivelul dorit. Este un circuit de joasă impedanţă care nu este afectat de zgomotul din zona înconjurătoare. Aceasta deoarece curentul este suficient de mare pentru că orice zgomot generat în apropierea circuitului nu se compară cu puterea acelui circuit de joasă impedanţă şi curent relativ mare.”
Într-un fel, tehnologia 4-20mA este un bun egalizator. Şi poate de aceea această tehnologie este încă folosită în noile sisteme industriale, chiar şi după introducerea noilor tehnologii bus.
Dar o tehnologie durabilă necesită unelte durabile şi uşor de utilizat. “Ce-mi place la Fluke 771 este că nu e complicat” spune Applegate. “Nu este uriaş sau greoi, şi este simplu de folosit. Un tester 4-20mA ca Fluke 771 este tipul de instrument de care are nevoie oricine din lumea controlului de proces, pentru a-şi desfăşura eficient activitatea. Va fi ca o lanternă, ca un bun uzual.”
Ing. Gabriel Ghioca
ARC BRAŞOV srl
Str. Grădinarilor nr. 22
Tel.: 0268-472577; Fax: 0268-419749
arc@arc.ro www.arc.ro
REPREZENTANT AUTORIZAT