Průtokoměry v současné praxi

Průtokoměry v současné praxi

Při přemísťování nejrůznějších tekutin se v mnoha případech nelze obejít bez měření jejich množství proteklého za jednotku času nebo celkem. V technické praxi se k těmto měřením používají různé druhy průtokoměrných zařízení (průtokoměrů). Požadavky na průtokoměry i poměrné zastoupení jednotlivých měřicích principů se přitom v čase mění s rozvojem sledovaných anebo řízených procesů i s pokračujícím vývojem měřidel.

Co od průtokoměrů v současné době očekávají uživatelé, jak jsou které principy měření průtoku v průmyslové praxi rozšířeny a jak co nejsnáze dosáhnout toho, aby průtokoměr pracoval tak, jak je od něj vyžadováno? Na tyto otázky hledal odpověď průzkum, který mezi svými čtenáři, převážně sídlícími v Severní Americe, uspořádal časopis Control Engineering počátkem roku 2001. Z dotazníků rozeslaných celkem 1 000 čtenářům se jich vyplněných vrátilo 160. Průzkum navazoval na dvě obdobná šetření uskutečněná v letech 1999 a 2000 na vzorcích po 1 500 čtenářích za účasti 348, popř. 328 respondentů.

Profil respondentů

Respondenti z průzkumu v roce 2001 jsou, podobně jako respondenti průzkumů předešlých, činní v širokém spektru průmyslových odvětví (zpracování surovin 51 %, výroba strojů a zařízení pro průmysl 19 %, ostatní výrobci kovových a jiných produktů 11 %, veřejné sítě 6 % atd.) s převažujícím spojitým (60 %) a dávkovým (32 %) charakterem výroby. Převážná většina (95 %) se jich zabývá měřením průtoku ve zcela zaplněných potrubích a 34 % měřením v otevřených kanálech nebo jen z části zaplněných potrubích (byly možné všechny obory působnosti). Pro použití ve svém podniku anebo pro finální dodavatele (OEM) specifikuje, doporučuje anebo nakupuje průtokoměry 113 z celkem 160 respondentů. V průměru nakoupil každý z nich za posledních dvanáct měsíců 20 průtokoměrů (např. 11 % jich nakoupilo 51 až 100 průtokoměrů, 2 % pak 101 až 1 000 jednotek) a vesměs předpokládají, že objem nákupů se v příštích dvanácti měsících v podstatě nezmění. Výsledky průzkumu potvrdily, že významným rysem trhu s průtokoměry je šíře nabídky: 42 % respondentů nakupovalo průtokoměry od 39 výrobců, jichž bylo v odpovědích uvedeno celkem 50.

Na co kladou respondenti důraz a čím měří?

Výsledky průzkumu uskutečněného v roce 2001 jsou shrnuty v grafech na obr. 1 – požadavky uživatelů, obr. 2 – používané typy průtokoměrů a obr. 3 – používané a uvažované způsoby komunikace.

Během dvou let, v porovnání s průzkumem provedeným v roce 1999, se o jedno místo vzhůru na stupnici významu, který je jim přikládán, posunuly požadavky na snadnou kalibraci a na digitální komunikaci. V obou případech výměnou pozice s vlastností, která za nimi na obr. 1 následuje.

Co se týče rozšíření jednotlivých typů průtokoměrů mezi respondenty, dotáhly se na hodnotu kolem 50 %, trvale zaujímanou clonovými měřidly (1999: 50,3 %), průtokoměry magneticko-indukční (1999: 46,3 %) a turbínové (1999: 46,6 %). Dále následují oblíbená hmotnostní měřidla průtoku a Coriolisovy průtokoměry. V rozšíření plejády ostatních principů nejsou výraznější systematické změny patrné, možná i z důvodu částečné nekonzistence jednotlivých průzkumů. Výjimkou jsou objemová měřidla, kde je v roce 2001 evidována četnost výskytu menší asi o třetinu (ze 31,9 % kladných odpovědí v roce 1999 na 20 % v roce 2001). Jde o patrný projev tendence vyhýbat se průtokoměrům s mechanickými pohyblivými částmi všude, kde je to jen možné.

Aplikací digitálních protokolů při měření průtoku podle výsledků průzkumů přibývá, a to dokonce dvakrát až třikrát rychleji, než bylo v minulých průzkumech očekáváno (dotazy byly na Ethernet, Profibus-PA a Foundation fieldbus – viz obr. 3). Přesto průtokoměry komunikují a budou i nadále komunikovat především prostřednictvím „klasických“ rozhraní (4 až 20 mA, HART a 0 až 10 V). Komentář k průzkumu z roku 2000 označuje z pohledu používání průtokoměrů s digitální komunikací severoamerický trh za konzervativnější než evropský. Uživatelé v Evropě, vedeni obecně snahou udělat to lépe, přijímají novinky v oblasti průmyslové komunikace rychleji, zatímco americký přístup, jak to lze udělat lépe za méně, vede k větší zdrženlivosti (sotva existuje průtokoměr, který by nebylo možné vybavit komunikačním rozhraním, ale: „Koupí si americký zákazník k průtokoměru za 70 USD komunikační funkce za dalších 50 USD? Zpravidla ne.“).

Jak se nesplést při výběru průtokoměru

Vedle uživatelů dostali v rámci citovaných průzkumů slovo také reprezentanti dodavatelů průtokoměrů pro severoamerický trh. Byli požádáni, aby stručně doporučili uživatelům, čím by se měli řídit, aby vybrali skutečně vhodný průtokoměr a také maximálně využili jeho schopnosti. Zde jsou některá z doporučení:

• Jestliže průtokoměr nepracuje podle představ uživatele, nelze ho jednoduše označit za nefunkční. Nefunkční je přístroj, který se po vybalení vůbec nepodaří uvést do činnosti, což běžná průmyslová praxe toleruje asi v 1 % případů. Naprostá většina tzv. nefunkčních průtokoměrů ale pracuje, byť v určitém ohledu s nedostatečnou výkonností, většinou v důsledku nevhodné volby. Nelze zaměňovat pojmy nefunkční a nedostatečně výkonný (resp. nevhodný).
  [Bailey-Fischer & Porter Co.]

• Proč je nezbytné klást zásadní důraz na přesnost (nejistotu) průtokoměru? Odpovědí na tuto otázku je opět otázka:„A proč je třeba měřit průtok?“ Má-li měření průtoku přispívat efektivitě, kvalitě a bezpečnosti procesu, musí být dostatečně kvalitní. Průtokoměr se instaluje s očekáváním, že dosažené úspory budou větší než cena přístroje a náklady na jeho instalaci a provoz. Náklady vynaložené na průtokoměr, který funguje, aniž by měřil přesně, se nemusí vůbec vrátit.
  [Spitzer, D. W. in Practical Guides for Measurement and Control. Instrument Society of America, 1991.]

• Uživatelé by měli správně zvolit měřicí princip a rozměr průtokoměru podle aplikace, konfigurovat přístroj a uvést jej do chodu na dálku, sledovat technologické proměnné z hlediska trendů potvrzujících jeho správnou činnost a analyzovat nalezené změny s cílem vykonávat prediktivní údržbu. Tím mohou docílit rychlejšího vykonání inženýrských činností a uvedení technologie do chodu, kvalitnějších produktů a zkrácení prostojů, tj. celkově menších nákladů na výrobu.
  [Endress+Hauser]

• Pro volbu vírového průtokoměru je určující, stejně jako u ostatních typů, rozsah měřených průtoků a nikoliv světlost potrubí. U každého potrubí, zejména při vedení páry, se vyskytují mechanické vibrace a hydraulický šum. Kvantifikovat tyto jevy dříve, než je nainstalován průtokoměr, je velmi obtížné. V aplikacích s výskytem šumu, např. při měření průtoku páry, je třeba dimenzovat vírový průtokoměr tak, aby maximální měřený průtok nebyl menší než polovina horní meze měřicího rozsahu a minimální měřený průtok byl nejméně dvojnásobkem dolní meze měřicího rozsahu přístroje.
  [Foxboro/Invensys Process Systems]

• Nejčastější chybou je zvolit rozměr průtokoměru podle rozměru potrubí, a ne podle hodnot průtoku. Není-li měřicí metoda schopna obsáhnout současné i do budoucna uvažované průtoky, je třeba volit snímač s měřicím rozsahem odpovídajícím počátečním průtokům, a nikoliv těm, které potrubím potečou třeba až za pět let.
  [ABB Inc.]

• Málo doceňovaná je dosud ultrazvuková technika měření průtoku s použitím odnímatelných sond (elektroakustických měničů), umožňující postupovat způsobem instaluj a zapomeň. Sondy se jednoduše upevňují na vnější povrch instalovaného potrubí bez jakéhokoliv zásahu do něj. Několikakanálové ultrazvukové průtokoměry dovolují měřit také tep- lotu, viskozitu a rychlost šíření zvuku v médiu, a tudíž identifikovat, o jaký druh média jde.
  [Krohne]

• K nejdůležitějším údajům potřebným pro výběr průtokoměru patří rozsah hodnot měřených průtoků spolu s požadavky na přesnost, výstupní signál a zapouzdření měřidla a s údaji o potrubí.
  [Omega Engineering].

• Úspory pořizovacích i provozních nákladů lze dosáhnout při respektování těchto pěti doporučení:

  1. Měřením hmotnostního průtoku plynů a par se na minimum potlačí vlivy změn parametrů média na výsledek měření.
  2. Minimální tlaková ztráta znamená menší provozní náklady.
  3. Řešení bez impulsních potrubí je spolehlivější a levnější (s menšími náklady na instalaci a údržbu).
  4. Minimálních nákladů na instalaci se dosahuje při použití průtočných (on-line) průtokoměrů pro malé a zásuvných průtokoměrů pro velké průměry potrubí.
  5. Přímá diagnostika umožňuje zavést metody prediktivní údržby, což vede ke snížení provozních nákladů.
  
  [Emerson Process Management]

Závěr

Moderní konstrukce průtokoměrů vycházejí vstříc potřebám uživatelů, kteří v současné době požadují především spolehlivost, snadnou kalibraci, větší přesnost a možnost sledovat a ovládat chování průtokoměru na dálku. Klíčový význam pro úspěch při měření má etapa volby průtokoměru. Nároky při ní kladené činí z měření průtoku jedno z nejsložitějších technických měření vůbec.

Další podrobnosti z citovaných průzkumů lze nalézt v sekci Control Engineering Back issues na www.controleng.com.

(sk)