ST100 Series lưu lượng kế cao cấp theo công nghệ phân tán nhiệt

ST100 Series lưu lượng kế cao cấp theo công nghệ phân tán nhiệt Thử thách này đã được Fluid Components International (FCI) tiếp tục lắng nghe, tất cả các ý kiến đóng góp, mong muốn, phản hồi từ các khách hàng đã, đang và sẽ sử dụng thiết bị đã đều được FCI ghi nhận. Và cũng từ các phản hồi này, đội ngũ kỹ sư của FCI đã bắt tay vào quá trình nghiên cứu từ nhiều năm trước đây. Hiện họ đã cho ra mắt thế hệ tiếp theo về lưu lượng kế đo khí/gas theo công nghệ phân tán nhiệt. Đây không phải là điều quá ngạc nhiên đối với lưu lượng kế công nghệ nhiệt, công nghệ mà đã được áp dụng chủ yếu trong các phép đo lưu lượng khối lượng không khí/khí, khi nó đã có được vị trí một trong ba công nghệ lưu lượng phát triển nhất thế giới trong sáu năm qua và dự kiến sẽ được phát triển nhanh nhất, tạo tiền đề chuyển giao định hướng công nghệ cho 5 năm tiếp theo. Dòng sản phẩm lưu lượng kế theo công nghệ hiện đại này đã ngày càng được các kỹ sư công nghệ hàng đầu thế giới trong công đồng tự động hoá quá trình công nhận và áp dụng, một công nghệ đo trực tiếp lưu lượng khối lượng, cực kỳ hiệu quả, lại không cần bảo trì, là giải pháp có độ tin cậy cao với chi phí ban đầu thấp cho rất nhiều các ứng dụng lưu lượng khí khác nhau. Hình 1: Lưu lượng kế đo khí/ gas theo công nghệ phân tán nhiệt FCI ST100 Series Điều đáng ngạc nhiên ở đây là phần lớn các lưu lượng kế nhiệt trên thị trường hiện nay với các bộ phận đầu đo sensor và bộ phận điện tử xử lý tín hiệu đều được thiết kế và hình thành từ hơn 20 năm trở về trước với những hạn chế nhất định của nó. Trong khi hiệu quả trong khả năng đo lường cơ bản cũng như khả năng cung cấp các dữ liệu quá trình và thông tin chẩn đoán là vô cùng hạn chế. Các thiết kế này không có các khả năng xử lý cốt lõi, tốc độ bus hay các kết nối I/O để hỗ trợ cho các chuẩn truyền thông bus trường hiện đại ngày nay. Với các vi mạch cũ, các bộ chuyển đổi tương tự- số A/D và số-tương tự D/A đều rất hạn chế về sức mạnh tính toán cũng như độ phân giải mà do đó làm hạn chế các ứng dụng mà yêu cầu kỹ thuật tuyến tính hoá phức tạp để cải thiện cấp chính xác và độ phân giải đầu ra, đồng thời lưu giữ các thông số hiệu chuẩn và dữ liệu quá trình cùng với việc thực hiện chẩn đoán lỗi xảy ra. FCI đã định hình những nhu cầu kỹ thuật hiện đại và cao cấp này cho các nhà máy công nghiệp nói riêng và trong lĩnh vực đo lường lưu lượng khí quá trình nói chung, bằng cách phát triển một dòng lưu lượng kế nhiệt mới, dòng sản phẩm lưu lượng kế ST100 series. Hỗ trợ tuyệt vời các chuẩn truyền thông với khả năng chuyển đổi cao Bất cứ yêu cầu nào cho các đầu ra tương tự truyền thống như 4-20mA, tần số/xung, đầu ra rơ le cảnh báo hoặc các chuẩn truyền thông bus cấp cao như HART, Foundation™ fieldbus H1, PROFIBUS PA hay Modbus RS-485, thì lưu lượng kế ST100 Series là một giải pháp tối ưu (hình 1). Các yêu cầu này có thể sẽ thay đổi sau một thời gian hoạt động hoặc yêu cầu cần được nâng cấp, ST100 sau đó sẽ chuyển đổi ngay lập tức các yêu cầu này chỉ với thao tác đơn giản thay thế các card hiện tại bởi các kỹ thuật viên ngay tại hiện trường. Không những vậy, các phiên bản mới hoặc các cấu hình truyền thông cấp cao và firmware mới sẽ được cập nhật thông qua card giao diện truyền thông bus của ST100 mà không làm ảnh hưởng đến các thành phần khác. Thiết kế với khả năng chuyển đổi tại chỗ này đã xoá bỏ hoàn toàn khái niệm “thiết bị đã không còn sản xuất – obsolete ” hiện nay của các dòng sản phẩm, nó được xem như một cuộc cách mạng thực sự, một sự nâng tầm hoàn toàn mới trong lĩnh vực thiết bị đo lường lưu lượng. HART là một chuẩn truyền thông đã được tích hợp với các giao diện đầu ra tương tự. Tất cả các đầu ra đều có thể thay đổi bất cứ lúc nào. Tất cả các phép đo, bao gồm lưu lượng tức thời, lưu lượng tích luỹ, nhiệt độ và áp suất đều được cung cấp tại các đầu ra hoặc trên các cổng truyền thông bus của các model STP. Tất cả các lưu lượng kế ST100 cũng bao gồm 1 seri các cổng I/O qua một giao diện USB chuẩn để có thể kết nối trực tiếp với máy tính PC và một cổng Ethernet với địa chỉ IP được định sẵn, sẽ cho phép các kỹ sư dễ dàng truy cập và thực hiện các thao tác cài đặt. Cổng HART I/O của ST100 hoàn toàn tương thích với các phiên bản 7 mới nhất. Hiện nay ST100 cùng với tổ chức HART đang trong giai đoạn cuối cùng của việc thử nghiệm để được nhận chứng chỉ chứng nhận độc lập. ST100 cũng đã nhận được chứng chỉ chứng nhận từ tổ chức Foundation™ fieldbus và là một trong hai thiết bị đầu tiên đã được xác nhận đáp ứng các tiêu chuẩn về chẩn đoán tiên tiến nhất. Thông tin và dữ liệu Hình 2: màn hình cảm ứng LCD của ST100 Lưu lượng kế ST100 với thiết kế màn hình cảm ứng LCD độc đáo (hình 2) sẽ mang lại rất nhiều tiện ích với “các thông tin quá trình”. Các đồ họa, các chức năng tiện lợi, cùng màn hình cảm ứng LCD sẽ cung cấp hầu hết các thông tin quá trình một cách toàn diện nhất với màn hình hiển thị liên tục của tất cả các thông số đo lường và trạng thái cảnh báo, và khả năng liên tục kiểm tra chẩn đoán các lỗi. Các thông số hiển thị liên tục là lưu lượng tức thời, lưu lượng tổng, nhiệt độ, và trạng thái cảnh báo. Loạt model STP của seri ST100 cũng bao gồm chức năng đo lường áp suất, điều này đã giúp cho thiết bị instruments của FCI khẳng định vị thế là thiết bị lưu lượng kế nhiệt đầu tiên trên thế giới cung cấp cùng một lúc 3 biến quá trình là lưu lượng, nhiệt độ và áp suất. Việc thêm các chức năng đo lường được cả nhiệt độ và áp suất của FCI sẽ giúp cắt giảm chi phí cho việc đầu tư thêm các thiết bị đo lường độc lập cũng như việc đi dây cho các thiết bị này nhằm giảm thiểu tới mức thấp nhất chi phí ban đầu cho việc lắp đặt thiết bị. Thông số hiển thị cũng bao gồm dữ liệu chẩn đoán được tạo ra thông qua các cổng truyền thông bus. Các thông số chẩn đoán này được truy vấn thu thập từ xa và được khắc phục xử lý ngay khi phát hiện các lỗi bởi các kỹ sư FCI thông qua cổng kết nối Ethernet được tích hợp sẵn trong thiết bị. Một thiết kế chuẩn nữa trên tất cả các model ST100 nữa là chức năng thu thập dữ liệu (datalogger), có khả năng lưu trữ lên đến 21 triệu phép đo trong 1 card micro-SD 2 GB có thể tháo rời được. Nó có thể lưu trữ và truy cập lại tới năm nhóm hiệu chuẩn với việc mở rộng tiếp việc hiệu chuẩn đạt tới dải turndown 1000:1. Dải lưu lượng có thể xuống thấp từ 0.25 SFPS (0.07 NMPS) đến 1000 SFPS (305 NMPS) và cấp chính xác đạt tới ± 0.7% giá trị đọc, ± 0.5% toàn dải. (Đây là những dải turndown và cấp chính xác cao nhất đối với các lưu lượng kế theo công nghệ nhiệt hiện nay) Những tiến bộ vượt bậc và sự lựa chọn trong thiết kế cảm biến Với ST100, FCI cũng đã trở thành nhà sản xuất công nghệ cảm biến khối lượng nhiệt công nghiệp đầu tiên trên thế giới cung cấp tới 3 loại cảm biến khác nhau để đáp ứng tốt nhất các ứng dụng khác nhau của người dùng (hình 3). Kiểu FPC-Style là loại đáp ứng nhanh với các đặc tính ưu việt, tích hợp bộ điều tiết lưu lượng và phần bảo vệ đầu đo phù hợp với các môi chất khí nén và ứng dụng khí gas sạch. FB-Style là loại đáp ứng nhanh, được thiết kế cho các ứng dụng khí thông dụng với phần bảo vệ đầu đo, ngoài ra người dùng có thể lựa chọn thêm bộ hiệu chuẩn VeriCal™ in-situ của FCI. Với các ứng dụng mà môi chất khí ẩm ướt hoặc khí gas bẩn, hoặc lưu lượng bất thường, FCI cung cấp loại kiểu S-Style giúp người sử dụng có thể làm sạch đầu đo dễ dàng. ST100 Series bao gồm 2 dòng model sản phẩm chính là: ST STP. Dòng ST đo lường cả 2 thông số là lưu lượng khối lượng nhiệt độ, và dòng STP độc quyền với việc tích hợp thêm thông số thứ 3- áp suất. Cấu hình của STP đã đưa ST100 thành dòng lưu lượng kế nhiệt đầu tiên trên thế giới cung cấp cùng lúc 3 thông số quá trình rất quan trọng. Cả 2 dòng sản phẩm này đều bao gồm các model với thiết kế đầu đo sensor đơn và đầu đo sensor kép cộng với việc tích hợp thêm vào các lưu lượng kế này lựa chọn sáng chế độc quyền của hãng FCI -bộ hiệu chuẩn in-situ, VeriCal. ST100 có thể được hiệu chỉnh để đo lường bất kỳ khí quá trình nào, bao gồm khí ẩm ướt, hỗn hợp khí và khí dơ bẩn lẫn tạp chất. Thông số cơ bản của lưu lượng kế đo khí/gas loại đo cắm trực tiếp trên đường ống (insertion) với dải đo từ 0.25 SFPS tới 1000 SFPS (0.07 NMPS tới 305 NMPS) với cấp chính xác ± 0.75 giá trị đọc, ± 0.5 toàn dải. Cho các trường hợp lắp đặt thông thường, tất cả các phần thân cắm sensor đều được khắc lên 1 thước đo cộng thêm với việc tích hợp ren côn có thể trượt trên thân cắm, thước đo Hình 3: các dạng đầu đo và ren côn này sẽ giúp cho các kỹ sư, cán bộ kỹ thuật dễ dàng xác định chính xác chiều dài phần sensor ngập trong ống. Chiều dài này cần đảm bảo sao cho đầu đo sensor được đặt ở chính giữa tâm ống (center-line) để giúp tối ưu hoá việc tiếp xúc giữa 2 đầu sensor với dòng khí đi qua. Điều này sẽ đảm bảo cho phép đo, độ chính xác và lặp đọc là chính xác nhất. Hình 4: Lưu lượng kế STP với việc tích hợp thêm bộ hiệu chuẩn in- situ, VeriCal. Lựa chọn đầu đo kép, cho mục đích kép Các model ST102, ST112, STP102 và STP112 là các dòng lưu lượng kế có hệ thống đầu đo kép có thể dùng trong các ứng dụng chế độ đo lấy giá trị trung bình của 2 điểm đo hoặc trường hợp 2 điểm đo riêng biệt và độc lập rồi cùng đưa về hiển thị chỉ trên một transmitter hiển thị từ xa duy nhất.(hình 6). Thiết kế hệ thống đầu đo kép này sẽ tiết kiệm rất nhiều chi phí khi mà như thông lệ ta sẽ cần đến hai hệ thống đầu đo và hiển thị riêng biệt. Cấu hình 2 trong 1 Hai đầu đo cùng chia sẻ một transmitter hiển thị – một khái niệm duy nhất và hoàn toàn mới được đưa ra bởi FCI. Các nhà máy hay các ứng dụng khác nhau có thể thực sự cắt giảm được 25% chi phí Hình 5: Thước đo và ren côn được tích hợp trên tất cả các dòng sản phẩm FCI ban đầu hoặc hơn thế nữa khi sử dụng thiết kế độc đáo 2 đầu đo đưa tín hiệu về cùng 1 transmitter hiển thị này. Phần kết nối quá trình của các đầu đo và việc hiệu chỉnh có thể tương tự nhau hoặc hoàn toàn độc lập và khác nhau. Mỗi đầu đo sẽ đều được kiểm soát và có các giao diện “đầu- cuối” trên bảng mạch điện tử trong transmitter. Bất kỳ đầu ra tương tự 4-20mA hay đầu ra rơle nào cũng đều được tích hợp cho từng đầu đo sensor. Màn hình cảm ứng LCD có thể được cài đặt hiển thị thông số đo lường của từng đầu đo, việc hiển thị của 2 đầu sensor này sẽ được người dùng tự cài đặt theo yêu cầu công nghệ hoặc sẽ được chuyển đổi hiển thị một cách tự động. Trong việc kết nối các cổng truyền thông bus, tất cả các dữ liệu từ 2 đầu sensor này sẽ liên tục được truyền qua các bus này. Điều này thậm chí còn mang đến sự tiết kiệm nhiều hơn bởi chi phí cho các cổng truyền thông bus sẽ được cắt giảm khoảng 50%, việc nối dây bus cũng vì vậy giảm xuống chỉ còn 50% trong khi chỉ cần đến một nửa số node như bình thường. Hệ thống 2 đầu đo lấy giá trị trung bình Những ứng dụng mà liên quan đến việc lắp đặt tại các kích thước đường ống từ 16 inches [406 mm] hoặc lớn hơn thì cấp chính xác và độ lặp đọc thực sự sẽ được cải thiện và nâng cao bởi việc lấy giá trị đo trung bình từ hau đầu đo. Các nhiễu loạn, hay dòng chảy rối loạn, hoặc trạng thái dòng lưu lượng khí thường xuyên thay đổi sẽ làm giảm độ chính xác của thông số đo được đối với trường hợp chỉ một đầu đo. Trong nhiều trường hợp, các nhà máy đôi khi không thể điều chỉnh đường ống công nghệ để có thể lắp đặt tại mọi điểm các đường ống luôn chạy thẳng với trạng thái dòng khí được điền đầy ống, đặc biệt là đối với các đường ống lớn. Models ST102, ST112, STP102 và STP112 sẽ khắc phục hoàn toàn các mối lo ngại về các trạng thái dòng khí này với chỉ một hệ thống đơn giản và cực kỳ kinh tế - “hệ thống đầu đo kép lấy giá trị trung bình”. Phần transmitter điện tử sẽ lấy trung bình tín hiệu đầu vào từ 2 đầu đo độc lập thành chỉ 1 đầu ra. Mỗi đầu đo có thể cấu hình độc lập các phần chiều dài thân cắm sensor và kết nối quá trình để có thể lắp đặt vào các vị trí một cách linh hoạt nhất. Một đầu đo chỉ cần đo và lấy tín hiệu, đầu đo còn lại có thể được tích hợp luôn với phần transmitter hiển thị tại chỗ, hoặc cả hai có thể được cấu hình theo kiểu hiển thị từ xa (remote) đo và cùng đưa tín hiệu về transmitter hiển thị ở một vị trí khác. Phần transmitter hiển thị này sẽ cung cấp các thông tin độc lập cho từng đầu đo, điều này sẽ tiết kiện được rất nhiều thời gian khi cần thực hiện kiểm tra hiệu chuẩn. Khả năng hiệu chuẩn vượt trội Hình 6: hệ thống đầu đo kép lấy giá trị trung bình của ST100 series Trong khi việc hiệu chuẩn một nhóm đơn giản cũng cần có đủ các thao tác, thì ST100 series có thể cung cấp tới 5 nhóm hiệu chuẩn. Phụ thuộc vào các ứng dụng yêu cầu hiệu chuẩn khác nhau, mà đặc tính này có thể tiết kiệm rất nhiều thời gian và chi phí quan trọng. Một vài ví dụ như: l Mở rộng dải đo: Mở rộng dải turndown lên tới 1000:1 hoặc cho rất nhiều dải đo khác nhau cho các khí như nhau để tối ưu hoá cấp chính xác và độ phân giải dưới các điều kiện hay thay đổi. Điều này đặc biệt có ích với các khí thải, khí mà luôn yêu cầu cả dải lưu lượng thấp ở điều kiện hoạt động bình thường và sự rò rỉ khí, và cũng như với dải đo rất cao khi các thiết bị upset. Việc hiệu chuẩn được rất nhiều nhóm thông số này sẽ tiết kiệm rất nhiều chi phí thay vì phải sử dụng nhiều lưu lượng kế khác nhau. l Hỗn hợp các khí khác nhau trong các dòng khí tương tự nhau: Việc hiệu chuẩn được hỗn hợp các khí khác nhau cùng song song tồn tại sẽ tối ưu hoá cấp chính xác phép đo lưu lượng trong cùng đường ống hay đặc tính theo mùa ảnh hưởng đến các khí quá trình (ví dụ: khí thải nhóm 1 là 65% CH4, 35% CO2; Nhóm 2 là 62% CH4, 38% CO2). l Các khí khác nhau: thay vì phải dùng đến các thiết bị cầm tay hay lắp đặt tạm thời cho các ứng dụng đa dạng khác nhau, FCI có thể đo và hiệu chuẩn cho cùng lúc nhiều khí khác nhau, điều này sẽ giảm thiểu thiết bị vật tư dự phòng trong các nhà máy với rất nhiều điểm đo và ứng dụng yêu cầu khác nhau. Ví dụ các nguồn nhiên liệu kép (khí thiên nhiên và propane, khí Biogas (CH4, CO2, H2S, O2, N2,) ST100 được calib hiệu chuẩn trong phòng thí nghiệm hiệu chuẩn tiêu chuẩn của FCI, dùng phương pháp so sánh với khí tương đương, một phương pháp rất điển hình đang được sử dụng trên khắp thế giới. Các lưu lượng kế nhiệt của FCI được hiệu chuẩn đúng với các điều kiện quá trình thực tế mà thiết bị sẽ được lắp đặt, điều này nhằm đảm bảo hiệu quả trong việc đạt tới cấp chính xác cao nhất, với dải calib sát nhất với dải đo thực tế. Với hơn 40 năm kinh nghiệm về thiết bị lưu lượng, FCI đang có những phòng thí nghiệm và phân tích lưu lượng hàng đầu thế giới. Tất cả các thiết bị thí nghiệm được Viện tiêu chuẩn quốc gia (NIST) chứng nhận, cũng như được cấp chứng chỉ ISO 9001:2000 và AS9000 compliant. Các phòng thí nghiệm cũng đạt các tiêu chuẩn MIL-STD-45662A và ANSI/NCSL-Z-540 Phòng thí nghiệm hiệu chuẩn lưu lượng của FCI có khả năng hiệu chuẩn các dải lưu lượng thấp xuống 0.001 SCFM (0.00017 NCMH) tới dải đo vượt quá 5000 SCFM (8500 NCMH) và cao hơn nữa cho các đường ống vượt trên 10 inches (250 mm). Các ứng dụng hiệu chuẩn có thể được thực hiện với dải nhiệt độ từ -100 °F tới +1000 F (-73 oC tới 538oC) và áp lực từ 0 psig tới 1000 psig (0 atmospheres tới 68 atmospheres) Thiết kế đạt các chứng chỉ chứng nhận cho các vị trí khắc nghiệt nhất Lưu lượng kế ST100 được thiết kế cho các ứng dụng quá trình và điều kiện làm việc khắc nghiệt nhất. bao gồm nhiệt độ lên tới 850 ºF (454 ºC). Khoảng cách cho cấu hình đo và hiển thị từ xa lên tới 300m. Tất cả các dòng sản phẩm ST100 series đều được chứng nhận cho toàn bộ thiết bị, đầu đo sensor, bảng mạch điện tử/ transmitter và hợp bộ bảo vệ enclosure. Các Chứng nhận bao gồm: FM và FMc: Class 1, Division 1, hazardous locations, Groups B, C, D, E, F, G; ATEX và IECEx: Zone 1, II 2 GD Ex d IIC T4. Hợp bộ bảo vệ enclosure đạt cấp bảo vệ NEMA 4X/IP67 và là lưu lượng kế nhiệt duy nhất với 4 cổng đầu vào cáp cung cấp cách ly dây nối và tín hiệu toàn vẹn nhất. Một đặc tính ưu việt nữa của dòng ST100 series là bảng mạch điện tử thông minh với việc tích hợp các phím bấm được lập trình kích hoạt theo nguyên lý quang học, màn hình hiển thị số dạng cảm ứng. Trong những môi trường điều kiện làm việc khắc nghiệt, không cần mở thiết bị ra mà các kỹ sư vẫn có thể thực hiện các thao tác cài đặt lưu lượng kế thông qua mặt kính cảm ứng. Điều này cũng có nghĩa thiết bị không cần phải di chuyển thiết bị đến nơi khác để thay đổi các thông số cài đặt. Kết luận Với các lựa chọn linh hoạt các đầu ra trên một loạt các model lưu lượng kế khối lượng theo công nghệ nhiệt, tương thích với các phương thức truyền thông số cộng thêm sự linh hoạt trong việc thay đổi các phương thức này một cách dễ dàng, các dòng sản phẩm ST100 thực sự sẽ tạo nên một cách nhìn, một cách đánh giá hoàn toàn mới. Thiết bị lưu lượng kế thông minh có khả năng đo lường cùng lúc 3 biến quá trình – lưu lượng, nhiệt độ và áp suất- cùng với tích hợp chức năng thu thập dữ liệu sẽ cung cấp cho các kỹ sư công nghệ với tất cả các dữ liệu họ cần chỉ bởi với 1 thiết bị đo duy nhất. Thêm vào danh sách các chức năng thông minh của ST100, đó là màn hình hiển thị số LCD trên nền đồ hoạ qua màn hình cảm ứng, kết hợp việc hiệu chuẩn đa nhóm chức năng, hiệu chuẩn nhiều khí cùng một lúc, hiển thị thông số của nhiều nhóm khí trên cùng một màn hình. Có thể nói ST100 series đã thực sự làm nên một cuộc cách mạng về lĩnh vực thiết bị đo lường lưu lượng, là dòng sản phẩm đầu tiên trên thế giới sau hơn 20 năm sau ngày đầu tiên công nghệ nhiệt góp mặt vào ngôi nhà chung đo lưu lượng thế giới, đã đánh dấu một bước ngoặt lịch sử trong thế kỷ 21 trong việc xoá bỏ mọi rào cản về tính tương thích truyền thông công nghiệp. Góp phần tạo nên cái nhìn về 1 dòng thiết bị đo lường thông minh hơn, một thiết kế sáng tạo hơn và trên hết sẽ mang lại những hiệu quả thực sự làm tăng hiệu suất hoạt động của nhà máy và giảm thiểu tối đa các chi phí hoạt động không cần thiết. q