Yokogawa Akış Ölçüm Çözümleri

👤Güven Ayyıldız, Satış Mühendisi - BEST AŞ
1. Vortex tipi akış ölçer Vortex akışölçer sıvı, gaz ve buhar ölçümleri için geliştirilmiş olup enerji, petro-kimya, LNG ve su-atık su endüstrisinde sıklıkla kullanılır. Yokogawa Vortex çalışma prensibi Volumetrik akışı ölçebilen Vortex debimetrelerin ölçüm prensibi, shedder bar tarafından oluşturulan ‘Karmen Vortex’lerin frekansının akış ile doğru orantılı olması prensibine dayanır. Sheddar barın oluşturduğu girdaplar, sheddar bar etrafında alçak ve yüksek basınç hatları oluşturur. Bu da shedder bar üzerinde akışa dik yönde bir bending moment oluşturur. Oluşan mekanik kuvvet akışkan ile temas etmeyen 2 çift piezo kristal sensörü zıt yönde kutuplandırarak mekanik stresi elektriksel sinyale dönüştürür. Hattan gelen titreşimler Şekil 1’de gösterildiği üzere 3 vektöre ayrılabilir. Bu vektörler sırasıyla akış yönünde, yukarı yönde ve akışa dik yönde oluşur. Yukarı yönde ve akış yönünde hattan gelen titreşimler, kullanılan pioze sensör yönelimleri sayesinde direkt olarak elimine edilir. Vortex sinyalleri ile hat titreşimlerinden oluşan sinyaller (Lift yönünde) ise Yokogawa’nın özel patentli ANS teknolojisi ve ardından CPU’da işlenmeden önce SAF (The Spectral Adaptive Filter) filtre sistemi ile sinyaller üzerine spektral analiz yaparak bir kez daha gürültü sinyalleri temizlenir. Yokogawa SSP (Spectral Signal Processing (ANS+SAF) patentli teknolojisi (Şekil 1.1) ile mükemmel bir çıkış sinyali almak mümkündür. Düzeltilmiş kütlesel akış ölçümü Opsiyonel olarak seçilebilen shedder bara gömülü PT1000 sıcaklık elemanı (Şekil 1.2) ile Yokogawa Multi-Variable Vortex debimetreler, doygun buhar için sıcaklık-basınç kompanzasyonu ile, kızgın buhar, gaz ve sıvı ölçümleri için ise sabit basınç altında sıcaklık kompanzasyonu ile düzeltilmiş kütlesel akışı içine yüklenen tablolar ve formüller sayesinde hesaplayabilmektedir. Böylelikle kullanıcı eş zamanlı olarak debimetrenin pulse çıkışından toplam kütlesel akış, analog çıkıştan ise ister sıcaklık isterse akış bilgisini hem eş zamanlı sinyal olarak alabilir hem de debimetrenin dijital ekranında görebilir. Geleneksel buhar ölçümünde ise düzeltilmiş akışa geçebilmek için fark basınç transmiteri, gauge basınç transmiteri, akış bilgisayarı, sıcaklık elemanı ve primer eleman gerekecektir. Şekil 1.3’te geleneksel buhar ölçümü ile Yokogawa MV Vortex gösterilmiştir. Kendinden redüksiyonlu Vortex debimetre Reduced Bore Vortex ile geleneksel Vortex debimetrelerin ölçebileceği minumum akıştan 5 kat daha düşük akışları hatta redüksiyona gitmeden (flanş bağlantı ölçülerinin yarısına kadar) kendinden redüksiyonlu ve fazladan boş boru mesafesi gerektirmeyen R1 ve R2 opsiyonu (Şekil 1.4) ile işçilik maliyetlerini azaltarak güvenli ölçümler yapmak mümkündür. Dual sensör ile yüksek güvenlik LNG, petro-kimya gibi kritik kontrol ve SIL2 uygulamaları için Yokogawa Dual Sensör flanşlı ve kaynaklı modelleri (Şekil 1.5) ile güvenli ölçümleri garanti eder. Böylece üretici tek bir noktadan 2 çıkış sinyali alarak sisteminin güvenliğini sağlamış olur. 2. Rotametre Yokogawa Rotametreler 1/4‘’ lik hatlardan 6‘’ hatlara, flanşlı, dişli, nozzle veya cutting ring bağlantı tipleri ile 0,0025 l/h’den 1400 m3/h akış rangeleri ve -180’den 370°C’ye kadar olan sıcaklık aralıklarıyla ister manuel ister elektronik yapısıyla sıvı, buhar ve gaz ölçümlerinde kullanılabilir. Yokogawa Rotametreler metal, cam ve plastik olarak 3 kısma ayrılır. Metal Rotametreler Yokogawa Rotametreler DN150’lik hat çaplarına kadar olan seçenekleriyle yüksek debili akışlar için uygundur. Soğuk şekillendirme yöntemi ile üretilmiş tüp yapısı ve tok malzemeden yapılmış şamandıra malzemesi ile agresif, korozif akışkanlara, yüksek hat basınçlarına ve sıcaklıklarına dayanıklıdır. Ayrıca istenildiği taktirde HART, Profibus veya 4-20 analog çıkış almak mümkün olup toplam ve anlık akış indikatörden okunabileceği gibi çıkış sinyali olarak da alınabilir. SIL2 sertifikasına sahip metal rotametreler tehlikeli sahalarda da kullanılabilir. Float Blockage Detection System (Patentli Yokogawa teknolojisi) Patentli bu sistem ile çıkış sinyalindeki dalgalanmanın şamandıra hareketinden mi yoksa ölçümdeki hatadan mı kaynaklı olduğunu anlayarak hata kodu ile müşteriyi hatalı çıkış sinyali almadan uyaracaktır. Eğer ölçüm sinyali tanımlı zaman aralığında auto-zero değerini geçemez ise rotametre bunu blokaj olarak algılayacak ve hata (08) kodunu oluşturacaktır. Cam ve plastik akış ölçerler Yüksek korozif, düşük debili akışlar için uygun olan cam ve plastik rotametreler özellikle laboratuvar, örneklem sistemleri ve deneysel düzenekler için müşteriler tarafından tercih edilir. Özel diyagonal notch yapısı ile tüp ve şamandıra arasındaki sürtünme kuvveti elimine edilerek yüksek hassasiyetli (%1.6) ve stabil ölçümler yapmak mümkündür. 3. Çift uyarımlı Yokogawa manyetik akış ölçerler Manyetik akış ölçerler, gıda ve ilaç sanayiinde kültür ve saf su ölçümlerinde, kağıt sanayiinde hamur ölçümünde, demir-çelik, enerji, kimya sektöründe soğutma suyu ölçümlerinde ve su-atık su sektörlerinde başlıca kullanılan akış ölçer tipidir. Yokogawa firması; minimum 1µS/cm iletkenlikli akışlar için çift frekans tahriklemeli AXF modeli, 2 telli teknolojisiyle ek enerji kaynağına ihtiyaç duymayıp loop kontrolden beslenen AXR (çift frekans tahrikleme) modeli, su ve atık su sektörü için geliştirilmiş RXF modeli ve zor prosesler için 0.01 µS/cm iletkenliğe kadar ölçüm yapabilen seramik kaplı kapasitif tahrikleme sistemine sahip CA modeli ile müşteriye, prosesine uygun seçenekler sunmaktadır. Yokogawa çift frekans tahrikleme sistemi Tahrikleme frekansı (Hz) ile gürültü sinyali (dB) arasında ters bir orantı mevcuttur. Grafiğe göre tahrikleme frekansı arttıkça gürültü sinyali azalmaktadır. Geleneksel manyetik akış ölçerler 2 tip tahrikleme sistemi kullanırlar. Bunlar AC ve DC tahriklemelerdir. DC tahriklemede; 6.25, 12.5, 25 Hz gibi düşük frekanslar kullanan geleneksel manyetik akış ölçerler yüksek viskozlu ve katı partikül içeren akışlarda, partiküllerin elektrot yüzeyine çarpmasıyla oluşan gürültü sinyallerini elimine edemeyeceği için hata sinyali üretirler. AC tahriklemeye sahip diğer geleneksel manyetik akış ölçerler ise iyi bir sinyal gürültü oranı (S/N) yakalamalarına rağmen kararlı bir çıkış sinyali üretemeyecekleri için sıfır kaymasından ödün vermiş olurlar. Yokogawa tahrikleme sisteminde (Yokogawa innovasyonu) AC ve DC tahriklemeyi bir arada kullanan çift frekans tahrikleme (75 Hz(AC) + 6.25 Hz(DC)) ile hem sıfır kararlılığını yakalamış, hem de gürültü sinyallerini elimine ederek temiz bir çıkış sinyali (6.25 Hz göre 10 kat daha az gürültü) elde edilmesine olanak sağlamıştır. Ayrıca opsiyonel olarak sunulan gelişmiş çift frekans tahrikleme ile çok yüksek viskozlu ve düşük iletkenliğe sahip akışkanlar için sıfır kaymasından ödün vermeden (75 Hz göre 2.5 kat daha az gürültü) 165 Hz gibi yüksek frekansta tahrikleme sağlar.Yokogawa elektrot yapısı ve kaplama teknolojisi Akış ile elektrot yüzeyi ve akış ile kaplama arasındaki sürtünme kuvveti gürültü sinyali olarak ortaya çıkar. Yokogawa manyetik akış ölçer dışarı taşmayan elektrot yapısı sayesinde partiküllerin elektrot yüzeyine çarpmasıyla oluşacak olan gürültü sinyalleri olasılığını elimine eder. Opsiyonel olarak seçilebilen mirror finished parlatma (Şekil 3.1a-1b) opsiyonu ile hem yapışkan akışkanın kaplamada kalması engellenir, hem de akıştan kaynaklanan gürültü seviyesi düşürülür. Yokogawa’nın bu tip prosesler için uygun olan PFA teflon kaplaması, enjeksiyon kalıplama yöntemi ile elde edilmiştir. Geleneksel manyetik akış ölçerlerde ise kaplama pompa ve valften kaynaklanan hatalara duyarlıdır. Yokogawa PFA, karemsi bir örgüye sahip olan kaplama yapısı ribar gibi davranan PFA teflon malzemeyle güçlendirilmiştir. Bu sağlam yapı, alttaki kaplama malzemesi PFA’yı vakum durumunda çökmelerden korur. Enjekte edilmiş PFA kaplamasının kalınlığı, dayanıklılığı katı partiküller içeren, agresif ve korozif uygulamar için idealdir. Ayrıca kaplamanın uzun ömürlü olması için bağlantı noktaları arasına metal topraklama halkaları kullanılabilir. Bu, kaplamanın akışkan tarafından kaldırılmasını engeller. (Şekil 3.2 ve 3.3) Yokogawa seramik kaplı akış ölçerler kaplamasında %99.9 Al2O3 kullanılmıştır. Gelenekselde ise bu oran %99.7 seviyesindedir. Termal şok kapasiteleri düşünüldüğünde bu oran göz ardı edilemez. Yine kullanılan Platinum-Alimuna elektrot sinterleme yoluyla sıkı geçme (Şekil 3.4) yapılmış olup termal genleşme katsayısı kaplama malzemesiyle aynı tutularak elektrot-kaplama arasından sızıntı ve termal gerilimlerden kaynaklı çatlak oluşumları engellenmiş olur. Çıkarılabilir elektrot yapısı Yüksek viskozlu, yapışkan akışlar elektrot yüzeyini kaplamasıyla bilinir. Böyle bir durum oluştuğunda, çıkış sinyali sıfıra (0) veya alarm seviyesine (boş tüp) gelecektir. Tamir sürecinde ise elektrot yüzeyinin temizlenmesi için akış tüpü hattan çıkarılacak ve elektrot yüzeyi temizlenecektir. Bu da hattın uzun süre durması ve sonuç olarak maliyet kaybına yol açması demektir. Admag manyetik akış ölçerler ise opsiyon olarak çıkarılabilir elektrot dizaynı (Şekil 3.5) sayesinde akış tüpünü hattan sökmeden elektroda bakım yapma olanağı sağlayacaktır. Gelişmiş diyagnostik fonksiyonu Ayrıca gelişmiş diyagnostik fonsiyonu sayesinde Yokogawa’nın gelişmiş elektrot devresi (Şekil 3.6) elektrot üzerindeki kaplama seviyesini ölçmeye yarar. Ekran üzerinde 4 seviyeden oluşan bu gösterimle elektrot zamanla kaplamaya maruz kaldıkca kademe artacaktır. Kişisel olarak belirlenen bir seviyede bakım yapılacaktır; bu durum, kullanıcıya hatalı çıkış sinyali almadan akış ölçere müdale etme olanağı sağlacaktır. Dünyanın ilk ve tek çift frekans tahriklemeli 2 telli manyetik akış ölçeri Yokogawa AXR dünyanın ilk 2 telli manyetik akış ölçeridir. Geleneksel 4 telli modellere göre yaklaşık olarak 40 ila 100 kata kadar enerji tasarrufu sağlarken hafif partiküllü sıvılarda 4 telli teknolojiler ile aynı performansı gösterecektir. Bir loop bağlantı ile kontrolöre ek bir enerji kaynağı gerektirmeden bağlanabilir. AXR’de iyi bir S/N oranını düşük akımla yakalayabilmek için süper yüksek yoğunluklu sarım (Şekil 3.7) kullanılır. Böylelikle düşük akımda bile yüksek tahrikleme frekansı elde edilmiş olur. 4. Coriolis tipi akış ölçer Fark basınç transmitteri, vortex, elektromanyetik veya değişken kesitli akış ölçerler ile kütlesel akış yapmak istendiği zaman, eğer hatta basınç ve sıcaklık değişken ise bu değerler kompanze edilerek kütlesel akışa geçilmesi gerekmektedir. Ayrıca diğer akış ölçerlerde olduğu gibi, belirli bir iletkenlik (manyetik akışölçerler) ya da tek fazlı akış olması gibi kıstaslar coriolis akış ölçerde geçerli değildir. Rotamass sıvı, gaz ölçümlerinin yanında çoklu faz (süspansiyon, emisyon, çözelti), hatta sıvı-gaz karışımlarını da ölçebilecek kabiliyete sahiptir. Rotamass serisi ile sadece kütlesel akış değil, bunun yanında yoğunluk, sıcaklık değerlerini ve smart konverter yapısı ile bu değerlerden türetilen konsantrasyon, hacimsel ya da net akış değerlerini ölçmek mümkündür. Rotamass serisi, standart olarak sunulan 2 analog, 2 pulse çıkışı ile bu değerleri eş zamanlı olarak kontrol etme imkanını sunacaktır. Rotamass çalışma prensibi Çift tüp kullanan Rotamass serisi içerisinden akış geçmez iken, 150Hz gibi optimum bir frekansta manyetik tahrikleyici vasıtasıyla titreşir. Bu titreşimler tüp üzerinde bulunan 2 adet sensör tarafından eş zamanlı olarak algılanır. Akışkan tüp içerisinden geçmeye başladığında akış tüpünün giriş ve çıkışında zıt yönlü coriolis kuvvetleri oluşacaktır. Oluşan kuvvet çifti bükülme açısı meydana getirecek ve bu açı miktarı (sensörlerin algılama zamanları farklı) bir faz farkı meydana getirecektir. Oluşan faz farkından kütlesel akışa, titreşim frekansından ise yoğunluk ölçümüne geçiş yapılacaktır. Şekil 4.1’de sensör ve tahrikleyici yerleşimi ve ölçüm prensibi sırasıyla gösterilmiştir. Coriolis kütlesel akış ölçerlerin ölçüm prensibi birbirine benzemekle birlikte Rotamass serisi üstün özellikleri ile diğerlerinden ayrılır. Box in Box ve optimum tahrikleme Coriolis kuvvetinin oluşabilmesi için tüplerin akış yönüne dik yöndeki kuvvet tarafından titreşiminin sağlanması gerekecektir. Bu yüzden tüp titreşimleri harici kuvvetlerden (flanş bağlantıları arasında yanlış yönelim) veya hatta meydana gelebilecek titreşimlerden (pompa veya kompresör kaynaklı) etkilenebilir. Yokogawa’nın patentli ‘Box in Box’ teknolojisi ile ölçümü bozacak olan titreşimler sensöre uğramadan flanştan flanşa taşınır. Bir hatta pompa veya kompresör kaynaklı titreşim frekansı 20 ile 50 Hz aralığındadır. Böylelikle 2 frekans birbiriyle karışmayacak; temiz bir çıkış sinyali alınmış olacaktır. Diğer bir nokta ise geleneksel yüksek tahrikleme frekansı (300...1100 Hz) kullanan kütlesel akış ölçerlerde göre çoklu faz akışkanlarda (su-yağ, süt vb.) fazlar birbirinden ayrılabilir ve ya komplex yapı bozulabilir. Optimum titreşim frekansıyla (150 Hz) Rotamass serisinde istenmeyen bu tip olaylar gözlenmez. Mükemmel hassasiyet ve geniş ölçüm aralığı ve 0,0005 g/cm3 hassasiyette yoğunluk ölçümü Genel olarak coriolis kütlesel akış ölçerler diğer akış ölçerlere göre geniş bir rangeability (maksimum akışın, minimum akışa oranı) değerine sahiptirler. Coriolis akış ölçerlerin rangeability değeri sıfır kararlılığına bağlıdır. Rotamass serisinin sıfır kararlılığındaki hata o kadar küçüktür ki düşük akışlarda bile mükemmel hassasiyet sağlar. Şekil 4.3’te %0,2 hassasiyetli geniş ölçüm aralığına sahip akış grafiği gösterilmiştir. Akış değeri nominal akışa ulaştıkça hassasiyet %0,1 değerlerine ulaşmıştır. Eğer yüksek hassasiyetli yoğunluk ve sıcaklık ölçümleri yapılabilirse yoğunluk ve sıcaklık değerlerine bağlı konsantrasyon ve volumetrik akış ölçümleri de yüksek hassasiyetle yapılmış olur. Rotamass serisi 0,008.....0,0015 g/cm yoğunluk ve %0,5 °C hassasiyetle ve opsiyonel olarak seçilebilen 0,0005 g/cm gibi çok yüksek hassasiyetlerde ölçüm yapabilmektedir (Şekil 4.5). 1/4’’ den 8‘’ kadar çaplarda, flanşlı dişli veya klemp bağlantı tipli seçenekleri, integral veya remote konverter yapısı, -200 .....350°C arası çalışma sıcaklığı, prosese uygun malzeme seçeneği ve 285 bara kadar dayanıklı ölçüm tüpü gibi özellikleri Rotamass akış ölçerlerde bulabilirsiniz. Son olarak petrolden süt endüstrisine kadar ve ya sıvılaştırılmış gaz ölçümlerinden eriyik zift ölçümlerine kadar Rotamass serisi hassasiyet ve kararlılıktan ödün vermeden ölçüm yapabilme yeteneğine sahiptir.