Av: Rita Refvik, Endress+Hauser
Teknologien er kjærkommen for utfordrende trykkmålinger, og stiller selvsagt krav til korrekte beregninger og god installasjon.
Diaphragm seals brukes i 30 prosent av alle trykkmålinger i prosessindustrien, og er en nødvendighet ved meget høye temperaturer, kraftige vibrasjoner eller tøffe medier. God kjennskap til prosessen og omgivelsene er viktig i valget av riktig løsning.
Buffer mot prosessen
Et Diaphragm Seal skiller sensorenheten fra prosessmediet. Et membran møter prosesstrykket, som så overføres via olje til sensoren. Det kan enten være montert direkte på sensoren, eller atskilt; med et kapillærrør mellom dem. Oljemengden er meget nøye beregnet. Og diaphragm seal og tilkobling til transmitter er hermetisk forseglet.
Både trykk- og differansetrykkmålere brukes med diaphragm seal. Hele enheten med diapragm seal, eventuelt kapillærrør samt transmitter, kalles et diaphragm seal system. Kalibrering gjøres når alt er satt sammen.
Kompetanse
Ved beregning og dimensjonering av Diaphragm Seal systemer, er det utvilsomt nyttig å kjenne til de fysiske prinsippene som påvirker en slik måling, inklusiv følgende parametere:
- fylloljens egenskaper og volum
- kapillærrørets lengde og indre diameter
- prosessens- og omgivelsestemperatur
- prosessens statiske og dynamiske trykk
- prosesstilkoblingens diameter og membranets stivhet
- korrosjonsbestandighet
Temperaturendring = nullpunktsendring
Membranets størrelse og materiale, sammen med oljevolum og oljens termiske egenskaper, bestemmer bruksområdet. La oss begynne med oljen. Enhver olje har en temperaturkoeffisient. Dvs. at en temperaturendring, både i omgivelser og i prosessen, fører til en volumendring. Temperaturkoeffisienten, Tk, er et mål på denne volumendringen, og er forskjellig for ulike typer oljer. Volumendringen er selvsagt også avhengig av mengden olje i systemet.
Dette er viktig å ta med i beregningen av applikasjonen, da valg av olje avgjøres av prosessens temperatur og type medie, og ikke av oljens Tk.
Viktig membran
Så langt oljen. Som tidligere nevnt, spiller også membranet en viktig rolle her. Avhengig av membranets diameter, materiale, eventuell coating, tykkelse og form, har det en bestemt stivhet. Og jo stivere membranet er, jo hardere vil det reagere med en motkraft på oljens endrede trykk på membranet, ved en temperaturbestemt volumendring. Det igjen fører til et endret trykk på sensoren (i tillegg til prosesstrykket) og skaper et nullpunktsavvik.
For å oppnå en måling, med minst mulig nullpunktsendring, er det derfor viktig å ta følgende hensyn ved valg av diaphragm seal system:
- valg av prosesstilkobling
- eventuelt kapillærrør (dersom i bruk)
- montasje
Et stort membran har mindre stivhet enn et lite, og en prosesstilkobling fra DN80/3” bør velges dersom det er mulig prosessteknisk. Dersom det er nødvendig med en liten diameter på prosesstilkoblingen, kan nullpunktsavviket delvis kompenseres med mindre diameter og kortere lengde på eventuelle kapillærrør.
Mindre diameter gir imidlertid en lengre responstid! En nullpunktsendring, ved stabil temperatur, kan imidlertid kompenseres for.
Responstiden
Oljens viskositet samt kapillærrørets lengde og indre diameter påvirker friksjonen. Jo større friksjon, jo lenger responstid.
Alle husker vel barnelærdommen om egget som må kokes lengre på Galdhøpiggen (pga. lavere kokepunkt i den tynne luften), enn på Sørlandets svaberg. Husk at samme fysiske lover gjelder for oljer. Kombinasjon vakuummåling og høye temperaturer kan være vanskelig, og en nedre grense på 50mbar a (absolutt) er gjerne vanlig for trykkmåling med diaphragm seal.
Omgivelsestemperatur
Prosesstemperaturen har en stor innflytelse på oljens volum. Men for applikasjoner med kapillærrør må også omgivelsestemperaturen hensyntas. Der hvor denne endrer seg kraftig, eller man ikke kan unngå en installasjon med forskjellige temperaturer på kapillærrørene, må disse isoleres og eventuelt traces (varmes).
Et eksempel på dette, er en installasjon i friluft der det av forskjellige årsaker ikke kan unngåes at et av rørene alltid blir stående i skygge og det andre i vekselsvis sol og skygge. I tillegg kommer jo også forskjellen på dag og natt, og i våre områder også sommer og vinter.
Valg av olje
Ulike bransjer har ulike krav, og valg av olje vil derfor være et viktig kriterium i et diaphragm seal system. Tilbudet spenner fra inert oljer der kriteriet er at oljen ikke skal kunne forurense oksygen eller ultrarene gasser i slike applikasjoner, via standard silikonolje til vegetabilske oljer som kan brukes i hygieniske applikasjoner, med krav til konformitet med FDA’s krav (U.S. Food and Drug Administration).
Også applikasjoner med ekstremtemperaturer, både høye og lave, har sine spesialoljer.
Kapillærrør
Bruk av kapillærrør er av og til nødvendig, både for trykk- og differansetrykkmålinger. Ved meget høye temperaturer, eller store vibrasjoner, kan det være hensiktsmessig for en trykktransmitter å få en avstand til målepunktet.
For differansetrykktransmittere (dP) er utfordringene også der i forhold til mediets beskaffenhet. Dersom dette lett stivner eller krystalliserer, eller er korrosivt, vil ikke impulsrør kunne benyttes der dP transmittere er brukt til for eksempel nivåmåling i lukket tank eller for differansetrykk over filtere.
Beregning og Installasjon
Ved kalkulasjon av transmitterens måleområde, størrelse på prosesstilkobling og dimensjon på kapillærrør, har leverandøren gjerne et beregningsverktøy å støtte seg til. Ved fastsettelse av måleområde - og derved valg av sensorstørrelse - må man huske på å beregne innvirkningen av den statiske væskesøylen i kapillærrørene.
For å få en optimal måling med diaphragm seal og kapillærrør, er det også viktig å følge leverandørens installasjonsveiledning. Noen ganger kan ikke transmitteren plasseres der det måleteknisk er mest hensiktsmessig.
Men fortvil ikke. Leverandørens beregningsverktøy, for diaphragm seal systemer, inneholder gjerne mulighet for skreddersøm og kontroll av hvorvidt den ønskede montasjen er akseptabel.
Pass på vakkum
Uansett er det viktig å ta hensyn til følgende:
- monter helst transmitter under det nederste tilkoblingspunktet
- observer leverandørs opplysning om minste bøyningsradius på kapillærrør
- foreta nulljustering når transmitteren er montert
For applikasjoner der det er, eller kan oppstå vakuum, må man være ekstra nøye, og enten montere transmitteren under høytrykksanslutningen (den nederste prosesstilkoblingen), eller beregne høyest mulig tilkoblingspunkt vha beregningsverktøyet til leverandøren. Dette fordi vakuumet i prosessen virker inn som et tilleggssug - og sammen med virkningen fra den statiske væskesøylen i kapillærrøret på høytrykkssiden (i tilfelle dette befinner seg under transmitteren) kan belastingen på innfesting mot sensor bli for stor.
