Mesures de débit par ultrasons dans les installations de torche

La concurrence croissante dans l'industrie signifie que les opérations et les travaux de service doivent être optimisés en permanence. En outre, les réglementations environnementales relatives au torchage  sont de plus en plus strictes. Les débitmètres à ultrasons sont utilisés depuis plus de 30 ans pour mesurer le débit des torchères. Aujourd'hui, la mesure du débit des torchères est l'une des applications les plus difficiles, car les vitesses et les compositions des gaz peuvent changer rapidement.

Dans de nombreuses industries, les torchères font partie intégrante du système de sécurité et de traitement des gaz résiduels, car elles permettent d'évacuer de manière contrôlée de grands volumes de gaz combustibles en cas de perturbation. Etant donnée leur nature, la pression, le débit et la composition des gaz de torche peuvent changer considérablement en peu de temps.

Les installations de production compactes et optimisées ont des capacités plus élevées et se traduisent donc par des conditions de débit maximal plus importantes au niveau de la torche. Des débits de plus de 120 m/s ont été enregistrés lors d'arrêts de raffineries et d'usines pétrochimiques

La composition des déchets ou des gaz de torche peut varier considérablement et il faut s'attendre à des changements brusques des conditions d'écoulement. En outre, les conditions de faible débit sont devenues plus importantes pour le contrôle et l'optimisation des processus et pour l'identification des fuites de vannes dans des conditions opérationnelles normales. Les débits minimaux exigent une technologie de transducteur à haute résolution et des algorithmes de traitement du signal avancés pour garantir une mesure exacte du temps. Les vitesses d'écoulement élevées introduisent des bruits parasites dans le gaz en circulation lorsque les vannes, etc. sont installées avant la mesure acoustique par ultrasons. Même la dérive du "faisceau ultrasonique" doit être prise en compte à des vitesses de gaz élevées.

Évolution de l'environnement réglementaire mondial

Les réglementations environnementales sont de plus en plus strictes dans de nombreuses industries à travers le monde. Dans l'industrie du raffinage, de la chimie et de la pétrochimie, la technologie des ultrasons est déjà établie depuis de nombreuses années. Aujourd'hui, la pression réglementaire et les exigences en matière de rapports augmentent.

Cela a un fort impact sur la nécessité d'une mesure fiable des torchères et de la disponibilité des données - même dans des conditions difficiles. Alors que les réglementations pour l'industrie du raffinage, de la chimie et de la pétrochimie sont déjà définies, nous pouvons également observer dans de nombreux autres secteurs une recherche proactive de solutions techniques pour répondre aux futures réglementations environnementales. La technologie ultrasonique offre également de nombreux avantages par rapport à d'autres technologies, notamment en ce qui concerne les rapports.

Défis liés à la mesure des torchères et solutions technologiques

La mesure de débit par ultrasons est une technologie bien établie dans le domaine du dosage des fluides. Les applications vont du comptage transactionnel à la mesure du débit de la torche ou au contrôle des émissions. En principe, les débitmètres à ultrasons mesurent la différence de temps de transit avec et contre le fluide qui s'écoule sur une trajectoire acoustique et en déduisent la vitesse d'écoulement moyenne. Par "vitesse d'écoulement moyenne", on entend ici la vitesse d'écoulement moyennée sur la section transversale de la conduite.

L'un des principaux objectifs de la mesure du débit des torchères est la comptabilisation exacte des GES (gaz à effet de serre). L'importance accordée à la mesure précise des GES s'est accrue au cours des dernières années. Les redevances et les taxes sur la pollution atmosphérique ne cessent d'augmenter. Par conséquent, le besoin de mesures précises et disponibles augmente également. Les conditions difficiles des gaz de torche et les exigences en matière de technologie de mesure constituent un défi pour l'industrie pétrolière et gazière ainsi que pour l'industrie chimique et pétrochimique :

• Vitesse des gaz de 0 m/s à 120 m/s
• Changements rapides de la vitesse du gaz
• Mélanges de gaz à évolution rapide contenant du gaz naturel, de l'hydrogène, du dioxyde de carbone, etc.

Fiable même à des vitesses de gaz très élevées

La disponibilité des mesures, même aux vitesses de gaz les plus élevées, est l'une des caractéristiques les plus importantes d'un système de mesure de torche. La technologie innovante ASC (technologie de corrélation sonore active) permet désormais d'étendre la plage de débit maximale précédente jusqu'à 30 %. L'ASC établit une corrélation entre la vitesse du gaz et le bruit spécifique à l'application généré dans des conditions de débit élevé. Dans ce cas, le capteur fonctionne comme un microphone. La technologie brevetée ASC permet ainsi une couverture encore meilleure des événements possibles liés aux gaz de torche.

Maintenance simple. Vérification en un clic. Autodiagnostic.

L'association d'un logiciel et d'un microprogramme ouvre la voie à un grand nombre de nouvelles fonctions et d'avantages : Le système d'autosurveillance fournit des données précieuses sur l'état de l'appareil, montre les tendances et met en évidence les changements importants. Les défauts d'application sont immédiatement détectés et documentés, ce qui permet d'éviter les dépannages fastidieux. Sur demande, le système se vérifie lui-même et enregistre son état actuel. Les utilisateurs disposent ainsi d'un moyen très simple de créer des documents qui aident à prouver que les réglementations en matière d'émissions sont respectées. - Tout cela à distance et sans qu'un technicien de service doive intervenir sur le terrain. Cela réduit considérablement les risques opérationnels et de sécurité.

Les systèmes d'autosurveillance tels que i-diagnostics™ favorisent le passage d'une maintenance systématique et périodique à une maintenance basée sur l'état - ce qui permet de réduire le nombre d'intervalles d'entretien et, par conséquent, les coûts de maintenance.

• Maintenance prédictive et intervalles de service flexibles :
  Le système surveille en permanence des paramètres tels que le "contrôle automatique du gain" ou le "rapport signal/bruit". Sur la base des données existantes et de l'évolution des valeurs mesurées, i-diagnostics™ fournit des prédictions et des recommandations de maintenance fiables. Les conditions de fonctionnement critiques pour le système sont ainsi évitées - et les temps d'arrêt non planifiés sont évités.
   
• Rapport de vérification en un clic : vérification instantanée de l'appareil :
  Sur demande, le système se vérifie lui-même et enregistre son état actuel. Les utilisateurs ont ainsi la possibilité de créer facilement des documents de vérification pour prouver que les exigences en matière d'émissions ont été respectées.
   
• Autodiagnostic automatique :
  i-diagnostics™ relie le logiciel et le micrologiciel de manière intelligente : Le système d'autosurveillance fournit des données précieuses sur l'état de l'appareil et affiche.

La bonne solution pour chaque défi

Les compteurs de gaz de torche utilisant la technologie ultrasonique sont utilisés dans diverses applications avec des exigences différentes, et une connaissance approfondie des applications est donc nécessaire pour offrir la bonne solution. Dans l'industrie du raffinage, par exemple, les réglementations actuelles de l'US EPA imposent un pouvoir calorifique minimum de 270 BTU/scf dans la zone de combustion, ainsi qu'un paramètre de dilution du pouvoir calorifique net de NHVdil ≥ 22 BTU/ft2 pour toutes les torchères assistées par vapeur. Tout cela en maintenant une efficacité de combustion élevée. Pour répondre à ces exigences et maintenir la température de chauffage au niveau requis, les débitmètres de gaz à ultrasons peuvent également être utilisés pour contrôler l'alimentation en vapeur.

Le nouveau compteur de gaz de torche FLOWSIC100 Flare-XT est disponible en trois versions différentes. Toutes les versions sont disponibles en tant que système de mesure à 1 ou 2 voies. L'installation de conduites transversales et les systèmes de sonde à buse unique sont disponibles dans l'une ou l'autre configuration. La version à sonde est adaptée à un montage compact, d'un seul côté, ce qui minimise le travail d'installation nécessaire. La version à deux voies permet d'obtenir une grande précision de mesure, même dans des conditions d'écoulement difficiles, et offre une redondance des mesures. Un mécanisme d'extraction du dispositif permet également de remplacer les capteurs de manière simple et rapide pendant le fonctionnement de l'installation. La puissante unité d'interface se connecte facilement à une grande variété de systèmes et de réseaux grâce à ses nombreuses interfaces.

L'unité d'interface traite les signaux entrants et calcule les paramètres, tels que la masse moléculaire, le débit massique et le volume de gaz, ainsi que les valeurs de référence normalisées. Via une interface infrarouge, le système peut être utilisé de manière intuitive depuis un ordinateur portable ou une tablette grâce au logiciel FLOWgate™. Les interfaces Ethernet et RS-485 intégrées permettent de surveiller l'état de l'appareil à distance.

Les paramètres clés et les données de mesure tels que le débit volumétrique, le débit massique ou le poids moléculaire sont traités, évalués et stockés de manière fiable. La mémoire interne permet d'archiver les données de manière sûre et structurée. Grâce à une communication numérique sans interférence, l'unité d'interface peut être installée jusqu'à 1 000 m du point de mesure. Il n'est donc plus nécessaire de disposer d'une unité de contrôle locale, antidéflagrante et potentiellement coûteuse.

Remplacement de la technique de mesure massique thermique

Certains principes de mesure, comme la technique de mesure massique thermique nécessitent un gaz propre pour fonctionner correctement. La technologie ultrasonique peut surmonter l'encrassement ou la contamination des capteurs en augmentant automatiquement le signal. Cela permet d'optimiser les intervalles de maintenance, de maximiser le temps de fonctionnement des mesures et de réduire les coûts d'exploitation. En outre, la mesure ultrasonique des gaz de torche est la seule technologie capable de fonctionner avec un rapport d’étendue de mesure de 1 à 4000. La mesure est effective qu’elle soit très faible ou très élevée, car les vitesses mesurées peuvent aller de 0,03 m/s à 120 m/s.

Pour répondre aux demandes en amont, par exemple dans les applications de fracturation hydraulique, SICK propose également le transmetteur FLOWSIC100 Flare-XT - fiable et robuste, sans recalibrage. Les capteurs sont directement connectés à un calculateur de débit existant. L'unité d'interface n'est pas nécessaire dans cette configuration et aucun transmetteur de pression ou de température n'est requis.

L'évaluation des applications individuelles permet d'obtenir des mesures spécifiques

Dans la mesure du débit de gaz des torches, chaque application est différente : la température, la pression, la matrice de gaz, la vitesse, etc. peuvent varier du tout au tout. C'est pourquoi SICK propose une évaluation individuelle de l'application pour chaque point de mesure et recherche la solution optimale. Après l'évaluation, une fiche d'évaluation de l'application ‘ »Flare gas » pour chaque point de mesure est fournie au client.

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