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Pour le remplissage de bouteilles de CO2 avec du gaz de soudage ou des mélanges multicomposants à un débit de 500 à 800 kg/h, sur une conduite DN15, à une température de 35 à 45 °C et avec une rampe de pression de 0,5 MPa à 7 MPa, un débitmètre massique Coriolis DN15 est l'outil idéal. Il mesure le débit massique réel indépendamment des variations de pression, de densité ou de température. Silver Automation Instruments propose la série SH-CMF-15, graduée jusqu'à 10 MPa, avec une sortie 4-20 mA et impulsionnelle qui pilote directement la logique de consigne de remplissage de l'automate programmable. Précision standard de 0,5 %, pièces en contact avec le fluide en acier inoxydable 316L, transmetteur antidéflagrant et raccord process à bride. Code modèle configuré : SH-CMF-15-P4-H1-T1-O1O2-C3-E1-A4-B1-P1-M1-PC1.
Un client du secteur des gaz industriels exploite une station de remplissage de bouteilles pour mélanges de soudage. Le processus est simple en théorie, mais met le débitmètre à rude épreuve :
Le cycle de remplissage est la partie la plus délicate. La pression est multipliée par 14 en un seul cycle. La densité du CO₂ à 0,5 MPa et 40 °C est d'environ 9 kg/m³. À 7 MPa et 40 °C, le gaz approche de son état supercritique et sa densité dépasse 250 kg/m³. Tout instrument de mesure volumétrique aura une erreur de plus de 25 fois sur l'ensemble du cycle. La seule façon de doser la masse avec précision est de la mesurer directement.
Le débitmètre Coriolis est un choix idéal pour le remplissage des bouteilles de CO2.
Voici des alternatives au débitmètre Coriolis pour le remplissage de bouteilles de CO2 :
• Débitmètre massique thermique : fonctionne avec du gaz, mais est conçu pour les basses pressions, généralement inférieures à 1 MPa. À 7 MPa, le capteur est détruit. De plus, il est étalonné pour une composition de gaz fixe. Le client utilise également des mélanges de soudage multicomposants (Ar/CO₂, He/Ar/CO₂), ce qui entraîne des variations de la composition gazeuse entre les lots. Les débitmètres thermiques nécessitent un réétalonnage ou un facteur de conversion pour chaque mélange, ce qui introduit une marge d’erreur.
• Débitmètre à vortex : nécessite une vitesse minimale, de l’ordre de 4 à 5 m/s pour le gaz. À DN15 et 800 kg/h, la vitesse du CO₂ est acceptable, mais les débitmètres à vortex sont volumétriques. Il faut alors compenser la pression et la température pour déduire la masse. Lors d’une variation de pression de 14 fois, les calculs de compensation dérivent, notamment près de la limite de phase du CO₂ où l’équation d’état est non linéaire.
• Plaque à orifice ou pression différentielle : plage de mesure d’environ 3:1, précision de 1 à 2 % de la pleine échelle. Acceptable pour un dosage en régime permanent, inadapté à un cycle de remplissage débutant à basse pression et se terminant à proximité du point critique.
• Turbine : ne convient pas au remplissage des cylindres. Les pics de pression lors de la phase transitoire initiale de 0,5 MPa à 2 MPa risquent de provoquer des chocs sur les paliers du rotor.
Un débitmètre Coriolis mesure directement le débit massique en détectant la force de Coriolis s'exerçant sur un tube vibrant contenant le fluide. La mesure est indépendante de la pression, de la densité, de la température et de la composition. Que la bouteille soit à 0,5 MPa ou à 7 MPa, que le gaz soit du CO₂ pur ou un mélange de soudage, le débitmètre indique le même débit massique en kg/h. C'est précisément l'information dont a besoin l'automate programmable de remplissage.
Débitmètre massique Coriolis série SH-CMF : lien de téléchargement de la fiche technique >>
Pour ce client, nous avons configuré la série SH-CMF en DN15. Analyse du code :
• SH-CMF : Débitmètre massique Coriolis argent, conception en tube en U
• 15 : Taille du capteur DN15, plage de débit de 0 à 3 t/h (le point de fonctionnement de 500 à 800 kg/h se situe au milieu de la plage, où la précision de Coriolis est optimale)
• P4 : pression nominale de 10 MPa, offrant une marge de 30 % au-dessus de la pression de crête de 7 MPa
• H1 : écran intégré compact, émetteur monté sur le capteur
• T1 : plage de température de traitement -50 à 150 °C
• O1O2 : double sortie, analogique 4-20 mA et impulsionnelle. La sortie 4-20 mA alimente l’entrée analogique de l’automate pour la fréquence d’échantillonnage, la sortie impulsionnelle alimente l’entrée d’un compteur rapide pour la masse cumulée.
• C3 : Communication HART sur la ligne 4-20 mA, pour la configuration et le diagnostic à distance
• E1 : boîtier de transmetteur antidéflagrant, certifié pour une utilisation en zone dangereuse (Ex d IIC T6)
• A4 : précision de 0,5 % de la lecture du débit massique
• B1 : température ambiante de l'émetteur -20 à 50 °C
• P1 : Alimentation 24 V CC
• M1 : Tube en acier inoxydable 316L, compatible avec le CO2 sec et les mélanges de gaz de soudage
• PC1 : raccord de procédé à bride
L'automate programmable utilise deux signaux provenant du compteur, et c'est pourquoi nous avons spécifié une double sortie O1O2 :
Sortie analogique 4-20 mA : graduée de 0 à 1 000 kg/h (ou selon la plage choisie par l’opérateur). Il s’agit du débit en temps réel. L’automate programmable l’utilise pour surveiller le remplissage, détecter une obstruction en cas de chute brutale du débit et ajuster l’ouverture de la vanne d’admission, de l’entrouverture à l’ouverture complète, à mesure que la pression dans le cylindre augmente.
Sortie par impulsions : chaque impulsion représente une masse fixe, par exemple 0,1 kg. L’automate compte les impulsions grâce à un compteur rapide et compare ce nombre à la consigne (par exemple, 25 kg pour une bouteille de soudage standard). Lorsque la consigne est atteinte, l’automate ferme la vanne de remplissage. Le comptage d’impulsions est la méthode idéale pour contrôler les quantités totales par lot, car il ne présente pas de dérive, contrairement à un signal analogique.
La logique de consigne est simple : l’opérateur sélectionne la taille du cylindre, l’automate programmable charge la masse cible correspondante en kg, ouvre la vanne de remplissage, surveille la progression du compteur d’impulsions, puis ferme la vanne une fois la masse cible atteinte. Le capteur Coriolis est l’instrument indispensable au bon fonctionnement de l’ensemble du système.
débitmètre massique DN15
Avec un débit de pointe de 800 kg/h et une densité de CO₂ d'environ 250 kg/m³ en fin de cycle de remplissage, le débit volumique est d'environ 3,2 m³/h. À un diamètre intérieur de 15 mm (DN15), la vitesse du gaz est d'environ 5 m/s en pointe. Cette valeur se situe dans la plage optimale pour un tube Coriolis : suffisamment rapide pour fournir un bon signal, mais suffisamment lente pour éviter l'érosion du tube ou une chute de pression excessive.
Passer à un DN10 augmenterait la vitesse au-delà de 11 m/s et induirait une chute de pression d'environ 0,3 MPa, ce qui, pour cette application, n'est pas critique (la pression d'alimentation étant bien supérieure à celle du cylindre), mais réduirait la durée de vie du tube. Passer à un DN20 réduirait la vitesse à environ 3 m/s en début de cycle de remplissage, ce qui est acceptable, mais le coût du débitmètre est plus élevé et la vitesse plus faible diminue légèrement le rapport signal/bruit en début de cycle, lorsque la pression n'est que de 0,5 MPa et que la densité du gaz est faible.
Le DN15 offre le bon équilibre pour le remplissage de bouteilles de CO2 de 500 à 800 kg/h.
Voici quelques conseils que nous donnons systématiquement à nos clients qui construisent une unité de remplissage autour d'un capteur Coriolis :
1. Installez le capteur verticalement, avec le flux ascendant, s'il y a un risque de présence de CO2 liquide dans la conduite. Même de petites quantités de liquide peuvent modifier momentanément la densité et fausser la mesure. Un flux vertical ascendant permet au liquide de s'écouler vers la source.
2. Utilisez une boucle de dérivation avec vannes d'isolement . Les stations de remplissage de bouteilles de CO2 nécessitent un nettoyage et une inspection réguliers. Une dérivation permet de maintenir la ligne en service pendant le retrait du compteur pour étalonnage.
3. Reliez et mettez à la terre le capteur . La protection antidéflagrante ne protège que contre l'inflammation à l'intérieur du boîtier. L'électricité statique sur la tuyauterie de gaz nécessite une mise à la terre séparée. Nous fournissons une cosse de mise à la terre en standard.
4. Mettez le compteur à zéro à la pression de la conduite , et non à la pression atmosphérique. Les compteurs Coriolis présentent un léger décalage du zéro qui varie légèrement avec la pression de service. Pour un compteur dont la plage de mesure s'étend de 0,5 à 7 MPa, nous recommandons d'effectuer la mise à zéro à la pression moyenne (environ 3 à 4 MPa), sans débit et avec les vannes fermées des deux côtés.
5. Câblage de sortie d'impulsions : utilisez un câble court (moins de 30 m) et blindé. Le signal d'impulsions est numérique, mais l'entrée du compteur de l'automate est sensible au bruit sur les longues distances.
Le remplissage au CO2 pur est le cas le plus simple. Le client utilise également des mélanges Ar/CO2 (80/20, 75/25 et 90/10 sont des mélanges de soudage standard) et des mélanges ternaires comme He/Ar/CO2 pour le soudage de l'acier inoxydable. Chaque mélange présente un comportement de densité différent sous pression.
Un compteur thermique ou volumétrique nécessiterait une courbe d'étalonnage distincte pour chaque mélange gazeux. Le client devrait alors soit conserver plusieurs appareils, soit accepter des marges d'erreur importantes lors du changement de produit. Un compteur Coriolis, quant à lui, mesure directement la masse ; le même instrument peut donc être utilisé pour tous les mélanges sans réétalonnage. La densité, fournie par le compteur Coriolis (disponible gratuitement en tant que variable secondaire), permet également à l'opérateur de vérifier que le mélange ne s'est pas séparé lors du stockage en vrac, un phénomène qui peut se produire pour les mélanges multicomposants stockés pendant de longues périodes.
C’est dans ce cas précis que l’investissement plus important dans un appareil de mesure Coriolis est rapidement rentabilisé. Un seul appareil, pour tous les mélanges, sans recalibrage lors du changement de produit.
Le SH-CMF-15, entièrement antidéflagrant, supportant une pression de 10 MPa, équipé du système HART, d'une double sortie et de raccords à brides en acier inoxydable 316L, est proposé entre 6 800 et 8 500 USD selon la norme des brides (ANSI 600# ou DIN PN100) et le niveau de protection de surface. Le délai de livraison est de 25 à 35 jours ouvrables à compter de la confirmation de commande. Nous expédions en EXW Shanghai ou DDP vers la plupart des destinations en Asie du Sud-Est, au Moyen-Orient, en Afrique et en Amérique latine.
Un certificat d'étalonnage d'usine est fourni. Chaque compteur est étalonné à l'eau comme fluide de référence, avec une précision de débit massique documentée de 0,1 % sur l'eau. La précision de 0,5 % indiquée sur la fiche technique client correspond à la spécification publiée pour les applications gaz, qui tient compte des effets typiques de l'installation et de l'incertitude liée à la densité du gaz.
Si vous construisez ou modernisez une station de remplissage de bouteilles de CO2, de gaz de soudage ou de mélanges multicomposants, envoyez-nous :
Nous vous répondrons sous 24 heures ouvrables avec le code du modèle Coriolis recommandé, une indication de précision, le prix et le délai de livraison. Pour les applications haute pression ou CO₂ supercritique supérieures à 10 MPa, veuillez vous renseigner sur les options SH-CMF-P5 (16 MPa) et SH-CMF-P6 (25 MPa).
nous vous répondrons dans 24 heures..
