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Quatre débitmètres, quatre fluides : comment nous avons instrumenté un circuit frigorifique à l’ammoniac Secteur : Réfrigération industrielle / CVC | Fluides : Ammoniac anhydre, solution d’ammoniac, eau déminéralisée, eau glacée | Mots-clés : FT-01 à FT-04
Débitmètres pour systèmes de réfrigération à l'ammoniac et d'eau glacée
Réponse rapideUn client nous a contactés pour quatre débitmètres sur un système de réfrigération à l'ammoniac et d'eau glacée. Les fluides mesurés étaient l'ammoniac anhydre (FT-01), l'eau déminéralisée (FT-02), une solution d'ammoniac à 25 % (FT-03) et l'eau glacée (FT-04). Deux débitmètres nécessitaient un capteur Coriolis, non pas par défaut, mais parce que la mesure du débit massique avec totalisation était une exigence du procédé. Les deux autres étaient équipés de débitmètres à vortex. Les quatre débitmètres fournissent une sortie 4-20 mA vers un automate programmable, leurs parties en contact avec le fluide sont en acier inoxydable AISI 316L, ils sont à brides ANSI et leur indice de protection est IP55. |
L'ammoniac est utilisé comme fluide frigorigène depuis plus de 150 ans. Le R717 reste plus performant que la plupart des alternatives synthétiques en termes d'efficacité thermodynamique, ce qui explique sa présence dans les grands entrepôts frigorifiques, les usines agroalimentaires et les systèmes de refroidissement par absorption. En contrepartie, sa manipulation est complexe. L'ammoniac est toxique au-delà de 25 ppm dans l'air, il attaque le cuivre et ses alliages au contact et tous les composants en contact avec le fluide doivent être en acier inoxydable 316L. La plupart des ingénieurs qui conçoivent des systèmes à ammoniac en sont conscients. En revanche, ils négligent parfois l'instrumentation.
Ce système particulier utilise un cycle frigorifique à absorption. L'ammoniac anhydre est le fluide caloporteur principal. Une solution aqueuse d'ammoniac à 25 % circule côté distribution. L'eau déminéralisée alimente l'étage de mélange. L'eau glacée est ensuite acheminée vers la charge. Le système comporte quatre points de mesure de débit, et l'équipe d'ingénierie devait fournir une réponse différente pour chacun d'eux : fluide, pression nominale, exigence de précision et justification du choix du type de débitmètre.
Le système est piloté par automate programmable. Les quatre transmetteurs de débit délivrent des signaux 4-20 mA directement à l'automate. L'alimentation électrique est de 220 V CA. Les quatre emplacements sont classés sans danger (zone non dangereuse).
| Étiqueter | Fluide | Taper | Taille | Plage de débit | Pression | Temp. | Précision | Connexion |
| FT-01 | Ammoniac anhydre | Coriolis | 1" | 100–3 000 kg/h | 25 bars | 100°C | ±0,1% | 1" ANSI 300 |
| FT-02 | Eau déminéralisée | Coriolis | 3" | 9 780–24 450 kg/h | 10 bars | 100°C | ±0,1% | 3" ANSI 150 |
| FT-03 | Solution d'ammoniaque à 25 % | Vortex | 2" | 10–28,3 m³/h | 25 bars | 100°C | ±2,0% | 2" ANSI 300 |
| FT-04 | Eau glacée | Vortex | 4" | 40–240 m³/h | 10 bars | 100°C | ±2,0% | Bride de 4 pouces |
FT-01 — Ammoniac anhydre, Coriolis 1", 100–3 000 kg/h
Débitmètre Coriolis pour la mesure de l'ammoniac liquide
Fluide : Ammoniac anhydre pur, phase liquide. Masse volumique : 611 kg/m³ à 20 °C, viscosité : 0,14 mPa·s. Pression de service : 19 bar, pression nominale : 25 bar.
Le débitmètre Coriolis était le choix approprié, et non le débitmètre à vortex. Le débit de réfrigérant ammoniac anhydre doit être mesuré en unités massiques (kg/h) car le calcul de la charge frigorifique est basé sur l'énergie. Le débit volumique est inutile sans connaître la masse volumique dans les conditions de fonctionnement, laquelle varie avec la température et la pression. Un débitmètre Coriolis mesure directement le débit massique, indépendamment des variations d'état du fluide.
La plage de débit est de 100 à 3 000 kg/h sur une conduite de 1 pouce. Cela correspond à un rapport de réduction de 30:1 , largement inférieur à la capacité de Coriolis. La précision est de ±0,1 % de la valeur mesurée. La fonction de totalisation est activée sur cette étiquette, ce qui signifie que l'automate programmable accumule les kg d'ammoniac ayant circulé pour la comptabilisation du processus. Les brides ANSI 300 sont compatibles avec la classe de conduite haute pression.
FT-02 — Eau déminéralisée, Coriolis 3", 9 780–24 450 kg/h
Fluide : Eau déminéralisée à 70 °C, densité 978 kg/m³, viscosité 0,40 mPa·s. Pression de service : 4,5 bar. Ligne 1003.
L'eau déminéralisée alimente le procédé de mélange par absorption d'ammoniac. Un dosage précis est essentiel : le rapport ammoniac/eau détermine directement la concentration de la solution d'ammoniac en sortie (FT-03). Une erreur dans le débit d'eau déminéralisée entraîne la production d'une solution d'ammoniac non conforme, ce qui affecte l'ensemble du cycle frigorifique en aval.
C’est pourquoi un débitmètre Coriolis a été préféré à un débitmètre électromagnétique, bien que le DMW soit un liquide conducteur, alors qu’un débitmètre magnétique serait généralement le choix par défaut. L’ingénieur de procédés exigeait une mesure du débit massique avec totalisation, et non volumétrique. Le débitmètre Coriolis, monté sur des brides ANSI 150 de 3 pouces, répond directement à cette exigence. Plage de débit : 9 780 à 24 450 kg/h avec une précision de ±0,1 %.
FT-03 — Solution d'ammoniaque à 25 %, vortex de 5 cm (2 po), débit de 10 à 28,3 m³/h
Débitmètre vortex en acier inoxydable 316L pour solution d'ammoniaque
Fluide : solution aqueuse d’ammoniaque (25 % NH₃ en masse, 75 % eau). Densité : 916 kg/m³ à 10 °C, viscosité : 0,76 mPa·s. Pression de service : 16,45 bar, pression nominale : 25 bar. Ligne 1002.
Le FT-03 est situé en aval du point de mélange. Lorsque la solution d'ammoniac atteint cette boucle, sa concentration est déjà déterminée par le bilan massique des FT-01 et FT-02 en amont. Le débit volumique suffit donc ; la mesure de la masse est inutile. Nous avons opté pour un vortex sur une rampe ANSI 300 de 2 pouces, avec une plage de débit de 10 à 28,3 m³/h.
À noter : une solution d’ammoniaque à 0,76 mPa·s (0,76 cP) présente une faible viscosité. Les débitmètres à vortex nécessitent un nombre de Reynolds minimal, généralement Re > 10 000, pour un fonctionnement fiable. À un débit de 10 m³/h dans une conduite de 2 pouces, Re est largement supérieur à ce seuil. Le débit minimal n’est donc pas un problème . La totalisation n’est pas requise pour cette étiquette.
FT-04 — Eau glacée, vortex de 10 cm, 40–240 m³/h
Fluide : eau glacée à 8,4 °C, densité 1 000 kg/m³, viscosité 1,37 mPa·s. Pression de service : 4 bar. Conduite à brides de 4 pouces.
Le circuit de distribution d'eau glacée présente le débit le plus élevé du système (40 à 240 m³/h). Il offre une plage de modulation de 6:1 avec une précision de niveau industriel. Le débitmètre à vortex est la solution économique et fiable pour la distribution d'eau glacée propre à ces débits. Aucune fonction de totalisation n'est requise.
Le NBR est indiqué comme matériau de la tuyauterie de cette boucle ; côté charge, la tuyauterie est revêtue de caoutchouc standard plutôt que d'acier inoxydable, conformément aux pratiques de distribution d'eau glacée basse pression. Le débitmètre lui-même utilise de l'AISI 316L pour les parties en contact avec le fluide, ce qui est correct quel que soit le matériau de la tuyauterie en aval.
La plupart des ingénieurs privilégient l'utilisation d'un seul type de compteur pour l'ensemble d'un système, si possible. C'est plus simple à gérer, à entretenir et à expliquer au service des achats. Cependant, dans ce projet, opter pour des compteurs Coriolis sur les quatre capteurs aurait constitué un surdimensionnement pour les modèles FT-03 et FT-04, et choisir des compteurs à vortex pour les modèles FT-01 et FT-02 n'aurait pas permis de respecter l'exigence de débit massique. Nous avons donc opté pour deux compteurs Coriolis et deux compteurs à vortex, chacun justifié par une raison précise.
| Paramètre | Coriolis (FT-01, FT-02) | Vortex (FT-03, FT-04) |
| Sortie de mesure | Débit massique direct (kg/h) | Débit volumétrique (m³/h) |
| Précision | ±0,1 % de la lecture | ±2,0 % de la lecture |
| Totalisation | OUI — requis par les spécifications | Oui |
| limite de viscosité minimale | Pas de pièces mobiles, pas de limite | Pour les liquides de faible viscosité |
| densité du fluide | Mesure directement la densité | Nécessite une densité connue |
| Application typique | Dosage précis, transfert de garde | Boucles utilitaires à haut débit |
En résumé : si le processus nécessite de connaître la quantité de produit (en kilogrammes) ayant transité (pour le dosage, la comptabilité énergétique ou la gestion des stocks), utilisez un capteur Coriolis. Si vous avez simplement besoin de connaître le débit dans une boucle de fluides où la densité est stable et les exigences de précision modestes, un capteur à vortex est plus économique.
L'ammoniac est incompatible avec le cuivre, le laiton et la plupart des alliages de cuivre. Tous les débitmètres de ce projet utilisent l'acier inoxydable AISI 316L comme matériau en contact avec le fluide. L'acier 316L (à faible teneur en carbone) a été préféré à l'acier 316 afin de réduire les risques de corrosion intergranulaire dans les joints soudés exposés à l'ammoniac à haute température.
Les circuits d'ammoniac anhydre et de solution d'ammoniac fonctionnent à une pression de conception de 25 bars ; d'où l'utilisation de brides ANSI 300 sur les unités FT-01 et FT-03. Les circuits d'eau déminéralisée et d'eau glacée fonctionnent à 10 bars , ce qui permet l'utilisation de brides ANSI 150 sur l'unité FT-02 et de brides standard sur l'unité FT-04.
La température de conception est de 100 °C pour les quatre instruments. La conduite d'ammoniac anhydre est conçue pour une double plage de températures de -50 °C à 100 °C, afin de tenir compte des conditions cryogéniques possibles lors d'un arrêt d'usine ou d'une purge d'urgence. Les débitmètres Coriolis spécifiés couvrent cette plage sans problème de matériau ni d'étanchéité.
Si vous avez des besoins similaires en matière d'instrumentation multifluide (ammoniac, réfrigérants, eau de process ou solutions chimiques), envoyez-nous les informations suivantes et nous vous recommanderons le type et la taille de compteur appropriés sous 24 heures :
Contactez Silver Automation Instruments : inquiry@silverinstruments.com | WhatsApp +86-18936759191 | Débitmètre Coriolis | Débitmètre vortex
