エマーソンMicromotion質量流量計の適用まとめ

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　1 序論　産業技術の急速な発展に伴い、流量計もますます多くなってきており、それらの動作原理や特性もそれぞれ異なっている。流量計測器が直面するプロセス上の要求はますます高まっており、運転条件もますます複雑になっている。現在使用されているほとんどの流量計では、その測定値は圧力、温度、密度といったプロセスパラメータの変化に応じて変動するため、実際の運転条件が設計時の条件と異なる場合、計測器には追加的な誤差が生じる。一方、Micromotionの質量流量計は、測定過程において媒体の特性変化の影響を受けることなく質量流量を直接測定するため、広く利用されています。2つのポリオキシメチレン系装置には合計8台のMicromotion質量流量計が使用されており、それらのインストゥルメント番号はFT-3102、FT-3107、FT-5101、FT-5102、FT-5206、FT-5501、FT-5513、FT-6201です。ペンタエリスリトールには7台のMicromotion質量流量計が使用されており、そのインストゥルメント番号はそれぞれFT-1026、FT-6575、FT-1004、FT-1003、FT-1002、FT-1001、FT-3029です。　　2 Micromotion質量流量計の動作原理
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Micromotion質量流量計は、用途に応じてセンサーをEシリーズ、Dシリーズ、Tシリーズ、Fシリーズ、Rシリーズの流量管に分けることができ、1700、2700、RFT9739などのさまざまなトランスミッターと組み合わせて使用することで、ユーザーのさまざまなニーズに応えることができます。1700型は単変数トランスミッタで、2700型は多変数トランスミッタです。主な違いは出力にあり、1700は質量流量のみを二次計器に表示できる。また、2700は質量流量、密度、周波数をすべて二次計器に出力して表示させることができます。ユーザーは自身の工程のニーズに応じて選択できます。　　Micromotion質量流量計は、センサー、トランスミッター、ディスプレイの3つの部分で構成されています。駆動コイルによって測定管を振動させ、流れる流体が質量流量計の測定管を通過するとコリオリ力が発生する。このコリオリ力の作用により測定管が変形し、測定管上の左右の検出コイルによってその変形信号が電気信号に変換され、送信機に送られてさらなる処理が行われる。http://nfs.gongkong.com/Upload/editor/201610/20161024100019370_w.png　図（1）Micromotion質量流量計の原理図　送信器の機能とは、センサーから得られる低レベルの信号やバイナリ信号を変換・増幅し、流量や密度に比例した4～20mAの標準信号、または周波数/パルス信号、あるいはデジタル信号として出力することである。トランスミッタとセンサーが分離している場合、両者を専用ケーブルで接続する必要があり、距離は300Mを超えてはならない。これは、長距離伝送による信号の減衰や干渉を防ぐためである。　　ディスプレイやその他の端末装置は、トランスミッタからの信号を受け取り、通常はデジタル形式で測定対象となる流体の瞬間流量、累積流量、質量流量、密度、温度などの信号を表示します。　　3 マイクロモーション質量流量計の利点：　　（1）温度、圧力、粘度、密度といった要因の影響を受けずに質量流量を直接測定でき、計器の測定精度は0.1％～0.2％に達する。　　（2）動く機械部品がなく、検出管は振動するものの振幅は非常に小さいため、摩擦によって測定結果に影響を与えることはない。　　（3）適用範囲が広く、一般的な媒体の測定に加えて、高粘度の流体やスラリー、さらにはガスの測定も可能である。　　（4）調整可能な測定範囲が広く、最大で1：100まで対応可能。　　（5）流体の流速分布に影響されず、層流や乱流の状態にも左右されないため、計器の前後に直管区間を設ける必要はない。　　（6）流量を測定すると同時に、媒体の密度信号も得ることができ、流体のオンライン密度の測定には他の技術による定期的なサンプリングが不要である。　　（7）双方向の流体を測定できる。　　Micromotion質量流量計の欠点：　　（1）センサーのゼロ点が不安定でゼロ点ドリフトが生じ、精度のさらなる向上を妨げるため、多くの機種では総誤差を基本誤差とゼロ点不安定性の2つに分けて考慮する必要がある。　　（2）センサーは低密度媒体や低圧ガスの測定には使用できない；液体中の気体含有量が一定の限度を超えると（機種によって異なります）、測定値に著しい影響を与えます。　　（3）センサーは外部の振動の影響を受けやすいため、配管の振動が影響を与えないように、ほとんどの機種の流量センサーでは取り付けの固定性が高く求められる。　　（4）大きな管径には使用できず、現在は150（200）mm以下に限定されている。　　（5）測定管の内壁の摩耗や腐食、または沈着によるスケールが生じると、測定精度に影響を与えます。特に薄壁の測定管を用いたセンサーにおいてこの傾向は顕著です。　　4 Micromotion質量流量計の取り付け上の注意事項：　　（1）質量流量計はセンサーの振動によって測定を行うため、外部からの干渉を防ぐために、計器の設置場所には大きな振動源があってはならず、また計器周辺の配管を安定させるための補強措置を講じる必要があります。　　（2）質量流量計は動作時に励磁磁場を利用するため、大きな磁場を発生させる大型変圧器、電動機、ポンプなどの近くに設置することはできず、干渉を避けるために少なくともこれらから0.6～1.0m以上の距離を保つ必要がある。　　（3）質量流量計のセンサーと配管を接続する際には、応力（主にトルク）が生じてはならない。センサーを接続部品やプロセス配管に取り付ける際には、無応力での取り付けが極めて重要である。プロセス接続部の応力を低減することに特に注意し、プロセス配管とフランジを正しく合わせ、同軸状態を保つことで応力を軽減できます。センサーの近くにあるプロセス配管上のバルブやポンプには、それぞれ独自の支持具が必要であり、センサーの取り付けベース板やプロセスの接続部品を使ってポンプやバルブを支えてはならない。　　（4）センサーを配管内で直列に使用する場合、直列に取り付けられた2つのセンサーはチューブクランプで固定する必要があります。これにより、1つのセンサー内の管の振動が配管を通じてもう1つのセンサーに伝わるのを防ぐことができます。　　（5）直管型質量流量計はできるだけ垂直に取り付けるのが望ましい。そうすることで、計器を停止させた際に測定管内の液体を排出でき、スケールの付着を防ぐことができる。水平に取り付ける場合は、2本の測定管を同じ水平面に保つ必要がある。　　（6）曲管流量計を水平に取り付ける場合、液体を測定するときは外殻を下向きにし、測定管内にガスが溜まらないようにする。一方、ガスを測定するときは外殻を下向きにし、測定管内に凝縮液が溜まらないようにする。　　（7）ゼロ調整時に流れが生じないよう、センサーの上下流に遮断弁を設置し、漏れがないようにする。制御バルブはセンサーの下流に設置し、エアエロージョンやフラッシュアウトを防ぐために、センサーができるだけ高い静圧を維持するようにする。　　5　トランスミッタのパラメータ設定　HART275またはHART375を使用してトランスミッタのパラメータを設定する際、センサーの銘板に記載されている流量校正係数、密度校正係数、K1、K2、D1、D2などのパラメータを、HARTハンドヘルダーを通じて正しくトランスミッタに入力する必要がある。測定範囲、パラメータの単位、小信号カットオフ量、計器係数などのパラメータを設定します。コンフィグレーションメニューは下図の通りです。6　当社での実用状況を踏まえると、Micro Motionの質量流量計は、計測精度が高く、信頼性に優れ、メンテナンスが少なくて済むという利点がありますが、長期にわたって使用すると避けられないほどいくつかの故障が発生します。発生する故障に対してよく用いられる調査方法は以下の通りです：6.1 センサー、コアプロセッサ、流量変換器の配線がしっかりとしており信頼性があるか、また接地線が正常かを確認します。電源が正常かどうか、24VDC電源と220VAC電源の2種類があります。当社の製品のほとんどは24VDCで動作し、ペンタエリスリトールFT6575は220VACで動作します。　　6.2 流量変換器のパラメータ設定の確認　計器係数（meter factors）：この係数には、質量流量係数（mass factor）、体積流量係数（vol factor）、密度流量係数（dens factor）が含まれる。出荷時のデフォルト値はすべて「1」であり、通常は使用時に変更する必要はない。圧力補正を行う場合は、現場での使用圧力と出荷時の校正圧力をもとに計算して変更することができる。前回、ペンタエリスリトールのFT-1001では質量流量が表示されなかったが、最終的に原因は質量流量係数が「0」だったためであることが判明した。質量流量係数を「1」に変更すると正常に動作した。　　流量校正係数：正確な流量を測定するためには、流量校正係数はセンサーの銘板または法定計量検定機関の検定証明書に記載されている流量校正係数と一致していなければなりません。注意、異なる型番のセンサー間では流量校正係数に大きな差があります。　　密度係数：流量変換器が正確な密度を表示できるように、密度係数はセンサーの銘板に記載されている値と同じでなければなりません。　　測定範囲：工程での実際の使用状況に応じて、流量変換器の流量範囲を適切に設定する。　　流量カットオフ：一般的に、流量カットオフパラメータはセンサーの最大流量の0.05％とすべきです。センサーの最大流量の0.05％に相当する流量カットパラメータが実用的でない場合は、より高いまたはより低い流量カットパラメータを入力できます。質量流量計の流量カットパラメータと流量計のゼロ調整によって、ゼロドリフトを抑制することができる。　　質量流量送信機が故障していると判明した場合、新しい流量送信機に交換してもパラメータを再設定する必要はありません。なぜなら、すべてのパラメータ設定データはセンサーのコアプロセッサに保存されているからです。　　6.3流量計のゼロ調整：質量流量計を通常通り使用する前に、流量計のゼロ調整を行わないと、不必要な誤差が生じる可能性があります。流量計のゼロ調整を行う前に、センサーを正しく取り付け、流量変換器に電力を供給し、少なくとも30分間予熱します。その後、測定対象の流体をセンサーを通して流し、センサーの温度値が測定対象流体の温度とほぼ一致するまで待ちます。センサーの測定管が、通常の運転条件（温度、密度、圧力など）下での測定対象流体で完全に満たされるようにし、まずセンサーの下流側の遮断弁を閉じ、次に上流側の遮断弁を閉じて、センサー内の測定対象流体が完全に静止する状態を確保する。流量計のゼロ調整時に流体がセンサーを通過すると、流量計のゼロ調整が不正確になり、それによって質量流量計の測定精度に影響が出ます。質量流量計のゼロ調整に失敗した場合は、センサーの測定管が満たされていない、流体が完全に静止していないなどの不適切な要因を排除し、再度ゼロ調整を行う必要があります。　　測定管の内壁にスケールや沈着物が付着することも測定精度に影響を与えるため、定期的に清掃する必要があります。　　6 結語　エマーソンのMicromotion質量流量計は、高精度で安定性に優れ、メンテナンスが少なく、使用寿命も長いという特徴を持っています。その動作原理や特性を十分に理解し、日常業務で遭遇する故障現象からメンテナンスの経験を積み重ね、定期点検時に流量センサーの管内に付着した汚れを適時除去することで、製造・使用過程での正常な動作を確保することができます。正しい取り付けと適切な使用・メンテナンスによってのみ、流量測定の高い精度が保たれ、産業用オートメーション制御や取引時の正確な流量データが提供されます。