Differential pressure level measurement merupakan teknologi untuk mengukur level dalam tangki dan bejana adalah teknik yang umum, tetapi banyak pengguna menerapkannya dengan cara yang mengurangi akurasi pembacaan atau membuat sakit kepala pemeliharaan. Dalam artikel ini, kita akan melihat beberapa konsep dasar dari teknologi differential pressure level measurement dan kemudian menganalisis aplikasi contoh untuk memberikan ide untuk meningkatkan dan memecahkan masalah instalasi baru dan yang sudah ada.
Cairan yang berada di semua jenis kapal atau tangki mengembangkan tekanan yang disebabkan oleh beratnya sendiri, memungkinkan tekanan diukur dalam inci kolom air. Jika seseorang mengebor ke sisi tangki dan memasukkan pengukur yang dikalibrasi untuk merasakan kisaran tekanan yang tepat dan itu menunjukkan 120 inci, dan jika tangki menahan air dan terbuka ke atmosfer, orang dapat dengan tepat menyimpulkan ada 10 kaki air di atas pengukur. Prinsip dasarnya sederhana untuk dipahami tetapi menerapkannya bisa menjadi rumit dengan cepat.
Pertama, kepadatan adalah faktor. Berat jenis cairan harus dimasukkan dalam perhitungan untuk mengubah tekanan menjadi kedalaman. Jika cairan dan karakteristiknya dipahami dengan baik, termasuk efek suhu, pengukuran level akan memiliki tingkat presisi yang sama dengan instrumen tekanan.
Kedua, jika tangki tidak dibuang ke atmosfer, interiornya bisa berada di atas atau di bawah tekanan atmosfer. Jika alat pengukur level membaca terhadap atmosfer, tekanan interior sistem menambah tekanan cairan dan dapat mengubah pembacaan level yang dihitung secara drastis karena membaca tekanan cairan ditambah tekanan sistem. Dalam kondisi ini, pengukur tekanan sederhana harus diganti dengan pengukur tekanan diferensial (DP) dengan sisi tinggi terhubung ke isi cairan dan sisi rendah ke ruang kepala di atas cairan. Dengan pendekatan ini, pembacaan mengkompensasi sendiri dan memberikan indikasi level cairan yang benar.
Ini adalah konsep yang cukup mendasar. Biasanya perusahaan cukup memahami proses dan produknya untuk mengatasi pertanyaan kepadatan, tetapi menerapkan teknik pengukuran DP bisa lebih menantang.
Baca Juga : Jenis Industrial Level Sensor
Implementasi Dasar Differential Pressure Level Measurement
Implementasi paling sederhana untuk dua koneksi pembacaan DP menggunakan pemancar digital (Gambar 1) adalah dengan meletakkan jalur impuls langsung ke sisi tinggi dari keran cairan, dan kemudian menjalankan garis dari keran di bagian atas tangki ke sisi rendah. Sambungan pertama basah dan yang kedua kering. Masalah dengan pendekatan ini adalah bahwa jalur impuls dan pemancar itu sendiri sekarang menjadi bagian dari proses penahanan. Pemasangan tabung yang longgar atau pelanggaran dalam bentuk apa pun di saluran atau pemancar adalah hilangnya penahanan. Jika prosesnya tidak berbahaya dan suhu serta tekanan operasi tidak berlebihan, ini mungkin sudah cukup memadai.
Di mana kondisi lebih kritis, koneksi proses pada tangki biasanya menggunakan spud bergelang dan koneksi pemancar menggunakan diafragma (Gambar 2), yang menjaga media proses di dalam karena tekanan ditransmisikan melalui fluida pengisi yang tidak dapat dimampatkan di dalam saluran impuls pada kedua sisi. Meskipun ini sangat efektif untuk melindungi proses dan pemancar, begitu garis yang berisi cairan masuk ke dalam gambar, mereka memperkenalkan beberapa efek samping yang dapat memengaruhi akurasi pembacaan.
Baca Juga : Apa itu Submersible Pressure Transmitter?
Masalah dengan garis impuls
Tergantung pada ketinggian tangki, tap ruang kepala di bagian atas dapat berada jauh dari pemancar utama. Dalam kondisi ini, berat fluida pengisi menjadi faktor karena menciptakan tekanannya sendiri, mendistorsi pengukuran headspace. Tentu ada mekanisme untuk mengurangi masalah ini (Gambar 3, a dan b), yang umumnya melibatkan cara untuk mengkompensasi jalur impuls.
Garis impuls berisi cairan juga menghadirkan berbagai kesulitan yang terkait dengan perbedaan suhu. Jika prosesnya panas, fluida pengisi harus mampu menahan suhu tinggi tanpa menguap. Ini biasanya tidak menjadi masalah mengingat toleransi suhu tinggi dari cairan tertentu, tetapi cairan ini cenderung menjadi kental pada suhu lingkungan yang khas. Akibatnya, beberapa jalur impuls memerlukan pelacakan panas di lingkungan dingin untuk menghindari fluida menjadi terlalu dingin dan kental untuk mengirimkan data dengan andal setelah dikeluarkan dari panas proses.
Berikut adalah tiga pendekatan untuk mengatasi kesalahan pengukuran tekanan yang disebabkan oleh kaki basah. “A” menggunakan pendekatan seimbang yang dapat bervariasi karena perubahan densitas yang disebabkan oleh suhu. “B” adalah pendekatan yang disesuaikan yang meningkatkan waktu respons. “C” menggambarkan Sistem ERS Rosemount 3051 Emerson yang menghilangkan garis impuls sepenuhnya.
Menyederhanakan instalasi sambil mempertahankan penahanan proses yang andal sering kali dimulai dengan menghilangkan jalur impuls panjang dari tap headspace atas. Salah satu pendekatan yang sangat efektif menggunakan pemancar tekanan kedua yang dipasang di bagian atas tangki (Gambar 3, c) sebagai sensor jarak jauh elektronik (ERS) untuk mengukur tekanan ruang kepala dan mengirim data secara elektronik ke pemancar DP utama di bagian bawah. Ini menghilangkan garis impuls panjang dan semua masalahnya.
Menggunakan dua pemancar secara bersamaan bukanlah ide baru, tetapi mendapatkan pengaturan seperti itu untuk memberikan tingkat akurasi yang cukup untuk kontrol proses atau manajemen inventaris yang efektif memerlukan pemancar presisi tinggi modern. Jika suatu proses diberi tekanan pada 100 psi dan tangki memiliki 10 kaki air, pemancar atas dan bawah akan membaca masing-masing 100,00 psi dan 104,34 psi. Kedua pembacaan harus berada dalam pita toleransi yang ketat untuk memberikan pengukuran level, dan ini hanya mungkin dengan pemancar yang cocok yang menyediakan pengulangan yang tinggi. Dengan toleransi ±1%, pembacaan level dapat menunjukkan apa saja dari 91 hingga 149 inci, oleh karena itu perlu presisi tinggi. Aplikasi ini meminta rentang toleransi dengan fraksi persentase, yang untungnya dimungkinkan dengan pemancar kelas atas modern.
Baca Juga : Pentingnya Pengukuran Level
Belajar dari aplikasi yang sulit
Banyak yang dapat dipelajari dari aplikasi yang sulit dan diterapkan pada situasi yang tidak terlalu rumit. Berikut adalah contohnya: mengukur level di menara distilasi menggunakan Differential Pressure Level Measurement. Menara distilasi tipikal (Gambar 4) menerima campuran cairan panas yang berubah menjadi uap yang dapat dipisahkan menggunakan titik didih yang berbeda. Sebagian besar menara memiliki baki yang diatur pada tingkat tertentu di mana uap tertentu akan mengembun dalam bentuk yang cukup murni, memungkinkan komponen untuk terpisah ke dalam aliran masing-masing.
Biasanya saluran masuk berada di dekat titik tengah menara, dan melalui aliran cairan ke bawah dan aliran uap ke atas, cairan terpisah menjadi komponen dengan titik didih paling ringan/rendah di bagian atas dan komponen titik didih terberat/tertinggi di bagian bawah. Level cairan di bagian bawah menara adalah pengukuran yang paling kritis. Ketika proses berjalan dengan benar, level cairan akan tetap dalam kisaran yang sempit. Itu harus cukup tinggi untuk re-boiler untuk melakukan tugasnya tetapi di bawah baki terendah. Bencana industri besar, seperti kecelakaan di pabrik BP Texas City pada tahun 2005, diakibatkan oleh menara yang terisi cairan karena pengukuran ketinggian yang tidak berfungsi menyebabkan operator memompa terlalu banyak cairan (Badan Investigasi dan Bahaya Keselamatan Kimia AS, 20 Maret 2007 https://www.csb.gov/bp-america-refinery-explosion/)1.
Baca Juga : Dasar Pengukuran Level Meter
Menara distilasi menghadirkan banyak tantangan untuk mengukur level:
Ada terlalu banyak penghalang internal untuk teknologi top-down untuk bekerja.
Interior bertekanan, dan tekanan ini bervariasi dengan throughput.
Ada dapat dengan mudah 100 kaki atau lebih antara titik pengukuran atas dan bawah.
Fluida tersebut biasanya panas dengan temperatur berkisar antara 200-600°F.
Mari kita lihat faktor-faktor ini satu per satu dan lihat bagaimana memecahkan tantangannya.
- Dengan semua baki dan struktur internal lainnya, satu-satunya pendekatan praktis untuk mengukur level adalah DP karena tidak ada teknologi top-down yang dapat melakukan pekerjaan itu. Selain itu, bahkan jika tidak ada penghalang, jarak yang sering terjadi akan berada di luar jangkauan kemampuan sebagian besar pemancar radar.
- Menara disegel dan selalu diberi tekanan, yang berarti pengukuran head-space harus menjadi bagian dari perhitungan level. Beberapa memiliki aliran internal bebas dengan tekanan yang konsisten di seluruh ketinggian, sementara baki dan aliran cairan lainnya membuat profil tekanan internal yang dapat memperumit pengukuran level. ERS dapat membantu mengkarakterisasi profil tersebut untuk memecahkan tantangan pengukuran.
- Menara tinggi menimbulkan masalah dengan jalur impuls yang dibahas sebelumnya, jadi ini adalah situasi yang sangat baik di mana ERS dengan dua pemancar dapat menghindari kompensasi jarak dan masalah gradien suhu dengan fluida pengisi. Tidak perlu pelacakan panas atau pendekatan intensif perawatan lainnya.
- Satu topik yang tersisa adalah suhu. Menara distilasi bisa sangat panas, baik di bagian atas maupun bawah — seringkali terlalu panas untuk pemancar konvensional yang dipasang langsung ke spud. Pengguna sering mencoba memecahkan masalah dengan memasang saluran impuls untuk menciptakan jarak perlindungan, tetapi ini menimbulkan semua sakit kepala operasional dan pemeliharaan yang terkait dengan saluran impuls.
Untuk mengatasi masalah ini, ada rakitan diafragma dan pemancar mandiri (Gambar 5) yang memiliki bagian berisi cairan internal yang dirancang untuk meminimalkan perpindahan panas antara proses dan pemancar, sambil menghindari kelemahan yang biasa terjadi. Rakitan ini menggunakan dua cairan: satu dipilih untuk menahan panas proses penuh dan yang kedua cocok untuk kondisi sekitar.
Baca Juga : Prinsip Kerja Capacitance Level Switch
ini menunjukkan bagaimana ia menggunakan dua cairan pengisi dalam kapiler tertutup untuk membawa tekanan tetapi tidak panas ke pemancar, memastikan waktu respons yang cepat dan perawatan yang rendah.
Cairan suhu tinggi terkandung dalam tabung kapiler antara diafragma utama dan diafragma internal kedua, dan tabung mentransmisikan tekanan ke cairan kedua, yang menghubungi diafragma pengukur yang sebenarnya. Rakitan sepenuhnya disegel dan dilindungi untuk menghindari kerusakan fisik pada mekanisme. Jenis rakitan ini meningkatkan jangkauan termal yang memungkinkan untuk pemancar, memberikan fleksibilitas aplikasi yang lebih besar.
Baca Juga : Cara menentukan sensor level yang tepat untuk aplikasi anda
Solusi menyederhanakan kompleksitas
DP dapat melayani aplikasi dengan baik apakah tujuan utamanya adalah manajemen inventaris, kontrol proses, atau peningkatan keselamatan. DP dapat memberikan tingkat presisi dan pengulangan yang tinggi tetapi tetap ekonomis.
Referensi: InstrumentationTools.com | www.piprocessinstrumentation.com
