Regolazione di livello e pressione

[BAN003]

Buongiorno a tutti,

ho un problema di regolazione.

L'impianto sarebbe costruito come segue :

Un trasmettitore di livello  all'interno dello scambiatore

Una pompa con inverter per riempire lo scambiatore e tenerlo a livello costante.

Un trasmettitore di pressione dopo la pompa

Una valvola modulante per regolare la quantità di vapore che entra nello scambiatore.

Dovrei ottenere una pressione costante in uscita e mantenere un livello costante all'interno dello scambiatore.

La pressione in uscita mi regola il vapore in ingresso e così ottengo la pressione costante.

Ma come ottengo un livello costante? Se la pompa spinge ad una pressione inferiore alla pressione di uscita, non entra acqua e ni si vuota lo scambiatore oppure il livello sale troppo.

Se lego la pompa al trasmettitore di pressione messo dopo la pompa, potrei regolarla per mantenere una pressione all'interno dello scambiatore più un valore fisso. (Esempio 3 bar set-point scambiatore + 0,5) potrebbe funzionare? A me sembra che facendo così, la pompa non potrebbe mantenermi un livello costante.

PID in cascata? Non saprei proprio come impostarli visto che non ne ho mai fatti e purtroppo non ho mai studiato regolazioni.

Fino ad ora mi sono sempre levato d'impiccio col metodo Ziegler-Nichols ma qui non saprei come fare.

C'è qualcuno che riesce ad aiutarmi?

[Livio Orsini]

15 minuti fa, BAN003 ha scritto:

Una pompa con inverter per riempire lo scambiatore e tenerlo a livello costante.

 

Fino a qui è un semplice regolatore PI

 

15 minuti fa, BAN003 ha scritto:

Dovrei ottenere una pressione costante in uscita e mantenere un livello costante all'interno dello scambiatore.

 

Domanda chi stabilesce quale deve essere il valore di pressione di riferimento?

 

15 minuti fa, BAN003 ha scritto:

Se lego la pompa al trasmettitore di pressione messo dopo la pompa, potrei regolarla per mantenere una pressione all'interno dello scambiatore più un valore fisso. (Esempio 3 bar set-point scambiatore + 0,5) potrebbe funzionare?

 

Se lo scambiatore si svuota devi immettere più liquido, quindi aumentare la portata. A questo punto la pressione nel tubo in uscita dalla pompa può aumentare di pressione.

 

Forse non capito bene io. Magari se schizzi lo schema idraulico e specifichi bene dove hai i trasduttori si capisce meglio.

 

Io ho una buona conoscenza dei problemi e delle tecniche di regolazione automatico, però non sono molto ferrato in idrauica, quindi può essere che mi sfugga qualche cosa.

Modificato: 15 ottobre 2021 da Livio Orsini

[BAN003]

Buonasera Livio,

grazie mille per la risposta quasi immediata.

La pressione di riferimento da mantenere all'uscita dello scambiatore (Vedi vapore 2) è stabilita tramite valore inserito da HMI. Diciamo che l'operatore imposti 3 bar.

Tralasciando le fasi iniziali di preparazione dello scambiatore, il sistema deve mantenere la pressione di 3 bar in uscita Vapore 2 e il livello costante dentro allo scambiatore, letto da LIT.

La regolazione della pressione in uscita la faccio mediante PID. Uso anche la derivata perchè da consumo quasi nullo, si potrebbe aprire una valvola e passare di colpo a consumo massimo, quindi devo essere pronto ed avere poche oscillazioni. Questa parte mi pare a posto. La pressione risulta praticamente costante in entrambi i casi.

Il problema è il livello. Se controllo la pompa con il livello, rischio di avere il livello costante ma troppe variazioni di portata che mi portano ad avere, di conseguenza, delle variazioni sul vapore 2 visto che l'acqua in ingresso è circa a 30 gradi.

Se regolo la pompa per mantenere ad esempio, 3,2 bar sulla sua mandata, il livello va a farsi benedire e rischio di avere troppa acqua acqua all'interno dello scambiatore o troppo poca e quindi di scoprire il fascio tubiero rischiando di rovinarlo.

Attulamente lavoro regolando la pompa col livello, ma se imposto un livello di 70% dello scambiatore, questo mi varia da 90 a 60 perchè la pompa deve prima vincere la pressione all'interno dello scambiatore per poter fare entrare acqua.

Spero che lo schema allegato si capisca.

[Livio Orsini]

Ho capito meglio, anche grazie alle tue spiegazioni aggiuntive.

Come ti dicevo io non sono un esperto di idraulica, ma credo sia inevitabile che se si aumenta la portata della pompa aumenti anche la pressione a valle della stessa, se il prelievo rimane costante.

Potresti agire come stai agendo attualmente, ma variando ilriferimento di pressionecon un differenziale iniziale, che ridurresti poi gradatamente man mano che il livello si attesta sul valore prefissato.

In altri termini fissi per esempio il riferimento al 70%, poi fissi una soglia di +/- 5%. Al di sotto di quella soglia incrementi il riferimento di pressione con conseguenza di un incremento di portata. Raggiunto il +5%, o nache prima, cominci a decrementare il riferimento di pressione sino al raggiungimento del valore di consegna.

[Adelino Rossi]

Diciamo che dovresti disegnare meglio l'interno dello scambiatore con visibili i percorsi dei fluidi. Sembra la spiegazione di un corpo cilindrico di una caldaia generatore di vapore.

Entra acqua a 30 gradi e esce vapore regolato ?, vapore 2?. Entra vapore 1 che dovrebbe trasformare acqua a 30 gradi in vapore 2?

Oppure è il condensatore di una turbina a vapore? In genere il termine scambiatore indica un apparecchio tutto pieno di liquido che si scambia una temperatura.

Gli unici apparecchi che assomigliano a quanto hai indicato sono i condensatori di turbine o i corpi cilindrici di generatori di vapore la cui regolazione di livello è piuttosto complessa

e dove c'è la combinazione di pressione, portata e livello e la regolazione è piuttosto complessa..   

[BAN003]

Adelino,

in effetti il processo è un pò più complicato. Ho cercato di semplificarlo scrivendo le cose base.

Entra acqua a 30°C ed esce vapore 2. Questa è la parte del fascio tubiero dello scambiatore.

Il vapore 1 che entra nel lato matello dello scambiatore, esce sottoforma di condense 1. E questo è il lato mantello.

Il PIT sul vapore 2 va a regolare la valvola di regolazione del Vapore 1 in modo da mantenere costante la pressione.

Il livello (LIT) o il PIT installato sulla mnadata della pompa dovrebbero regolare per tenermi il livello il più costante possibile.

E' un processo particolare che rimane in servizio per circa mezza giornata, poi si verma tutto, si apre una valvola che non ho disegnato ma sarebbe nella parte bassa del fascio tubiero sotto a Vapore 2 e scarica quello che è rimasto dentro allo scambiatore, visto che la temperatura di evaporazione, fa evaporare solo l'acqua e non quello disciolto al suo interno.

Avrei anche un misuratore di portata sulla linea del vapore ma dopo che questo è stato fatto condensare, quindi ha troppo ritardo per essere usato nella regolazione della pompa.

 

Livio,

Ho capito cosa suggerisci. Proverò a fare così.

 

Grazie mille a tutti.

[Livio Orsini]

4 ore fa, BAN003 ha scritto:

Ho capito cosa suggerisci. Proverò a fare così.

 

La mia è un'idea di regolazione dedotta da altre "macchine", non garantisco che possa funzionare anche nel tuo caso perchè è un processo che mi è praticamente sconosciuto.

[max.riservo]

5 ore fa, BAN003 ha scritto:

...Avrei anche un misuratore di portata sulla linea del vapore ma dopo che questo è stato fatto condensare, quindi ha troppo ritardo per essere usato nella regolazione della pompa...

Presumo che tu abbia un misuratore di portata (tipo elettromagnetico ?) sulle condense quindi in uscita dallo scambiatore e con un discreto ritardo per essere utilizzato proficuamente nel controllo del processo. Forse potresti utilizzare un misuratore di portata (tipo Vortex) direttamente sul vapore in modo da avere la misura istantanea in ingresso allo scambiatore.

In caso di Vortex occorre verificare bene la fattibilità dell'installazione (diametri rettilinei a monte/valle, raddrizzatori di flusso) oltre al costo che generalmente è di circa 2/3 volte un pari diametro di un misuratore di portata elettomagnetico ...

[acquaman]

Secondo me si potrebbe regolare la pompa sul livello, e regolare la valvola 1 in funzione delle velocità della pompa più una percentuale di pid sulla pressione per mantenerla.

Più acqua entra più la valvola fa entrare vapore per far evaporare l'acqua, del resto la quantità di calore portato dal vapore 1 è direttamente proporzionale alla quantità di acqua da far evaporare.

 

[BAN003]

Acquaman,

non credo di riuscire a mantenere la pressione del vapore 2 costante in questo modo.

Purtroppo la pressione può variare solamente di 0.2 / 0.3 bar dal set-point visto che pressione del vapore costante = temperatura nello scambiatore costante.

[BAN003]

Max.riservo,

il misuratore è un massico, quindi molto più preciso di un vortex, di un ultrasuoni o di un elettromagnetico.

Non è posizionato sulle condense dello scambiatore, ma sul condensato del vapore 2, quindi del vapore prodotto che poi viene fatto condensare attraverso un altro scambiatore di calore.

Purtroppo, installato così non si può usare per la regolazione della pompa.

Anche il processo non è nostro e quindi non possiamo ne aggiungere ne togliere strumentazione, altrimenti si sarebbe potuto montare un trasmettitore di portata dopo la pompa e regolare la pompa in modo da avere portata costante.

[acquaman]

10 ore fa, BAN003 ha scritto:

non credo di riuscire a mantenere la pressione del vapore 2 costante in questo modo.

Non sono d'accordo, la componente PID che deve essere rilevante serve proprio a quello, mentre la parte proporzionale alla velocità della pompa serve a evitare sbalzi di temperatura in quanto fornisce la giusta quantità di calore in funzione della quantità di acqua fredda che entra.

[Livio Orsini]

1 ora fa, acquaman ha scritto:

la componente PID che deve essere rilevante serve proprio a quello, mentre la parte proporzionale

 

In altri termini proponi un feedforward di pressione dove P = k * v, con in somma la correzione pesata, derivata da un regolatore PID, sempre sulla pressione, quindi mantieni la pressione costante.

Dal punto di vista della regolazione funzionerebbe ottimamente per la pressione.

Non conoscendolo non so dire se è corretto per il controllo di processo.

[acquaman]

 

4 minuti fa, Livio Orsini ha scritto:

In altri termini proponi un feedforward di pressione dove P = k * v, con in somma la correzione pesata, derivata da un regolatore PID, sempre sulla pressione, quindi mantieni la pressione costante.

In modo un pò più agricolo intendevo proprio questo.

[Livio Orsini]

2 minuti fa, acquaman ha scritto:

n modo un pò più agricolo

😃 Veramente simpatico 😃