Endres+Hauser Memograph M, RSG45 Option Energy Mode d'emploi

BA01412R/14/FR/01.15
Products
Solutions
Services
Version de firmware
ENU000A, V02.00.xx
Instructions complémentaires
Memograph M, RSG45
Enregistreur graphique évolué
Option Énergie
Calcul de la masse et de l'énergie dans les applications
sur eau et vapeur
Advanced Data Manager
2
Advanced Data Manager
Sommaire
1
Description générale
du fonctionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2
Description des applications. . . . . . . . . . 5
2.1
2.2
2.3
Applications sur eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Applications sur l'eau/le glycol . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Applications sur vapeur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3
Configuration des applications . . . . . . 10
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
Directives générales de programmation . . . . . .
Sélectionner les unités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Exemples pour la mesure de l'énergie
dans l'eau et dans la vapeur . . . . . . . . . . . . . . . . .
Équilibrage (liens entre les applications) . . . . . .
Mode défaut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
Caractéristiques techniques . . . . . . . . . 22
10
10
11
18
21
3
Description générale du fonctionnement
1
Advanced Data Manager
Description générale du fonctionnement
REMARQUE
Ce manuel fournit une description supplémentaire d'une option logicielle spécifique.
Ce manuel supplémentaire ne remplace pas le manuel de mise en service correspondant !
Des informations détaillées peuvent être trouvées dans le manuel de mise en service et dans
la documentation complémentaire.
Disponible pour toutes les versions d'appareil via :
• Internet : www.fr.endress.com/deviceviewer
• Smartphone / tablette : Endress+Hauser Operations App
Le pack énergie offre 4 options de calcul pour les applications sur eau et vapeur en utilisant
les variables d'entrée débit, pression, température (ou différentiel de température) :
• Calcul de l'énergie
• Calcul de la masse
• Calcul de la densité
• Calcul de l'enthalpie
En outre, il est également possible de calculer l'énergie à l'aide de fluides frigorigènes à base
de glycol. De plus, la densité du fluide enregistré peut être calculée en fonction des conditions
de process respectives.
Par ailleurs, il est possible de calculer la masse en mesurant le débit à l'aide de la méthode de
pression différentielle (calcul du débit DP) pour l'eau, la vapeur, les liquides et les gaz.
En équilibrant les résultats les uns par rapport aux autres ou en liant les résultats à d'autres
variables d'entrée (p. ex. débit de gaz, énergie électrique), les utilisateurs peuvent effectuer
des bilans globaux, calculer les niveaux de rendement, etc. Ces valeurs sont des indicateurs
importants pour la qualité du process et servent de base à l'optimisation du process, de la
maintenance, etc.
La norme internationale reconnue IAPWS-IF 97 est utilisée pour calculer les variables d'état
thermodynamiques de l'eau et de la vapeur.
4
Advanced Data Manager
Description des applications
2
Description des applications
2.1
Applications sur eau
2.1.1
Quantité de chaleur dans l'eau
Calcul de la quantité de chaleur (enthalpie) dans un flux d'eau. Exemple : Détermination
de la chaleur résiduelle dans la conduite de retour d'un échangeur de chaleur.
Variables d'entrée : volume de service et température
La pression moyenne est calculée automatiquement sur la base de la température mesurée.
a0009703
E:
q:
:
T:
h:
Enthalpie (quantité de chaleur)
Volume de service
Densité
Température de service
Enthalpie spécifique de l'eau (par rapport à 0 °C)
5
Description des applications
Advanced Data Manager
2.1.2
Différence de chaleur dans l'eau
Calcul de la quantité de chaleur dégagée ou absorbée par un flux d'eau dans un échangeur de
chaleur. Application typique pour la mesure d'énergie dans les circuits de chauffage et de
refroidissement.
Variables d'entrée : mesure du volume et de la température de process directement en amont
et en aval d'un échangeur de chaleur (dans la conduite d'alimentation ou de retour).
Le capteur de débit peut être installé sur le côté chaud ou froid.
a0009704
E:
q:
:
T1 :
T2 :
h (T1) :
h (T2) :
Enthalpie (quantité de chaleur)
Volume de service
Densité
T chaud
T froid
enthalpie spécifique de l'eau à la température 1
enthalpie spécifique de l'eau à la température 2
REMARQUE
Pour les autres caloporteurs, par exemple l'huile thermique, la quantité de chaleur est
calculée à l'aide de polynômes pour la densité et la capacité thermique. Pour saisir les
polynômes, on utilise l'éditeur de formules pour les voies mathématiques. Des polynômes
pour des liquides spécifiques au client peuvent être générés sur demande (moyennant
paiement).
6
Advanced Data Manager
Description des applications
2.2
Applications sur l'eau/le glycol
2.2.1
Différence de chaleur dans l'eau/le glycol
Calcul de la quantité de chaleur dégagée ou absorbée par un fluide frigorigène (mélange
eau/glycol) dans un échangeur de chaleur. Application typique pour la mesure d'énergie
dans les circuits de chauffage et de refroidissement.
Variables d'entrée : mesure du volume de service et de la température directement en amont
et en aval d'un échangeur de chaleur (dans la conduite d'alimentation ou de retour).
La densité et la conductivité thermique du fluide frigorigène sont calculées sur la base du
rapport de mélange (concentration).
Le capteur de débit peut être installé sur le côté chaud ou froid.
a0009705
E:
q:
:
T1 :
T2 :
c (T1) :
c (T2) :
cm
Enthalpie (quantité de chaleur)
Volume de process
Densité
T chaud
T froid
capacité thermique spécifique à la température 1
capacité thermique spécifique à la température 2
Capacité thermique spécifique moyenne
REMARQUE
Pour d'autres fluides frigorigènes, des polynômes spécifiques pour le calcul de la quantité de
chaleur peuvent être générés sur demande (moyennant paiement).
7
Description des applications
Advanced Data Manager
2.3
Applications sur vapeur
2.3.1
Quantité de chaleur dans la vapeur
Calcul du débit massique et de la quantité de chaleur qu'il contient à la sortie d'un générateur
de vapeur ou pour des consommateurs individuels.
Variables d'entrée : débit volumique de service, température et/ou pression
a0009709
E:
q:
:
TD :
p:
hD
Enthalpie (quantité de chaleur)
Volume de process
Densité
Température de la vapeur
Pression (vapeur)
Enthalpie spécifique de la vapeur
Pour une mesure simplifiée de la vapeur saturée, on peut s'abstenir de mesurer la pression
ou la température. La variable d'entrée manquante est déterminée en utilisant la courbe de
vapeur saturée enregistrée dans le système.
Lors de la mesure de la pression et de la température, l'état de la vapeur est déterminé avec
précision et est surveillé. Une alarme de vapeur humide est émise lorsque la température de
la vapeur saturée est égale à la température du condensat. (Voir Mode défaut 3.5)
8
Advanced Data Manager
Description des applications
2.3.2
Différence de chaleur dans la vapeur
Calcul de la quantité de chaleur dégagée lors de la condensation de la vapeur dans un
échangeur de chaleur.
Alternative possible : calcul de la quantité de chaleur (énergie) utilisée pour générer la
vapeur.
Variables d'entrée : mesure de la pression et des températures directement en amont
et en aval d'un échangeur de chaleur (ou générateur de vapeur).
Le capteur de débit peut être intégré soit dans la conduite de vapeur, soit dans la conduite
d'eau (condensat ou eau d'alimentation).
Si la mesure de débit est nécessaire à la fois dans la conduite de vapeur et la conduite d'eau
(p. ex. en raison de la consommation ou de pertes de vapeur), deux applications doivent être
configurées, à savoir la quantité de chaleur dans la vapeur et la quantité de chaleur dans
l'eau. Les quantités de masse et d'énergie peuvent ensuite être équilibrées dans une voie
mathématique à l'aide de l'éditeur de formules (voir 3.4.1).
a0009710
E:
q:
:
TD :
TW :
p:
hD :
hW :
Enthalpie (quantité de chaleur)
Volume de process
Densité
Température de la vapeur
Température de l'eau (condensat)
Pression (vapeur)
Enthalpie spécifique de la vapeur
Enthalpie spécifique de l'eau
9
Configuration des applications
Advanced Data Manager
3
Configuration des applications
3.1
Directives générales de programmation
1.
Configurer les entrées débit, pression et température
Les entrées standard sont utilisées ici. Il est recommandé de prélever les unités de mise
à l'échelle des gammes de mesure dans le tableau ci-dessous (voir 3.2).
Dans le cas contraire, des coefficients de conversion doivent être définis lors de la configuration de l'application (voir 3.2).
2.
Ouvrir la voie mathématique. Activer la fonction de calcul de l'énergie ou de la masse,
puis sélectionner l'application. Affecter les entrées et définir les unités. Sélectionner les
unités des totalisateurs dans le menu Totalisation.
Pour les applications sur vapeur, configurer le mode défaut en cas d'alarme de vapeur
humide, le cas échéant.
3.
Configurer l'affichage, c'est-à-dire grouper les valeurs d'affichage et sélectionner le
mode d'affichage.
3.2
Sélectionner les unités
Les unités des entrées et l'application sont sélectionnées dans le cadre de la configuration de
l'application (dans la voie mathématique). S'assurer que les unités sélectionnées sont identiques aux unités ayant été utilisées pour mettre à l'échelle les entrées.
Si l'on préfère d'autres unités pour la configuration des entrées, une voie mathématique doit
être sélectionnée où l'unité doit être convertie en une unité indiquée dans le tableau. Cette
voie mathématique est ensuite utilisée comme entrée débit dans une autre voie mathématique pour calculer l'énergie ou la masse.
Unités utilisées dans le pack énergie
Débit
m3/h
ft3/h
gal/h
ft3/min
Pression
bar(a)(g)
Psi(a)(g)
MPa(a)(g) inH2O(a)(g)
Densité
kg/m3
lb/ft3
Température
°C
K
°F
Flux de
chaleur
kW
MW
kBTU/h
Énergie
thermique
kWh
MWh
Débit
massique
kg/h
Masse totale
Enthalpie
GPM
l/h
MBTU/h
tonne
kBTU/
min
therm/ therm/h GJ/h
min
MJ
MBTU
tonh
kBTU
therm
t/h
lbs/h
tonne/h
kg
t
lbs
tonne
kJ/kg
Btu/lbs
gal = gallons liquides : 1 ft3 = 7.48051948 gal
ton (masse) = tonne (américaine) US : 1 ton = 907.18474 kg
tonne (puissance) = tonne de réfrigération (RT) : 1 tonne = 3.51685284 kW
BTU = Tableau [Vapeur] International (IT) : 1 Btu = 1055.056 kJ
therm = therm US (basée sur BTU59 °F) : 1 therm = 105 480.4 kJ
GPM = gallons par minute
10
GJ
Advanced Data Manager
Configuration des applications
3.3
Exemples pour la mesure de l'énergie dans l'eau et
dans la vapeur
3.3.1
Exemple de différence de chaleur dans l'eau
1.
Configurer les entrées débit, pression et température.
Sélectionner le signal, entrer un nom pour l'identification de la voie, définir l'unité
(voir Tableau 3.2) et définir la gamme de mesure.
11
Configuration des applications
Advanced Data Manager
2.
Configurer le calcul de l'énergie.
2.1Ouvrir la voie mathématique, sélectionner le calcul de l'énergie, affecter les capteurs
et les unités, spécifier le point d'installation du capteur de débit et définir la plage de
zoom.
2.2Sélectionner l'unité pour les compteurs.
Activer la totalisation, sélectionner l'unité et définir la valeur de seuil (débit de fuite)
si nécessaire (les valeurs inférieures à la valeur de seuil ne sont pas totalisées).
3.
12
Configurer l'affichage.
Sélectionner les valeurs et le mode d'affichage.
Advanced Data Manager
Configuration des applications
3.3.2
Exemple de quantité de chaleur / masse de la vapeur
1.
Configurer les entrées débit, pression et température.
Sélectionner le signal, entrer un nom pour l'identification de la voie, définir l'unité
(voir Tableau 3.2) et définir la gamme de mesure.
2.
Configurer le calcul de l'énergie.
2.1Ouvrir la voie mathématique, sélectionner le calcul de l'énergie ou de la masse,
affecter les capteurs et les unités.
Si l'on souhaite calculer et afficher l'énergie et la masse, il faut copier les réglages
dans la voie mathématique 2 et sélectionner "Calcul de la masse".
2.2Sélectionner l'unité pour les compteurs.
Activer la totalisation, sélectionner l'unité et définir la valeur de seuil (débit de fuite)
si nécessaire (voir l'exemple 3.2.2, n° 2.2)
13
Configuration des applications
Advanced Data Manager
2.3Configurer le comportement pour l'alarme de vapeur humide.
(Uniquement possible si les entrées pression et température sont utilisées).
Ouvrir le menu Expert, configurer le mode défaut pour l'alarme vapeur humide (arrêt
du compteur en cas d'alarme vapeur humide ou continuer le calcul avec l'état de
vapeur saturée et continuer la totalisation, c'est-à-dire les compteurs continuent de
fonctionner normalement. Configurer si l'alarme vapeur humide doit être signalée
via un relais).
3.
14
Configurer l'affichage.
Sélectionner les valeurs et le mode d'affichage pour l'afficheur (menu : groupes de
signaux (voir l'exemple 3.2.2, n° 3)
Advanced Data Manager
Configuration des applications
3.3.3
Calcul du débit DP (mesure de débit basée sur la méthode
de la pression différentielle)
Remarques générales
L'appareil calcule le débit à l'aide de la méthode de pression différentielle selon
la norme ISO5167. Contrairement à la méthode conventionnelle de mesure de la pression
différentielle, qui fournit des résultats précis uniquement dans les conditions nominales,
l'appareil calcule les coefficients de l'équation de débit (coefficient de débit, vitesse du facteur
d'approche, coefficient d'expansion, densité, etc.) de façon itérative et continue. Ceci garantit
que le débit est calculé de façon précise, même dans des conditions fluctuantes du process,
et de façon totalement indépendante des conditions nominales (température et pression
dans les conditions nominales).
p
Δp
T
Équation ISO 5167 générale pour les diaphragmes, tuyères et tube Venturi :
Qm = f × c ×
p
1
× e × d2 ×
4
1 - b4
2 × Dp × r
A0013547
Sonde de Pitot :
Qm = k × d²
p
× 2 × Dp × r
4
A0013548
Gilflo, V-cone (autres débitmètres DP) :
A0013549
Qm
k

Δ
QM(A)
A
B
Débit massique (compensé)
Facteur de blocage
Densité dans les conditions de process
Pression différentielle
Débit massique dans les conditions nominales
Densité dans les conditions nominales
Densité dans les conditions de process
15
Configuration des applications
Advanced Data Manager
Configuration de la mesure de pression différentielle
16
1.
Définir une entrée universelle pour le transmetteur de pression différentielle :
– Sélectionner le signal (4-20 mA)
– Description de la voie
– Unité (mbar)
– Gamme de mesure du transmetteur de pression différentielle
2.
Des réglages supplémentaires sont effectués dans la voie mathématique et dans
le sous-menu Débit DP :
– Application (eau, vapeur, liquides, gaz)
– Design et matériau du transmetteur de pression différentielle, p. ex. diaphragme,
tuyère
– Diamètre intérieur "D" de la conduite à 20 °C (68 °F)
– Diamètre "d" du transmetteur de pression différentielle (ou facteur k pour sondes
de Pitot) à 20 °C (68 °F)
Advanced Data Manager
Configuration des applications
Densité dans les conditions de process : pour les liquides autres que l'eau et le glycol ainsi que
pour les gaz, la densité doit être déterminée dans les conditions de process. La densité peut
être soit calculée dans une voie mathématique, soit déterminée en externe et transmise à
l'appareil. La formule générale pour le calcul de la densité de gaz est la suivante :
(b)
(n)
p
p(n)
T(n)
T
Densité dans les conditions de process
Densité dans les conditions standard
Pression de process en bar
Pression dans les conditions standard en bar (p. ex. 1,013 bar)
Température en Kelvin dans les conditions standard (p. ex. 273 Kelvin)
Température de process en degrés Kelvin (c'est-à-dire la température en °C +273.15)
Pour les liquides, les données de densité peuvent être entrées sous forme de tableau sous
"Expert/Application/Maths/Maths x/Linearization". La voie mathématique pertinente est
ensuite affectée au champ "Densité".
17
Configuration des applications
Advanced Data Manager
3.4
Équilibrage (liens entre les applications)
3.4.1
Généralités
Pour équilibrer les quantités de masse ou d'énergie les unes par rapport aux autres ou pour
calculer les valeurs caractéristiques, n'importe quelle voie mathématique peut être utilisée.
Exemple : Équilibrage d'un système vapeur
• La quantité de chaleur de la valeur générée est calculée dans la voie mathématique 1.
• La voie mathématique 2 est utilisée pour calculer l'énergie résiduelle dans le débit de
condensat (quantité de chaleur dans l'eau).
Grandeur recherchée :
L'énergie dégagée entre la conduite d'alimentation en vapeur et la conduite de retour du
condensat.
Solution :
Ouvrir la voie mathématique 3, sélectionner l'éditeur de formules et l'utiliser pour soustraire
l'un de l'autre les flux d'énergie (valeurs instantanées) et totaliser (intégration). En guise
d'alternative, les compteurs peuvent également être soustraits directement.
18
Advanced Data Manager
Configuration des applications
3.4.2
Surveillance de chaudières à vapeur
Une chaudière à vapeur est surveillée afin de garantir la sécurité de l'installation et
d'optimiser les process, permettant d'économiser des coûts.
Grandeurs mesurées pour la surveillance de la sécurité de l'installation :
• Niveau
• Pression de la chaudière
• Température de la chaudière
Grandeurs mesurées et valeurs caractéristiques pour l'optimisation du process :
• Énergie du flux de vapeur
• Énergie du flux de condensat
• Énergie de l'eau d'alimentation ou de l'eau fraîche
• Énergie de la purge de chaudière
• Énergie du combustible (p. ex. gaz naturel, mazout domestique)
• Énergie, teneur en oxygène et température du débit des gaz de fumée
• Débit massique de l'air de combustion (avec teneur en O et température)
• Analyse chimique : pH, oxygène dissous, conductivité
Charge
Gaz de fumée
(T)
Vapeur (P, T, V)
Condensat
(V, T)
Gaz combustible
(M, T)
Air
Eau
d'appoint
(V, T)
Eau d'alimentation (V, T)
Purge
19
Configuration des applications
Advanced Data Manager
Exemple : Calcul du rendement de la chaudière
• Voie mathématique 1 (M1) : quantité de chaleur de la vapeur (totalisation : compteur)
• Voie mathématique 2 (M2) : quantité de chaleur du combustible (totalisation : compteur)
• Voie mathématique 3 (M3) : rendement du combustible par rapport à la vapeur (en %)
• Voie mathématique 4 (M4) : rapport combustible/vapeur
Configuration de la voie mathématique 3 :
REMARQUE
Pour calculer le rendement, les valeurs de compteur issues des voies mathématiques 1 et 2
doivent être utilisées. "Rendement" doit être sélectionné dans le paramètre "Le résultat est".
Ceci garantit que les valeurs de compteur issues de l'évaluation des signaux sont utilisées
automatiquement pour le calcul du rendement ; on obtient 4 valeurs de rendement (p. ex.
15 min, jour, mois, année) à afficher et à enregistrer.
Des appareils préréglés selon les besoins du client peuvent être commandés pour les
applications vapeur suivantes :
• Norme de rendement des chaudières à vapeur (calcul direct du rendement)
• Rendement des chaudières à vapeur, y compris l'évaluation des pertes individuelles
(pertes dans la cheminée, purge, rayonnement)
• Équilibrage de la distribution de vapeur, mesure de fuite incluse
• Mesure de la consommation de vapeur, y compris le calcul des besoins spécifiques en
vapeur par unité de production.
20
Advanced Data Manager
Configuration des applications
3.4.3
Packs solution supplémentaires pour les applications
spécifiques au client
En plus des packs solution pour la vapeur, des appareils préréglés peuvent être commandés
pour les applications spécifiques au client :
Système de refroidissement :
• Calcul du COP pour le système, l'installation et la machine de refroidissement
• Équilibrage de la distribution d'un système de refroidissement
• Calcul de l'utilisation spécifique du système de refroidissement (par unité de production)
Système d'air comprimé :
• Mesure de la performance spécifique du compresseur (kWh/Nm³)
• Mesure de fuite
• Surveillance des filtres
• Calcul de la consommation spécifique d'air comprimé
Système de chauffage :
• Rendement de la chaudière à eau chaude
• Équilibrage de la distribution de chaleur
• Calcul de la consommation spécifique de chaleur (par unité de production)
Eaux usées :
• Consommation d'énergie spécifique en fonction de la charge des eaux usées
• Performance spécifique de l'aérateur
• Performance spécifique de la pompe
• Production spécifique de biogaz
3.5
Mode défaut
Le mode défaut peut être configuré uniquement en mode Expert.
Les paramètres du mode défaut des entrées sont décrits dans le paragraphe 6.4 du manuel
de mise en service relatif à l'enregistreur graphique évolué.
Dans le cas d'une erreur, le calcul de l'énergie et de la masse est poursuivi en utilisant une
valeur de remplacement, ou le calcul est incorrect.
Pour les applications sur vapeur, lorsque la température du condensat (alarme vapeur
humide) est atteinte, l'état de vapeur saturée est calculé sur la base de T, et le flux de chaleur
(performance) est calculé. Le comportement des compteurs peut être défini dans l'option de
menu Mode défaut / Alarme vapeur humide :
• Arrêter totalisation (arrêt compteur)
• Continuer totalisation, c'est-à-dire les compteurs continuent de fonctionner (calcul de la
vapeur saturée)
21
Caractéristiques techniques
Advanced Data Manager
4
Gamme de mesure
Caractéristiques techniques
Eau
Eau/glycol
Vapeur
0 à 350 °C (32 à 662 °F)
-40 à 350 °C (-40 à 662 °F)
Gamme de mesure pour la vapeur
surchauffée
0 à 1000 bar (0 à 14503.7 psi)
0 à 800 °C (32 à 1472 °F)
Gamme de mesure pour la vapeur
saturée
0 à 165 bar (0 à 2393 psi)
0 à 373 °C (32 à 703 °F)
Différentiel de température min.
0 °C (0 °F)
Concentration
0 à 60 % Vol
Seuils d'erreur (entrées universelles) 3 à 20 °C (37.4 à 68°F) < 1,0 % de la gamme de mesure
20 à 250 °C (68 à 482°F) < 0,3 % de la gamme de mesure
Cycle de calcul
Norme de calcul
22
500 ms
IAPWS-IF 97
Fonctions polynomiales
(Écart de mesure : 0,6 % max.)
IAPWS-IF 97
Advanced Data Manager
Caractéristiques techniques
23
www.addresses.endress.com