instrumentation (level measure) french pdf

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Centre de Formation HMD Mesure de Niveau

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Project No. JI-195

Document No. ELM-PUL-IC-TRC-0010

November 2010 Volume 1 of 1

Services de formation page 2 de 21 © Petrofac 2010

XXX/XXX/XXX/000/xxx/xxxx

Table des matières OBJECTIFS/INTRODUCTION ........................................................................................................................... 3

Objectifs .................................................................................................................................................... 3

Introduction .................................................................................................................................................. 3

Tableau 1/ Mesure de niveau ................................................................................................................... 4

Deux classes des méthodes de mesure de niveau .................................................................................... 5

Niveau ........................................................................................................................................................... 6

Directe ....................................................................................................................................................... 6

Jauges ........................................................................................................ Error! Bookmark not defined.

Bande de mesure ...................................................................................................................................... 8

Niveau à verre ........................................................................................................................................ 10

Robinets d'isolement .............................................................................................................................. 12

Indicateur de niveau magnétique .......................................................................................................... 13

Erreur de parallaxe ..................................................................................... Error! Bookmark not defined.

Type niveaux à flotteur : ........................................................................... Error! Bookmark not defined.

système à levier ...................................................................................................................................... 15

Indicateur de flottabilité (plongeurs) ...................................................................................................... 16

Plongeur .................................................................................................................................................. 18

Systèmes hydrostatiques ........................................................................... Error! Bookmark not defined.

Système capacitifs et sonde ....................................................................... Error! Bookmark not defined.

Système à barbotage ................................................................................. Error! Bookmark not defined.

Systèmes ultrasoniques ............................................................................. Error! Bookmark not defined.

Radioactif (énergie nucléaire) .................................................................... Error! Bookmark not defined.

Radioactif ................................................................................................... Error! Bookmark not defined.



OBJECTIFS/INTRODUCTION

Objectifs

À la fin de cette unité, le stagiaire sera en mesure de:

Décrire la variable de niveau

identifier des appareils de mesure de niveau

Hygromètre à cheveux

expliquer leurs principes de fonctionnement

Introduction Une activité importante au niveau des installations de pétrole contrôle les différents

et nombreux procédés de production d'hydrocarbure. Nous devons contrôler ces

éléments suivant un procédé qui peut et sera en état de changement. Nous appelons

ces d'éléments en changement, des variables. Dans ce module, nous discuterons de la

pression variable et expliquerons comment peut-elle être mesurée.



Tableau 1 Mesure de niveau

Principes de

fonctionnement

Types d'instrument Portée/distance Applications et limites

Immersion

Bâton d'immersion

(jauge)

Bande

d'immersion

Jusqu'à 7.5 m de

Profondeur

Utilisé dans des réservoirs ouverts,

principalement pour les niveaux liquides

seulement. Il y a également une méthode

consistant en l’immersion dans un réservoir des

contenus solides

Colonne de

liquide

Niveau à verre Environ de

0.2 à 2.0 m

Utilisé dans des réservoirs ouverts pour mesure

de niveau liquide seulement

Opération de

pression

Jauges

manomètres

Capsules à

diaphragme

Jusqu'à environ

6 aux 10m

Diverses applications principalement pour

mesure de niveau liquide

Régulateur de

surface

Flotteurs Jusqu'à 10m de

Profondeur

Utilisé dans des réservoirs ouverts et fermés

pour niveau de liquide. Lectures d'effet de

conditions turbulentes

Flottabilité Plongeur Jusqu'à 15m de

Profondeur

Utilisé dans le niveau de liquide seulement, où

des lectures doivent être transmises

Opération

pneumatique

Pipe d'immersion

purgée

Jusqu'à 10m de

Profondeur

Un manomètre est normalement utilisé comme

indicateur pour ce type

Équilibre de

force

Transmetteurs Jusqu'à 20m

Profondeur

Utilisé pour le niveau de liquide seulement, où

des lectures doivent être transmises

Electrique Type de

condensateur

Jusqu'à 100m de

Profondeur

Utilisé pour le niveau de liquide et de solide.

Lecture à distance. Le matériel de mesure peut

agir en tant que diélectrique ou électrolyte

Electrique Capteurs à jauge Jusqu'à 100m de

Profondeur

Utilisé pour le liquide, les gaz et les solides où

des lectures sont transmises



Deux classes de méthodes de niveau de mesure

Directe

Normalement, le niveau peut être visuellement détecté

Principalement pour indication locale

Simple et économique

Pas pour indication à distance ou télécommande

Peut être installé pour vérifier des lectures de transmetteurs

Indirecte

Basé sur les propriétés physiques et électriques qui peuvent être mesurées et

liées au niveau

les signaux de sortie appropriés à la transmission et à l'indication à distance

Tête hydrostatique, à ultrason, à conduction, capacitif, à rayons, à poids et à

résistance



Niveau

Directe

La bande de bobine à main est la manière la plus simple et la plus précise pour

mesurer le niveau du liquide dans un réservoir.

Elle peut être utilisée seulement dans les réservoirs qui ont une ouverture à la

partie supérieure.

Elle ne peut être utilisée dans les réservoirs scellés qui contiennent des

liquides fortement volatiles.

La bande de bobine à main est une bande en acier avec

un poids sur l'extrémité.

La bande est abaissée à partir de la partie supérieure du

réservoir jusqu’à son fond.

Le liquide dans le réservoir laissera une marque humide

sur la bande, indiquant le niveau.



Jauges

La jauge est l'appareil de mesure de niveau de liquide le plus simple. Elle comporte une tige marquée d’une échelle. La tige est plongée dans le liquide et le niveau du liquide est obtenu en relevant l’échelle au niveau de la ligne humide/sèche.

Jauge

La tige peut être fondée sur la base de réservoir, ainsi la distance depuis la base au niveau du liquide est mesurée. C'est une immersion humide c.-à-d. que l'immersion humide est la profondeur du liquide dans le réservoir.

Il pourrait être souhaitable d'arrêter l'extrémité du bâton d'immersion de toucher la base du réservoir par exemple, si le réservoir a une doublure protectrice ou si l'extrémité de la jauge pourrait user. Un collier peut être adapté à la jauge pour l'empêcher de toucher le fond du réservoir. Ceci doit alors être permis pour une certaine échelle, c.-à-d. que l’échelle ne devra pas commencer à zéro.

Une alternative pour mesurer la tige humide consiste à mesurer depuis le dessus du réservoir jusqu’à la surface du liquide. La partie supérieure de l'orifice de jaugeage est souvent prise comme point de repaire, et un collier est adapté au bâton d'immersion pour l'empêcher de pénétrer trop loin. Cette tige s'appelle une tige sèche. Les inexactitudes peuvent se produire si la jauge n'est pas utilisée verticalement. Le seul moyen pour surmonter ceci est d'adapter un tube vertical

Jauge

Collier

Ouverture

Jauge

sèche

Jauge

humid

e

Niveau du

liquide

Ligne humide/sèche



étroit dans lequel la jauge glisse. L’échelle sur la jauge peut être graduée dans n'importe quelle unité appropriée par exemple, hauteur, volume ou masse. Les jauges sont utilisées sur des réservoirs allant jusqu'à 8 m de profondeur et qu’une certaine forme de support est ainsi souvent fournie. Bien que les jauges soient normalement utilisées seulement sur les réservoirs ouverts à une pression atmosphérique, elles peuvent encore être utilisées pour mesurer des liquides dangereux à condition qu’une attention suffisante soit attirée aux temps de relâchement. Les jauges sont très précises, et sont, donc utilisées souvent pour calibrer d'autres instruments de mesure de niveau.

La bande de mesure de profondeur

La bande de mesure de profondeur est une extension du bâton d'immersion. Elle se compose d'une bande en métal flexible avec un poids à son extrémité, et de l'autre extrémité étant fixée à un dispositif d'enroulement.

Bande d'immersion

Le poids est abaissé dans le réservoir à plonger en déroulant la bande jusqu'à ce qu'il touche le fond de réservoir. La bande peut être déroulée rapidement jusqu'au dernier demi-mètre ou ainsi, et ensuite être abaissée doucement pour la distance restante. La bande est alors enroulée jusqu'à ce que la ligne humide/sèche apparaisse et l'immersion est lue depuis l’échelle graduée sur la bande. Le soin doit être pris durant l’immersion pour seulement s'assurer que le poids a juste touché le fond du réservoir. Si la bande se fléchi, une immersion qui est plus grande que celle vraie, résultera. Si la bande doit être utilisée sur un réservoir qui a un revêtement de protection, le

Bobine

Bande en

métal graduée

Poids ou

bobine

Poignée Enrouleuse



poids devra avoir donc une extrémité lisse pour éviter tout endommagement. Les bandes de mesure de profondeur sont légères et flexible et n'importe quelle turbulence dans le liquide peut causer des erreurs dans la lecture d'immersion. Il est d’usage de fixer des tubes d'immersion étroits vers le bas auxquels la bande peut être abaissé.

L’échelle sur la bande de mesure peut être graduée par n'importe quelle unité appropriée, mais d’habitude la hauteur est utilisée. La bande peut alors être utilisée sur un certain nombre de différents réservoirs. La bande doit toujours être essuyée lorsqu’elle est trempée entre différents liquides. Les bandes de mesure sont généralement conçues d'acier en carbone, cependant des aciers inoxydables de plus grande résistance peuvent être utilisés. D'autres matériaux qui ont des propriétés spécifiques de résistance à la corrosion, peuvent également être utilisés, tel que le phosphore, et bronze par exemple.

Mesures de sécurité

Peu de matériaux sont stockés dans les réservoirs ouverts, la plupart sont fermées même si mis à l'air libre et équipé des orifices de jaugeage.

Les orifices de jaugeage ne doivent pas être laissés ouverts :

(i) Parce que la vapeur du réservoir peut être dangereuse

(ii) Parce que la qualité du produit peut être affectée par une contamination depuis l'extérieur, comme par l'eau de pluie.

Si le matériel dans le réservoir est acide ou toxique, des gants de PVC ou en caoutchouc et des protecteurs des yeux doivent être portés. Il est de bonne pratique qu'après toute utilisation, d’essuyer les bandes de mesure ou les jauges de sorte qu’il qu'il n'y ait aucun danger en les manipulant plus tard. Pour empêcher toute contamination, la bande de mesure ou la jauge doivent être essuyés, si elles doivent être utilisées sur plus d'un produit. Des combinaisons de travail et des chaussures appropriées devront également être portés pour protéger l'opérateur contre éclabousse lorsque que la bande est enroulée dedans. Des précautions semblables devront être prises quand on trempe des réservoirs des dissolvants inflammables ou d'autres liquides potentiellement dangereux. Il est essentiel de porter des protecteurs des yeux et des mains ainsi que des les vêtements de protection appropriés, et utiliser un chiffon jetable pour nettoyer le bout après utilisation.

Le plus grand risque lors d’immersion est l’accumulation de l'électricité statique. Pendant que la bande de mesure est déroulée, une quantité considérable de charge peut s'accumuler sur la bande par le frottement. Si une charge suffisante s'accumule une étincelle peut sauter l'espace entre la bande en métal et le réservoir. Ceci pourra mettre à feu tous matériaux inflammables présents. Normalement l'espace de vapeur au-dessus du liquide ne contiendra pas suffisamment d'oxygène pour brûler. Cependant, comme l'orifice de jaugeage est ouvert l'air se mélangera avec la vapeur et le mélange pourrait devenir explosif. Il est donc important qu'on ne permette à aucune charge sur la jauge en métal de s'accumuler. Ceci peut être empêché en



veillant à ce que la bande en métal soit toujours en contact avec le bord de l'orifice de jaugeage. Les jauge seront normalement en contact avec le réservoir par un mécanisme de support. Sinon, le bâton devrait être maintenue pour toucher le côté de l'orifice de jaugeage de la même manière. Quand des liquides sont pompés ou circulent dans un réservoir, ils prennent une charge d'électricité statique. La rapidité à laquelle cette charge est perdue à la terre dépend de la nature du liquide. Dans certains cas la charge est maintenue dans le corps du liquide pendant un temps considérable après que le pompage se soit arrêté. Avec de tels liquides, il est d’usage de spécifier un temps minimum entre la fin de pompage ou la circulation, et l’immersion du réservoir. Ce temps est connu comme temps de relaxation.

Si le changement du corps liquide était assez grand, une étincelle pourrait sauter depuis la surface du liquide au poids sur la bande de mesure ou à l'extrémité d'une jauge pendant qu'elle est abaissée ou enlevée de la surface du liquide. Il est donc très important que le temps de relaxation spécifique soit respecté. Les incendies graves ont été provoqués en plongeant de tels matériaux trop tôt après un transfert. En général il n'est pas sûr de plonger des liquides inflammables pendant les opérations de pompage.

Le niveau à verre

Une propriété fondamentale d'un liquide est qu'il trouve son propre niveau. Cette propriété est employée pour mesurer le niveau liquide par le niveau à verre. Le niveau à verre est un tube en verre ou avec une façade en verre fixé verticalement sur le côté d'un récipient et il ramène effectivement la surface du liquide hors du récipient là où il peut facilement être vu (figure ci-dessous).

Le niveau à verre

Niveau du réservoir



Sur des réservoirs à une pression atmosphérique, des tubes en verre jusqu'à 2 m peuvent être utilisés, mais les plus courts sont les plus communs. Les tubes les plus courts sont plus forts, et moins susceptibles pour contenir des défauts de construction. Ils peuvent donc résister à des pressions plus élevées. Les niveaux à verre sur les chaudières à haute pression peuvent être seulement de 200 millimètres de longueur, mais ils peuvent résister à des pressions barre jusqu'à 350 bar

En outre, les tubes longs dans les environnements corrosifs peuvent ne pas convenir en raison des différents taux auxquels le verre peut être gravé (dissous) par le liquide et les phases de vapeur. La partie du tube qui est dans le liquide peut être gravée à plus rapidement que celui au-dessus du liquide. Il sera souvent meilleur marché, donc, pour avoir un certain nombre de verres courts au lieu d’autres longs.

Une propriété fondamentale d'un liquide est qu'il trouve son propre niveau. Cette

propriété est employée pour mesurer le niveau liquide par le niveau à verre. Le

niveau à verre est un tube en verre ou avec une façade en verre fixé verticalement

sur le côté d'un récipient et il ramène effectivement la surface du liquide hors du

récipient là où il peut facilement être vu. (comme montré au ci-dessous).

Réservoir de stockage

Niveau du liquide

Robinet

d’isolement

Echelle graduée

Verre à glace de

protection

Bouchon d’épuration Robinet d’isolement



Robinets d'isolement

Les niveaux à verres pour l’utilisation à températures élevées sont habituellement courts afin de réduire la possibilité de fracture due au choc thermique. Si une extrémité d'un niveau à verre est chauffée plus rapidement que l'autre elle peut se fragmenter en raison des différents taux d'expansion.

Des robinets d'isolement sont adaptés de sorte que le niveau à verre puisse être remplacé ou nettoyé sans interférer le procédé. Les tubes avec façade en verre sont maintenant très fréquents. Le « tube » est usiné hors d'un bloc en métal et les fentes sont coupées en un côté pour former une fenêtre.

Ballcheck= clapet à bille Gauge connection=connexion de jauge

Packing= garniture d’étanchéité Vessel connection=connexion du recipient

Seat= siege Pusher= pousseur Body= corps Stem=tige

Packing unit= unité de garniture



Indicateur de niveau magnétique

Se compose d'un flotteur avec un système magnétique encastré qui se déplace en haut et en bas avec le niveau dans le récipient.

Transmet le niveau par l'intermédiaire d'une échelle de témoin visible qui est n’est pas en contact direct avec le matériel.

Stainless steel chamber wall= paroi de la chamber d’acier inoxidable Flux ring= anneau de

fluxIndicating flags= repères indicateurs Liquid level= niveau du liquide

Float magnets= aimants flotteurs Float = flotteur

Erreur de parallaxe



Parallaxe : Cette erreur de lecture se rapporte au changement apparent de la lecture pendant que la position de l'observateur est changée. Quelques instruments ont un miroir adapté près de l’échelle. Quand l'indicateur et son image dans le miroir sont alignés il n'y aura aucune erreur de parallaxe.

Niveaux de Type de flotteur :



Le système à levier

Le flotteur est fixé à un bras rigide qui est pivoté à l'autre extrémité. L'indicateur est déplacé par le levier qui conduit un indicateur autour d'un cadran (figure ci-dessus).

Ce type de flotteur est le plus précis quand le bras de flotteur est près de l'horizontal. Plus le flotteur se déplace loin de l’horizontal, plus l'angle devient grand à travers lequel il doit se déplacer pour le même changement du niveau. Ceci avance que qu’il est connu comme erreur d'obliquité. Pour éviter ceci, le déplacement du flotteur est limité à 30° d'arc environ. Les problèmes rencontrés avec ce système peuvent être : (a) La crevaison du flotteur qui causera des erreurs sur l'échelle et peut par la suite ainsi réduire la flottabilité quant à l'arrêt la jauge de fonctionner.

(b) Un changement de la position du flotteur sur le levier, ou le recourbement du levier qui causera également des erreurs.

(c) Le dépôt des solides sur le flotteur causera des erreurs du fait que la flottabilité est changée.

Cependant, les flotteurs sont compacts et peuvent donc être installés dans les espaces confinés. Ils peuvent être utilisés dans des récipients fermés et peuvent facilement être adaptés pour donner des indications à distance de niveau.

Deux autres indicateurs de niveau qui utilisent également le système de levier, peut-être d'une façon plus sophistiquée.



Indicateurs de flottabilité (plongeurs)

L’instrument du type de déplacement variable. C'est une forme très sensible d'un instrument, cela donnera des mesures précises même dans des conditions extrêmes de procédé des pressions très hautes ou très basses ainsi que des températures.

Le principe de fonctionnement est indiqué ci-dessous.

Indicateurs de flottabilité

Note :

Les dimensions, les poids, etc. ne sont pas exprimés en Système International d’unités; c'est parce que beaucoup de fabricants produisent toujours des mesures de déplacement graduées dans unités impériales. L'exemple emploie les dimensions de mesure de 14’’ utilisés en commun. Récipient A

Le plongeur est suspendu par un peson ayant une portée de 0-5 livres et le niveau d'eau est de même le fond du plongeur.

Le poids du plongeur (3 livres) est soutenu par le peson.

Récipient B

Le niveau de l'eau est élevé de 0’’ à 7’’.



Le plongeur perd maintenant le poids égal au poids de l'eau déplacée (1livre) et le poids net du plongeur devient de 2 livres. Récipient C

Le niveau de l'eau est élevé de 7’’ à 14’’.

Le plongeur de l'eau net devient de 1 livre.

L'augmentation du niveau d'eau de 0’’ à 14 ‘’ a diminué le poids net du plongeur de 3 livres à 1 livre, un changement net du poids de 2 livres. Pendant que le poids net du plongeur est diminué, la charge nette sur le peson est réduite par une valeur directement proportionnelle à l'augmentation du niveau d'eau. Ainsi en donnant un peson précis, le cadran gradué a pu être calibré en termes de niveau, fournissant de ce fait un indicateur de niveau simple et précis pour des liquides de densité connue et constante. Il serait possible d'adapter un tel appareil de mesure pour l'enregistrement, l’indication et la commande du niveau pour des portées jusqu'à 10 mètres à condition que le récipient ait était ouvert à l'atmosphère.

Dans l'instrument de déplacement variable, le poids du plongeur est toujours plus lourd que celui du liquide qu'il déplace à la pleine immersion. Le déplacement pour la pleine portée de niveau varie de zéro, avec le plongeur en suspension libre, jusqu’à presque 100% au dessus de la portée.

Si nous souhaitons mesurer le niveau dans un récipient fermé, nous devons employer un système où le mouvement du tube-plongeur est transféré de l'intérieur du récipient à l’extérieur du récipient. Le système le plus approprié à l'utilisation serait celui d'un tube de poussée. Comme avec le type externe, il est plus important que le plongeur soit monté avec le point médian au niveau normal. Si le liquide est en mouvement, il peut être nécessaire d'utiliser une console pour guider l’extrémité inférieure du plongeur. Si le liquide bouillit, ou si turbulence excessive en existent, le plongeur devrait être inséré dans un puits de jaugeage.



Plongeur

Systèmes hydrostatiques

Ceux-ci utilisent un capteur ou un émetteur de pression qui une fois placés dans un liquide, ils mesurent la pression. Les changements de la pression reflètent des changements détaillés de sorte qu'une indication continue de niveau soit obtenue.



Système capacitif et sonde

Quand le liquide (ou les poudres coulant librement) est non conductrice (les matériaux de produits pétroliers, visqueux et granulaires par exemple) la méthode de conductivité ne fonctionne pas, et un type différent d'électrode contenant des circuits électroniques est exigé. Ceci se base sur le changement capacitif pendant que le liquide (poudre) quitte ou touche du bout de l'électrode.

Le même principe est employé dans le système de « Flexicap » qui donne l'indication de niveau continue.

Système à barbotage

Une air constante est appliquée pour pousser les bulles du fond du réservoir. La pression employée pour faire ainsi dépendra du niveau du liquide.



Systèmes ultrasoniques

Des éclats des impulsions sont transmis fréquemment. De fausses impulsions à l’extérieur « d'une fenêtre dynamique » basée sur la fréquence du capteur, sont rejetées et la moyenne est prise du reste. Ceci est converti en signal de milliampère, proportionnel à la profondeur ou à la distance du capteur qui est choisi. Le signal peut être passé au PLC, au mètre numérique/analogue, ou au contrôleur de DCS.

Les détecteur de niveau ultrasoniques (parfois appelées soniques) sont idéaux pour la détection de niveau de non-contact des liquides fortement visqueux tels que l’huile lourde, la graisse, le latex, et les boues liquides aussi bien que les solides en bloc comme le ciment, le sable, le grain, le riz, et les granules en plastique. Les détecteurs émettent des ondes acoustiques de haute fréquence, « ultra » sonique (20kHz à 200kHz) qui sont reflétés et détectés par le capteur émetteur. Du moment que la vitesse du bruit dans l’air varie avec le niveau d'humidité et la température, les détecteurs de niveau ultrasoniques sont également affectées par le changement des niveaux l'humidité et températures et pressions variables.



Radioactif (énergie nucléaire)

La mesure de niveau radioactive exige un isotope et un détecteur. Le détecteur sent le rayonnement gamma que la source a émis par les murs du récipient. Quand le récipient est vide, le taux d’impulsion est élevé. Pendant que le récipient se remplit, le taux de pulsions diminue. Étant à l’extérieur du récipient, ce type de dispositif peut être ajouté ou enlevé sans toucher au procédé. Il est fortement fiable, n'a aucune pièce mobile et n’est pas affecté par la température, la pression ou la corrosion.

Cependant, il exige l'autorisation spéciale pour l'application et le soin extrême en identifiant et en installant la source radioactive. Il est couteux d'installer et utiliser et est difficile de le graduer. La mesure de niveau radioactive est en général appliquée quand d'autres types de mesure ne peuvent pas être employés.

Radioactif

Cette source de rayonnement est particulièrement protégée de sorte que le rayonnement soit seulement orienté sur le produit par la paroi de récipient.

La source de rayonnement est montée près du niveau maximum d'un côté du récipient tandis que des détecteurs de rayonnement sont montés en bas du côté opposé du récipient. La quantité de rayonnement bloquée est proportionnelle au niveau.

Cette technique de mesure est très compétente et est appliquée dans certaines des applications de niveau de procédé les plus défiantes dans la pétrochimie, les industries chimiques et en mer aussi bien que dans les solides lourds manipulant des applications typiques dans l'extraction en carrière et industries cimentières.

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