BR102012009322A2 - METHOD FOR MEASURING PRODUCT LEVEL IN PROCESS EQUIPMENT - Google Patents
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Abstract
MÉTODO PARA MEDIÇÃO DE NÍVEL DE PRODUTO EM EQUIPAMENTOS DE PROCESSO. A presente invenção possui como objetivo um método de medição do nível de produto em equipamentos de processo que permite a interpretação da imagem de forma a obter uma informação de nível de produtos no interior de um equipamento monitorado em tempo real e em formato que permite seu uso em sistemas de controle de processo. O método de medição de nível consiste fundamentalmente em quatro etapas: a) aquisição na imagem termográfica b) realce da diferença entre as temperaturas na imagem. c) detecção das arestas e d) correlação da posição da aresta na imagem com o nível de produto no equipamento.METHOD FOR MEASURING PRODUCT LEVEL IN PROCESS EQUIPMENT. The present invention has as object a method of measuring product level in process equipment that allows image interpretation in order to obtain product level information inside a real time monitored equipment and in a format that allows its use. in process control systems. The level measurement method basically consists of four steps: a) thermographic image acquisition b) enhancement of the difference between the temperatures in the image. c) edge detection and d) correlation of the edge position in the image with the product level in the equipment.
Description
MÉTODO PARA MEDIÇÃO DE NÍVEL DE PRODUTO EM EQUIPAMENTOS DE PROCESSOMETHOD FOR MEASURING PRODUCT LEVEL IN PROCESS EQUIPMENT
OBJETO DA INVENÇÃOOBJECT OF THE INVENTION
A invenção compreende um método de medição de nível de fluido 5 em equipamentos de processo através da interpretação de imagem termográfica, identificando a interface, isto é, o nível de produto em equipamentos. A presente invenção foi idealizada para permitir a medição do nível de produto em equipamentos de processo, como por exemplo, vasos, tanques, permutadores, torres de destilação atmosférica 10 e de vácuo, que trabalham em condições de processo adversas, com líquidos muito viscosos, com alto teor de sólidos em suspensão e alta temperatura, dificultando o uso de medidores de nível convencionais. FUNDAMENTOS DA INVENÇÃOThe invention comprises a method of measuring fluid level 5 in process equipment by interpreting thermographic imaging, identifying the interface, that is, the product level in equipment. The present invention has been designed to allow product level measurement in process equipment such as vessels, tanks, exchangers, atmospheric distillation towers and vacuum working under adverse process conditions with very viscous liquids, with high suspended solids content and high temperature, making it difficult to use conventional level gauges. BACKGROUND OF THE INVENTION
Atualmente a medição de nível em equipamentos de processo é realizada através de uma série de tipos de instrumentos diferentes, cada qual com seu campo de aplicação específico e suas limitações (temperatura, interfaces entre fluidos de diferentes densidades, existência de internos no equipamento, entre outros).Currently the level measurement in process equipment is performed through a series of different instrument types, each with its specific field of application and limitations (temperature, interfaces between fluids of different densities, existence of equipment internals, among others). ).
Alguns exemplos desses instrumentos são radares, medidores tipo deslocador, transmissores de pressão diferencial e bóias de nível. Em alguns equipamentos o processo de medição de nível é simples e a utilização desses instrumentos é consolidada.Examples of such instruments are radars, displacer meters, differential pressure transmitters, and level buoys. In some equipment the level measurement process is simple and the use of these instruments is consolidated.
Existem, entretanto, situações em que o contato dos instrumentos com fluidos corrosivos, viscosos e/ou erosivos, impossibilita a utilização ou ocasiona problemas de confiabilidade e desgastes, exigindo manutenções constantes desses instrumentos.However, there are situations in which the contact of the instruments with corrosive, viscous and / or erosive fluids, makes the use impossible or causes reliability problems and wear, requiring constant maintenance of these instruments.
Quanto à termografia, trata-se de uma técnica consolidada com diversas aplicações na indústria do petróleo, tais como monitoramento da temperatura de tubos de fornos, identificação de problemas de isolamento térmico, pontos quentes em painéis e instalações elétricas e outros. Usualmente a interpretação da imagem é realizada pelo operador. Quando há alguma automatização na interpretação da imagem, o objetivo desta é o monitoramento de temperatura.As for thermography, it is a consolidated technique with several applications in the oil industry, such as furnace pipe temperature monitoring, identification of thermal insulation problems, hot spots in panels and electrical installations and others. Usually the interpretation of the image is performed by the operator. When there is some automation in image interpretation, the purpose of this is temperature monitoring.
Dentre os documentos de patentes já publicados relacionados à termografia, podemos citar o documento IT 1226108 que descreve um equipamento para aquisição e tratamento de imagens termográficas em tempo real, porém não contemplando metodologias de tratamento de imagem para medição de nível de produto.Among the published patent documents related to thermography, we can cite document IT 1226108 which describes a device for real-time thermographic image acquisition and processing, but does not include image processing methodologies for product level measurement.
Portanto, a literatura técnica não descreve nem apresenta uma solução para a medição do nível de produto em equipamentos de processo utilizando termografia como princípio de medição.Therefore, the technical literature does not describe or provide a solution for product level measurement in process equipment using thermography as the measurement principle.
SUMÁRIO DA INVENÇÃOSUMMARY OF THE INVENTION
A presente invenção possui como objetivo um método de medição do nível de produto em equipamentos de processo baseado na 15 interpretação de imagem termográfica de forma a possibilitar a construção de um instrumento capaz de obter uma informação de nível de produto no interior de um equipamento monitorado em tempo real e em formato que permita seu uso em sistemas de controle de processo.The present invention aims at a method of measuring product level in process equipment based on thermographic image interpretation in order to enable the construction of an instrument capable of obtaining product level information within equipment monitored in in real time and in a format that allows its use in process control systems.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A figura 1 mostra a imagem termográfica convertida para tons deBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 shows the thermographic image converted to color tones.
cinza.Grey.
A figura 2 mostra a imagem termográfica com o estreitamento dos níveis de tons de cinza.Figure 2 shows the thermographic image with narrowing grayscale levels.
A figura 3 mostra a imagem termográfica com tratamento de realce das arestas.Figure 3 shows the thermographic image with edge enhancement treatment.
A figura 4 mostra a imagem termográfica submetida à etapa de detecção de arestas.Figure 4 shows the thermographic image submitted to the edge detection step.
A figura 5 mostra a imagem termográfica submetida à etapa de detecção de arestas por inversão de tons.Figure 5 shows the thermographic image submitted to the tone inversion edge detection step.
A figura 6 mostra a imagem termográfica submetida à etapa de contagem de pixels e adoção da posição dos níveis mínimo e máximo pelo usuário.Figure 6 shows the thermographic image submitted to the pixel counting step and the adoption of the position of the minimum and maximum levels by the user.
A figura 7 ilustra um exemplo de um medidor de nível por termografia.Figure 7 illustrates an example of a thermographic level meter.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Devido à capacidade térmica diferente entre os produtos e/ou fases (por exemplo, líquido/gás), existe uma diferença de temperatura mensurável na parede do equipamento. Dessa maneira é possível “enxergar” com apreciável precisão o nível de produto através da imagem termográfica. O valor do nível é obtido através do tratamento desta imagem, como exemplificado na seqüência.Due to the different thermal capacity between products and / or phases (eg liquid / gas), there is a measurable temperature difference in the equipment wall. In this way it is possible to "see" with appreciable precision the product level through the thermographic image. The level value is obtained by treating this image as exemplified in the sequence.
O método de medição de nível consiste fundamentalmente em quatro etapas:The level measurement method basically consists of four steps:
a) Aquisição da imagem termográfica, em que a aquisição é realizada a partir do uso de uma câmera termográfica.a) Acquisition of the thermographic image, in which the acquisition is made using a thermographic camera.
b) Realce da diferença entre as temperaturas na imagem, realizada a partir da aplicação de filtros digitais com a finalidade de preparar a imagem para a etapa seguinte. Um exemplo consiste na transformação da imagem colorida em tons de cinza e aplicação de algoritmos de estreitamento dos níveis de tom de cinza e realce de arestas, conforme imagens mostradas nas figuras 1, 2 e 3, respectivamente. Ressalta-se que diferentes transformações podem ou não ser aplicáveis dependendo da imagem inicial gerada pela câmera termográfica e do algoritmo a ser utilizado na etapa seguinte.b) Highlighting the difference between the temperatures in the image, made by applying digital filters to prepare the image for the next step. An example is the transformation of the color image to grayscale and the application of grayscale narrowing and edge enhancement algorithms, as shown in figures 1, 2, and 3, respectively. It is noteworthy that different transformations may or may not apply depending on the initial image generated by the thermographic camera and the algorithm to be used in the next step.
c) Detecção das arestas, realizada a partir da imagem pré-tratada na etapa “b” anterior e da aplicação de um algoritmo de detecção de arestas, conforme imagens mostradas nas figuras 4 e 5. Exemplos de algoritmos que podem ser empregados são: Sobel1 Gauss, Laplace, entre outros. O importante nesse passo é que o software/hardware empregado gere uma nova imagem onde as interfaces de mudança de cor da imagem da etapa “b” (incluindo a interface do nível a ser medido) sejam destacadas.c) Edge detection, based on the pretreated image in step “b” above and the application of an edge detection algorithm, as shown in figures 4 and 5. Examples of algorithms that can be employed are: Sobel1 Gauss, Laplace, among others. The important thing in this step is that the software / hardware employed generates a new image where the color change interfaces of the step “b” image (including the level to be measured interface) are highlighted.
d) Correlacionar a posição da aresta na imagem com o nível de produto no equipamento, que dependerá, entre outros fatores, da definição por parte do usuário dos pontos de nível máximo e mínimo, posicionamento do medidor (distância, ângulo, etc.), distorção da imagem e geometria do equipamento. A figura 6 mostra uma imagem, em que a determinação é feita através da contagem de pixels na imagem para geração de escala de 0 a 100% e pela definição pelo usuário da posição de nível máximo e mínimo, com aplicação de uma escala linear. Ou seja, o usuário posiciona a câmera, definindo uma linha ou uma curva onde existirá o nível mínimo e máximo na própria imagem. Assim, o software/hardware irá então verificar quantos pixels existem entre o nível mínimo e a aresta definida na etapa “c” e relacionar, de acordo com a geometria do equipamento e a equação/proporção selecionada, com a quantidade de pixels totais. Por exemplo, um tanque cilíndrico vertical, exigirá uma regra de três simples: pixels contados/pixels totais x 100 = nível em porcentagem (%).d) Correlate the position of the edge in the image with the product level in the equipment, which will depend, among other factors, on the user's definition of the maximum and minimum level points, meter positioning (distance, angle, etc.), image distortion and equipment geometry. Figure 6 shows an image in which the determination is made by counting the pixels in the image for scaling from 0 to 100% and by defining the maximum and minimum level position by applying a linear scale. That is, the user positions the camera, defining a line or curve where there will be the minimum and maximum level in the image itself. Thus, the software / hardware will then check how many pixels there are between the minimum level and the edge defined in step “c” and relate, according to the geometry of the equipment and the selected equation / proportion, to the amount of total pixels. For example, a vertical cylindrical tank will require a simple three rule: counted pixels / total pixels x 100 = level in percent (%).
Esta metodologia, ou seja, os algoritmos e tecnologias necessárias para processamento e interpretação da imagem termográfica podem ser incorporados à própria câmera, tornando-a um instrumento medidor e visor de nível.This methodology, ie the algorithms and technologies required for thermographic image processing and interpretation, can be incorporated into the camera itself, making it a measuring instrument and level display.
Um exemplo de medidor de nível por termografia está ilustrado na figura 7 e é composto por uma câmera termográfica (3) posicionada com visada do equipamento de processo (1). A câmera (3) possui uma lente para infravermelho (2) com foco e ângulo ajustados a fim de visualizar a área na qual se deseja realizar a medição. Um tubo auxiliar (4) pode ser empregado de modo a definir a visão (5) da câmera (3). A câmera é acoplada a um “hardware” para tratamento e processamento da imagem e identificação do nível de produto, onde é empregada a metodologia proposta nesta invenção.An example of thermography level meter is illustrated in figure 7 and consists of a thermographic camera (3) positioned with a view of the process equipment (1). The camera (3) has an infrared lens (2) with focus and angle adjusted to view the area in which measurement is desired. An auxiliary tube (4) may be employed to define the view (5) of the camera (3). The camera is coupled with hardware for image processing and processing and product level identification, where the methodology proposed in this invention is employed.
Para aplicação como instrumento transmissor de nível a ser 5 interligado a sistemas de controle de processo, o aparelho pode ser dotado de conexões (saídas/entradas/protocolos) padronizadas e consagradas, tais como saídas 4 mA a 20 mA, comunicação Hart, foundation fieldbus, profibus, entre outros. Para funcionamento também como visor de nível, o instrumento pode possuir uma saída de vídeo ou 10 equivalente.For application as a level transmitter 5 to be interconnected to process control systems, the apparatus may be provided with standard and established connections (outputs / inputs / protocols) such as 4 mA to 20 mA outputs, Hart communication, foundation fieldbus. , profibus, among others. For operation also as a level display, the instrument can have a video output or 10 equivalent.
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