Flussimetri a orifizio e flussimetri a cuneo: Capire le differenze

I flussimetri a orifizio e i flussimetri a cuneo appartengono alla tipologia di flussimetri a sezione costante e pressione differenziale. In altre parole, condividono lo stesso concetto.

Un misuratore di portata a orifizio consiste nell'inserire una piastra circolare con un foro al centro in una tubazione e nel misurare la differenza di pressione del vapore prima e dopo la piastra a orifizio. Sulla base di questi dati viene calcolata la portata del vapore.

Quando la portata di vapore viene ristretta in corrispondenza della piastra orifiziale, la pressione statica diminuisce e la portata aumenta, determinando una differenza di pressione prima e dopo la piastra orifiziale. Secondo l'equazione di continuità (legge di conservazione della massa) e l'equazione di Bernoulli (legge di conservazione dell'energia), la portata è proporzionale alla differenza di pressione: M2∝ΔP, dove M è la portata e ΔP è la differenza di pressione.

Il segnale di differenza di pressione viene trasmesso a un trasmettitore di pressione differenziale tramite linee a impulsi e quindi inviato a un integratore di flusso, che calcola la portata in base al segnale di differenza di pressione. Inoltre, la temperatura e la pressione del vapore sono misurate da sensori di temperatura e pressione e l'integratore di flusso calcola la portata compensata in base alla temperatura e alla pressione correnti.

Un flussimetro a cuneo funziona vincolando il flusso del fluido con un cuneo, creando una differenza di pressione a monte e a valle del cuneo che è proporzionale al quadrato della portata. Questa differenza di pressione viene prelevata da due prese di pressione su entrambi i lati del cuneo e inviata a un trasmettitore di pressione differenziale per convertirla in un segnale elettrico in uscita. Questo segnale viene poi elaborato da un integratore di flusso specializzato per determinare la portata.

Perché scegliere un misuratore di portata a orifizio

Perché scegliere un misuratore di portata a orifizio

Vantaggi:

1. Design robusto e affidabile: La struttura del dispositivo di strozzamento è semplice, facilmente replicabile e durevole, per garantire prestazioni stabili e una lunga durata.
2. Adatti per tubazioni di grande diametro: I misuratori di portata a orifizio sono spesso la scelta preferita per le tubazioni con diametro superiore a DN 600 mm, il che li rende ideali per le applicazioni industriali ad alta capacità.
3. Durata: La costruzione robusta dei misuratori di portata a orifizio contribuisce alla loro longevità, riducendo la necessità di frequenti sostituzioni.
4. Opzioni di calibrazione complete: Sebbene la calibrazione dei singoli componenti sia comune, i progressi della tecnologia stanno migliorando le capacità di calibrazione del sistema complessivo.
5. Economici: I misuratori di portata a orifizio offrono un equilibrio tra prestazioni e convenienza, che li rende una scelta economica per molte applicazioni industriali.

Svantaggi:

1. Requisiti di installazione complessi: L'installazione precisa del dispositivo di strozzamento, delle linee di impulso e delle vasche di raccolta della condensa richiede un'attenta cura dei dettagli e tecnici qualificati.
2. Sfide di calibrazione: La calibrazione dell'intero sistema rimane difficile, poiché i singoli sensori (pressione differenziale, pressione e temperatura) sono in genere calibrati separatamente, con potenziali ripercussioni sull'accuratezza complessiva.
3. Erosione e degrado della precisione: La struttura della piastra orbitale provoca significative cadute di pressione e un aumento della velocità del flusso, con conseguente erosione nel tempo. Ciò è particolarmente problematico quando si misurano liquidi facilmente vaporizzabili come il gas liquefatto o il propilene, dove le variazioni delle proprietà del fluido possono accelerare l'erosione e ridurre la precisione.
4. Elevato consumo energetico: La notevole perdita di pressione statica attraverso la piastra orifiziale comporta un aumento del fabbisogno energetico di pompe e motori, in contrasto con i moderni obiettivi di efficienza energetica.
5. Limitata capacità di portata: I flussimetri a orifizio hanno in genere un rapporto di turndown inferiore rispetto ad altri tipi di flussimetri, il che può limitarne l'efficacia in applicazioni con portate molto variabili.
6. Potenziale di incrostazione: In alcune applicazioni, la piastra orifiziale può essere soggetta a incrostazioni o intasamenti, in particolare con fluidi viscosi o carichi di particelle, che richiedono una manutenzione regolare.
7. Requisiti per il percorso rettilineo dei tubi: Per garantire la precisione, i misuratori di portata a orifizio richiedono spesso un notevole tratto di tubo rettilineo a monte e a valle, il che può risultare impegnativo in installazioni con spazi limitati.

Perché scegliere un flussimetro a cuneo

Perché scegliere un flussimetro a cuneo

Vantaggi:

1. Prestazioni eccezionali con fluidi difficili: I flussimetri a cuneo eccellono nella misurazione di fluidi con alta viscosità, basso numero di Reynolds, particelle in sospensione o gas intrappolati. Questa versatilità li rende ideali per applicazioni industriali complesse.
2. Precisione indipendente dal fluido: La precisione della misura non è influenzata dalla costante dielettrica o da altre proprietà del fluido, garantendo prestazioni costanti su diversi supporti.
3. Design anti-intasamento: L'esclusiva ostruzione a forma di cuneo crea un effetto di deviazione, riducendo significativamente il rischio di intasamenti e garantendo un funzionamento affidabile a lungo termine.
4. Funzionalità di compensazione avanzate: Le funzioni integrate si adattano alle variazioni di viscosità, temperatura e densità del fluido, mantenendo l'accuratezza in condizioni di processo diverse.
5. Struttura robusta: Altamente resistenti alle vibrazioni, agli urti, alla contaminazione e alla corrosione, sono adatti ad ambienti industriali difficili.
6. Misura di portata bidirezionale: È in grado di misurare accuratamente il flusso in entrambe le direzioni, aumentando la versatilità nei sistemi di tubazioni complessi.
7. Sostenibilità ed economicità: La struttura semplice ma robusta contribuisce all'elevata affidabilità, alla facilità di installazione e ai bassi costi operativi e di manutenzione, sostenendo gli obiettivi di efficienza energetica e riduzione delle emissioni.
8. Funzionamento senza manutenzione: L'assenza di parti in movimento o di componenti soggetti a usura elimina la necessità di ricalibrazione durante l'uso a lungo termine, riducendo i tempi di inattività e le spese di manutenzione.

Svantaggi:

1. Costo iniziale più elevato: I flussimetri a cuneo hanno in genere un prezzo di acquisto più elevato rispetto alle piastre orifiziali tradizionali.
2. Calibrazione individuale: Ogni unità richiede una calibrazione specifica, che può aumentare i tempi di consegna e complicare la gestione delle scorte.
3. Standardizzazione limitata: Nel settore mancano dati completi e standard consolidati per la progettazione, la produzione, i calcoli, l'installazione e l'utilizzo, complicando potenzialmente i processi di progettazione e di approvvigionamento.

Precauzioni per l'installazione

10 precauzioni per l'installazione di un misuratore di portata a orifizio:

1. Prima di installare lo strumento, la tubazione di processo deve essere pulita per evitare che le sostanze ferromagnetiche aderiscano allo strumento, compromettendone le prestazioni o addirittura danneggiandolo. Se inevitabile, è necessario installare un filtro magnetico all'ingresso dello strumento. Lo strumento stesso non deve essere soffiato con aria prima di essere messo in funzione per evitare danni.
2. Prima dell'installazione è necessario verificare che lo strumento non sia danneggiato.
3. L'installazione dello strumento può essere verticale o orizzontale. In caso di installazione verticale, l'angolo tra la linea centrale dello strumento e la linea verticale deve essere inferiore a 2°. In caso di installazione orizzontale, l'angolo tra la linea centrale dello strumento e la linea orizzontale deve essere inferiore a 2°.
4. Le tubazioni a monte e a valle dello strumento devono avere lo stesso diametro dello strumento. Le flange o le filettature utilizzate per collegare la tubazione devono corrispondere alle flange e alle filettature dello strumento. La sezione del tubo rettilineo a monte deve essere almeno cinque volte il diametro nominale dello strumento e la sezione del tubo rettilineo a valle deve essere maggiore o uguale a 250 mm.
5. Poiché il segnale dello strumento viene trasmesso attraverso un accoppiamento magnetico, per garantire le prestazioni dello strumento non devono essere presenti sostanze ferromagnetiche nel raggio di 250px intorno all'installazione.
6. Se lo strumento misura il gas, è calibrato a una pressione specifica. Se il gas viene scaricato direttamente nell'atmosfera dall'uscita dello strumento, causerà una caduta di pressione sul galleggiante e falserà i dati. In questo caso, è necessario installare una valvola all'uscita dello strumento.
7. Lo strumento installato nella tubazione non deve essere sottoposto a sollecitazioni. L'ingresso e l'uscita dello strumento devono essere dotati di supporti adeguati per mantenere lo strumento in uno stato di stress minimo.
8. Quando si installa uno strumento con rivestimento in PTFE, occorre prestare particolare attenzione. Sotto pressione, il PTFE si deforma, quindi i dadi della flangia non devono essere stretti troppo.
9. Gli strumenti con display LCD devono essere installati in modo da evitare che la luce solare diretta colpisca il display e ne riduca la durata.
10. Quando si misurano fluidi a bassa temperatura, si deve scegliere un tipo con rivestimento.

28 precauzioni per l'installazione del misuratore di portata a piastra orbitale

1. Il misuratore di portata a orifizio non deve essere installato sulla tubazione formata.
2. È necessario prestare attenzione alla lunghezza del tratto di tubo rettilineo prima e dopo il misuratore di portata.
3. Per i misuratori di portata elettromagnetici e massici con requisiti di messa a terra, la messa a terra deve essere eseguita secondo le istruzioni.
4. Durante il processo di saldatura della condotta, il filo di messa a terra deve evitare il corpo dello strumento per evitare che la corrente di messa a terra attraversi il corpo dello strumento e lo danneggi.
5. Durante il processo di saldaturaLa corrente di messa a terra non deve passare attraverso il tubo di pressione capillare dello strumento a flangia singola o doppia.
6. Per i tubi di guida a media e alta pressione, saldatura ad arco di argon o la saldatura a bicchiere. In caso di velocità del vento >2m/s, è necessario adottare misure antivento. Se la velocità del vento è >8m/s, la saldatura deve essere interrotta.
7. Prestare attenzione alla direzione di installazione del dispositivo di presa di pressione del misuratore di portata a orifizio.
8. È assolutamente vietato riscaldare o appiattire i tubi di guida a pressione in acciaio inox.
9. La posizione di installazione del tubo di guida della pressione dello strumento, del condotto dell'aria e del tubo passante deve evitare di ostacolare le operazioni di produzione del processo in futuro, evitare luoghi ad alta temperatura e corrosivi e deve essere fissata saldamente. L'estremità più bassa del tubo passante dall'alto verso il basso deve essere inferiore all'ingresso del cablaggio dello strumento collegato. È necessario aggiungere giunti di tenuta a Y o a forma di cono a prova di esplosione vicino al lato dello strumento. Il punto più basso del condotto dell'aria principale dello strumento deve essere dotato di una valvola di condensazione (inquinamento).
10. Le guarnizioni in rame utilizzate negli strumenti devono essere ricotte prima dell'uso e occorre prestare attenzione alle condizioni di temperatura, fluido e pressione consentite per i vari materiali delle guarnizioni.
11. Non è possibile mescolare sistemi di messa a terra diversi nella scatola di giunzione degli strumenti. I fili di schermatura di tutti gli strumenti devono essere collegati separatamente agli strati di schermatura superiore e inferiore e non devono essere attorcigliati insieme.
12. Se lo strumento si trova in una posizione scomoda per l'osservazione e la manutenzione, modificarne la posizione o installare una piattaforma.
13. I fili dello strumento non devono presentare giunzioni e devono essere registrati in modo nascosto. Per compensare le giunzioni dei fili si devono usare saldature o connessioni a pressione.
14. Le saldature in acciaio inox devono essere decapate, passivate e neutralizzate.
15. Per gli strumenti e i raccordi che richiedono uno sgrassaggio, quest'ultimo deve essere eseguito rigorosamente secondo le specifiche. Dopo lo sgrassaggio, la sigillatura e l'immagazzinamento degli strumenti e dei raccordi devono essere eseguiti con cura per evitare l'inquinamento secondario durante lo stoccaggio e l'installazione.
16. È severamente vietato il contatto diretto delle tubazioni in acciaio inossidabile con quelle in acciaio al carbonio.
17. Le canaline portacavi zincate e in lega di alluminio sono severamente vietate. saldatura elettricataglio a gas e punzonatura. Si devono invece utilizzare strumenti meccanici di taglio e punzonatura, come lame di sega e punzonatrici speciali.
18. I tubi in acciaio inossidabile non possono essere saldatura elettricataglio a gas e punzonatura. Si consiglia invece di utilizzare il taglio e la punzonatura al plasma o meccanici.
19. Per i tubi passanti degli strumenti in aree a rischio di esplosione, è necessario mantenere la continuità elettrica. Per la filettatura del tubo passante per strumenti messo a terra è necessario utilizzare una pasta conduttiva. La filettatura del tubo passante inferiore o uguale a 36 V deve essere almeno antiruggine. La filettatura esposta non deve essere superiore a un filetto.
20. Per le aree a prova di esplosione, i tubi passanti per gli strumenti devono mantenere la continuità elettrica.
21. La resistenza di isolamento delle linee degli strumenti al di sotto dei 100 V deve essere misurata con un misuratore a 250 V e deve essere ≥5 megaohm.
22. Le canaline in lega di alluminio devono essere collegate con fili di cortocircuito, mentre le canaline zincate devono avere almeno due viti antiallentamento serrate. Per le canaline più corte di 30 metri, entrambe le estremità devono essere messe a terra in modo affidabile, mentre per quelle più lunghe di 30 metri è necessario aggiungere un punto di messa a terra ogni 30 metri.
23. Quando le linee degli strumenti di diversi sistemi di messa a terra o le linee degli strumenti condividono lo stesso vassoio per cavi, è necessario utilizzare un divisorio metallico per separarle.
24. È severamente vietato l'uso di gas metodi di saldatura durante l'installazione e la lavorazione di pannelli portastrumenti, armadi, scatole e tavoli. Per l'installazione e il fissaggio non si deve ricorrere alla saldatura, e punzonatura meccanica Per l'apertura dei fori si devono utilizzare i metodi di apertura.
25. L'estremità cieca del circuito termico dello strumento e del ritorno non deve essere più grande di 100 mm.
26. È necessario aggiungere un tappo alla porta di scarico della valvola di drenaggio del trasmettitore per evitare perdite dalla valvola, soprattutto nelle aree a prova di esplosione.
27. Un'estremità dello strumento e dei relativi vassoi per cavi, tubi di impulso e tubi di pressione deve essere fissata nell'area di espansione termica (come le torri e gli accessori che si muovono con l'espansione termica della torre), mentre l'altra estremità deve essere fissata nell'area di non espansione termica (come le sale di protezione dei lavoratori). Quando si collega lo strumento, i tubi flessibili, le canaline e i tubi di impulso devono essere lasciati con un certo margine di espansione termica in base alla situazione effettiva in loco.
28. Le canaline e le guaine fissate alla torre devono essere dotate di giunti di dilatazione termica o di connessioni flessibili in base alla situazione effettiva in loco.

4 precauzioni per l'installazione e l'uso dei misuratori di portata a cuneo:

1. Installare secondo la direzione indicata sul misuratore di portata a cuneo

Sebbene alcuni articoli e materiali sostengano che non vi è alcun requisito di direzione per l'installazione dei misuratori di portata a cuneo e che possono essere utilizzati per misurare il flusso inverso, il principio di misura dei misuratori di portata a cuneo mostra che se si utilizza un cuneo standard a forma di V, la strozzatura del fluido è la stessa sia per il flusso in avanti che per quello inverso.

Tuttavia, i produttori riportano la direzione del flusso del fluido sul corpo del misuratore di portata a cuneo. Osservando le due flange finali del misuratore di portata a cuneo, la posizione di installazione del cuneo non è al centro del misuratore di portata a cuneo.

Pertanto, è importante installare il misuratore di portata a cuneo nella direzione indicata sul dispositivo per evitare un aumento degli errori di misurazione causati da una direzione di installazione errata.

2. Direzione dell'interfaccia di presa di pressione

Secondo le linee guida per la presa di pressione degli strumenti di misura, quando si misura il flusso di gas, l'interfaccia di presa di pressione si trova nella parte centrale e superiore dell'elemento di strozzamento, quando si misura il flusso di liquidi, l'interfaccia di presa di pressione si trova nella parte centrale e inferiore dell'elemento di strozzamento e quando si misurano fluidi sporchi e contaminati, l'interfaccia di presa di pressione si trova al centro dell'elemento di strozzamento.

Tuttavia, il cuneo del misuratore di portata a cuneo non è distribuito uniformemente nella camera interna del dispositivo e la posizione dell'interfaccia di presa di pressione è stata preimpostata dal produttore, situata sopra e sotto la saldatura del cuneo sul dispositivo.

Se l'interfaccia della presa di pressione è installata nella parte centrale e inferiore della tubazione quando si misura il liquido, anche il blocco a cuneo all'interno del misuratore di portata a cuneo si trova nella parte centrale e inferiore della tubazione.

Ciò significa che il fluido deve fluire dalla parte superiore del misuratore di portata a cuneo, il che può causare la deposizione di impurità nella parte inferiore del dispositivo, con il rischio di bloccare l'interfaccia di presa di pressione davanti al blocco a cuneo e causare un errore di misurazione. Pertanto, durante l'installazione, è necessario differenziare in base alla situazione reale.

3. Installazione di tubazioni verticali

Si raccomanda di installare il flussimetro a cuneo in orizzontale e di ridurre al minimo l'uso di installazioni verticali, poiché la calibrazione del punto zero del flussimetro a cuneo è difficile da eseguire in un'installazione verticale.

La calibrazione del punto zero del flussimetro a cuneo richiede che il fluido di processo riempia il flussimetro a cuneo. Dopo aver chiuso le valvole prima e dopo la tubazione, il flussimetro deve essere calibrato assicurandosi che il fluido di processo all'interno del flussimetro a cuneo sia in uno stato statico.

Poiché lo strumento di misura della portata dell'elemento di strozzatura generalmente non prevede un dispositivo di rimozione della linea secondaria, non ci sono generalmente valvole di interruzione del processo prima e dopo l'elemento di strozzatura. In questa situazione, la calibrazione del flussimetro a cuneo è più difficile.

Se il flussimetro a cuneo è installato orizzontalmente, si può supporre che il fluido statico non abbia un effetto aggiuntivo sulla pressione differenziale rilevata dal flussimetro a cuneo.

Pertanto, è sufficiente chiudere le valvole di presa di pressione anteriore e posteriore del flussimetro a cuneo e sfiatarle nell'atmosfera per ottenere la calibrazione del punto zero del flussimetro.

Se il flussimetro a cuneo è installato verticalmente, nella cavità del flussimetro a cuneo si genererà una pressione statica, che aumenterà il valore della pressione differenziale del trasmettitore di pressione differenziale nella camera di pressione positiva e farà sì che il valore della pressione differenziale del punto zero del flussimetro a cuneo sia diverso da zero.

Inoltre, nel tubo di pressione di riferimento per la misurazione della pressione negativa si generano errori di pressione statica. Pertanto, la calibrazione del punto zero è difficile in questo momento.

Anche con un trasmettitore a doppia flangia, possiamo calcolare la pressione statica aggiunta dalla misura della pressione negativa, ma possiamo solo calcolare la densità del fluido misurato in base al valore ideale durante la progettazione.

Il calcolo approssimativo della pressione statica all'interno del flussimetro a cuneo e le revisioni della taratura ridurranno l'affidabilità del punto zero.

Pertanto, nell'installazione pratica, è meglio non installare il flussimetro a cuneo in verticale. Se il processo non può soddisfare i requisiti per l'installazione orizzontale, oltre a garantire che il flussimetro a cuneo sia riempito con il fluido di processo, è necessario calcolare con precisione la differenza di pressione modificata del punto zero durante l'installazione verticale. Non si può semplicemente chiudere le valvole di presa di pressione positiva e negativa ed eseguire la calibrazione del punto zero.

4. Installazione della valvola di drenaggio e di scarico della pressione

Nella modalità di misurazione della portata del flussimetro a cuneo + trasmettitore a doppia flangia, è necessario installare una valvola di drenaggio e di scarico della pressione tra la valvola di presa di pressione e la parte di connessione a doppia flangia.

Questa valvola è molto importante. Durante il processo di calibrazione del flussimetro, può garantire che la pressione tra le flange positiva e negativa sia coerente con la pressione atmosferica, per assicurare l'affidabilità della calibrazione e garantire la sicurezza del personale addetto alla manutenzione.

Se il trasmettitore a doppia flangia è danneggiato e deve essere sostituito, la valvola di drenaggio e di scarico della pressione può determinare se la valvola di presa di pressione perde.

Solo quando la sicurezza è garantita, il trasmettitore a doppia flangia può essere rimosso. Molte installazioni tecniche omettono l'installazione della valvola di drenaggio e di scarico della pressione, il che è scorretto e deve essere corretto.

Sommario: Indipendentemente dal tipo di misuratore di portata, l'installazione e l'uso devono essere eseguiti secondo le istruzioni del produttore e in considerazione delle sue caratteristiche uniche.

Specifiche tecniche

Specifiche tecniche del misuratore di portata a orifizio integrato:

1. Alta precisione: 0,5%
2. Elevata stabilità: migliore di 0,1% Fs all'anno
3. Alta pressione statica: 40MPa
4. Non è necessaria alcuna regolazione per un funzionamento continuo per 5 anni
5. Effetto trascurabile della temperatura e della pressione statica
6. Resistente alle alte pressioni

Tipo di connessione flangiata (diametro ridotto) [presa di pressione flangiata]:

• Connessione: saldatura in piano o flangia con saldatura di testa [standard di esecuzione della flangia: JB/T8205-92].
• Mezzo: liquido viscoso, gas sporco
• Presa di pressione: presa di pressione a flangia
• Precisione: ±0,5%, ±1%
• Dimensioni del tubo: 15-80 mm
• Ripetibilità: +0,1%
• Pressione: 0-42MPa
• Rapporto di portata: 10:1
• Temperatura: -100~800℃
• Numero di Reynolds: 5×102-1×107
• Materiale: vari materiali

Applicazioni

Il misuratore di portata a orifizio trova ampia applicazione nella misurazione continua delle portate volumetriche e massiche di diversi fluidi, tra cui liquidi, gas, gas naturale e vapore. La sua versatilità si estende a numerosi settori industriali come quello petrolifero, chimico, del gas naturale, metallurgico, dell'energia elettrica, farmaceutico, alimentare, agrochimico e della protezione ambientale.

Il flussimetro a cuneo, un nuovo dispositivo di misura della portata con pressione differenziale a farfalla, offre vantaggi unici negli scenari di misura della portata più difficili. È in grado di misurare con precisione le portate di fluidi ad alta viscosità, in condizioni di basso numero di Reynolds (fino a 500) e in applicazioni caratterizzate da basse velocità di flusso, piccole portate e grandi diametri di tubi. Queste capacità rendono il flussimetro a cuneo uno strumento indispensabile in situazioni in cui i flussimetri convenzionali possono avere difficoltà a mantenere la precisione.

Nell'industria petrolchimica e chimica del carbone, i misuratori di portata a cuneo hanno trovato particolare rilievo nelle seguenti applicazioni:

1. Unità di raffinazione e impianti di etilene, dove la misurazione precisa della portata è fondamentale per il controllo e l'efficienza del processo
2. Gestione di fluidi ad alta viscosità e contaminati, per garantire misure accurate nonostante le proprietà dei fluidi più difficili.
3. Condizioni operative estreme che comportano l'utilizzo di mezzi ad alta temperatura, alta pressione e altamente abrasivi.
4. Misurazione di flussi multifase come fanghi di carbone e acqua (comprese le acque nere e le acque di cenere), fanghi di olio e carbone e miscele eterogenee simili.

La capacità del flussimetro a cuneo di mantenere accuratezza e affidabilità in queste applicazioni impegnative ne ha consolidato la reputazione come soluzione ideale per le complesse sfide di misura della portata nelle industrie pesanti.