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In una raffineria, un cracker di etilene, un treno di trattamento del gas o un'azienda di serbatoi di greggio, il manometro petrolchimico è lo strumento di cui gli operatori si fidano quando uno schermo si blocca, un cavo di segnale si guasta o un circuito di controllo inizia a vagare. Non necessita di alimentazione, mostra immediatamente lo stato del processo e continua a funzionare nonostante vibrazioni, calore, pulsazioni e mezzi aggressivi. La scelta del modello giusto, tuttavia, richiede molto più che la semplice corrispondenza della dimensione della filettatura e del campo di pressione. Il principio di misura, la classe di precisione, la struttura della custodia, i materiali bagnati e le norme sulle aree pericolose sono tutti fattori che influiscono sulla durata di un misuratore, tre mesi o dieci anni.
Questa guida risponde a tre domande che gli ingegneri si pongono più spesso: quali sono i tre tipi di manometri, qual è il manometro più preciso e quali tipi di manometri vengono utilizzati nel petrolio e nel gas. Si passa quindi al lato pratico del manometro petrolchimico, coprendo le famiglie di prodotti, la scelta dei materiali, la calibrazione, l'installazione e la risoluzione dei problemi, con tabelle e grafici di riferimento utilizzabili in stabilimento.
I tre più comuni sono il manometro ad elemento elastico (tubo Bourdon, membrana o capsula), il manometro a colonna di liquido e il manometro digitale elettronico o trasmettitore di pressione. Ciascuno converte la pressione in un segnale leggibile in un modo completamente diverso.
Per il lavoro di calibrazione, il tester a peso morto è lo standard di riferimento, con un'incertezza compresa tra 0,008 e 0,015% della lettura. Tra gli strumenti di uso quotidiano, un manometro digitale con compensazione della temperatura raggiunge lo 0,05% del campo o meglio.
Manometri Bourdon a riempimento di liquido, manometri con tenuta a membrana, manometri interamente in acciaio inossidabile, modello di sicurezza manometri ad alta pressione , manometri differenziali e trasmettitori antideflagranti coprono quasi tutti i compiti a monte, intermedi e a valle.
I manometri sono raggruppati in base all'effetto fisico che sfruttano. Le tre famiglie seguenti rappresentano quasi tutti gli strumenti presenti in un impianto di processo e un programma di manometri petrolchimici ben progettato solitamente li utilizza tutti e tre in punti diversi della stessa unità.
Un tubo curvo e sigillato si flette all'aumentare della pressione interna. Un settore dell'ingranaggio e il movimento del pignone amplificano la piccola corsa della punta in una rotazione del puntatore di circa 270 gradi. Gli elementi a membrana e a capsula seguono la stessa logica per i campi di bassa pressione e i fluidi viscosi.
Punti di forza: assenza di alimentazione, ampio raggio d'azione, robusto, di facile lettura. Limiti: sensibile agli urti quando asciutto e la lettura dipende dall'usura del movimento e dalla temperatura ambiente.
La pressione è bilanciata rispetto al peso di una colonna di liquido. Sono comuni i layout a tubo a U, a pozzo e a tubo inclinato. Poiché la fisica è diretta, un manometro non necessita quasi di alcuna catena di calibrazione.
Punti di forza: ottima risoluzione a pressioni molto basse e letture differenziali. Limiti: fragile, ingombrante, limitato a circa 100 kPa e inferiore e inadatto a strutture di impianti vibranti.
Un sensore piezoresistivo, capacitivo o a film sottile produce un segnale elettrico che viene linearizzato e visualizzato digitalmente. Le versioni del trasmettitore inviano segnali da 4 a 20 mA, HART o bus di campo alla sala di controllo.
Punti di forza: elevata precisione, memoria min e max, uscite allarme, trasmissione remota. Limiti: necessita di alimentazione e i componenti elettronici devono essere idonei alla zona pericolosa.
| Parametro | Calibro degli elementi elastici | Manometro a colonna di liquido | Indicatore digitale elettronico |
|---|---|---|---|
| Precisione tipica | Classe da 0,25 a 2,5 (percentuale dello span) | dallo 0,1 allo 0,5% della lettura | dallo 0,05 allo 0,5% dello span |
| Gamma pratica | Da -1 bar a 1600 bar | Circa /-100 kPa | Da 10 kPa a 700 MPa a seconda del sensore |
| Potenza necessaria | Nessuno | Nessuno | Alimentazione a batteria o tramite loop |
| Tolleranza alle vibrazioni | Alto con riempimento liquido | Molto basso | Alto |
| Segnale remoto | Elemento aggiuntivo opzionale per interruttore o trasmettitore | Non disponibile | Costruito dentro |
| La migliore posizione | Indicazione locale su linee e navi | Verifica di laboratorio e a bassa pressione | Punti di custodia, banchi prova, circuiti monitorati |
All'interno dell'elemento Bourdon, la sezione trasversale ovale cerca di diventare circolare quando entra pressione, e questo spinge l'estremità libera verso l'esterno lungo un arco. Il movimento moltiplica tale movimento attraverso un settore dentato, un pignone e una spirale che elimina il gioco. In un manometro petrolchimico vengono utilizzate tre forme di elementi: il tubo a forma di C per campi generali, la bobina elicoidale per alta pressione e migliore stabilità sotto pulsazione e il tubo a spirale per bassa pressione e coppia più elevata.
Il materiale degli elementi conta tanto quanto la geometria. Le leghe di rame funzionano con acqua, aria e idrocarburi leggeri, ma sono escluse dove possono essere presenti ammoniaca, acetilene o idrogeno solforato. Per gli impianti l'elemento è normalmente in acciaio inossidabile 316L, con Monel, Hastelloy C276 o tantalio utilizzati laddove i dati sulla corrosione lo richiedono.
La precisione non è un singolo numero. Combina incertezza di riferimento, linearità, isteresi, ripetibilità, effetto della temperatura e deriva a lungo termine. La classifica seguente classifica gli strumenti comuni in base alla loro tipica incertezza, mostrata su una scala logaritmica in modo che i valori molto piccoli rimangano visibili.
Un tester a peso morto genera pressione caricando masse calibrate su un pistone e un cilindro rettificati con precisione di area effettiva nota. Poiché il risultato deriva dalla massa, dalla gravità locale e dall'area, la pressione può essere ricondotta agli standard nazionali senza fare affidamento su un sensore elettrico. Questo è il motivo per cui un tester a peso morto si trova al vertice della catena di calibrazione in ogni laboratorio serio.
Sull'impianto stesso, il manometro più accurato che è possibile installare è solitamente un manometro o trasmettitore digitale con compensazione della temperatura e un sensore stabile. Il grafico a linee qui sotto illustra il perché. Un misuratore meccanico aggiunge circa lo 0,4% dell'intervallo di errore per ogni 10 K di deviazione dalla temperatura di riferimento di 20 gradi Celsius, come consentito dai comuni standard dei comparatori. Un sensore elettronico compensato appiattisce tale effetto.
Specificare ovunque la classe di precisione più rigorosa è uno spreco di denaro e può persino ridurre l’affidabilità, perché i movimenti di precisione sono più delicati. La domanda migliore è quale errore il processo può tollerare. I fattori seguenti decidono la risposta per un manometro petrolchimico.
Sia la temperatura ambiente che quella di processo spostano il punto zero. Installa un sifone o un codino sulle linee calde e scegli un sensore con compensazione della temperatura in cui la lettura guida un calcolo.
I sensori elettronici si spostano lentamente, spesso dallo 0,05 allo 0,2% dell'intervallo all'anno. I movimenti meccanici derivano dall'usura e dall'assestamento dell'elemento elastico in seguito a sovrapressione.
Un picco di avviamento o un colpo d'ariete possono superare più volte l'intervallo normale. Un dispositivo di limitazione della pressione o un livello di sovraccarico più elevato protegge l'elemento.
La pulsazione, la corrosione, la sabbia o i mezzi cristallizzanti determinano la velocità con cui si erode la precisione. Un manometro stabile di classe 1.0 con sigillo batte un fragile manometro di classe 0,25 che viene intasato entro un mese.
| Classe di precisione | Errore consentito (percentuale dello span) | Dimensione tipica del quadrante | Uso tipico |
|---|---|---|---|
| 0.25 | /-0,25 | 160mm e 250mm | Confronti di laboratorio e banchi prova |
| 0.6 | /-0,6 | 100mm e 160mm | Punti di controllo del processo |
| 1.0 | /-1.0 | 100mm e 160mm | Indicazione generale del processo |
| 1.6 | /-1.6 | da 63 mm a 100 mm | Linee di servizio e skid |
| 2.5 | /-2.5 | da 40 mm a 63 mm | Indicazione di trend non critico |
Gli impianti petroliferi e del gas abbracciano tre ambienti molto diversi. Le teste dei pozzi e le linee di raccolta sono esposte ad alta pressione e sabbia, le condutture sono esposte a lunghi periodi di funzionamento incustodito e le raffinerie sono esposte a calore, corrosione e vibrazioni costanti. Le famiglie di indicatori riportate di seguito corrispondono a tali realtà.
Testa pozzo, collettore di strozzamento, pattini di iniezione e separatori di prova richiedono manometri di sicurezza ad alta pressione, spesso con parti a contatto con il fluido in acciaio inossidabile 316 e riempimento di glicerina o silicone. I pozzi acidi aggiungono H2S, quindi la selezione del materiale segue la guida ISO15156.
Le stazioni di compressione, gli skid di misurazione e le stazioni di pompaggio utilizzano manometri riempiti di liquido per la pulsazione e manometri digitali per prove e verifiche. I siti con valvole remote preferiscono manometri digitali alimentati a batteria che mantengono i valori minimo e massimo.
Le unità di greggio, gli idrocracker e gli impianti di etilene si affidano al manometro petrolchimico con separatori a membrana, sifoni per servizio a caldo e parti a contatto con il fluido in lega. Il servizio dell'idrogeno aggiunge custodie ventilate e una struttura sensibile alla permeazione.
| Tipo di indicatore | Caratteristica fondamentale della costruzione | Posizione tipica | Problema risolto |
|---|---|---|---|
| Manometro Bourdon a riempimento di liquido | Riempimento in glicerina o silicone, movimento smorzato | Scarico del compressore, uscita della pompa | Sfarfallio dell'indice, usura dei cuscinetti |
| Calibro per tenuta a membrana | Membrana metallica flessibile con fluido di riempimento | Linee greggio, residui, acidi e liquami | Contatto intasato, cristallizzato, corrosivo |
| Manometro interamente in acciaio inossidabile | Cassa, anello, elemento e presa in 316L | Ponti offshore, piante costiere | Corrosione salina esterna e attacco interno |
| Calibro di sicurezza | Parete deflettore solida e retro soffiato | Testa pozzo, unità di idrogenazione | Protezione dalla rottura degli elementi per gli operatori |
| Manometro differenziale | Due porte di pressione, rilevamento a soffietto o pistone | Filtri, setacci, coalescenti | Rilevamento intasamenti e tempistiche di manutenzione |
| Trasmettitore antideflagrante | Custodia certificata Ex d o Ex ia | Aree di processo classificate | Monitoraggio remoto in atmosfere infiammabili |
Un comparatore puramente meccanico non ha energia elettrica né fonte di accensione propria, il che lo rende una soluzione naturale per le aree classificate. Qualsiasi manometro elettronico petrolchimico, tuttavia, deve portare la certificazione adatta alla zona, comunemente a prova di fiamma Ex db o a sicurezza intrinseca Ex ia, con una classe di temperatura scelta rispetto alla temperatura di autoaccensione del gas presente. Verificare sempre il numero del certificato, il gruppo di gas (IIA, IIB o IIC) e i limiti ambientali prima dell'installazione.
La nostra fabbrica costruisce ogni modello dalla barra grezza all'unità calibrata finale, in modo che quadrante, filettatura, fluido di riempimento e materiale possano essere adattati al servizio anziché costretti a scendere a compromessi con il catalogo. Le famiglie sottostanti ricoprono le mansioni sopra descritte.
Cassa in acciaio inossidabile con elemento 316L e connessione inferiore. Offerto con quadranti da 63, 100 e 150 mm, classe di precisione 1.0 e una cassa opzionale riempita di liquido per vibrazioni moderate.
Custodia completamente saldata con riempimento di glicerina o olio siliconico, progettata per compressori alternativi, pompe dosatrici e skid motore. Lo smorzamento elimina le vibrazioni del puntatore e protegge il movimento.
Tenute filettate, flangiate o di tipo sanitario con materiali della membrana come 316L, Hastelloy C276, Monel 400, tantalio o rivestimento in PTFE. Adatto per greggi viscosi, bitumi, acidi e mezzi polimerizzanti.
Deflettore anteriore solido e parte posteriore soffiabile secondo il principio del modello di sicurezza. Scelto per servizi con idrogeno, pulizia con ossigeno e servizio alla testa del pozzo dove il contenimento della rottura è obbligatorio.
Design a doppia porta per filtri e separatori, con contatti elettrici opzionali e protezione da fuori campo che resiste all'intera pressione della linea su un lato.
Sensore a film sottile con compensazione della temperatura, display locale, memoria minima e massima e 4-20 mA opzionale con uscita HART. Sono disponibili custodie antideflagranti.
Un manometro si guasta molto spesso perché il materiale sbagliato incontra il fluido sbagliato. La tabella elenca i materiali comunemente specificati per un manometro petrolchimico, insieme ai mezzi che li richiedono. Consideratelo come un punto di partenza e confermatelo sulla scheda dati del processo vero e proprio.
| Materiale | Punti Forti | Media tipici | Avvertenze |
|---|---|---|---|
| Acciaio inossidabile 316L | Resistenza alla corrosione e robustezza bilanciate | Idrocarburi, vapore, acqua, molti solventi | Stress cracking da cloruro ad alta temperatura |
| Monel 400 | Eccellente in acido fluoridrico e acqua di mare | Unità di alchilazione, salamoia, caustica | Evitare acidi ossidanti e terreni ricchi di ammoniaca |
| Hastelloy C276 | Ampia resistenza agli acidi ossidanti e riducenti | Cloro umido, acido cloridrico, gas acido | Altoer cost, longer lead time |
| Tantalio | Quasi immune alla maggior parte degli acidi | Acido solforico caldo, acido nitrico | Attaccato dall'acido fluoridrico e dagli alcali forti |
| Rivestimento in PTFE | Inerzia chimica in un ampio intervallo di pH | Alimenti chimici aggressivi | Capacità limitata di vuoto e temperatura |
| Lega di rame | Economico e stabile nei media neutri | Aria, acqua, olio lubrificante | Non utilizzare mai con ammoniaca o acetilene |
Economico ed efficace per temperature ambiente da circa -20 a 60 gradi Celsius. Buon smorzamento per pompe e compressori in climi moderati.
Rimane fluido a temperature più basse, quindi è scelto per le regioni fredde e per le operazioni invernali offshore. La viscosità cambia lentamente con la temperatura.
Necessario quando il processo entra in contatto con ossigeno o forti ossidanti, perché non reagisce con loro. Utilizzato nei sistemi con separatore a membrana per tali servizi.
La selezione della gamma protegge sia la precisione che la durata. Un puntatore che si trova nel terzo inferiore del quadrante perde risoluzione, mentre un puntatore che si trova vicino alla parte superiore del quadrante affatica l'elemento. Con una pressione costante, dimensionare il campo in modo che la normale pressione di esercizio sia compresa tra un terzo e due terzi del fondo scala. In presenza di pulsazioni, mantenere la pressione massima di esercizio al di sotto della metà del fondo scala.
Per carichi variabili, limitare la pressione di picco al 50% del fondo scala. Per carichi costanti, il limite di funzionamento superiore è pari al 75% del fondo scala.
| Diametro del quadrante | Distanza di lettura | Applicazione comune |
|---|---|---|
| 50 e 63 mm | Fino a 1,5 mt | Skid compatti, quadri strumenti, sistemi di campionamento |
| 100 mm | Fino a 3 m | Indicazione standard della linea e dell'imbarcazione |
| 150 e 160mm | Fino a 6 m | Sale pompe, sale compressori, piattaforme elevate |
| 250 mm | Oltre 8 mt | Punti di riferimento di controllo e banchi da laboratorio |
Ogni manometro petrolchimico lascia la fabbrica solo dopo aver superato una sequenza fissa di controlli. La sequenza seguente è il percorso seguito da un'unità tipica.
Il materiale delle barre e dei tubi viene controllato rispetto ai certificati della fabbrica, con identificazione positiva del materiale disponibile per le parti in lega.
I tubi vengono formati su attrezzature controllate, quindi saldati alla presa mediante metodi orbitali o laser per una penetrazione costante.
L'elemento sigillato viene mantenuto a sovrapressione, quindi sottoposto a test di tenuta con elio laddove il servizio richiede perdite estremamente basse.
Il movimento viene adattato, linearizzato e l'indice viene impostato. Isteresi e attrito vengono controllati prima della chiusura della custodia.
Ogni misuratore viene testato rispetto a uno standard di riferimento allo 0, 25, 50, 75 e 100% dell'intervallo in entrambe le direzioni di salita e di discesa.
Vengono verificati la stampa del quadrante, i controlli del calibro del filo e il livello di riempimento. Le unità vengono spedite con un registro di calibrazione e un imballaggio protettivo.
| Standard | Ambito |
|---|---|
| EN 837-1 | Dimensioni, metrologia, requisiti e prove dei manometri a tubo Bourdon |
| EN 837-3 | Manometri a membrana e capsula |
| ASME B40.100 | Manometri e attacchi per manometri |
| ISO 15156 | Materiales for use in environments containing hydrogen sulfide |
| Schemi ATEX e IECEx | Apparecchiature per atmosfere esplosive |
| GB/T 1226 | Manometri generali nel sistema nazionale cinese |
Uno strumento ben scelto può comunque guastarsi presto se viene installato con noncuranza. Le pratiche seguenti affrontano le cause più comuni di usura prematura e letture errate.
Prendere la presa di pressione dal lato di una linea orizzontale, lontano da gomiti, valvole e uscite della pompa dove il flusso è turbolento. Per il vapore e il vapore condensabile, una presa verso il basso consente alla condensa di proteggere l'elemento.
Montare una valvola a spillo o una valvola di isolamento del manometro con un attacco di spurgo. Ciò consente la sostituzione senza arresto e consente l'applicazione di pressione lenta durante l'avvio.
Laddove il fluido supera circa 60 gradi Celsius all'indicatore, un sifone a spirale intrappola la condensa e mantiene l'elemento entro la temperatura nominale.
Utilizzare una vite ammortizzante o un limitatore per smorzare i cicli rapidi dei macchinari alternativi. Scegliere l'orifizio in base alla viscosità, poiché un'apertura molto fine può ostruirsi.
Montare il quadrante in verticale e, ove possibile, all'altezza degli occhi, lasciando spazio per una chiave solo sulle prese a bussola. Non serrare mai ruotando la cassa, poiché ciò danneggerebbe il movimento.
Gli indicatori di servizio dell'ossigeno devono essere puliti e privi di olio e grasso e riportare una marcatura chiara. L'acetilene e l'ammoniaca necessitano di una struttura interamente priva di rame.
| Sintomo | Probabile causa | Azione correttiva |
|---|---|---|
| Il puntatore non ritorna a zero | Set di sovrapressione o attrito nel movimento | Sostituisci il manometro e aggiungi un limitatore di pressione |
| Il puntatore svolazza | Pulsazioni dalla pompa o dal compressore | Utilizzare una custodia piena di liquido e montare un ammortizzatore |
| Lettura più alta del previsto in estate | Effetto della temperatura sull'elemento | Aggiungere un sifone o un manometro digitale compensato |
| Riempire il fluido torbido o che perde | Usura della guarnizione o riempimento incompatibile | Sostituirlo con un involucro saldato o con il tipo di riempimento corretto |
| Risposta lenta | Tappo bloccato o ammortizzatore parzialmente ostruito | Pulire la linea o utilizzare un separatore a membrana |
| Appannamento del quadrante | Umidità che entra attraverso lo sfiato | Seleziona un grado IP più alto o una custodia piena |
Poiché la fabbrica controlla ogni fase della produzione, un manometro petrolchimico può essere adattato per soddisfare le vostre esigenze di tubazioni, norme di sicurezza e documentazione. Le opzioni seguenti sono quelle richieste più frequentemente.
Unità di scala personalizzate come bar, psi, MPa o kgf/cm2, doppia scala, zone colorate per limiti operativi e numeri di etichetta incisi al laser sulla custodia.
Filettature speciali, estremità flangiate nelle comuni classi di pressione, manicotti saldati e separatori remoti montati su capillare per ambienti caldi o difficili.
Finecorsa induttivi o magnetici, moduli trasmettitori da 4 a 20 mA e opzioni di cablaggio certificate Ex per i sistemi di monitoraggio.
Certificati dei materiali, registri di calibrazione, rapporti di test di pressione e disegni dimensionali preparati con ogni spedizione.
Pulizia con ossigeno, preparazione senza silicone per l'uso in impianti di verniciatura e imballaggio sigillato per la consegna in camera bianca.
Unità campione per controlli di idoneità, revisione delle schede tecniche da parte dei nostri ingegneri e consigli quando il mezzo o la temperatura sono insoliti.
SÌ. Un manometro composto porta una scala dal vuoto attraverso zero alla pressione positiva, ad esempio da -1 a 5 bar. È adatto ai compiti di aspirazione e mandata della pompa in cui la linea attraversa entrambe le condizioni.
L'elemento Bourdon può assumere una deformazione permanente dopo l'esposizione a una pressione oltre il suo limite elastico. L'indicatore si trova quindi leggermente sopra lo zero e l'indicatore deve essere sostituito o ricalibrato.
Selezionare una guarnizione quando il mezzo è viscoso, polimerizzante, cristallizzante, corrosivo per l'elemento o quando l'igiene richiede una connessione a filo. La guarnizione isola il manometro e il fluido di riempimento trasporta la pressione attraverso il diaframma.
Un quadrante da 100 mm è nitido fino a circa 3 metri. Per piattaforme o rack per tubi in cui gli operatori leggono da una distanza maggiore, un quadrante da 150 o 160 mm è la scelta migliore.
Scegliere questa costruzione quando la rottura improvvisa dell'elemento potrebbe ferire il personale, cosa tipica dei servizi ad alta pressione, idrogeno, gas compresso e testa pozzo. Lo scarico posteriore dirige il gas in fuga lontano dall'operatore.
Non sempre. L'elettronica offre una migliore precisione e dati remoti, mentre un misuratore meccanico non necessita di alimentazione e continua a funzionare durante un'interruzione elettrica. Molti impianti li installano entrambi su linee critiche.
Inviateci il mezzo, il campo di pressione, la temperatura, lo standard di connessione e la classificazione dell'area pericolosa. I nostri ingegneri ti restituiranno un modello, un elenco dei materiali e un disegno consigliati per la tua revisione.