Milano, 28 novembre 2013!

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1 Milano, 28 novembre 2013!

2 Elementi Primari di Portata e restriction orifices 1

3 Elementi Primari di Portata e relativi componenti - introduzione Nuovo membro della famiglia WIKA Componenti meccanici ingegnerizzati per i processi industriali 2

4 Elementi Primari di Portata e relativi componenti panoramica Pressione differenziale Informazioni generali Vantaggi Svantaggi La portata è funzione di un ΔP generato prima e dopo una restrizione Per liquidi, gas e vapore Prezzi bassi No parti in movimento Nessuna calibrazione Normalizzati Fluidi sporchi Rangeability 4:1 Perdite di carico No per prodotti viscosi 3

5 Elementi Primari di Portata e relativi componenti i sistemi a ΔP Applicazione della legge di Bernoulli Quando un flusso è contratto in modo graduale o brusco, la velocità di passaggio aumenta nella sezione ridotta della linea e diminuisce la pressione. Viceversa dopo il ristingimento la velocità diminuisce e la pressione aumenta. La differenza di pressione tra la sezione 1 e 2 dipende da: velocità nella sezione 1 e la velocità nella sezione 2 proprietà del fluido β = d / D 4

6 Pressione operativa Elementi Primari di Portata e relativi componenti orifizi calibrati Profilo della pressione Senza l orifizio la pressione diminuisce per effetto delle perdite di carico introdotte dalla linea. Appena prima dell orifizio la pressione aumenta per l impatto son la parete dell orifizio. Quando il fluido attraversa l orifizio la velocità aumenta e la pressione crolla al suo valore minimo (vena contracta). Dopo la vena contracta, la velocità diminuisce e la pressione aumenta La pressione aumenta fino a che la velocità si stabilizza, ma non tornerà al valore iniziale. Questa differenza è definita come perdita di carico permanente. FLOW Piano della Vena contracta Perdita di carico permanente d D 5

7 Elementi Primari di Portata e relativi componenti i sistemi a ΔP Orifice Plates

8 Elementi Primari di Portata e relativi componenti orifizi calibrati Differenti esecuzioni per differenti applicazioni Squared Edge Quarter circle / Conical entrance Eccentric Segmental Standards ISO :2003 ASME MFC-3M ISO/TR 15377:2007 BS 1042 ISO/TR 15377:2007 BS 1042 ASME Dimension limits & Reynols N. Range D: mm (2 40 ) d: 12.5 mm (½ ) : 0,1 0,75 Flange taps Both ReD 5000 ReD D Corner or D-D/2 taps ReD < < 0.56 ReD > 0.56 Quarter circle D: 500 mm (20 ) d: 15 mm : 0,245 0,6 ReD 10 5 Conical Entrance D: 500 mm (20 ) d: 6 mm : 0,1 0,316 D: mm (4 40 ) d: 50 mm (½ ) : 0,46 0,84 2x ReD 10 6 D: mm (4 14 ) d: 50 mm (½ ) c : 0,25 0,85 de c D c de 0.98D 10 4 ReD ReD 2x10 5 7

9 Elementi Primari di Portata e relativi componenti orifizi calibrati Prese di pressione Le prese di pressione sulle flange sono le più comuni. FLOW Le flange possono essere prodotte con le prese forate oppure saldate sulla linea dipende dalla applicazione.

10 Elementi Primari di Portata e relativi componenti orifizi calibrati Corner Taps FLOW Corner taps sono usati sulle tubazioni piccole dove la vena contracta è così vicino alla parete a valle dell orifizio che il punto di presa è in una zona dove il flusso è turbolento. I corner taps richiedono flange speciali e più costose, quindi si tende ad utilizzarli solo se proprio necessario.

11 Elementi Primari di Portata e relativi componenti flange tarate Flange tarate Le flange tarate sono utilizzate al poste delle flange standard quando si deve installare un orifizio calibrato. Solitamente una coppia di prese di pressione sono integrate nelle flange. Il numero e il tipo delle prese sono realizzate secondo le specifiche richieste del cliente. 10

12 Elementi Primari di Portata e relativi componenti flange tarate Camere anulari Le camere anulari sono realizzate per essere installate tra due flange standard. DIN e ANSI B

13 Elementi Primari di Portata e relativi componenti orifizi e meter run Meter Runs & Integral Orifice

14 Elementi Primari di Portata e relativi componenti integral orifice e meter run Informazioni base Standard ASME MFC-14M (ISO/TR15377) è usato per linee inferiori a 2. Questi strumenti sono Meter Runs or Integral Orifices. Solitamente un meter run è un assieme composto da: un orifizio calibrato, una coppia di flange e una sezione di linea a monte e una a valle dell orifiizo. L assieme consente di eliminare tutte le variabili che possono introdurre inaccuratezze aggiuntive dovute all installazione. ~ 25 D ~ 10 D ~ 35 D 13

15 Elementi Primari di Portata e relativi componenti integral orifice e meter run Integral Orifice Integral Orifice (FLC-IOMR) Dimensioni: ¼ 1 ½ Tipo di prese: Corner tap Coppia di flange ovali per montaggio diretto di manifold o trasmettitore di pressione differenziale. 14

16 Elementi Primari di Portata e relativi componenti boccagli Boccagli (Flow Nozzle)

17 Elementi Primari di Portata e relativi componenti boccagli Informazioni base Il boccagio consiste in una sezione convergente con un profilo arrotondato e una gola cilindrica. Questo design è solitamente utilizzato per misurare portate di vapore ad alta velocità. Caratteristiche principali Idoneo per liquidi e gas Ideale per vapore In accordo agli standard: ISO , ISA 1932 and ASME MFC3

18 Elementi Primari di Portata e relativi componenti boccagli Dettagli costruttivi I boccagli ASME hanno un profilo ellittico, per ottenere una buona misurazione deve essere centrato nella tubazione e devono essere rispettati I requisiti di installazione. E importante che la presa a valle sia posta nell area esterna del boccaglio. E la soluzione preferita per il mercato USA Limiti: 50 D 630 mm 0,2 0,8 104 ReD 107 Precisione : ±1% FS ASME long radius nozzle 17

19 Elementi Primari di Portata e relativi componenti boccagli Dettagli costruttivi Il boccaglio secondo le ISA 1932 E utilizzato essenzialmente in Europa ma raramente in USA Limiti: 50 D 500 mm 0,3 0,8 104 ReD 107 Precisione : ±1% FS ISA 1932 nozzle 18

20 Elementi Primari di Portata e relativi componenti Venturi Venturi

21 Elementi Primari di Portata e relativi componenti Venturi Diverse tipologie ISO :2003 e ASME MFC-3M prevede tre versioni: Tipo A da fusione 100 mm < D < 800 mm 0,3 < < 0,75 Type B da pieno 50 mm < D < 250 mm 0,4 < < 0,75 Type C saldato 200 mm < D < 1200 mm 0,4 < < 0,7 Euromisure non produce il Tipo A Euromisure ha sviluppato un sistema dedicato per produrre Venturi di grandi dimensioni per gli impianti LNG che al momento non sono previsti dalle ISO :

22 Elementi Primari di Portata e relativi componenti Venturi Tipo B & C Tipo C mm Tipo B mm 21

23 Elementi Primari di Portata e relativi componenti Venturi Informazioni dimensionali A = 3,

24 Elementi Primari di Portata e relativi componenti Venturi Dinamica dei fluidi Comparazione dei differenti comportamenti del fluido attraverso i vari tipi di misuratori in termini di turbolenze generate. 23

25 Perdita di carico permanente (% del ΔP misurato) Elementi Primari di Portata e relativi componenti Venturi Perdita di carico permanente Orifice plate β = 0,63 % pressure loss = 60% = 1000 mbar UPL = 600 mbar Venturi 15 outlet Venturi 7 outlet β = d / D 24

26 Elementi Primari di Portata e relativi componenti FloTec FloTec Pitot multipunto

27 Elementi Primari di Portata e relativi componenti FloTec Basic Information FLOTEC sfrutta il principio de tubo di Pitot, ma la velocità media è rilevata da 4 prese di pressione poste in controflusso in modo da dividere l area del tubo in 4 parti e fare la media. La presa di pressione a valle è posta al centro della tubazione. Portata massica Coefficiente Q Fm Dp Densità ΔP Precisione ±2% Idoneo per tubazioni a sezione circolare e 26 rettangolare

28 Elementi Primari di Portata e relativi componenti FloTec Versione fissa 27

29 Elementi Primari di Portata e relativi componenti FloTec Versione estraibile 28

30 Elementi Primari di Portata e relativi componenti Calibrazione ASME PTC 6 Calibrazione

31 Elementi Primari di Portata e relativi componenti Calibrazione ASME PTC 6 Requisiti del design 30

32 Elementi Primari di Portata e relativi componenti Calibrazione ASME PTC 6 Requisiti del design 31

33 Elementi Primari di Portata e relativi componenti orifizi e flange tarate Dati necessari per il dimensionamento Fluido Tipo Peso molecolare Densità cp/cv Viscosità Fattore compressione Composizione Dati di processo (FS & operativi) Pressione Temperatura Portata ΔP@FS Tipo di strumento Informazioni di impianto Dimensione linea Schedula Flange rating Flange facing Materiale Prese di pressione (tipo & numero) Attacchi delle prese (NPT / SW) Drenaggio e sfiato 32

34 Riduttori di pressione Teoria Introduzione Quando si deve ridurre la pressione o limitare la portata in una linea di processo, si introduce un RO. 33

35 Riduttori di pressione Teoria Introduzione 34

36 Riduttori di pressione problematiche Principali aspetti da gestire Gli effetti indesiderati: CAVITAZIONE RUMORE CHOKING SONICA ΔP ΔP ΔP ΔP Pressione di vapore Velocità Pressione di vapore Velocità 35 Densità Area (d) Peso Molecolare Temperatura

37 Riduttori di pressione problematiche Principali aspetti da gestire Gli effetti indesiderati: CAVITAZIONE RUMORE CHOKING SONICA Liquidi Liquidi Liquidi Gas Gas 36

38 Riduttori di pressione problematiche Principali aspetti da gestire Gli effetti indesiderati: Sono tutti collegati tra di loro Non sempre sono presenti Non sempre sono simultanei comunque dobbiamo tenerne conto La soluzione al problema: Non sempre è possibile Non sempre è richiesta comunque dobbiamo tenerne conto 37

39 Riduttori di pressione problematiche Principali aspetti da gestire Il tipo di servizio richiesto: Chiedere sempre per quale servizio è richiesto l impiego di un RO: Servizio CONTINUO presidiato:? Servizio CONTINUO isolato:? Servizio INTERMITTENTE:???? Servizio per EMERGENZA:? 38

40 Riduttori di pressione Rumore Il rumore Formula per determinare il rumore [db(a)] all interno della tubazione PWL ins 5 60 lg( v f ) 10 lg T T f S 25 lg 8.6lg 0 f Velocità (m/s) Area di passaggio (m 2 ) Densità Temperatura (K ) T 0 = 273 Questa formula non tiene conto dello spessore della tubazione, che attenua il rumore. 39

41 Riduttori di pressione Rumore Il rumore Il limite consentito per il rumore è definito dalle procedure e dalle norme di ciascun impianto, solitamente 85 db per il servizio continuo Per ridurre il rumore si utilizza un RO multiforo Lo spessore del disco deve rispettare due requisiti: Resistenza meccanica rispetto al ΔP generato Requisiti acustici - spessore = 1 6 d RUMORE ΔP Velocità Densità Area (d) 40

42 Riduttori di pressione Rumore RO multiforo a singolo stadio

43 Riduttori di pressione Rumore Soluzione a multi stadio Se un RO multiforo a singolo stadio no è sufficiente a ridurre il rumore è possibile avere una soluzione multistadio. Il numero dei dischi dipende dal rumore e dal ΔP richiesto. La distanza tra i dischi è calcolata in modo da garantire il recupero della pressione. L = f( ; D; nr. fori) L 42

44 Riduttori di pressione Rumore Soluzione a multi stadio In condizioni molto particolari dove: E richiesto un alto ΔP E presente una portata elevata E necessario un elevato β Si deve realizzare un espansione della linea unitamente all utilizzo di un multi stadio. Un sofware dedicato calcola il tutto! 43

45 Air velocity Riduttori di pressione Sonica La condizione sonica Il gas che fluisce attraverso il foro di un RO può occasionalmente raggiungere la velocità del suono. Per esempio con aria alla pressione di 0,528 bar 20⁰C la velocità del suono è 343,2 m/s. Ogni gas ha le proprie condizioni. Quando si raggiunge la condizione sonica qualsiasi aumento di pressione si ha a monte del RO non produce alcun effetto a valle. SONICA Sonic velocity (343,2 ) ΔP Velocità Peso Molecolare 1 0,528 0 P out / P in Absolute pressure ratio Temperatura 44

46 Riduttori di pressione Sonica La condizione sonica Si ha la portata critica quando si raggiunge la condizione sonica perchè fisicamente si è raggiunto il massimo flusso possibile che può passare dal foro. E possibile sfruttare questa condizione per realizzare limitatori di portata e stabilizzatori di flusso. I boccagli Venturi combinano le caratteristiche standard del boccagio in ingresso del riduttore e la sezione divergente del Venturi in uscita. 45

47 Riduttori di pressione Cavitazione Cavitazione La cavitazione è la repentina formazione e l immediata implosione di bolle in un liquido, è il risultato dell interazione delle forze presenti nel sistema fluido. 46

48 Riduttori di pressione Cavitazione Cavitazione Accade quando un liquido è soggetto a rapidi cambi di pressione. 47

49 Riduttori di pressione Cavitazione Cavitazione La cavitazione può provocare dei seri problemi sulle parti meccaniche interessate, soprattutto quando l implosione si verifica ripetutamente sulle superfici metalliche queste subiscono uno stress continuo e alla lunga provocano dei danni permaneneti. CAVITAZIONE ΔP Pressione di vapore 48

50 Riduttori di pressione Cavitazione Cavitazione Anche in questo caso un design multi stadio è la soluzione Step 1 Step 2 49

51 Riduttori di pressione Cavitazione Soluzioni a multi stadio La distanza tra i dischi è calcolata in modo da garantire il recupero della pressione. L = f( ; D; nr. fori) Lo spessore dei dischi è calcolata solamente in base al P generato L 50

52 Riduttori di pressione Choking Choking L effetto choking accade quando la pressione finale richiesta è più bassa della tensione di vapore. Non ci sono soluzioni tecniche al problema. Il cliente deve essere informato: le condizioni di processo devono essere modificate, oppure la situazione deve essere accettata. CHOKING ΔP 51

53 Riduttori di pressione Velocità con i liquidi Velocità di passaggio Quando un fluido in movimento passa attraverso una restrizione la sua velocità aumenta. La velocità max di passaggio accettabile in un RO è m/s, dipende dal fluido. Problematiche Rumore Erosione per l erosione è possibile lavorare il profilo del foro con un riporto di stellite. 52

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