products solutions services la misura della portata...

1Marketing Technical Competence Anno 2016

6 giugno 2017

Products Solutions Services

La misura della portata volumetrica DeltaPi

Facoltà di Ingegneria, Università degli Studi di Bologna

Dipartimento di Ingegneria Industriale

Slide 1 Antonio Festa

6 giugno 2017

Agenda

• Introduzione

• Orifice - Principio di misura

• I prodotti “DO”

• Tubo di Pitot - Principio di misura

• I prodotti “DP”

• Nozzle, Venturi, V-Cone, Wedge, Accessori

• Modlaità d’installazione



6 giugno 2017

Che cosa è il dp-Flow

Il dp-Flow descrive la misura di una pressione differenziale (dp),

a monte e a valle di una restrizione.

Il dp è creato da un fluido che passa attraverso questa specifica

restrizione.

Con la misura del dp si calcola la portata.

dp

dpQ


6 giugno 2017

I principali vantaggi del dp-Flow

1. Norme costruttive e di calcolo, in particolare ISO5167

2. Universale per tutti i fluidi: gas, liquidi e vapore

3. Puramente meccanico, nessuna parte in movimento

4. Facilmente separato, per interventi di manutenzione/sostituzione del

trasmettitore…non è necessario interrompere il processo

5. Applicazioni per alta pressione (420 bar) e alta temperatura ( 1000 °C)

6. Trasmettitore di pressione differenziale disponibile sul mercato



6 giugno 2017

Dp-Flow … 268 anni di esperienza

1732 Henry Pitot presents his paper on Pitot tube

1738 Daniel Bernoulli develops the hydraulic equation for flow rate calculations

1797 Giovanni Battista Venturi publishes his work on a flow meter

1887 Clemens Herschel develops the first commercial flow meter based on Venturi’s work

1912 Thomas Weymouth of United Natural Gas co. carries out test works using orificemeters on Nat Gas using flange taps

1913 Hickstein presents early data on orifice flow meters using taps at 2½xD and 8xD.This leads to D and D/2 taps and vena contract taps

1916 E.G. Bailey presents his paper on steam measurement using Orifice meters

1930 Joint AGA/ASME/NBS test program obtains enough data to develop a coefficientprediction equation.

1932 German DIN issues first Standard 1952 on Orifice meters.

1935 Buckingham fitting equations for various tapping arrangements are produced

1967 ISO standard R541 for orifices and nozzles issued after work in U.S is combined withEuropean practices. A year later the ISO R781 is issued for the Venturi tubes

1980 J. Stolz proposes universal orifice equation combining R541 and theR781 ISOstandard 5167

1986 extensive test programs have produced vast amounts of data for use in developingnew orifice discharge prediction equations to be used in custody transfer of Natural Gas

2003 latest revision of ISO 5167Stolz equation replaced by Reader-Harris/Gallagher equation


6 giugno 2017

Gli elementi primari

Elementi sensibili alla pressione statica

• Strumenti standardizzati (calibrazione non richiesta)

• Orifice

• Nozzle

• Venturi tube

• V-Cone

• Produttore specifico (semplice calibrazione)

• Wedge meterWedge meter V-Cone

Prandtl-Tube

Pitot tube

Elementi sensibili alla pressione dinamica

• Produttore specifico (semplice calibrazione)

• Averaging

• Prandtl Tube

• Accelabar

Accelabar



6 giugno 2017

Deltatop dp-flow è un prodotto su misura


6 giugno 2017

Applicazioni tipiche

Chemical industry• Gas di processo

• Aria compressa

• Vapore

• Acqua di raffreddamento

• turbine meter (aspirazione)

Petrochemical (O&G_Refining)• flare gas (gas di torcia)

• crude oil (olio grezzo)

• Gas naturale

Energy• Acqua di raffreddamento

• Misurazione delle emissioni

• Aria di combustione

• Misura dell’energia

• Misure di Vapore



6 giugno 2017

Gas

Campo applicativo

ProlinePromag(Magn. Induttivo)

ProlinePromass(Coriolis)

ProlineProwirl(Vortex)

ProlineProsonic Flow(Ultrasonic)

Deltatop(diff. Pressure)

Prolinet-mass(thermal)

Liquidiconduttivi

Liquidi NONconduttivi Vapore

solo Prosonic B200 *

solo Promass F *


6 giugno 2017

Campo applicativo

Pressione [bar] 0 40

Deltabar

160

Temperatura[°C]

1000

250

Promass

Prowirl

Tmass

Prosonic FlowPromag

420400

-50

200

350

400

-200



6 giugno 2017

dp-Flow > TEORIA

• Il principio

• Principio di Bernulli e sua equazione

• Principio degli elementi primari del tipo a restrizione

• Equazione della Portata

• Semplificazione dell’equazione della portata

• Relazione tra Portata e Pressione dp

• Esempi di calcolo veloce

• Standard ISO 5167

• dp-Flow e il mercato

• dp-Flow dove, perchè


6 giugno 2017

Principio di Bernulli

Teorema di Bernulli sul profilo alare

I dispositivi a strozzamento si basano sulla legge di Bernoulli, che descrive ilfenomeno per cui in un fluido, ad un incremento della velocità, corrisponde

una diminuzione della pressione.



6 giugno 2017

Principio di Bernulli

Consideriamo un fluido che si muove di moto stazionario lungo un tubo didiversa sezione,

sviluppando il principio di conservazione dell’energia, abbiamo:

l’equazione di Bernoulli ci dice che la somma di queste 3 quantità è semprecostante in qualunque punto del fluido, ossia i termini dell’equazionepossono variare se misurati in diversi punti, ma la loro somma è semprecostante.


6 giugno 2017

Equazione di Bernulli

p rappresenta la pressione in un punto generico del tuboρ è la densità del fluido (considerata costante)v rappresenta la velocità del fluido nel punto consideratog è l'accelerazione di gravitàh l’altezza nel punto considerato



6 giugno 2017

Principio degli elementi primari del tipo a restrizione

v1 v2 v1

dp pressure

dw

Pstat2

Pstat1

dP

Pdyn1

P tot

Pdyn2

Ptotal2= Pstat2

+Pdyn2+dwPtotal1

= Pstat1+Pdyn1

dp = Pstat1- Pstat2


6 giugno 2017

Equazione della Portata

3.06

5.3

0.87.06

82

Re

10··

Re

·19000·0063.00188.0

Re

·10·000521.0·216.0·0261.05961.0

xxxxxxxxx

mQ

0254,08,2)75,0(011,0·

1

·2·8.0

1

·2·031.0 2

3.1

1.1

22 DX

LL

nomr

X

nomr

rnomrp

D

p

pp

max_

4

2/1

_

max__84 214

193,0256,0351,01

1

4

40.8

·7·10

1·

Re

·19000·11.01··123.0·08.0043.0 11

xxx

LL ee

nomm pd

CQ

2

1

1

4 4

2

nomm pKQ 2

pQ

Coefficiente di scarico C

Fattore di espansione

(o di comprimibilità)

Fattore K



6 giugno 2017

Semplificazione dell’equazione della Portata

Flow computer RMS 621(Vapore & Acqua)

Energy manager RMC 621(Gas, Liquidi, Vapore)

mQ

r=Qv


6 giugno 2017

Standard - ISO 5167

• ISO 5167-1:2003 Principi generali e requisiti

• ISO 5167-2:2003 Orifice plates

• ISO 5167-3:2003 Nozzles e Venturi nozzles

• ISO 5167-4:2003 Venturi tubes

• ISO 5167-5:2016 Cone meters



6 giugno 2017

Orifice Plate : vantaggi e svantaggi

“DO” sono tutti i prodotti (elementi primari) del tipo “ORIFICE”

Video Orifice Plate


6 giugno 2017

Flangia calibrata di tipo a saldare

ISO 5167-2DO61W

OrificeflangeASME B16.36DIN 19214flange taps

Preferito nelle industrie dove èapplicato lo standard ANSI

Vantaggi:

Conveniente(flange incluse)

Orifice sostituibile

Limitazioni:

Deve essere smontato per lasaldatura

Richiesta saldatura in sito

Non è possibile un test dipressione

PED difficile da garantire

D d

P+ P-

1”1”



6 giugno 2017

Elemento primario - Orifice / flange tapping

ISO 5167-2DO61W

OrificeflangeASME B16.36DIN 19214flange taps


6 giugno 2017

Elemento primario - Orifice / corner tapping

D d

P+ P-

Orifice con carrier ring“monolitico”prese ad angolo, foro singolo

ISO 5167-2DO62C

Preferito nelle industriedove è applicato lostandard ANSI

Vantaggi:

Conveniente, di facileproduzione

Massiccio, un solo pezzo(monolitico)

Limitazioni:

In caso di sostituzione…nuovo elemento completo



6 giugno 2017


D d

P+ P-

Orifice con carrier ringsprese ad angolo, camera anulare

ISO 5167-2DO63C


Vantaggi:

Pressione differenzialemediata su tutta lacirconferenza

Orifice sostituibile

In accordo alla PED

Limitazioni:

Guarnizione internaaddizionale


6 giugno 2017


Carrying ring

Corner tapped

Orifice con carrier ringsprese ad angolo, camera anulare



6 giugno 2017

Elemento primario - Orifice plate

Orifice plate

ISO 5167-2DO64P


Vantaggi:

Perfetto per tutti i tipi di tapping

Sostituzione / Ricambio perDO61W

Semplice retrofit (tra due flangeesistenti)

Non soggetto alla PED

Conveniente

Consegna breve

Limitazioni:

Tapping da disporre in loco


6 giugno 2017

Elemento primario - Orifice plate

Orifice plate



6 giugno 2017

Orifice Plate: vantaggi e svantaggi

Vantaggi

• Costi iniziali relativamente bassi

• Resistente ai danni dovuti ai colpi di ariete e agli shock termici

• Idoneo per applicazioni con vapore ad alte pressioni

Svantaggi

• Alte perdite di carico

• Difficile ottenere una elevata accuratezza (<0.5%)

• Turndown: limitazioni sul minimo e massimo valore di portata

• Le condizioni di processo devono essere conosciute e stabili


6 giugno 2017

DN = Nozzles come elementi primari

“DN” sono tutti i prodotti (elementi primari) del tipo “Nozzle”



6 giugno 2017

Nozzles : vantaggi e svantaggi

Vantaggi

Minor perdite di carico rispetto agli orifice plate

Design flessibile per diverse applicazioni

Non ci sono parti “affilate” che potrebbero degradare con il tempo

Turndown 10:1

Svantaggi

Problemi nella misura di gas umido e in presenza di condense


6 giugno 2017

DV = Venturi come elemento primario

“DV” sono tutti i prodotti (elementi primari) del tipo “Venturi”



6 giugno 2017

Venturi

Boccaglio grezzo (cast), gola forata

DN100…800, ß 0,3..0,75

DN50…500, ß 0,3…0,8

200000 < Re < 2000000

Boccaglio e gola forata (lavorato)

DN50…250, ß 0,4…0,75

200000 < Re < 1000000

Boccaglio calandrato e saldato, gola forata

DN200…1200, ß 0,4…0,7

200000 < Re < 2000000

4 prese di pressione a foro singolo a 0,5D e 0,5d

brevi tratti rettilinei come orifice e nozzle

disponibile solo come soluzione di ingegneria


6 giugno 2017

Elemento primario - Meter-run

Meter run con flange terminaliCorner taps, camera anulare



6 giugno 2017

Elemento primario - Meter-run

ISO 5167-2DO65F

Meter run con flange terminaliCorner taps, camera anulare

P+ P-

Vantaggi

• Come il DO63C

• Include I tratti rettilineiin ingresso ed uscita,disponibile per piccolidiametri

• Inlet/outlet pipe inaccordo alla ISO5167

• Per piccoli diametri, dalDN10 al DN50(dal 3/8” al 2”)

• Calibrazione bagnatapossibile


6 giugno 2017

Meter runs

Tratti rettilinei a monte e valle certi e definiti

Non è richiesto l’esatto diametro della tubazione

Raccomandato/standard per piccoli diametri < DN50

Anche disponibile per Nozzles

Possibile con Venturi tubes



6 giugno 2017

DP = Pitot Tube come elementi primari

“DP” sono tutti i prodotti (elementi primari) del tipo “PITOT TUBE”

Video Tubo di Pitot


6 giugno 2017

Standard - ISO 5167

• ISO 5167-1:2003 Principi generali e requisiti

• ISO 5167-2:2003 Orifice plates

• ISO 5167-3:2003 Nozzles e Venturi nozzles

• ISO 5167-4:2003 Venturi tubes

• ISO 5157-5:2016 Cone meters



6 giugno 2017

Pitot Tube - Shapes

DP – Pitot tubes


6 giugno 2017

Pitot Tube per grandi diametri

diametro interno tubazione: DN 300 – 12000 pressione operativa max. 100 bar temperatura operativa max. 1200°C precisione: <1% della portata istantanea ripetibilità: 0.1% del valore misurato

Tubo PitotTubo Pitot

Speciale per gas sporchi



6 giugno 2017

Esempio di misura di Portata con deltaP completa

In tubazioni con diametro fino a DN 12000

Con accesso per facile pulizia da entrambi i lati

Condotta tonda o rettangolare

Disponibile unità di spurgo


6 giugno 2017

Altri dp-flowmeters

V-ConeNon richiede tratti rettilineisolo applicazioni di nicchia (teste pozzo)Un solo produttore (McCrometer)ma il brevetto è scaduto, DN < 3000

Wedgepiù adatto per I liquamiABB-Standard (calculation) DN < 300

Accelabar (Veris)concorrenza diretta con V-Conesalto TD, non richiede tratti rettilinei

Dall tubes



6 giugno 2017

Venturi: esempi


6 giugno 2017

V-Cone

• Il cono al centro della tubazione “mischia” i profili di flusso

(alte velocità al centro con basse velocità ai bordi)consentendo di rilevare anche basse portate



6 giugno 2017

V-Cone

Precision Tube V-Cone

(1/2” … 72”)

Wafer-Cone

(1” … 6”)

Singola curva Doppia curva

Facileinstallazione


6 giugno 2017

V-Cone, Wedge

V-Conenon necessita di tratti rettilinei in ingressoaccuratezza elevata (circa 0,5%)DN < 3000

WedgePer slurrys e altri prodotti appiccicosi

ABB-Standard (calcolo) DN < 300



6 giugno 2017

Comparazione sulla perdita di carico

all dp instr. DN350

Vortex DN300(Dmax)

dp [mbar] p loss [mbar] Inlet length [D]

after 2 x 90°

(ß=0,6)

Venturi tube 500 37 10

Venturi nozzle 500 42 26(48)

ISA nozzle 500 229 26(48)

Orifice 500 229 30(44)

Vortex 207 25(40)

Pitot tube 193 18 9(17)


6 giugno 2017

Esempio di misura di Portata con deltaP completa



6 giugno 2017

Split Range

10 mbarfor lowestflow rates

1000 mbar1000 mbarfor highflow rates

1000

3600

360

10

qkg/h

Rangedinamico(tipicamente:da 3:1 a 6:1)

10

36

dPmbar

0,1

360

qkg/h


6 giugno 2017

Split Range



6 giugno 2017

DA = Accessori

“DA” sono tutti i prodotti (elementi primari) del tipo “Accessories”


6 giugno 2017

Barilotti di condensa

Livello condensato definito (con grande superfice)

Livello idrostatico costante in entrambi gli impulse pipe anche in

condizioni di processo instabili

Protegge il trasmettitore dalle alte temperature



6 giugno 2017

DA61C – Barilotti di condensazione per Orifice

Barilotti di condensa per orifices DO6xx

300cm³ carbon steel (HII) e stainless steel (316L/PN100)

250cm³ versione alta temperatura (16Mo3/PN250)

Incluso nella struttura orifice come coppia

Pezzi singoli nella struttura accessori con identica caratteristica codici


6 giugno 2017

DA62C – Barilotti di condensazione per Pitot Tube

Barilotti di condensa per pitot tubes DP6xD

300cm³ carbon steel (HII) e stainless steel (316L/PN100)

300cm³ versione per alte temperature (16Mo3/PN100)

20cm³ alte temperature / versione per alte temperature(16Mo3/PN250)

Incluso nella struttura orifice come coppia

Pezzi singoli nella struttura accessori con identica

caratteristica codici



6 giugno 2017

Valvole di intercettazione

Valvole a spillo per tutte le applicazioni

Valvole a sfera per applicazioni gas a bassa pressione

Valvole a saracinesca per applicazioni pitot tubes con vapore


6 giugno 2017

DA63M - Manifolds

Per tutti gli elementi primari

Incluso nella struttura dell’elemento primario

Manifold 3-valvole e 5-valvole

Per versioni compatte e remote

Per applicazioni con vapore ad alta temperatura



6 giugno 2017

Seleziona caratteristiche

Manifolds

3-valvole fresato (da barra)

3-valvole forgiato


6 giugno 2017

Seleziona caratteristiche

Manifolds

5-valvole fresato (da barra)

5-valvole forgiato



6 giugno 2017

DA63R – Flow Conditioner

Riduce i tratti rettilinei a montea17D

Spessore = D/8

Pressione addizionale


6 giugno 2017

Requisiti generali di processo

tubazionepiena

no markse depositi

t

TP T,Pcondizioni

di processocostanti

t

TP T

P

L

L

sufficientitrattirettilinei

fluido omogeneo(compostezza costante nel tempo)

t

t



6 giugno 2017

DA62P _ Air Purge Unit

Purge unit per Pitot Tubes

Per evitare l’intasamento dei fori in presenza diparticolato

Consigliato con presenza di particolato conconcentrazione > 100mg/m³

Polvere concentrata > 500mg/m³ -> forte abrasione

Nessun segnale di misura durante lo spurgo

Attivazione esterna (mediante PLC)

Air


6 giugno 2017

Perdite di carico: comparazione dispositivi dP

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 0·1 0·2 0·3 0·4 0·5 0·6 0·7

Per

dit

edica

rico

(%del

dif

fere

nzi

ale)

b = d / D2 2 2

Orifice Plate

Flow Nozzle

Short Pattern Venturi

Classical Venturi



6 giugno 2017

Comparazione dei costi: Orifice vs Tubo di Pitot

$0

$5.000

$10.000

$15.000

$20.000

$25.000

$30.000

2" 4" 6" 8" 10" 12" 14" 16" 20" 24" 30" 36" 42" 48" 54" 60" 66" 72"

Tubo di Pitot

Orifice


6 giugno 2017

Montaggio dP-Flow Orifice Applicazione Gas

tubo orizzontale tubo verticale



6 giugno 2017

Montaggio dP-Flow Orifice Applicazione Gas



6 giugno 2017

Montaggio dP-Flow Orifice Applicazione Liquidi/Vapore




6 giugno 2017

Montaggio dP-Flow Tubo Pitot Applicaz. Liquidi/Vapore



6 giugno 2017

Installazione Vapore

• Collegamento tipico per vapore



6 giugno 2017

Aggiustaggio dello Zero-point

Riempire gli impulse pipes e camere di condensa (vapore)

Attendere che il processo sia stabile

Chiudere il lato negativo (esempio valvola 2)

Aprire la valvola 3 di equalizzazione

Fare il set point

Non aprire mai tutte e 3 le valvole (1,2,3) insieme (Si rischia il

surriscaldamento del trasmettitore a contatto con il fluido ad alta

temperatura)

Process sideSlide 67 Antonio Festa

6 giugno 2017

Barilotti di condensazione

Si raccomanda di utilizzare i barilotti di condensazione nelleapplicazioni con vapore

I barilotti assicurano uno stabile zero point

I barilotti evitano fluttuazioni del segnale

23

1

4

2

3

1

4

Il Vapore entra dal processo

Il Vapore condensa sullasuperficie

La condensa torna indietro

Il livello dell’acqua è stabile

Entrambi i barilotti devono essere installaticorrettamente alla stessa altezza



6 giugno 2017

Orifice vs Pitot Tube

Orifice :

Standardizzato (ISO5167, AGA, ASME)

Calibrazione non richiesta (2”…40”)

Estrapolazione del calcolo (> 40”)

Calibrazione raccomandata (<2”)

Calcolo standard ripetibile

Perdite di carico relativamente alte

Rapporto ß modificabile, dP ottimiz.

Elevato dP -> Turndown possibile

Installazione tra le flange o saldato nellatubazione

Diametri dal DN10

Diametri fino a 40”

Sensibile alle abrasioni e ai depositi

Installazione solo in tubazini circolari

Tubo di Pitot :

Design dipendente dal costruttore

k-factor dipendente dal costruttore

Calcolo dipendente del costruttore

Perdite di carico molto basse

k-factor fisso, dp fisso

Piccolo dP -> Turndown ristretto

Installazione ad inserzione

Diametri dal DN 25

Diametri anche superiori ai 400”

Poco sensibile alle abrasioni

Possibile installazione in condottirettangolari


6 giugno 2017

Venturi vs Orifice

• Più robusto degli orifice plates e meno influenzato dal particolato

• Minor perdita di carico a parità di Dp

• Minore effetto di turbolenze e distorsione del profilo

• Richiesti tratti rettilinei più brevi in ingresso

• Opera su una gamma più ampia e lineare

• Meno influenzato dal numero di Reynolds


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