Installazione e messa in servizio del misuratore di portata a ultrasuoni Clamp-On: guida sul campo con GE PT878 e Yokogawa ADMAG Series

Perché l’accuratezza dei dati della tubazione determina le prestazioni del misuratore

I misuratori ultrasonici clamp-on misurano la differenza di tempo di transito tra gli impulsi a monte e a valle. Questa differenza è proporzionale alla velocità del fluido. Il misuratore converte la velocità in portata volumetrica utilizzando l’area della sezione trasversale della tubazione. Un errore di 1 mm nello spessore della parete sposta la distanza tra i trasduttori e introduce un errore sistematico del 2-3%. Il GE PT878 richiede quattro input: diametro esterno, spessore della parete, materiale della tubazione e materiale del rivestimento.

Per prima cosa, misurare il diametro esterno con un nastro Pi — non con un calibro. I nastri Pi tengono conto della non perfetta circolarità della tubazione e garantiscono un’accuratezza di 0,1 mm. In secondo luogo, misurare lo spessore della parete con un calibro ultrasonico. La corrosione fa sì che lo spessore reale della parete si discosti di 1-3 mm dai dati nominali. In terzo luogo, selezionare il materiale corretto della tubazione. Il GE PT878 memorizza valori di riferimento per acciaio (5900 m/s), PVC (2340 m/s), ghisa (4500 m/s) e acciaio inox (5800 m/s). Un inserimento errato del materiale modifica la geometria del percorso acustico e produce una distanza errata. Per la misura di portata elettromagnetica in linea come alternativa, l’ABB FSM4000 Electromagnetic Flowmeter offre una misura bagnata ad alta precisione per fluidi conduttivi dove l’accuratezza clamp-on è insufficiente.

Configurazione dei trasduttori: metodo V, metodo W e metodo Z

Il metodo V è adatto per diametri di tubazione da 25 a 300 mm. Il segnale acustico si riflette una volta sulla parete opposta della tubazione. Questa configurazione è il default per la maggior parte delle applicazioni con fluidi puliti. La distanza tra i trasduttori su una tubazione in acciaio da 150 mm (parete da 10 mm, servizio acqua) è tipicamente tra 110 e 140 mm. Il metodo W utilizza due riflessioni ed è adatto per tubazioni piccole da 13 a 50 mm. Tuttavia, il metodo W richiede una forza del segnale minima del 60% sul display del GE PT878 — sotto il 50% la lettura diventa inaffidabile.

Il metodo Z posiziona i trasduttori direttamente uno di fronte all’altro senza riflessioni. Usare il metodo Z su tubazioni grandi oltre 300 mm, su liquidi con carico di particelle superiore al 3% di solidi, o su tubazioni con incrostazioni o rivestimenti interni. La serie Yokogawa ADMAG RSF specifica il metodo Z per tutte le tubazioni sopra DN300. Per installazioni orizzontali, montare i trasduttori alle posizioni delle 3 e delle 9. Mai montare alle 12 dove si accumulano sacche di gas.

Applicazione del composto di accoppiamento e preparazione della superficie

Un cattivo accoppiamento tra trasduttore e superficie della tubazione è la causa più comune di bassa qualità del segnale. GE fornisce il gel Soundout ad alta temperatura per servizi fino a 90°C e il viscoso Couplant D per temperature fino a 175°C. Non sostituire con grasso siliconico da idraulico — il suo disadattamento di impedenza acustica con l’acciaio riduce la trasmissione del segnale di 15-25 dB.

• Passo 1: Rimuovere incrostazioni, vernice e corrosione dalla zona di misura usando una spazzola metallica o una smerigliatrice angolare. La superficie della tubazione deve essere metallo nudo, pulita e liscia.
• Passo 2: Applicare il composto di accoppiamento in una striscia circolare di 5-8 mm di diametro al centro della faccia del trasduttore.
• Passo 3: Premere saldamente il trasduttore e ruotarlo di 10 gradi prima di fissare la fascetta. Questo rompe le bolle d’aria nello strato di composto e migliora l’uniformità del contatto.

Verifica della qualità del segnale e isolamento guasti in sei passaggi

Il GE PT878 mostra la forza del segnale in percentuale. Sopra il 75% indica un buon accoppiamento. Tra il 50% e il 75% è marginale. Sotto il 50% i dati sono inaffidabili. Yokogawa ADMAG mostra un fattore di correlazione — sopra 0,98 indica misura affidabile, sotto 0,95 richiede riposizionamento.

• Passo 1: Ricontrollare i valori di diametro esterno e spessore della parete inseriti. Un errore di 2 mm nello spessore sposta la distanza tra trasduttori di 5-8 mm su una tubazione da 150 mm.
• Passo 2: Pulire la faccia del trasduttore e la superficie della tubazione. Composto di accoppiamento secco o particelle di ruggine causano dispersione acustica che riduce il segnale di 20 dB.
• Passo 3: Controllare la presenza di gas o forte aerazione nel liquido. Le bolle di gas disperdono completamente i segnali ultrasonici. Spostare il punto di misura più a valle.
• Passo 4: Passare dal metodo V al metodo Z su tubazioni con incrostazioni o rivestimenti interni superiori a 3 mm. Il metodo Z riduce le intersezioni del percorso acustico e mantiene la forza del segnale su interni degradati.
• Passo 5: Controllare la lettura della velocità del suono. L’acqua a 20°C legge 1484 m/s. Il petrolio leggero 1300-1400 m/s. Una deviazione superiore al 5% dal valore di riferimento indica che i trasduttori sono accoppiati a una sacca di gas o a uno strato di incrostazione anziché al fluido principale.
• Passo 6: Verificare il numero di Reynolds. La specifica di accuratezza del GE PT878 di ±1% della lettura richiede Re superiore a 10.000. Calcolare Re = (ρ × v × D) / µ. Sotto Re = 4.000, l’accuratezza degrada a ±2-5%. Installare il misuratore più a valle o scegliere un misuratore a inserzione per applicazioni a bassa velocità.

Conclusione e consigli operativi

I misuratori ultrasonici clamp-on forniscono misure affidabili e non invasive se installati correttamente. La maggior parte dei guasti in fase di messa in servizio deriva da inserimenti errati dei dati della tubazione e da una preparazione superficiale inadeguata. Misurare sempre lo spessore della parete con un calibro ultrasonico invece di affidarsi ai valori nominali. Usare il metodo Z per tubazioni grandi, interni incrostati e fluidi ad alto contenuto solido. Verificare la qualità del segnale sopra il 75% sul GE PT878 e il fattore di correlazione sopra 0,98 sul Yokogawa ADMAG prima di fornire i dati al DCS. Questi controlli richiedono 30 minuti e prevengono mesi di errori di portata inspiegabili.

Autore: Liu Yang è un ingegnere di automazione industriale con oltre 10 anni di esperienza in PLC, DCS e sistemi di controllo.