Rete gas a bassa pressione sotto controllo con la misurazione continua della pressione

Rete gas a bassa pressione sotto controllo con la misurazione continua della pressione

by | Wednesday, 1 July, 2020 | Petrolio e gas

Il monitor di processi autonomo dell’azienda AIRVALVE, interconnesso ai sensori di pressione della STS, controlla i punti nevralgici della rete gas della SWK Netze GmbH. Ciò permette sicurezza di pianificazione a fronte di un piccolo sforzo di implementazione.

Per calibrare il suo programma sulla rete di tubazioni, la SWK Netze GmbH effettua numerose misurazioni nella rete gas a bassa pressione. A tal scopo, nell’ambito del progetto “Controllo della rete gas a bassa pressione”, devono essere effettuate misurazioni continue della pressione in quindici punti nevralgici. Accanto alle aspettative di valori di misurazioni più precisi possibili, per la realizzazione del progetto è stato altrettanto decisivo che gli strumenti di misurazione funzionassero in modo affidabile per un lungo periodo di tempo e, contemporaneamente, disponessero di una potenza di segnale sufficientemente elevata, in modo da riuscire a trasmettere regolarmente i valori misurati anche in installazioni sotterranee. Per ridurre al minimo indispensabile gli interventi strutturali e in sotterraneo, bisognava misurare la pressione nelle tubature di ventilazione già esistenti. Per questo l’apparecchiatura di misurazione è stata installata in tombini con chiusini DIN3583 dotati di dispositivo di blocco, misura 3. 

Per adempiere a questo compito la scelta è ricaduta sul monitor di processo,modello LS-42, dell’azienda AIRVALVE. Test accurati, avevano precedentemente dimostrato che i prodotti che fanno parte della serie dei monitor di processo sono gli unici a disporre di un’antenna integrata di elevata potenza che, persino nei tombini, assicura una trasmissione del segnale priva di interferenze. 

Stabilità a lungo termine e facilità d’uso  sono i fattori chiave 

Inoltre, grazie ad una batteria ad alta efficienza sostituibile, lo strumento di misurazione funziona in modo indipendente dalla rete elettrica e telefonica per un periodo di 10 anni e più. Il monitor di processo, facile da installare e configurabile da remoto, assicura una trasmissione sicura dei dati rilevati grazie alla scelta libera della scheda SIM o alla rete multipla con tunnel VPN privato (vedi immagine 1 sulla struttura di un monitor di processi). Per questi motivi è maggiormente adatto per impianti lontani o di difficile accesso, che devono essere monitorati per un lungo periodo di tempo in modo affidabile e senza costosi lavori di manutenzione.

Immagine 1: struttura del monitor di processi (fonte: AIRVALVE)

Naturalmente, i requisiti di durata e prestazioni del prodotto riguardano anche i sensori utilizzati per la misurazione della pressione. AIRVAVLE ha scelto il trasmettitore di pressione ATM.ECO/N della STS. Questo sensore da 100 mbar viene alimentato dalla batteria sostituibile del monitor di processi, dispone di una resistente struttura in acciaio inossidabile e, in un intervallo di temperatura che va da -5 fino a 50°C, fornisce risultati accurati con un errore totale di ≤ ± 0.70%. In termini di stabilità a lungo termine l’ATM.ECO/N registra< 0.5%.

Struttura del sistema di misura nella rete gas a bassa pressione

L’intero sistema di misura per il monitoraggio della rete gas a bassa pressione è stato installato nei tombini (vedi immagine 2).Utilizzando tubature di ventilazione già esistenti è stato possibile eseguire i lavori richiesti senza grandi spese. Per implementare la misurazione della pressione il tappo del tubo di ventilazione è stato sostituito da un riduttore (1). Il connettore di misura può essere chiuso su una valvola a sfera in acciaio inossidabile (2). Una calibrazione del sensore di pressione è resa possibile da un connettore Minimess (3). Il sensore di pressione (4) è collegato al monitor di processo della AIRVALVE (6) tramite una scatola di distribuzione per la compensazione della pressione (5). Il monitor di processo è a sua volta fissato al terreno tramite un sistema di aggancio (7).

Immagine 2: visione d’insieme del sistema di misura (fonte: AIRVALVE)

Le misurazioni vengono eseguite ogni 5 minuti. L’intervallo tra una misurazione e l’altra può essere scelto essenzialmente tra uno e 60 minuti. I valori misurati vengono trasmessi più volte al giorno al centro di controllo. La trasmissione dei valori può avvenire tramite scheda di rete multipla VPN protetta o scheda SIM con abbonamento. La comunicazione è possibile sia con centri di controllo via internet che con sistemi SCADA. Nell’esempio di applicazione presentato la SWK Netze GmbH ha scelto la centralizzazione dei dativi a internet “Web-LS” per gestire i dati rilevati attraverso server ad alta sicurezza.

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Una buona tenuta è sinonimo di sicurezza: misurazione della pressione nelle tubazioni

Una buona tenuta è sinonimo di sicurezza: misurazione della pressione nelle tubazioni

by | Wednesday, 1 July, 2020 | Prova di tenuta

Sotto i nostri piedi si sviluppa un’infrastruttura largamente ramificata, senza la quale l’economia e la società non funzionerebbero. Milioni di chilometri di tubature trasportano gas naturale, biogas, acque dolci e acque reflue dai fornitori ai consumatori. Soprattutto nel caso di sostanze a rischio di esplosione come il gas, la sicurezza riveste un ruolo importante. Sprechi di risorse e inquinamento ambientale possono essere anche la conseguenza di perdite nelle tubature. UNION Instruments ha appena sviluppato un kit di controllo della pressione, che facilita di gran lunga la prova di tenuta. A tale scopo vengono utilizzate anche le celle di misura della pressione della STS.

Il kit di controllo della pressione PMS3000 della UNION Instruments GmbHè stato progettato per eseguiretutte le operazioni necessarie alla prova di tenuta delle tubazioni con i componenti collegati gli uni agli altri in un unico sistema. 

I campi di applicazione sono molteplici: 

  • fornitura di gas secondo DVGW G469-(A) A2, B2, B3, C3 e D2
  • fornitura di acqua potabile secondo DVGW W400-2, parte 16
  • ingegneria dei processi industriali, industria, tecnologia di processo
  • tubazioni di teleriscaldamento
  • sonde geometriche
  • guaine per cavi
  • fognature

Immagine 1: Kit di controllo della pressione PMS3000 (Fonte: UNION Instruments)

A questo punto vogliamo concentrarci sulla prova di tenuta delle tubazioni di acqua potabile attraverso il cosiddetto processo di contrazione (o controllo della pressione di contrazione). Come mezzo di prova si utilizza l’acqua. 

Processo di contrazione nella fornitura di acqua potabile 

L’acqua potabile spesso scorre attraverso tubi di plastica. Se viene applicata una pressione di prova maggiore, si avrà di conseguenza un aumento del volume. Questa espansione provoca un calo di pressione che rende più difficile la prova di tenuta. Inoltre, occorre accertarsi che il condotto che si sta controllando sia sufficientemente privo di aria. Lo speciale processo di contrazione garantisce che qui possa avvenire un corretto accertamento della tenuta. Gli standard sono stabiliti nella certificazione DVGW foglio W400-2, parte 16. 

Per eseguire il processo di contrazione secondo W400-2, parte 16 oltre al kit di controllo della pressione PMS3000, serve il kit di scarico della pressione DAK2000, in modo da poter rilevare la quantità di acqua di scarico in modo centrale e indipendente dal volume di uscita e di poterla trasmettere al PMS3000. Grazie a questo collegamento diretto si riducono gli interventi manuali e si evitano errori di trasmissione. In aggiunta, serve una pompa per fare aumentare la pressione. Anche per questo scopo l’UNION Instruments ha a disposizione diverse soluzioni fatte su misura per il PMS3000.

Immagine 2: Processo di contrazione secondo W400-2, parte 16 (Fonte: UNION Instruments)

Il processo di contrazione (vedi immagine 2) è relativamente complesso e si sviluppa in più fasi. La prova di tenuta si svolge in un arco di 3 o 4 ore. Con il PMS3000 il processo si suddivide in sette fasi. Nella prima fase, la fase di distensione, vengono misurate la pressione statica dell’acqua e la temperatura della tubazione. Poi inizia la fase in cui si verifica l’aumento della pressione. È necessario raggiungere la pressione di prova, che è circa 4 bar più alta della pressione di esercizio. Questa fase si svolge nell’arco di dieci minuti. La velocità con cui la pressione aumenta può essere osservata con il PMS3000 e questo consente una prima valutazione dell’assenza d’aria.

Una volta raggiunta la pressione di prova, inizia la fase di mantenimento della pressione. Il mantenimento della pressione si ottiene con pompaggio continuo. Nella successiva fase di riposo si osserva un calo della pressione con una conseguente riduzione della pressione in percentuale della pressione di prova: la pressione non può diminuire più del 20 percento.

Dopodiché segue la diminuzione della pressione per controllare l’assenza d’aria. In questa fase viene fatta defluire l’acqua, la quantità di acqua di scarico viene misurata e trasmessa al PMS3000. Defluendo, l’acqua dovrebbe generare un certo calo della pressione. Se questo non si verifica, significa che nella tubazione che si sta controllando c’è troppa aria.

Terminata questa fase, inizia una verifica principale di 30 minuti, in cui viene applicata nuovamente pressione nella tubazione. Nel caso in cui si verifichi un calo della pressione, la verifica principale viene prolungata di 90 minuti. Durante questo periodo di tempo la pressione non può diminuire più di 0,25 bar, altrimenti significa che la tubazione perde.

L’intero svolgimento della prova viene salvata sulla scheda SD del kit di controllo della pressione e, senza bisogno di software di valutazione, è disponibile per l’utente come protocollo PDF.

Per misurare la pressione il PMS3000 è dotato di un sensore di pressione piezoresistivo della STS. Poiché il kit di controllo della pressione è utilizzato in diverse applicazioni, i requisiti della cella di misura sono elevati: deve riuscire a rappresentare un ampio intervallo di pressione che parta da pochi mbar fino ad arrivare a 1000 bar (per es. prova di tenuta in sistemi idraulici) e, allo stesso tempo, funzionare con estrema precisione.Così, le richieste fatte alla STS da parte della UNION Instruments includono una stabilità di 5 mbar per modifiche della temperatura ambientale di 15 Kelvin con pressioni di prova da 20 a 25 bar. Qui trovate maggiori informazioni sull’integrazione delle celle di misura piezoresistive in applicazioni già esistenti.

Le caratteristiche del sistema PMS3000 in sintesi:

  • kit di controllo della pressione robusto, impermeabile e adatto a cantieri edili
  • stampa del protocollo integrata
  • display touch a colori
  • scheda di memoria SD da 32 GB mobile leggibile tramite USB
  • varie porte esterne
  • processo di verifica delle direttiveDVGWG469 (A) : 2010 e W400-2 : 2004 sono memorizzati nel dispositivo
  • linea completa di componenti di collegamento e pompe di prova per l’aumento della pressione a disposizione
  • trasduttore piezoresistivo della STS integrato con un campo di misurazione della pressione da 100 mbar a 1000 bar (curva caratteristica: ≤ ± 0.50 / 0.25 % FS)
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Prova di tenuta garantita con il metodo della pressione relativa e assoluta

Prova di tenuta garantita con il metodo della pressione relativa e assoluta

by | Wednesday, 1 July, 2020 | Prova di tenuta

Le perdite possono avere conseguenze fatali: per rendere i processi produttivi efficienti e per evitare la sostituzione dei prodotti, un’azione costosa e che danneggia l’immagine dell’azienda, è necessario controllare tutte i componenti già dalle prime fasi del processo di produzione. La prova di tenuta svolge in questo senso un ruolo importante nella gestione della qualità.

L’accertamento della tenuta e la localizzazione delle perdite costituiscono in diversi settori una parte integrante della garanzia di qualità. Inoltre, durante il processo di produzione, grazie all’individuazione tempestiva delle parti difettose, è possibile evitare costi inutili. Tra i campi di applicazione sono inclusi il controllo non solo dei singoli componenti, ma anche quello dei sistemi completi nella produzione di serie o negli ambienti di laboratorio.I settori spaziano dal settore automobilistico (teste di cilindri, ingranaggi, valvole, ecc),passando per le tecnologie mediche, e arrivano fino alle industrie della plastica, degli imballaggi e all’industria cosmetica.

L’azienda tedesca ZELTWANGER Dichtheits- und Funktionsprüfsysteme GmbH è uno dei produttori più noti di rilevatori di perdite ad alte prestazioni. A seconda dei casi di utilizzo è possibile scegliere tra una serie di metodi di prova di tenuta, tra cui il metodo della pressione relativa e quello della pressione assoluta.

Prova di tenuta con il metodo della pressione relativa o assoluta

I metodi di pressione relativa o assoluta hanno i seguenti vantaggi determinanti:

  • struttura compatta con un piccolo volume interno
  • elevata affidabilità operativa
  • ampio range di misura
  • possibilità di automatizzazione

In questi metodi il campione viene sottoposto ad una pressione definita. La risultante variazione della pressione nel tempo, derivante da un’eventuale perdita, viene misurata e analizzata.Nella pressione relativa, la differenza con la pressione ambiente è cruciale. Se la pressione di prova è maggiore della pressione ambientale si parla di una prova di sovrappressione. La prova di sottopressione, anche detta test del vuoto,si verifica quando la pressione è inferiore a quella ambientale. Nel metodo di pressione assoluta, la pressione viene determinata in relazione al vuoto assoluto.

Nella prova di tenuta mediante i metodi della pressione relativa o assoluta la ZELTWANGER impiega anche sensori di pressioni dell’azienda STS. Le esigenze con questa tecnica utilizzata sono elevate. Requisiti necessari sono infatti: 

  • elaborazione del segnale eccellente
  • campo di pressione variabile
  • metodo di misurazione variabile (pressione differenziale, relativa e assoluta)
  • alta affidabilità

Il sensore di pressione ATM della STS soddisfa le caratteristiche richieste grazie a un ampio campo di pressione che va da 100 mbar a 1000 bar e una curva caratteristica di ≤ ± 0.10 %FS. Oltre a questi valori, l’affidabilità e l’ottima elaborazione del segnale sono caratteristiche fondamentali. La modularità dei sensori della STS dà ai produttori la possibilità di integrarli facilmente nelle loro applicazioni.

I trasmettitori di pressione della STS, accanto ai sensori sviluppati dalla stessa ZELTWANGER, vengono impiegati nei dispositivi della serie ZED. Questi ultimi si distinguono per la loro versatilità e precisone. Ad esempio, il dispositivo ZEDbase+ misura in modo affidabile la pressione relativa, la pressione differenziale e la portata di massa. Le pressioni di prova rilevate variano, a seconda del metodo, dal vuoto a 16 bar. Nel caso della pressione relativa, si possono registrare piccole variazioni nella pressione di 0,5 Pa a 4 Pa. Accanto ai requisiti tecnici anche l’affidabilità delle consegne e la flessibilità e semplicità dell’assistenza clienti da parte della STS sono aspetti decisivi – tra l’altro un importante aspetto in comune a entrambe le aziende: lo scopo è sempre quello di mettere a disposizione soluzioni conformi alle esigenze dei clienti e che rispondano esattamente alle caratteristiche richieste.

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Apparecchiature per prove di tenuta a calo di pressione

Apparecchiature per prove di tenuta a calo di pressione

by | Wednesday, 1 July, 2020 | Prova di tenuta

Vi sono sistemi con componenti che devono essere a perfetta tenuta per garantirne il loro corretto funzionamento. Ecco alcuni esempi di elementi la cui tenuta è essenziale: 

  • Nelle autovetture: il motore, l’impianto freni, il condizionatore
  • Certi imballaggi per prodotti farmaceutici o per il settore medicale
  • Impianti di refrigerazione
  • Impianti idraulici 

Queste parti, prima di essere definitivamente installate, sono normalmente sottoposte a una prova di tenuta. Le apparecchiature per eseguire questa prova devono essere molto affidabili, essendo utilizzate durante la produzione. 

Uno dei metodi più comuni utilizzati da questi strumenti è la prova di tenuta a calo di pressione. In questo caso, l’elemento in prova viene pressurizzato. Dopo un periodo di assestamento, si misurano eventuali cambiamenti del valore della pressione. Se la pressione cala, si ha la presenza di una perdita.

Durante la prova, la pressione é misurata da un sensore di pressione la cui funzione è decisiva per la determinazione di un’eventuale perdita. Le caratteristiche che concernono il rumore e la stabilità a breve termine richieste al sensore sono molto esigenti, poiché influiscono direttamente sul valore minimo di perdita ancora riconoscibile.

Per esempio, per un sensore da 10 bar questi valori non devono superare 10…20 Pa, ovvero 0.001% .. 0.002% del fondo scala. 

La STS fornisce già da anni sensori specialmente selezionati per quest’applicazione. Si tratta di trasmettitori analogici con uscita 4..20 mA della serie ATM, il cui elemento di misura (chip) è stato qualificato appositamente per soddisfare le esigenze di questa misura.

L’esecuzione meccanica (l’attacco al processo e la connessione elettrica) non influisce sul comportamento del sensore e può essere configurata nell’ambito del sistema modulare STS.

Per contro è necessario selezionare l’elemento di misura e utilizzare l’uscita 4..20mA, in quanto questo circuito si distingue per l’assenza di rumore. 

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Ottimizzazione del ciclo di vita dei trasmettitori di pressione a contatto con l’idrogeno

Ottimizzazione del ciclo di vita dei trasmettitori di pressione a contatto con l’idrogeno

by | Wednesday, 1 July, 2020 | Applicazioni dell'idrogeno

Gli atomi di idrogeno sono molto piccoli. Per via di questa proprietà penetrano anche i materiali solidi. Questo processo è chiamato “permeazione”. Con il passare del tempo, questo meccanismo impedisce ai trasmettitori di pressione di funzionare. Il ciclo di vita può, però, essere ottimizzato.

Nei trasmettitori di pressione piezoresistivi il chip del sensore è circondato da un liquido, solitamente olio. Quest’area è a sua volta separata da una membrana in acciaio inossidabile molto sottile, spessa da 15 a 50 μm. A causa delle piccole dimensioni dell’atomo di idrogeno, il gas può filtrare attraverso il reticolo cristallino dei metalli (vedi l’infografica). Con il tempo questo fa sì che il gas penetrato raggiunga un offset del punto zero del segnale non più tollerabile e si formi un rigonfiamento sulla membrana in acciaio. Di conseguenza, il sensore di pressione non è più utilizzabile.

Panoramica delle proprietà dell’idrogeno

Infographic: malachy120///AdobeStock

I sensori di pressione entrano in contatto con l’idrogeno in un gran numero di applicazioni, come per il monitoraggio dei serbatoi di idrocarburi sia nei sottomarini che nell’industria automobilistica. Soprattutto in quest’ultimo caso si fa sempre più ricorso all’idrogeno per lo sviluppo di sistemi di propulsione alternativi. Da qualche anno, molti produttori lavorano su modelli con celle a combustibile e alcune città hanno già puntato su autobus a idrogeno per il trasporto pubblico. I vantaggi sono innegabili: come materie prime servono solo idrogeno e ossigeno. Attraverso una reazione chimica si genera energia sotto forma di energia elettrica, senza produrre alcun tipo di gas di scarico (il prodotto della combustione è vapore acqueo).Inoltre, a differenza dei combustibili fossili, l’idrogeno è disponibile in quantità inesauribili. Il suo sviluppo è già in fase avanzata, per cui esistono modelli che per 100 chilometri consumano solo 3 litri di idrogeno. Percorrere una distanza fino a 700 chilometri con un pieno è, in parte, già possibile.

In questo settore sono necessari trasmettitori di pressione ad alte prestazioni e ad alta precisione per monitorare i serbatoi di idrogeno dei veicoli. Occorre, di fatto, monitorare la pressione e la temperatura nel serbatoio di idrogeno del veicolo. Al suo interno si raggiungono pressioni fino a 700 bar, ma bisogna coprire anche un campo di temperatura superiore. Ovviamente è fondamentale che i trasmettitori di pressione impiegati svolgano il loro compito con la precisione richiesta per un lungo periodo di tempo. Al fine di ottimizzare la durata di vita del sensore in applicazioni con l’idrogeno, occorre prestare attenzione a diversi fattori che la influenzano:

  • Intervallo di pressione: il flusso del gas attraverso la membrana del sensore è proporzionale alla radice quadrata della pressione del gas. Una pressione dieci volte inferiore aumenta la durata di vita del sensore di circa 3 volte.
  • Temperatura: il flusso del gas attraverso la membrana del sensore aumenta a temperature più elevate e dipende dalla costante del materiale.
  • Spessore della membrana: il flusso del gas è inversamente proporzionale allo spessore della membrana. L’utilizzo di una membrana spessa 100 μm, invece di una spessa 50 μm, raddoppia la durata di vita del sensore.
  • Superficie della membrana: il flusso del gas è direttamente proporzionale alla superficie della membrana (il quadrato del diametro della membrana). Con una membrana da Ø 13 mm, invece di una da Ø 18,5 mm, la durata di vita del sensore raddoppia.

Poiché nei serbatoi di idrogeno dei veicoli possono verificarsi sia pressioni elevate che forti variazioni di temperatura, la durata di vita dei sensori non è influenzata da questi due fattori. Anche i fattori dello spessore e della superficie della membrana influiscono solo in parte. Il ciclo di vita può essere migliorato da questi fattori – è vero – ma non in modo ottimale.

Rivestimento in oro: la soluzione più efficace

La permeabilità dell’oro è 10000 volte inferiore di quella dell’acciaio inossidabile. Con il rivestimento in oro (0.1 fino a 1 μm) di una membrana in acciaio da 50 μm, la permeazione dell’idrogeno può essere ridotta in modo molto più efficace che raddoppiando lo spessore della membrana a 100 μm. Nel primo caso, il periodo di tempo in cui si accumula un volume critico di gas idrogeno all’interno del sensore di pressione può essere prolungato per un fattore da 10 a 100, nel secondo caso solo per un fattore di due. Questo presupponendo una saldatura ottimizzata e il più possibile senza buchi, nonché un rivestimento sostanzialmente senza imperfezioni.

Immagine 1: esempio di trasmettitore di pressione con membrana rivestita in oro.

A causa delle proprietà dell’oro riguardo alla permeabilità dell’idrogeno, come standard per queste applicazioni con l’idrogeno la STS utilizza membrane in acciaio inossidabile rivestite in oro.

Scarica l’infografica STS gratuita su questo argomento ora:

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