Risoluzione dei problemi dei misuratori di portata: effetti dell'installazione, cambiamenti nelle condizioni di processo, deriva della calibrazione e diagnostica di sedimenti/contaminazioni

1. Problema e ambito

Questo manuale è destinato alla diagnosi e alla risoluzione dei problemi relativi a letture imprecise o mancanti di misuratori di portata di liquidi e gas nei sistemi industriali. Gli errori di misurazione possono portare a perdite operative significative, controllo di processo non ottimale, incoerenze dei prodotti e aumento dei costi energetici. Il manuale copre un'ampia gamma di tipi di misuratori di portata tra cui elettromagnetico, Coriolis, ultrasonico, a vortice e a pressione differenziale, poiché le cause principali di molti guasti sono comuni indipendentemente dal principio di funzionamento.

I principali sintomi presi in considerazione sono:

• Letture del flusso instabili o fluttuanti.
• Letture di flusso persistentemente alte o basse che non soddisfano le condizioni di processo previste.
• Nessuna lettura o errore del sensore.
• Incoerenza delle letture del flussometro con altri dispositivi o bilancio del materiale.

Classificazione di gravità:

• Critico: completa mancanza di letture o fluttuazioni incontrollate che incidono direttamente sulla sicurezza, sulla qualità del prodotto o portano all'arresto della produzione. Richiede un intervento immediato.
• Maggiore: deviazione persistente delle letture oltre gli standard accettabili (ad esempio, più del ±5% del setpoint) con conseguente perdita significativa di efficienza o guasto del prodotto. Necessita di una correzione urgente.
• Minori: deviazioni lievi ma persistenti nelle letture (ad esempio ±1-3% del setpoint) che potrebbero essere un indicatore di un malfunzionamento in fase iniziale o di una deriva della calibrazione. Richiede diagnostica e calibrazione programmate.

2. Misure di sicurezza

⚠ AVVISO DI SICUREZZA ⚠
Prima di iniziare qualsiasi lavoro sul flussometro o sulle apparecchiature correlate, assicurarsi di eseguire tutte le procedure di lockout/tagout (LOTO) in conformità con gli standard DSTU EN 1030-1 e le istruzioni aziendali interne. Assicurarsi che tutte le fonti di alimentazione (elettrica, pneumatica, idraulica) siano scollegate e bloccate. Controllare l'energia residua nel sistema, inclusi pressione, fluidi caldi e stress meccanico. Utilizzare adeguati dispositivi di protezione individuale (DPI): occhiali di sicurezza, guanti, tuta, scarpe antinfortunistiche. Quando si lavora con mezzi aggressivi o infiammabili, utilizzare DPI aggiuntivi, come maschere protettive e guanti resistenti agli agenti chimici. I lavori in ambienti esplosivi devono essere eseguiti utilizzando apparecchiature a sicurezza intrinseca e in conformità ai protocolli ATEX / DSTU EN 60079.

3. Strumenti diagnostici necessari

Una diagnosi efficace richiede l’uso di strumenti specializzati. Assicurarsi che tutti gli strumenti siano calibrati e in buone condizioni.

4. Lista di controllo per la valutazione iniziale

Prima di iniziare una diagnosi dettagliata, effettuare un'ispezione visiva e raccogliere informazioni sulla storia del malfunzionamento. Ciò aiuterà a restringere il campo delle potenziali cause.

5. Algoritmo diagnostico sistematico

L'algoritmo fornito offre una sequenza logica di passaggi per identificare e isolare un malfunzionamento, a partire dalle cause più semplici e comuni.

1. Controllare le condizioni di base e l'alimentazione:
   • Sintomo: il misuratore non si accende, nessuna lettura, interruzione di corrente.
   • Azione:
   1. Controlla la tensione di alimentazione ai terminali del misuratore con un multimetro.
      Prevista: 24 V CC (±5%) o 230 V CA (±10%) a seconda del modello.
      Se non corrisponde:
   • Controllare l'interruttore nel pannello.
   • Verificare l'integrità del cavo di alimentazione (resistenza inferiore a 1 ohm per conduttore).
   • Controllare l'alimentatore o il trasformatore.
   • Probabile causa: Assenza di alimentazione o alimentatore difettoso.
   2. Controlla l'integrità dei fusibili sul misuratore (se presenti).
      Se bruciati: sostituirli con un fusibile di identico valore ed eseguire nuovamente il test.
2. Diagnosi uscita:
   • Sintomo: Lo strumento si accende, ma le letture sul pannello di controllo sono errate o assenti, mentre il display locale mostra valori normali.
   • Azione:
   1. Scollegare il cavo del segnale dall'ingresso del sistema di controllo e collegare il calibratore tecnologico all'uscita del contatore (4-20 mA o 0-10 V).
      Previsto: il segnale corrisponde alle letture locali del contatore.
      Se non corrisponde:
   • Controllare le impostazioni di uscita nel menu del misuratore.
   • Probabile causa: scheda di uscita del misuratore difettosa o configurazione errata.
   2. Se il segnale di uscita dallo strumento è corretto, controllare l'integrità del cavo del segnale e l'assenza di cortocircuiti.
      Previsto: resistenza inferiore a 1 ohm per conduttore, nessun cortocircuito tra conduttori e terra.
      Se difettoso: sostituire il cavo.
   3. Controllare il modulo di ingresso ACS.
      Probabile causa: malfunzionamento del modulo di ingresso ACS.
3. Analisi dell'influenza delle condizioni di installazione e di processo:
   • Sintomo: Letture instabili, fluttuanti o persistentemente errate, nonostante il funzionamento dell'elettronica.
   • Azione:
   1. Ispezione di un tratto rettilineo di tubazione:
      • Ispezione: controllare visivamente la lunghezza del tratto rettilineo prima e dopo il contatore. Per la maggior parte dei contatori (soprattutto vortex, elettromagnetici) sono necessari tratti rettilinei di 5-10 diametri di tubo prima e 3-5 diametri dopo.
      • Se non abbastanza:
      • Probabile causa: Violazione del profilo di flusso (turbolenza, vortice).
      • Soluzione: installare equalizzatori di flusso o spostare il contatore.
   2. Controllo della presenza di aria/gas nel liquido:
      • Panoramica: Per i misuratori elettromagnetici e a ultrasuoni, la presenza di bolle d'aria o inclusioni di gas può distorcere le letture.
      • Se rilevato:
      • Probabile causa: Punto di installazione errato (parte superiore della tubazione), cavitazione, riempimento incompleto del tubo.
      • Soluzione: reinstallare il manometro sulla sezione completamente riempita (fondo del tubo verticale, sezione orizzontale sotto pressione). Garantire un'adeguata deaerazione del sistema.
   3. Controllo delle vibrazioni della tubazione:
      • Azione: utilizzare un analizzatore di vibrazioni per misurare le vibrazioni sul manometro e sulle sezioni di tubo adiacenti.
        Soglia: vibrazioni superiori a 5 mm/s RMS (fino a 1 kHz) possono influire sulla precisione.
      • Se alto:
      • Probabile causa: funzionamento di pompe, compressori, risonanza delle tubazioni.
      • Soluzione: installare supporti antivibranti, inserti flessibili; controllare il bilanciamento delle pompe.
   4. Controllo di terra del misuratore:
      • Azione: controllare la resistenza di terra del misuratore.
        Prevista: Resistenza di terra inferiore a 10 ohm secondo DSTU EN 50522.
        Se alta:
      • Probabile causa: scarso contatto con la terra, corrosione del conduttore di terra.
      • Soluzione: pulire i punti di contatto, verificare l'integrità del circuito di terra.
4. Diagnosi di depositi e inquinamento:
   • Sintomo: Diminuzione graduale delle letture, cambiamento delle letture dopo la pulizia del sistema, cambiamento del profilo di flusso.
   • Azione:
   1. Ispezione visiva della superficie interna (se possibile e sicura):
      ⚠ ATTENZIONE: assicurarsi di eseguire la LOTO e la decompressione/drenaggio prima di aprire la tubazione!
      Se trovati: Depositi su elettrodi (elettromagnetici), sensori (Coriolis, vortice), pareti interne.
      Probabile causa: Accumulo, inquinamento, corrosione.
   2. Misurazione dello spessore della parete del tubo con uno spessimetro a ultrasuoni:
      Azione: confrontare lo spessore misurato con lo spessore di progetto o di riferimento.
      Se sono presenti discrepanze:
   • Probabile causa: Corrosione interna o depositi.
   • Soluzione: eseguire la pulizia chimica o meccanica.
5. Diagnosi della deriva della calibrazione:
   • Sintomo: Deviazione di lettura costante che non può essere spiegata da altri motivi.
   • Azione:
   1. Confronto con un misuratore di riferimento:
      Azione: installare un misuratore di portata a ultrasuoni portatile (sopraelevato) o un misuratore di riferimento temporaneo in serie.
      Previsto: le letture dovrebbero concordare entro il margine di errore di entrambi gli strumenti (ad esempio ±1%).
      Se c'è una discrepanza significativa:
   • Probabile causa: deriva della calibrazione del misuratore, usura meccanica, danno al sensore.
   • Soluzione: eseguire una calibrazione di laboratorio o sostituire il misuratore.

6. Matrice Malfunzionamento-Cause

7. Analisi delle cause profonde di ogni malfunzionamento

Una profonda comprensione delle cause profonde è fondamentale per prevenire il ripetersi dei guasti.

7.1. Errori di impatto sull'installazione

• Perché si verifica: Mancato rispetto dei requisiti del produttore relativi alla lunghezza dei tratti rettilinei della tubazione prima e dopo il contatore (secondo ISO 5167, EN ISO 5167-1). Di solito è 5-10D (diametri) prima e 3-5D dopo. Orientamento errato (ad esempio, installazione di un contatore elettromagnetico nel punto più alto di una tubazione orizzontale dove può raccogliersi l'aria). Una terra insufficiente o mancante provoca interferenze elettriche, soprattutto per i contatori elettromagnetici. Vibrazioni eccessive provenienti da pompe, compressori o altre apparecchiature possono essere trasmesse al misuratore, influenzando i suoi componenti meccanici (ad esempio Coriolis, vortici).
• Come verificare: ispezione visiva dell'installazione, misurazione della resistenza di terra (meno di 10 ohm), utilizzo di un analizzatore di vibrazioni (vibrazioni < 5 mm/s RMS per la maggior parte delle applicazioni). Utilizzo di un misuratore di portata ad ultrasuoni portatile per confrontare le letture nell'area di possibili violazioni del profilo di flusso.
• Danno se lasciato irrisolto: misurazioni costantemente imprecise che portano a un controllo del processo non ottimale, consumo eccessivo di materie prime o energia, guasti dovuti a vibrazioni eccessive.

7.2. Modifiche ai termini del processo

• Cause: Cambiamenti di temperatura, pressione, densità, viscosità o composizione del mezzo che vanno oltre l'intervallo operativo o la compensazione del misuratore. La presenza di bolle di gas/aria nel liquido o nelle particelle sospese. Cavitazione o evaporazione nella tubazione. Pulsazioni di flusso causate da pompe o da rapida apertura/chiusura di valvole.
• Come confermare: Monitoraggio dei parametri di processo (temperatura, pressione) utilizzando dispositivi di riferimento. Analisi della qualità ambientale (analisi di laboratorio, ispezione visiva). Utilizzo di un oscilloscopio per analizzare le increspature sul segnale di uscita del misuratore.
• Danno se lasciato irrisolto: dosaggio errato di componenti che influiscono sulla qualità del prodotto, danni alle apparecchiature dovuti alla cavitazione, aumento dei costi operativi.

7.3. Calibrazione della deriva

• Perché si verifica: Invecchiamento naturale dei componenti del misuratore (sensori, elettronica), esposizione a temperature estreme, pressione, vibrazioni o aggressione chimica dell'ambiente. Usura meccanica, erosione delle superfici interne o modifiche delle proprietà del sensore nel tempo. Ad esempio, un cambiamento nella magnetizzazione nei misuratori elettromagnetici o un cambiamento nella rigidità del tubo nei misuratori Coriolis.
• Come confermare: Confronto delle letture con un misuratore di riferimento o calibrazione di laboratorio utilizzando un supporto di calibrazione certificato secondo DSTU ISO/IEC 17025. Deviazione delle letture dal riferimento che supera l'errore consentito (ad esempio, ±0,5-1% del valore misurato).
• Peccato se lasciato irrisolto: errori di misurazione sistematici costanti, che portano a una contabilità errata, a una spesa eccessiva delle risorse o alla non conformità dei prodotti agli standard.

7.4. Deposizione e inquinamento

• Perché si verifica: Accumulo di particelle solide, incrostazioni, depositi biologici, prodotti di corrosione o polimeri sulle superfici interne del contatore e/o della tubazione. Per i misuratori elettromagnetici può essere uno strato isolante sugli elettrodi. Per Coriolis e vortici – un cambiamento nella geometria del canale di flusso.
• Come confermare: Ispezione visiva delle parti interne dopo lo smontaggio (⚠ dopo LOTO e decompressione!), misurazione dello spessore delle pareti della tubazione con uno spessimetro a ultrasuoni, analisi della storia del processo e della composizione del mezzo. Una termocamera è in grado di rilevare aree con scambio termico irregolare a causa di depositi.
• Danno lasciato irrisolto: Riduzione dell'efficienza di misurazione, aumento della resistenza idraulica del sistema, aumento del consumo di energia, blocco completo del canale di flusso, danni ai sensori.

8. Procedure di rimozione dettagliate

Di seguito sono riportate le procedure di risoluzione dei problemi per le cause principali tipiche.

8.1. Ripristino dei collegamenti elettrici e di alimentazione

1. ⚠ ESEGUITE LA PROCEDURA LOTO! ⚠
2. Controllare tutti gli interruttori automatici, i fusibili e i relè relativi al circuito di alimentazione del misuratore. Sostituire i fusibili bruciati con altri nuovi di identico valore.
3. Controllare la tensione sui terminali di ingresso dello strumento con un multimetro (ad esempio, 24 V CC o 230 V CA).
4. Controllare l'integrità dei cavi di segnale (resistenza < 1 ohm per filo) e l'assenza di cortocircuiti.
5. Controllare la qualità della messa a terra del contatore e della schermatura dei cavi. La resistenza di terra deve essere inferiore a 10 ohm. Pulire i contatti di terra dalla corrosione e dallo sporco.
6. Ripristinare l'alimentazione seguendo le procedure di avvio sicuro.
7. Controlla le letture.

8.2. Regolazione dell'effetto del montaggio

1. ⚠ ESEGUITE LA PROCEDURA LOTO! ⚠ Se necessario, svuotare la tubazione.
2. Per tratti rettilinei insufficienti:
• Considerare l'installazione di equalizzatori di flusso (come una piastra o un tubo) a monte del contatore.
• Se possibile, spostare il misuratore in una posizione in cui siano soddisfatti i requisiti per le sezioni diritte (5-10D prima, 3-5D dopo).
3. Per disallineamento o sacche d'aria:
• Per i misuratori di liquidi, reinstallarli in una sezione completamente riempita (ad esempio, in un tubo verticale con flusso verso l'alto o in una sezione orizzontale con riempimento completo).
• Installare trappole d'aria o disaeratori davanti al contatore se il problema delle bolle d'aria è sistematico.
4. Per vibrazioni eccessive:
• Isolare il misuratore dalle fonti di vibrazioni utilizzando inserti flessibili o supporti isolanti dalle vibrazioni.
• Controllare il bilanciamento delle pompe e il fissaggio della tubazione.
5. Dopo le modifiche, eseguire un test di tenuta (se la tubazione è stata smontata) e riprendere il processo.
6. Controllare le letture e la loro stabilità.

8.3. Rimozione di depositi e inquinamento

1. ⚠ FAI LA PROCEDURA DI LOTO E DECOMPRESSIONE! ⚠ Drenaggio dell'ambiente.
2. Rimuovere il flussometro dalla tubazione.
3. Pulizia meccanica: pulire delicatamente le superfici interne, gli elettrodi (per elettromagnetici) o i sensori dai depositi utilizzando una spazzola morbida, un raschietto di plastica e solventi adatti che non danneggino i materiali del misuratore. NON utilizzare strumenti metallici che possono danneggiare le superfici sensibili!
4. Pulizia chimica: utilizzare soluzioni di lavaggio specializzate se la pulizia meccanica è impossibile o inefficace. Seguire le istruzioni del produttore e le precauzioni di sicurezza quando si lavora con prodotti chimici.
5. Dopo la pulizia, sciacquare accuratamente lo strumento con acqua pulita (o un solvente adatto) e verificare la presenza di residui.
6. Installare nuovamente il misuratore nel tubo utilizzando nuove guarnizioni.
7. Eseguire un test di tenuta e riavviare il processo.
8. Controllare le letture e la loro correttezza. Si consiglia di calibrare dopo la pulizia.

8.4. Calibrazione e sostituzione del misuratore

1. ⚠ FAI LA PROCEDURA DI LOTO E DECOMPRESSIONE! ⚠ Drenaggio dell'ambiente.
2. Se la diagnostica indica una deriva della calibrazione:
• Smontare il contatore.
• Inviare il misuratore a un laboratorio metrologico certificato per la calibrazione e l'ottenimento di un certificato di conformità (secondo DSTU ISO/IEC 17025).
• Se la calibrazione mostra deviazioni che superano i limiti accettabili e la regolazione non è possibile, prendere in considerazione la sostituzione del misuratore.
3. Sostituzione contatore:
• Scegli un nuovo misuratore che soddisfi le specifiche del processo e disponga di un certificato di calibrazione aggiornato (CE, UkrSEPRO).
• Installare il nuovo contatore rispettando tutti i requisiti di installazione.
• Eseguire un controllo funzionale e un confronto delle letture con altri dispositivi nel sistema.

9. Precauzioni

L'applicazione di misure preventive riduce significativamente la probabilità di malfunzionamenti e aumenta la durata dei misuratori di portata.

10. Parti di ricambio e componenti

Disporre di pezzi di ricambio è fondamentale per una rapida risoluzione dei problemi. Tieni presente che la maggior parte dei misuratori di portata moderni non richiedono la sostituzione dei singoli componenti (diversi dall'elettronica o dalle guarnizioni) e spesso è necessario sostituire l'intero misuratore.

Per ordinare pezzi di ricambio di qualità e nuovi dispositivi di misurazione che soddisfano tutti gli standard (ISO, EN, DSTU), visita il catalogo elettronico UNITEC-D.

11. Collegamenti

• DSTU EN 1030-1:2018 (EN 1030-1:2009, IDT) Sicurezza delle macchine. Terminologia.
• DSTU EN 60079 (serie di norme) Ambienti esplosivi.
• DSTU EN 50522:2015 (EN 50522:2010, IDT) Messa a terra di impianti con una tensione superiore a 1 kV in corrente alternata.
• DSTU ISO/IEC 17025:2019 (ISO/IEC 17025:2017, IDT) Requisiti generali per la competenza dei laboratori di prova e taratura.
• DSTU EN ISO 9001:2015 (EN ISO 9001:2015, IDT) Sistemi di gestione della qualità. Requisiti
• ISO 5167 (serie di norme): Misurazione del flusso di fluidi mediante dispositivi di caduta di pressione installati in tubazioni circolari completamente riempite.
• Manuali di funzionamento e manutenzione dei produttori di misuratori di portata (ad esempio Endress+Hauser, Siemens, Krohne).
• Istruzioni interne pertinenti sulla sicurezza e sul funzionamento dell'impresa.