Diagnostica e risoluzione dei problemi dei misuratori di portata: errori di misura

1. Descrizione del problema e ambito di applicazione

La misurazione accurata del flusso è fondamentale per molti processi industriali, garantendo il controllo della qualità del prodotto, l'ottimizzazione del consumo energetico, una contabilità accurata delle materie prime e dei prodotti finiti e la sicurezza operativa. I guasti del misuratore di portata che determinano letture imprecise, instabili o mancanti possono avere conseguenze operative e finanziarie significative. Questo manuale tratta la diagnosi degli errori comuni di misurazione del misuratore di portata, tra cui la pressione elettromagnetica, ultrasonica, a vortice, di massa (Coriolis) e differenziale.

Sintomi tipici:

• Letture imprecise: un valore di flusso stabile ma sistematicamente deviante rispetto al valore di riferimento o previsto.
• Letture instabili/erratiche: forti fluttuazioni delle portate che non corrispondono a un processo stabile.
• Lettura zero: il flussometro mostra un flusso pari a zero mentre il processo è in esecuzione.
• Nessun segnale: nessun segnale in uscita dal dispositivo (ad esempio, 4-20 mA, segnale a impulsi, dati digitali).

Attrezzature coinvolte:

Il presente manuale si applica a tutti i tipi di misuratori di portata industriali utilizzati nei processi tecnologici.

Classificazione di gravità:

• Critico: influisce sulla sicurezza del processo, sulla qualità del prodotto, sull'arresto della produzione o può portare a un disastro ambientale. Errore di misurazione >10% o guasto completo.
• Principale: influisce sull'efficienza del processo, sulla contabilizzazione delle materie prime/prodotti, sul consumo energetico. Errore di misurazione 2-10%.
• Minore: influisce sul monitoraggio e sulla pianificazione a lungo termine. Errore di misurazione <2%.

2. Misure di sicurezza

ATTENZIONE! Prima di iniziare qualsiasi lavoro diagnostico o di riparazione sul misuratore di portata o sulle tubazioni associate, è necessario seguire rigorosamente tutte le procedure di sicurezza aziendali standard. La mancata osservanza di questi requisiti potrebbe provocare lesioni gravi o mortali al personale e danni significativi alle apparecchiature. Utilizzare sempre dispositivi di protezione individuale (DPI) adeguati.

• Lock-out-Tag (LOTO): applicare una procedura di lock-out-tag-out (LOTO) secondo EN ISO 14118 per tutte le fonti di energia (elettrica, pneumatica, idraulica) che alimentano il misuratore di portata e le relative apparecchiature. Verificare l'assenza di tensione.
• Sfiato della pressione e drenaggio: assicurarsi che la sezione della tubazione in cui è installato il misuratore di portata sia completamente diseccitata, depressurizzata e scaricata da tutti i fluidi o gas di processo. Ciò include la chiusura delle valvole di intercettazione e l'apertura lenta delle valvole di scarico.
• Sostanze pericolose: se nel processo vengono utilizzati liquidi o gas pericolosi (corrosivi, tossici, infiammabili, caldi), adottare misure speciali per rimuoverli e neutralizzarli in sicurezza. Utilizzare DPI adeguati (guanti resistenti agli acidi, tute protettive, respiratori).
• Immagazzinamento dell'energia: fai attenzione all'energia immagazzinata nelle molle, nei condensatori o nelle apparecchiature sospese. Rimuovi questa energia prima del lavoro.
• Temperatura: lasciare raffreddare le parti calde dell'apparecchiatura a una temperatura sicura oppure utilizzare guanti resistenti al calore.

3. Strumenti diagnostici necessari

Per una diagnosi efficace e la risoluzione dei problemi dei misuratori di portata è necessario il seguente set di strumenti:

4. Lista di controllo per la valutazione iniziale

Prima di iniziare una diagnosi dettagliata, eseguire i seguenti passaggi per raccogliere informazioni primarie:

5. Flusso sistematico della diagnostica (diagramma a blocchi)

1. Sintomo: letture del flusso imprecise o irregolari
   1. Controllo iniziale:
      1. Eseguire la "lista di controllo per la valutazione iniziale" (capitolo 4).
      2. Quale lettura:
         • Lettura mancante/nulla? Vai al passaggio 2.
         • La lettura c'è, ma è non plausibile o instabile? Continua da 1.b.
   2. Controllo dell'alimentazione e del segnale:
      1. Misurare la tensione di alimentazione del misuratore di portata:
         • Utilizzare un multimetro. Controllare la tensione nominale (ad es. 24 V DC).
         • Se la tensione è al di fuori del ±5% o è assente:
           • Causa principale: Guasto all'alimentazione, rottura del cavo, cortocircuito.
           • Rimedio: ripristinare l'alimentazione. Controllare i fusibili.
         • Se la tensione è normale: Continua.
      2. Controllare il segnale in uscita (es. 4-20mA):
         • Misurare la corrente con un multimetro in modalità serie o utilizzare un comunicatore HART per leggere il valore.
         • Se la corrente è 0 mA (o un altro valore errato, ad esempio 3,8 mA o 21 mA):
           • Causa principale: Rottura del circuito di corrente, malfunzionamento del trasmettitore del misuratore di portata.
           • Rimedio: controllare i cavi al DCS/PLC. Sostituire il trasmettitore (se necessario).
         • Se la corrente è compresa nell'intervallo 4-20 mA ma non corrisponde al flusso previsto: Continua.
   3. Controllare le condizioni del processo:
      1. Confrontare la pressione e la temperatura del processo:
         • Utilizzare manometri e termometri calibrati. Confrontare con i valori progettuali/normativi.
         • Se la pressione/temperatura devia in modo significativo (>10%):
           • Causa principale: cambiamento nelle proprietà del fluido (densità, viscosità), transizioni di fase, cavitazione.
           • Rimedio: regolare il processo o ricalibrare il flussometro per adattarlo alle nuove condizioni.
         • Se normale: Continua.
      2. Controllare la presenza di bolle di gas/inclusioni solide (per liquidi) o liquidi (per gas):
         • Ispezione visiva attraverso il vetro spia (se disponibile) o analisi del campione.
         • Se trovato:
           • Causa principale: flusso bifase che porta a letture errate (soprattutto per elettromagnetismo e vortici).
           • Rimedio: ottimizzare il processo per evitare la bifasicità o installare un flussometro resistente a tali condizioni (ad esempio Coriolis di massa).
         • Se non trovato: Continua.
   4. Ispezione dell'installazione e delle condizioni interne:
      1. Ispezionare eventuali accumuli/contaminazioni:
         • Utilizzare una telecamera di ispezione o uno spessimetro a ultrasuoni.
         • Se viene rilevato un accumulo significativo (>1 mm):
           • Causa principale: Contaminazione del sensore/pareti, variazione del diametro interno.
           • Rimedio: pulire il flussometro e le tubazioni.
         • Se pulito: Continua.
      2. Verificare i requisiti di installazione:
         • Confrontare la lunghezza effettiva dei tratti di tubo diritti prima e dopo il misuratore di portata con i requisiti del produttore (ad esempio EN ISO 5167-1 per la pressione differenziale).
         • Se discrepanza:
           • Causa principale: effetti di montaggio (correnti parassite, spostamento del profilo di velocità).
           • Rimedio: reinstallare il flussometro o installare i raddrizzatori di flusso.
         • Se l'installazione corrisponde: Continua.
   5. Calibrazione e impostazione:
      1. Eseguire la calibrazione sul campo:
         • Utilizzare un flussometro di riferimento o un supporto per versamenti. Confronta le letture.
         • Se deviazione >1% del normale:
           • Causa principale: Deriva della calibrazione, usura del sensore, errore di configurazione.
           • Rimedio: eseguire una ricalibrazione completa o sostituire il componente difettoso.
         • Se normale: Continua.
      2. Verificare le opzioni di configurazione del flussometro:
         • Utilizzare un comunicatore HART. Controlla intervalli, unità, rapporti.
         • Se i parametri non sono corretti:
           • Causa principale: errore di configurazione.
           • Rimedio: configurare le impostazioni corrette.
2. Sintomo: letture di flusso assenti o pari a zero
   1. Controllo dell'alimentazione:
      1. Misurare la tensione di alimentazione ai terminali del flussometro.
      2. Se assente o <22 V CC:
         • Causa principale: perdita di alimentazione, rottura del cavo, interruzione dell'alimentazione.
         • Rimedio: ripristinare l'alimentazione, controllare il circuito.
      3. Se l'alimentazione è normale: Continua.
   2. Controllo cavo segnale:
      1. Scollegare i cavi segnale dal flussometro e dal controller. Controllare l'integrità del cavo (resistenza) con un multimetro.
      2. Se la resistenza è aperta (infinita) o cortocircuitata (circa 0 ohm):
         • Causa principale: danno al cavo.
         • Rimedio: sostituire o riparare il cavo.
      3. Se il cavo è intatto: Continua.
   3. Controllo del sensore/trasmettitore:
      1. Collegarsi al flussometro utilizzando un comunicatore HART.
      2. Se non c'è comunicazione o diagnostica, viene visualizzato "guasto sensore/trasmettitore":
         • Causa principale: guasto interno dell'elettronica del sensore o del trasmettitore.
         • Rimedio: sostituire il componente difettoso o l'intero flussometro.
      3. Se c'è comunicazione, ma la lettura è zero: verificare il flusso nella tubazione e la pervietà fisica.

6. Matrice dei malfunzionamenti e delle cause

Di seguito è riportata una matrice che collega i sintomi comuni alle cause probabili, ai test diagnostici e ai risultati attesi.

7. Analisi delle cause profonde di ogni malfunzionamento

7.1. Effetti di montaggio

• Perché si verifica: Sezioni diritte insufficienti della tubazione prima e dopo il flussometro (ad es. dopo gomiti, valvole, pompe), con conseguente profilo di portata distorto, formazione di vortici o turbolenze. Ciò influisce in modo critico sulla precisione della maggior parte dei misuratori di portata, ad eccezione del Coriolis di massa. Ad esempio, i misuratori di portata a vortice richiedono sezioni diritte significative (10D prima, 5D dopo) per formare un pennacchio di vortice stabile.
• Come confermare: Ispezione visiva del sito di installazione, confronto con i requisiti del produttore e gli standard pertinenti (EN ISO 5167-1 per la pressione differenziale). Misurazione della lunghezza di tratti rettilinei.
• Quali sono le cause, se non eliminate: Errori di misurazione persistenti e sistematici che non possono essere corretti mediante la calibrazione. Ciò porta a un controllo improprio del processo, a una spesa eccessiva di materie prime o energia e al rilascio di prodotti di bassa qualità.

7.2. Modifica delle condizioni del processo

• Perché si verifica: un cambiamento nella densità, viscosità, temperatura o pressione del liquido/gas rispetto alle condizioni in cui il misuratore di portata è stato calibrato o configurato. Comprende anche le transizioni di fase (ad esempio la formazione di bolle di gas in un liquido o di condensa in un gas), che interessano soprattutto i misuratori di portata elettromagnetici, a ultrasuoni e a vortice.
• Come confermare: Confronto delle letture dei sensori di pressione e temperatura calibrati con la norma. Analisi della composizione e dello stato di fase di liquidi/gas. Ispezione visiva (se possibile) per bolle/goccioline.
• Quali sono le cause, se non eliminate: Letture di flusso instabili o sistematicamente errate. Ciò può portare a un funzionamento errato del sistema di controllo automatico, che causerà fluttuazioni nei parametri di processo e incoerenza del prodotto.

7.3. Calibrazione della deriva

• Perché si verifica: Invecchiamento naturale dei componenti del sensore, usura meccanica, esposizione ad ambienti aggressivi, variazioni di temperatura, superamento del campo di misura, sovraccarichi elettrici. Ciò porta ad un graduale cambiamento delle caratteristiche dell'elemento di misura.
• Come confermare: condurre una calibrazione di controllo del flussometro su un supporto per sversamenti o utilizzando un flussometro di riferimento.
• Cause, se non controllate: un aumento graduale dell'errore di misurazione che può passare inosservato per lunghi periodi di tempo, portando a perdite accumulate o prodotti scadenti. Potrebbe portare a fermate non pianificate per tarature non programmate.

7.4. Accumuli/incrostazioni (rivestimento)

• Perché si verifica: Deposito di particelle solide, incrostazioni, polimeri, bio-film o altre sostanze sulle pareti interne della tubazione e/o sugli elementi di misura del flussometro. Ciò modifica il diametro interno del tubo, la forma del profilo di velocità del flusso o interferisce con il funzionamento del sensore (ad esempio, copre gli elettrodi del misuratore di portata elettromagnetico).
• Come verificare: ispezione visiva utilizzando una telecamera di ispezione dopo lo smontaggio del flussometro. Utilizzo di uno spessimetro ad ultrasuoni per stimare lo spessore delle escrescenze. Controllo della resistenza degli elettrodi del misuratore di portata elettromagnetico.
• Cause, se non controllate: errori di misurazione sistematici (solitamente sottolettura), maggiore resistenza idraulica che porta a un aumento del consumo energetico della pompa, ridotta qualità del prodotto e potenziale intasamento delle apparecchiature più a valle della linea di processo.

7.5. Malfunzionamenti elettrici

• Cause: Interruzioni o cortocircuiti nei cavi di alimentazione/linee di segnale, guasto dell'alimentazione, interferenze elettromagnetiche (EMI), problemi di messa a terra, guasto dell'elettronica del trasmettitore.
• Come verificare: misurare la tensione di alimentazione e il circuito di corrente con un multimetro. Controllo dell'integrità dei cavi. Diagnostica della messa a terra. Utilizzo di un oscilloscopio per rilevare il rumore in un segnale.
• Quali sono le cause, se non eliminate: Completa mancanza di letture, letture instabili o casuali, incapacità di comunicare con il dispositivo. Può portare all'interruzione del processo e a costi diagnostici significativi.

8. Procedure dettagliate per la risoluzione dei problemi

8.1. Eliminazione degli effetti di montaggio

1. ATTENZIONE! Eseguire la procedura LOTO e diseccitazione della linea (Capitolo 2).
2. Valutazione: smontare il flussometro e ispezionare visivamente la sezione della tubazione per eventuali ostruzioni o geometria errata.
3. Correzione:
   • Sostituire il flussometro in una nuova posizione che soddisfi i requisiti del produttore per le sezioni diritte (ad esempio, minimo 10D prima, 5D dopo per i misuratori di portata a vortice e alcuni ultrasuoni).
   • Se la reinstallazione non è possibile, installare i condizionatori di flusso secondo EN ISO 5167-1 per stabilizzare il profilo di velocità.
4. Verifica: dopo aver ripreso il processo, eseguire misurazioni di prova. Confronta le letture con uno strumento di riferimento o con i dati della bilancia. Eseguire la calibrazione in loco.

8.2. Correzione dei cambiamenti nelle condizioni del processo

1. ATTENZIONE! Valutare i rischi associati a liquidi/gas pericolosi (Capitolo 2).
2. Monitoraggio: installa sensori aggiuntivi di temperatura e pressione o utilizza quelli esistenti per monitorare continuamente le condizioni del processo.
3. Correzione:
   • Se le modifiche sono permanenti, ricalibrare il flussometro per tenere conto delle nuove condizioni (immettere nuovi fattori di correzione per densità/viscosità).
   • Per flussi bifase: ottimizzare il processo per evitarne la formazione (es. aumento di pressione, diminuzione di temperatura). Se il flusso bifase è inevitabile, prendere in considerazione l'installazione di un flussometro resistente a tali condizioni (ad esempio, Coriolis di massa).
4. Verifica: verifica la stabilità e l'accuratezza delle letture dopo aver regolato le condizioni o ricalibrato.

8.3. Eliminazione della deriva di calibrazione

1. ATTENZIONE! Eseguire la procedura LOTO e diseccitazione della linea (Capitolo 2).
2. Calibrazione: smontare il misuratore di portata e inviarlo per la calibrazione completa del laboratorio su un banco per versamenti certificato in conformità con DSTU EN ISO/IEC 17025. Se la calibrazione di laboratorio non è possibile, eseguire la calibrazione sul campo utilizzando un flussometro di riferimento.
3. Configurazione: applica i fattori di correzione della calibrazione alla configurazione del misuratore di portata utilizzando il comunicatore HART.
4. Sostituzione: se la deriva della calibrazione è eccessiva e ripetuta, ciò potrebbe indicare usura o danni al sensore. Considerare la sostituzione dell'elemento sensibile o dell'intero flussometro.
5. Verifica: dopo la rimessa in servizio, monitorare le letture del flussometro per diversi giorni e confrontarle con altri dati di processo.

8.4. Pulizia di escrescenze/contaminazioni

1. ATTENZIONE! Eseguire la procedura LOTO e togliere tensione alla linea. Occhiali e guanti protettivi sono OBBLIGATORI. Quando si lavora con prodotti chimici aggressivi: una tuta protettiva completa e un respiratore (capitolo 2).
2. Accesso: rimuovere il flussometro dalla tubazione.
3. Pulizia:
   • Meccanica: rimuovere i depositi con spazzole, raschietti (assicurarsi di non danneggiare gli elementi sensibili del sensore).
   • Chimico: utilizzare soluzioni chimiche adeguate per sciogliere i depositi (ad es. acidi per incrostazioni, liscivie per depositi organici). Seguire le istruzioni sulla sicurezza chimica.
   • Ultrasuoni: per i sensori delicati è possibile utilizzare un bagno a ultrasuoni.
4. Ispezione: dopo la pulizia, eseguire un'ispezione visiva approfondita per individuare eventuali danni al sensore o alle parti interne.
5. Verifica: dopo aver stabilito e ripristinato il processo, eseguire una calibrazione in loco per garantire il ripristino della precisione.

8.5. Risoluzione dei problemi elettrici

1. ATTENZIONE! Eseguire la procedura LOTO e togliere tensione ai circuiti elettrici. Rischio di scossa elettrica. (Capitolo 2).
2. Controllo alimentazione: misura la tensione sui terminali di alimentazione del flussometro. Se manca o è instabile, controllare i relativi interruttori automatici, fusibili, collegamenti dei terminali e alimentazione.
3. Controllo del cavo:
   • Scollegare entrambe le estremità del cavo del segnale e misurarne la resistenza. Dovrebbe essere molto basso (pochi ohm) per nucleo e infinito tra i nuclei e tra i nuclei e lo schermo.
   • Controllare l'integrità della schermatura e della messa a terra del cavo.
4. Controllo della messa a terra: assicurarsi che il corpo del misuratore di portata e la schermatura del cavo siano collegati saldamente a terra. La resistenza di terra dovrebbe essere <4 ohm.
5. Sostituzione dei componenti: se tutti i circuiti elettrici esterni sono OK e la diagnostica del comunicatore HART indica un guasto, probabilmente il modulo elettronico del trasmettitore o il sensore stesso sono guasti. Sostituire il componente difettoso.
6. Verifica: dopo aver eliminato i guasti elettrici, verificare la stabilità del segnale di uscita e l'accuratezza delle letture del flussometro.

9. Misure preventive

La prevenzione è più efficace della riparazione. Di seguito sono riportate le strategie per ridurre al minimo gli errori di misurazione del flussometro.

10. Parti di ricambio e componenti

UNITEC-D consiglia di avere in magazzino i seguenti pezzi di ricambio per una rapida risoluzione dei problemi. Tutti i componenti possono essere trovati nel Catalogo elettronico UNITEC.

11. Collegamenti

• EN ISO 5167-1:2003 – Misurazione del flusso di fluido mediante dispositivi di caduta di pressione installati in tubazioni a sezione circolare. Parte 1: Principi e requisiti di base.
• ISO 10816 – Vibrazioni meccaniche. Valutazione delle vibrazioni della macchina mediante misure su parti fisse.
• EN ISO 14118:2018 - Sicurezza del macchinario. Prevenzione dell'avvio imprevisto.
• DSTU EN 61010-1:2016 – Sicurezza degli strumenti di misura per la misurazione elettrica, il controllo e l'uso in laboratorio. Parte 1: Requisiti generali.
• DSTU EN ISO/IEC 17025:2017 - Requisiti generali per la competenza dei laboratori di prova e taratura (EN ISO/IEC 17025:2017, IDT).
• Manuali di funzionamento e manutenzione dei produttori di misuratori di portata (Siemens, Endress+Hauser, Emerson, Krohne, Yokogawa).
• Altri manuali di manutenzione UNITEC-D (es. Diagnosi Guasti Apparecchiature di Pompaggio).