De ce tip de manometru aveți de fapt nevoie și cum îl alegeți corect?

Manometre sunt printre instrumentele cel mai frecvent instalate în orice instalație industrială, dar sunt, de asemenea, printre cele mai frecvent specificate greșit. Treceți prin orice fabrică de proces, sistem de aer comprimat sau circuit hidraulic și veți găsi manometre - unele citind cu precizie și fiabil, altele vibrând dincolo de lizibilitate, corodate de medii de proces incompatibile sau pur și simplu instalate într-un interval de presiune greșit pentru aplicație. Consecințele variază de la incomod - un manometru ilizibil care nu oferă informații utile - până la periculos, în cazul în care un manometru specificat incorect eșuează structural în condiții de suprapresiune. Înțelegerea diferitelor tipuri de manometre, a specificațiilor care determină adecvarea acestora pentru aplicații specifice și a practicilor de instalare și întreținere care prelungesc durata de viață a acestora este cunoștințe fundamentale pentru inginerii de proces, tehnicienii de întreținere și profesioniștii în instrumentare care lucrează cu sisteme presurizate de orice fel.

Cum funcționează manometrele: principiile de măsurare de bază

Majoritatea manometrelor industriale folosesc un element senzor mecanic care se deformează sub presiunea aplicată - deformarea elastică a elementului senzor este legată mecanic de un indicator care se mișcă pe o scară calibrată, transformând deformația fizică într-o indicație de presiune lizibilă. Tubul Bourdon este cel mai utilizat element senzor în instrumentele industriale: este un tub curbat sau elicoidal de secțiune transversală ovală sau eliptică, etanșat la un capăt (conectat la mecanismul indicatorului) și deschis la celălalt capăt (conectat la conexiunea de proces). Când se aplică presiune internă, tubul tinde să se îndrepte din cauza diferenţialului de presiune care acţionează asupra geometriei sale curbate, iar această mişcare de îndreptare - amplificată printr-un mecanism de angrenaj şi pârghie numit mişcare - conduce indicatorul pe scară. Eleganța tubului Bourdon este combinația sa între simplitate, fiabilitate și capacitatea de gamă largă de presiune - manometrele cu tub Bourdon măsoară cu precizie presiunile de la sub 1 bar până la peste 10.000 bar, în funcție de materialul tubului, grosimea peretelui și geometria.

Pentru intervalele de presiune mai mici - de obicei sub 0,6 bar - unde tubul Bourdon nu are suficientă sensibilitate, se folosesc în schimb elementele de detectare a diafragmei și capsulei. Un calibre cu diafragmă folosește un disc ondulat subțire prins între două flanșe ca element de detectare; presiunea aplicată pe o față a diafragmei determină deviația acesteia, iar această deformare este transmisă mecanismului indicatorului. Manometrele cu capsule folosesc două diafragme ondulate sudate împreună la perimetrele lor pentru a forma o capsulă etanșă - presiunea aplicată extern sau intern face ca capsula să se extindă sau să se contracte, oferind o sensibilitate mai mare decât o singură diafragmă pentru măsurarea diferențelor de presiune foarte scăzute. Aceste tehnologii de detectare determină capacitatea fundamentală a intervalului de presiune al manometrului și ar trebui să fie adaptate la intervalul de presiune de proces așteptat înainte de a lua în considerare orice altă specificație.

Tipuri de măsurare a presiunii și ce înseamnă acestea

Înainte de a selecta un manometru, este esențial să înțelegeți ce tip de presiune este măsurat - presiunea manometrică, presiunea absolută sau presiunea diferențială - deoarece acestea sunt cantități fundamental diferite care necesită tipuri diferite de manometru și produc rezultate care nu pot fi comparate direct fără corecție.

• Presiune manometrică (PSIG / bar g): Măsoară presiunea în raport cu presiunea atmosferică locală. Acesta este cel mai comun tip în aplicațiile industriale - o citire a presiunii manometrice de zero înseamnă că presiunea măsurată este egală cu presiunea atmosferică, nu că sistemul este în vid. Sistemele de aer comprimat, circuitele hidraulice, liniile de abur și sistemele de alimentare cu apă sunt de obicei monitorizate cu instrumente de presiune manometrică. Portul de referință al manometrului (dacă este prezent) este deschis către atmosferă pentru a furniza referința.
• Presiune absolută (PSIA / bar a): Măsoară presiunea în raport cu vidul perfect (presiune zero). Folosit în aplicații în care valoarea presiunii absolute este necesară pentru calcule termodinamice, determinarea presiunii de vapori sau măsurători compensate de altitudine. Manometrele de presiune absolută au o cameră de referință etanșă la vid, mai degrabă decât un port de referință atmosferic. Barometrele meteorologice și monitoarele sistemului de vid sunt exemple de aplicații de măsurare a presiunii absolute.
• Presiune diferențială (ΔP): Măsoară diferența de presiune dintre două puncte dintr-un sistem, indiferent de presiunea absolută în oricare dintre puncte. Folosit pentru monitorizarea stării filtrului (unde creșterea ΔP indică încărcarea filtrului), măsurarea debitului (unde presiunea diferențială peste o placă cu orificii sau Venturi este proporțională cu debitul la pătrat) și măsurarea nivelului în vase sub presiune. Manometrele de presiune diferențială au două conexiuni de proces - partea superioară și partea inferioară - și afișează diferența dintre cele două.
• Măsurarea vidului: Presiunea sub atmosferă este măsurată în presiune manometrică negativă (uneori afișată ca inci de mercur sau vid milibar pe scale specializate) sau ca presiune absolută care se apropie de zero. Vacuometrele folosesc un tub Bourdon sau o diafragmă calibrată pentru a citi în intervalul de vid, cu scala de obicei mergând de la -1 bar (sau -29,9 inHg) la zero.

Specificații cheie pentru selectarea manometrelor

Selectarea manometrului corect pentru o aplicație necesită potrivirea unui set de specificații interdependente la condițiile de proces, mediul de instalare și cerințele de precizie ale punctului de măsurare. Următorul tabel rezumă cei mai importanți parametri și semnificația lor practică.

Selectarea intervalului de presiune: regula celor două treimi

Intervalul de presiune al manometrului trebuie selectat astfel încât presiunea normală de funcționare să se încadreze în treimea mijlocie a scalei - de obicei între 25% și 75% din presiunea completă, cu punctul ideal de funcționare la aproximativ 50 până la 65% din întreaga scală. Operarea constantă a unui manometru în vârful gamei sale supune elementul senzor la solicitări apropiate de limita sa elastică, accelerând oboseala și reducând durata de viață. Funcționarea acestuia în partea de jos a intervalului reduce rezoluția citirii și face ca modificările subtile ale presiunii să fie dificil de detectat. Limita inferioară a intervalului ar trebui să se potrivească oricăror tranzitorii de presiune așteptate sau condițiile de supratensiune fără a depăși limita de suprapresiune specificată a manometrului - de obicei 130% din scara maximă pentru manometre standard.

Selectarea materialului umezit pentru compatibilitatea proceselor

Materialele umede ale unui manometru - tubul Bourdon, mufa (corp de conectare la proces) și orice fitinguri umede interne - trebuie să fie compatibile chimic cu fluidul de proces. Incompatibilitatea provoacă coroziune sau fisurare prin coroziune prin efort a elementului senzor, ceea ce duce la deviația de măsurare, defecțiunea structurală sau fractura bruscă care poate elibera fluidul de proces presurizat din carcasa manometrului. Următoarele îndrumări de selecție a materialelor acoperă cele mai comune categorii de fluide industriale.

• Alama (aliaj de cupru): Material umed standard pentru fluide necorozive, inclusiv apă, abur, aer, azot și gaze neutre. Nu este potrivit pentru amoniac (care provoacă fisurarea prin coroziune sub tensiune a aliajelor de cupru), acetilenă (care formează acetilidă de cupru explozivă) sau medii puternic acide sau alcaline. Calibrele din alamă umede au costuri mai mici și sunt specificația adecvată pentru majoritatea aplicațiilor generale de servicii de utilități.
• Oțel inoxidabil 316: Materialul standard pentru servicii de procese chimice, aplicații alimentare și farmaceutice, apă de mare, saramură și fluide ușor acide sau alcaline. Oferă rezistență la coroziune pentru o gamă largă de substanțe chimice industriale și este compatibil cu majoritatea acizilor, cu excepția acidului clorhidric la concentrații și temperaturi ridicate, care provoacă sâmburi de clor. De asemenea, materialul standard pentru manometrele de serviciu pentru oxigen, unde alama este interzisă din cauza riscului de aprindere din cauza contaminării cu ulei.
• Monel (aliaj Ni-Cu): Specific pentru utilizarea acidului fluorhidric și pentru anumite aplicații cu acizi minerali foarte corozivi în care oțelul inoxidabil s-ar defecta prin pisare sau coroziune generală. De asemenea, utilizat în apă de mare și servicii maritime, în cazul în care combinația de clorură și oxigen creează condiții de coroziune deosebit de agresive, la care oțelul inoxidabil poate să nu reziste în mod adecvat în elementele interne predispuse la crăpături.
• Hastelloy C276: Aliaj de nichel-molibden-crom de înaltă performanță pentru cele mai exigente servicii corozive, inclusiv acid sulfuric concentrat, acid clorhidric, clor gazos și servicii mixte de acid în care toate celelalte materiale standard s-ar coroda în mod inacceptabil. Este semnificativ mai scump decât oțelul inoxidabil, dar oferă o durată de viață în condițiile în care alternativele eșuează în câteva zile sau săptămâni.
• Etanșare cu diafragmă (etanșare chimică): Pentru fluide extrem de agresive, medii foarte vâscoase, nămoluri sau fluide de cristalizare care ar bloca sau ataca pasajele interne ale manometrului, o etanșare cu diafragmă (numită și etanșare chimică sau diafragmă la distanță) separă complet manometrul de fluidul de proces. Etanșarea constă dintr-o diafragmă flexibilă (dintr-un material compatibil cu fluidul de proces) legată de un sistem de fluid de umplere care transmite presiunea de la diafragmă la manometru printr-un fluid de umplere hidraulic necoroziv, cum ar fi uleiul de silicon sau glicerina. Manometrul în sine contactează apoi numai fluidul de umplere, mai degrabă decât mediul de proces.

Manometre umplute cu lichid: când și de ce să le folosiți

Manometrele umplute cu lichid - umplute de obicei cu glicerină (glicerol) sau ulei de silicon - sunt specificate pentru aplicații care implică presiune pulsatorie, vibrații sau în cazul în care manometrul este montat direct pe echipamente vibrante, cum ar fi pompe, compresoare și motoare cu piston. Umplerea cu lichid oferă două beneficii distincte: atenuează oscilația indicatorului cauzată de pulsațiile de presiune (ceea ce determină vibrerea vizibilă a indicatoarelor de măsurare uscată și face citirea imposibilă, accelerând totodată uzura mișcării) și lubrifiază mecanismul de mișcare pentru a reduce frecarea și uzura cauzate de micromișcarea indusă de vibrații a componentelor angrenajului și pârghiei.

Manometrele umplute cu glicerină sunt potrivite pentru temperaturi ambientale și moderate - de obicei -20°C până la 60°C - și nu sunt adecvate pentru instalarea exterioară unde apar temperaturi de îngheț, deoarece glicerina îngheață la aproximativ -12°C (glicerină pură) până la -40°C, în funcție de conținutul de apă. Manometrele umplute cu silicon au o gamă de temperatură mult mai largă - de obicei -60°C până la 200°C - și sunt alegerea corectă pentru instalarea în aer liber în climate reci, aplicații de service la temperaturi ridicate sau unde manometrul poate fi expus la căldură solară directă în incintele instalațiilor de procesare. Ambele tipuri de umplere fac carcasa indicatorului și fereastra opace în spate și lateral, dar oferă o față frontală clară pentru citire. Manometrele umplute cu glicerină și silicon sunt mai scumpe decât manometrele uscate și necesită o carcasă etanșă pentru a preveni pierderea lichidului de umplere - materialul carcasei și calitatea etanșării ferestrelor sunt, prin urmare, parametri de calitate mai critici pentru manometrele umplute decât pentru echivalentele uscate.

Clasele de precizie și când contează acuratețea mai mare

Precizia manometrului este definită de clasa sa de precizie — un număr care reprezintă eroarea maximă admisă ca procent din gama completă a scalei, măsurată în orice punct al scalei în condiții de referință (de obicei 20°C ambiantă, instalație verticală). Un manometru de Clasa 1.0 cu un interval de la 0 la 10 bari are o eroare maximă admisă de ±0,1 bar în orice punct al scalei sale. Un manometru de clasa 2,5 cu același interval are o eroare maximă admisă de ±0,25 bar — de 2,5 ori mai puțin precisă. Desemnarea clasei urmează standardul EN 837 în practica europeană și ASME B40.100 în practica nord-americană.

Pentru majoritatea aplicațiilor de monitorizare a procesului și indicații de siguranță, clasa de precizie 1.6 sau Clasa 2.5 este adecvată - indicatorul oferă o precizie suficientă pentru a monitoriza condițiile procesului, pentru a identifica tendințele și pentru a alerta operatorii cu privire la abateri semnificative. Pentru aplicațiile în care citirea manometrului este utilizată direct pentru deciziile de control al procesului, verificarea punctului de referință sau referința de calibrare, clasa 1.0 sau mai bună este adecvată. Calibrele de testare utilizate ca referințe de calibrare sunt în mod obișnuit Clasa 0.25 sau Clasa 0.1, cu mișcări de precizie și diametre mai mari ale cadranului care permit gradarea mai fină a scalei pentru interpolarea citirilor între semnele de gradare. Este risipitor din punct de vedere economic și inutil din punct de vedere operațional să specificați manometre de înaltă precizie Clasa 0,25 pentru aplicațiile generale de monitorizare a procesului - costul suplimentar nu oferă niciun beneficiu operațional dacă aplicația nu necesită o precizie mai mare, iar manometrele de precizie sunt mai susceptibile la deteriorarea de la pulsațiile și vibrațiile prezente în majoritatea mediilor industriale.

Cele mai bune practici de instalare pentru performanță fiabilă a manometrului

Un manometru specificat corect instalat incorect nu va oferi performanța nominală sau durata de viață. Mai multe practici de instalare previn în mod constant cele mai frecvente cauze ale defectării manometrelor și inexactității în aplicațiile industriale.

• Instalați o supapă de izolare a manometrului (robinet de manometru) între proces și manometru: O supapă cu ac sau o supapă cu bilă în linia de conectare a manometrului permite ca manometrul să fie izolat de proces pentru întreținere, înlocuire sau repunere la zero fără a opri sistemul. Această singură adăugare reduce dramatic întreruperea operațională cauzată de întreținerea de rutină a manometrului și permite îndepărtarea manometrului pentru calibrare fără întrerupere a procesului.
• Instalați un amortizor de pulsații sau un șurub de restricție pentru sistemele cu pulsații: Pentru manometrele de pe liniile de descărcare a pompei sau compresoarelor cu piston, unde un manometru umplut cu lichid este insuficient pentru a gestiona pulsația, un amortizor hidraulic (un dispozitiv cu orificiu restrâns sau disc sinterizat care încetinește transmiterea presiunii către manometru) absoarbe tranzitorii rapide de presiune fără a afecta precizia citirii la starea de echilibru.
• Utilizați un sifon (codă de porc) pentru serviciul cu abur: Manometre on steam lines must be protected from direct contact with high-temperature steam, which would overheat the Bourdon tube and accelerate material creep and fatigue. A pigtail siphon — a coiled or U-shaped section of tubing installed between the steam line and the gauge — traps condensate that forms a water barrier, protecting the gauge from steam temperature while still transmitting steam pressure accurately. The siphon must be filled with water before the gauge is put into service.
• Montați calibrele în poziție verticală, dacă nu se specifică altfel: Majoritatea manometrelor sunt calibrate în poziție verticală (cadranul în față, conexiunea la proces în partea de jos). Instalarea unui gabarit într-o orientare non-standard - în special orizontală sau inversată - introduce o schimbare de zero indusă de gravitație datorită greutății componentelor de mișcare care acționează într-o direcție diferită față de forța arcului. Dacă este necesară o instalare nedreaptă, gabaritul trebuie ajustat la zero în orientarea sa instalată sau trebuie specificat un gabarit cu o mișcare etanșă umplută cu lichid care compensează efectele gravitației induse de orientare.
• Aplicați etanșant adecvat pentru filete pe conexiunile de proces: Folosiți bandă PTFE sau etanșant lichid pentru filete adecvat pentru fluidul de proces și temperatura de pe filetul de conectare la proces al manometrului. Aplicați material de etanșare numai pe filetul tată – niciodată în interiorul mufei manometrului unde ar putea intra în interiorul manometrului și să obstrucționeze trecerea presiunii. Strângeți manometrul cu un cuplu, plus una sau două ture, folosind o cheie pe plăcile hexagonale ale mufei, niciodată pe carcasa calibrelor, care nu este proiectată să reziste la sarcina de torsiune a strângerii filetului și se va crăpa sau se va distorsiona dacă este utilizată ca suprafață de strângere.

Întreținerea, calibrarea și înlocuirea manometrelor

Manometrele sunt adesea tratate ca instrumente instalate permanent, fără întreținere - o abordare care duce la manometre care sunt intacte din punct de vedere mecanic, dar citesc inexact, sau manometre care defectează structural fără avertisment, deoarece degradarea a rămas nedetectată. O abordare sistematică de întreținere protejează atât integritatea măsurătorilor, cât și siguranța personalului în mediile de sistem presurizate.

Verificarea calibrării - compararea citirii manometrului cu un manometru de referință certificat sau un tester de greutate proprie în mai multe puncte de pe scară - ar trebui să fie efectuată pe toate manometrele utilizate pentru controlul procesului sau funcțiile de siguranță la intervale determinate de criticitatea măsurării și de stabilitatea istorică a manometrului. Pentru aplicații critice din punct de vedere al siguranței, cum ar fi indicarea presiunii cazanului, verificarea punctului de referință al supapei de siguranță a vasului sub presiune și manometrele cilindrului cu gaz comprimat, verificarea anuală a calibrării este de obicei intervalul minim acceptabil, cu verificări mai frecvente pentru manometre în medii dure sau service cu ciclu înalt.

• Semnele că un indicator necesită înlocuire imediată: Indicatorul nu revine la zero când presiunea este eliberată (indicând deformarea permanentă a elementului senzor); fereastra crăpată sau întunecată care împiedică citirea; coroziune vizibilă pe carcasă, conexiune sau cadran; umpleți scurgerile de lichid de la un manometru umplut cu lichid (indicând defecțiunea etanșării carcasei care va permite pătrunderea umidității); sau orice citire care diferă de un indicator de referință cu mai mult decât toleranța clasei de precizie a indicatorului.
• Procedura sigură de îndepărtare a manometrului: Închideți robinetul de izolare (robinetul manometrului) pentru a izola manometrul de presiunea din conductă. Slăbiți încet conexiunea manometrului - nu scoateți complet până când presiunea nu a fost eliminată printr-o scurgere sau aerisire dacă supapa de izolare nu este de tip cu închidere pozitivă. Purtați EIP adecvat pentru fluidul de proces specific - protecție facială și mănuși rezistente la substanțe chimice pentru servicii corozive, mănuși rezistente la căldură pentru serviciul cu abur. Nu încercați niciodată să scoateți un manometru dintr-o linie presurizată fără a confirma mai întâi că supapa de izolare este închisă și orice presiune prinsă în conexiunea manometrului a fost evacuată în siguranță.

Manometrele sunt instrumente înșelător de simple, cu consecințe care nu sunt simple atunci când sunt specificate incorect, instalate incorect sau întreținute necorespunzător. Disciplina inginerească de potrivire a tipului de manometru, a intervalului de presiune, a materialului umezit, a umplerii, a clasei de precizie și a evaluării carcasei la condițiile specifice de proces și cerințele de mediu ale fiecărui punct de măsurare - combinată cu practicile sistematice de instalare, calibrare și înlocuire - este fundamentul măsurării fiabile a presiunii în fiecare sistem presurizat din orice instalație industrială..