Padrões de Layout para Instalação de Instrumentos em Tubulações: Solucionando a Deriva e a Flutuação de Dados de Pressão, Temperatura e Vazão

Padrões de Layout para Instalação de Instrumentos em Tubulações: Solucionando a Deriva e a Flutuação de Dados de Pressão, Temperatura e Vazão

 Introdução

Durante o comissionamento de projetos químicos, de abastecimento de água, de energia e de automação, transmissores de pressão, termômetros e medidores de vazão recém-calibrados e qualificados frequentemente apresentam deriva de dados, flutuação de valores ou distorção de medição após a instalação. A maioria dessas falhas não é causada por defeitos inerentes de qualidade dos instrumentos, mas resulta de uma sequência de instalação inadequada e posições não padronizadas de tubulações, válvulas, pontos de medição e medidores de vazão, o que leva a campos de fluxo turbulentos e condições de medição comprometidas. Combinando a experiência prática em campo, este artigo detalha a lógica de layout padrão de quatro componentes principais de tubulação (válvulas, transmissores de pressão, termômetros e medidores de vazão) e fornece uma solução completa para leituras instáveis ​​dos instrumentos.

 1. Situação comum em campo: Leituras anormais dos instrumentos raramente são causadas por falhas nos equipamentos.

Problemas semelhantes ocorrem em muitos projetos: os instrumentos passam pela calibração de fábrica e são novos, sem danos, mas após o comissionamento, as leituras de vazão flutuam de forma irregular e drástica, os valores de pressão oscilam continuamente e a medição de temperatura apresenta atrasos e distorções. Os técnicos inspecionam repetidamente os corpos dos instrumentos, as linhas de alimentação, os circuitos de sinal e os sistemas de aterramento, mas não conseguem localizar a causa raiz.

Um fator crucial, muitas vezes negligenciado, é a sequência incorreta de montagem dos componentes da tubulação e o posicionamento inadequado dos sensores, visto que válvulas e conexões diversas geram perturbações no fluido. Condições de operação estáveis ​​são pré-requisitos para medições instrumentais precisas. Se a posição de instalação interromper o fluxo do fluido, mesmo instrumentos de altíssima precisão não conseguirão fornecer dados acurados, o que pode causar instabilidade no controle do sistema, disparos indevidos de intertravamentos e desvios significativos dos parâmetros do processo em relação aos valores padrão.

 2 Princípios Fundamentais para Layout Padrão: Priorizar a prevenção de interferências mútuas entre componentes em vez de simplesmente seguir a sequência de upstream-downstream.

A sequência geral de layout mostrada em desenhos convencionais de tubulações é: válvula a montante → transmissor de pressão → ponto de medição de temperatura → medidor de vazão → válvula a jusante. Essa sequência serve apenas como um modelo de referência básico e não se adapta a todos os fluidos e tipos de medidores de vazão. Líquidos, gases e vapor apresentam propriedades de fluidos muito diferentes; medidores de vazão tipo vórtice, eletromagnéticos, de placa de orifício, de turbina e de massa têm requisitos distintos quanto ao comprimento do trecho reto da tubulação, padrão de fluxo e condição de operação com a tubulação cheia.

Uma ideia de layout científica e racional centra-se no medidor de vazão: primeiro, estabilize o campo de fluxo ao redor do medidor e, em seguida, disponha os transmissores de pressão, sensores de temperatura e diversas válvulas de acordo. Cotovelos, tês, redutores, válvulas reguladoras e saídas de bombas produzem turbulência, vórtices e pulsações de pressão, que são os principais fatores que causam desvios nos dados de medição. Antes de finalizar o esquema de layout, confirme o tipo de fluido, o modelo do medidor de vazão, o comprimento necessário do trecho reto de tubulação e se é necessária compensação de temperatura e pressão. Em seguida, conclua o projeto geral do layout com base nesses fatores.

 Especificações de Instalação da Válvula III: Proibida a instalação direta a montante dos medidores de vazão.

Válvulas reguladoras, válvulas globo, válvulas borboleta semiabertas e válvulas de esfera são as principais fontes de perturbação do fluido em tubulações. O estrangulamento causado por essas válvulas gera vórtices, turbulência e pulsações de pressão, provocando flutuações bruscas nos valores de medição da vazão.

Esquema de instalação ideal: Todas as válvulas reguladoras devem ser instaladas uniformemente a jusante dos medidores de vazão para garantir que não haja interferência de estrangulamento e que o campo de fluxo a montante dos medidores de vazão seja estável, de forma a garantir dados de medição precisos e estáveis.

Caso o espaço limitado no local exija a instalação de válvulas a montante, o trecho reto de tubulação a montante deverá ser consideravelmente estendido, e condicionadores de fluxo deverão ser instalados conforme necessário para eliminar perturbações no fluido e evitar distorções nas medições causadas pela instalação de válvulas frente a frente. Válvulas de bloqueio são utilizadas apenas para isolamento durante manutenção e não devem ocupar o trecho reto de tubulação necessário para os medidores de vazão.

 Especificações de layout da tomada de pressão IV: Previne acúmulo de gás, acúmulo de líquido, bloqueio da tubulação e atraso de sinal.

A maioria dos problemas de deriva nos dados de pressão surge de métodos inadequados de tomada de pressão e de um layout inadequado das linhas de impulso de pressão diferencial, e não de falhas nos próprios transmissores de pressão.

- Meio líquido: Evite os pontos mais altos das tubulações para tomadas de pressão, a fim de prevenir o acúmulo de gás que atrasa a transmissão da pressão e causa desvios nos dados; para meios que contenham sólidos ou que cristalizem facilmente, evite os pontos mais baixos da tubulação para prevenir o entupimento das linhas de impulso por sedimentos. As linhas de impulso devem manter uma inclinação adequada para ventilação de ar e drenagem do líquido.

- Meio gasoso: Evite os pontos mais baixos da tubulação para tomadas de pressão, a fim de prevenir o acúmulo de condensado, que leva a leituras de pressão falsamente altas e com flutuações frequentes; a deposição de líquido a longo prazo também corrói as linhas de impulso.

- Vapor como fluido: O vapor em alta temperatura não deve entrar em contato direto com os transmissores de pressão. Componentes de isolamento, como coletores de condensado, vasos de condensado e tubos de sifão, devem ser resistentes a altas temperaturas. Em áreas de baixa temperatura, devem ser adicionados sistemas de aquecimento por resistência e estruturas anticongelantes para evitar o bloqueio por congelamento da tubulação e falhas nas medições.

 Especificações do ponto de medição de temperatura V: Medir a temperatura do fluido principal em vez da temperatura da parede do tubo.

A medição de temperatura é altamente suscetível a dados falsos. A maioria dos termômetros de campo tem profundidade de inserção insuficiente e captura apenas a área de baixa temperatura na parede do tubo, não conseguindo detectar a temperatura do fluido principal no centro da tubulação, o que resulta em valores de temperatura medidos baixos, resposta lenta e resultados de medição distorcidos.

Requisitos padrão de instalação: Mantenha os sensores de temperatura afastados das saídas das bombas, das saídas dos trocadores de calor e das zonas de turbulência local para garantir a mistura completa do fluido; a profundidade de inserção dos sensores deve atingir a área principal das tubulações; em tubulações de pequeno diâmetro, adote a instalação inclinada ou a instalação com fluxo reverso nas curvas; para tubulações de grande diâmetro e tubulações de vapor, verifique a resistência das mangas de proteção e avalie os riscos de fratura por vibração para evitar falhas na medição de temperatura.

Se forem utilizados pontos de medição de temperatura para compensação da temperatura e pressão do fluxo, estes devem ser instalados estritamente nas posições especificadas pelos fabricantes do equipamento, sem modificações arbitrárias.

 VI Instalação do Medidor de Vazão: O equipamento de maior prioridade e com os requisitos de instalação mais rigorosos em todo o sistema.

Entre todos os instrumentos para tubulações, os medidores de vazão impõem as maiores restrições de instalação e são altamente sensíveis a trechos retos de tubulação, padrões de fluxo, condições de tubulação cheia, vibração, condensação e pulsação de pressão.

Notas importantes de instalação: Não devem ser instalados cotovelos, tês, redutores ou válvulas de estrangulamento a montante; reserve trechos retos de tubulação com comprimentos que atendam aos requisitos do fabricante; mantenha as tubulações de líquidos totalmente cheias para evitar cavitação e vaporização em pontos altos; evite o acúmulo de líquido e o impacto da pulsação de pressão em gasodutos; mantenha as tubulações de vapor afastadas de áreas com acúmulo de água, vibração intensa e mudanças bruscas de temperatura.

A seleção e instalação de medidores de vazão devem priorizar a adequação às condições de trabalho no local, em vez de simplesmente buscar alta precisão. Mesmo instrumentos com altíssima precisão não funcionarão de forma estável se as condições de instalação não atenderem aos padrões.

 VII. Padrões de Layout Diferencial para Diferentes Meios: Arranjo Separado para Líquidos, Gases e Vapor

Tubulações de líquidos

Garantir o enchimento completo da tubulação, sem bolhas de ar, é fundamental. Instale medidores de vazão em tubulações ascendentes, pontos baixos da tubulação ou áreas com contrapressão estável; proíba a instalação em pontos altos suspensos da tubulação para evitar flutuações de vazão causadas por cavitação por pressão negativa.

Instrumentos de medição de apoio para condições de trabalho com líquidos:

Transmissor de pressão 4-20mA, transmissor de pressão industrial, densímetro online, densímetro industrial online para líquidos, densímetro para pastas

Gasodutos

Priorize a prevenção do acúmulo de condensado e da pulsação de pressão, reserve espaço suficiente para a drenagem de líquidos e mantenha-se afastado de áreas turbulentas a jusante de compressores e válvulas reguladoras.

Instrumentos de medição auxiliares para condições de trabalho com gás:

Transmissor de pressão de gás, transmissor de pressão HART, medidor de densidade química

Tubulações de vapor

Considere de forma abrangente a alta temperatura, a condensação, a vibração e a compensação de temperatura e pressão; equipe as tomadas de pressão com estruturas de proteção contra condensação, disponha sensores de temperatura em áreas de fluxo principal e instale os medidores de vazão longe de acúmulos de água e fontes de forte vibração para garantir medições precisas.

Instrumentos de medição auxiliares para condições de trabalho com vapor:

Transmissor de pressão de vapor, transmissor de nível de pressão diferencial

 Conclusão

Leituras instáveis ​​de instrumentos em dutos não têm origem na precisão do instrumento, mas sim na tecnologia de instalação e na lógica geral do projeto. As válvulas determinam o estado do campo de fluxo, os modos de tomada de pressão afetam a autenticidade da medição, a profundidade de inserção do sensor determina a precisão da medição de temperatura e trechos retos de tubulação garantem uma medição de fluxo estável. Um projeto padronizado de instrumentos vai além do simples ajuste da sequência frente-verso; requer um projeto abrangente que leve em consideração as condições de operação do fluido, os princípios de medição e as condições de serviço no local. Um projeto bem elaborado estabiliza fundamentalmente as leituras dos instrumentos; um projeto inadequado torna a correção posterior de parâmetros e a manutenção do equipamento ineficazes para solucionar completamente os problemas de deriva de dados.