Medidor de vazão de engrenagem oval para betume quente

Análise de caso: Medidor de vazão de engrenagem oval para betume quente: DN150 com camisa de aquecimento a vapor Tubo de 6 polegadas | Máx. 200 °C | Revestimento térmico externo | Dosagem de asfalto de alta viscosidade

Resposta rápida

Para medição de betume em tubulações DN150 (6 polegadas) com temperaturas de até 200 °C, um medidor de vazão com engrenagem oval e camisa de aquecimento é a escolha ideal. A camisa externa de aquecimento a vapor ou óleo térmico mantém o betume acima do seu ponto de fluidez em toda a câmara de medição, evitando picos de viscosidade e travamento do mecanismo de engrenagem. A Silver Instruments fornece medidores de vazão com engrenagem oval e camisa de aquecimento DN150 com classificação de até 200 °C, com conexões de processo flangeadas e saída de 4-20 mA como padrão. Nenhum outro medidor de deslocamento positivo oferece confiabilidade comparável para esse diâmetro de tubulação em aplicações com asfalto quente.

A investigação

Tom Hanf, gerente de compras da Catbridge (com sede em Nova Jersey, EUA), entrou em contato com a Silver Instruments solicitando um orçamento para um medidor de vazão de engrenagem oval para serviço com betume quente em um oleoduto de 6 polegadas. A temperatura máxima de operação era de 200 °C. Ele perguntou especificamente sobre a opção com camisa de aquecimento, o que nos indicou que sua equipe já entendia o principal problema com a medição de betume: se o fluido esfriar dentro do medidor, ele para de fluir. E o medidor trava.

A Catbridge é uma fabricante de máquinas de revestimento e laminação. Adesivos termofusíveis, revestimentos à base de asfalto e sistemas de polímeros viscosos fazem parte de seus processos. Uma linha de betume de 6 polegadas a 200 °C representa um sério desafio de dosagem. As vazões são moderadas, mas o fluido é implacável.

Já apresentamos orçamentos para aplicações semelhantes para empreiteiras de construção de estradas no Sudeste Asiático e operadores de usinas de asfalto no Oriente Médio. O modo de falha é quase sempre o mesmo: alguém instala um medidor sem revestimento, a tubulação esfria durante uma parada e a câmara de engrenagens se enche de betume sólido. A recuperação consiste em remover o medidor, aquecê-lo externamente e torcer para que as engrenagens não tenham empenado.

Condições de candidatura

Por que a engrenagem oval é o medidor certo para betume em DN150

A viscosidade do betume não é um valor fixo. A 200 °C, pode ser de 150 cP. Reduzindo a temperatura para 130 °C, a viscosidade pode chegar a 2.000 cP ou mais, dependendo da qualidade do betume. Abaixo de 80 °C, a maioria dos betumes apresenta comportamento semissólido. Nenhuma tecnologia de medidor de vazão consegue lidar com essa faixa de forma confiável, exceto os medidores de deslocamento positivo e os medidores de vazão Coriolis.

Como funciona o medidor de vazão de engrenagem oval para medição de betume

Os medidores de engrenagem oval medem contando volumes discretos de fluido deslocados por duas engrenagens rotativas em forma de oito. Eles não são afetados por mudanças na viscosidade como os medidores eletromagnéticos ou de vórtice. Uma viscosidade mais alta, na verdade, melhora a vedação entre as engrenagens e a parede da câmara, o que significa que a precisão pode ser melhor em condições de partida a frio do que em temperatura operacional plena.

A camisa de aquecimento resolve um problema diferente. Não se trata de precisão durante a operação normal, mas sim de resistência durante paradas, períodos de baixo fluxo e quedas na temperatura ambiente. A camisa mantém o fluido em constante movimento dentro do corpo do medidor. Em uma tubulação de 6 polegadas transportando asfalto quente, a massa térmica do fluido no medidor é significativa. Sem a camisa, o resfriamento ocorre mais rapidamente do que a maioria dos operadores espera.

No DN150, o mecanismo de engrenagem oval é fisicamente grande. As engrenagens são usinadas em aço-liga e o corpo é tipicamente de ferro fundido ou ferro fundido nodular. Essa construção suporta os ciclos térmicos de sistemas com aquecimento a vapor sem distorção. Medidores com corpo de alumínio, comuns em tamanhos menores, não são apropriados neste caso.

Modelo recomendado: Medidor de vazão de engrenagem oval LC-150 para betume

A Silver Instruments fornece a série LC-150 em DN150 com a opção de camisa de aquecimento como configuração padrão. Especificações principais para esta aplicação:

O que acontece sem uma jaqueta térmica: falhas comuns

A maioria das falhas em medidores de betume sobre as quais somos chamados segue um padrão previsível. A instalação original utilizou um medidor de deslocamento positivo padrão, sem revestimento, por ser mais barato e porque o engenheiro presumiu que o rastreamento da linha por si só manteria o medidor aquecido. Na prática:

• Engrenagem travada na reinicialização:Após uma parada noturna ou de fim de semana, o betume dentro do corpo do medidor esfria e engrossa. Ao reiniciar, a pressão da bomba não consegue vencer a resistência e o eixo da engrenagem se rompe ou o motor desliga por sobrecorrente.
• Rachaduras por choque térmico:Alguns operadores tentam recuperar um medidor emperrado aplicando um soprador térmico ou maçarico diretamente no corpo do medidor. O ferro fundido não reage bem ao aquecimento local rápido. Rachaduras no corpo ou na câmara de engrenagens são comuns.
• Falha nos rolamentos devido a partidas a frio:Mesmo quando a linha finalmente se desobstrui, eventos repetidos de partida a frio aceleram o desgaste dos rolamentos. Um medidor com camisa de aquecimento que opera em temperatura constante terá uma vida útil significativamente maior em serviços com betume do que um que dependa exclusivamente da temperatura do processo.

A camisa de aquecimento aumenta o custo do medidor. Em uma tubulação de betume de 6 polegadas, o custo adicional é consideravelmente menor do que uma única parada não planejada para a substituição do medidor.

Outros tipos de medidores considerados e por que não foram recomendados.

Medidor de vazão mássica Coriolis: Sinceramente, se o orçamento não fosse um fator limitante, o Coriolis seria a primeira escolha para medição de betume em qualquer diâmetro de tubulação. Ele mede a vazão mássica diretamente, sem partes móveis sujeitas a desgaste em contato com um fluido viscoso, sem necessidade de compensação de densidade e com precisão de 0,1 a 0,2%, independentemente das variações de viscosidade durante flutuações de temperatura. Para aplicações de transferência de custódia, onde cada tonelada de betume tem um valor monetário, essa precisão é crucial. O problema é o preço. Um medidor Coriolis DN150 para serviço a 200 °C com a opção adequada para altas temperaturas custa de três a quatro vezes mais do que uma unidade com engrenagem oval encamisada do mesmo tamanho. Para aplicações de medição em produção ou carregamento em lote, onde uma precisão de 0,5% é aceitável, essa diferença de custo é difícil de justificar. Fornecemos medidores Coriolis em linhas de betume DN25 e DN50 para uso em laboratório e controle de qualidade, onde o diâmetro da tubulação mantém o custo da unidade em um patamar razoável. Em DN150, a maioria dos clientes opta pela engrenagem oval e utiliza a economia em outros aspectos. Sinceramente, se o orçamento não fosse um fator limitante, a Coriolis seria a primeira escolha para dosagem de betume em tubulações de qualquer diâmetro.

Medidor de vazão tipo vórtice: Não é adequado. O medidor tipo vórtice requer um número de Reynolds mínimo para um desprendimento confiável. O betume a 200 °C em uma tubulação DN150 pode ficar abaixo desse limite em baixas vazões. A precisão se degrada de forma imprevisível.

Medidor de vazão magnético: O betume não é condutor de eletricidade. Os medidores de vazão eletromagnéticos exigem uma condutividade mínima de cerca de 5 µS/cm. O betume não atende a esse requisito. Descartado imediatamente.

Medidor de vazão tipo turbina: Os mancais da turbina sofrem desgaste rápido em aplicações com alta viscosidade. A geometria das pás, adequada para hidrocarbonetos leves, não é aplicável a asfalto. Não recomendado para viscosidades acima de 500 cP.