Best Practices für Prozessinstrumentierungsleitungen: Genauigkeit und Sicherheit erhöhen

Prozessmessung – Best Practices für Impulsleitungen

Chuck Erml, Produktmanager

Bei der Messung von Druck, Durchfluss oder Füllstand in Ihrem Prozess stehen Sicherheit und Genauigkeit immer im Fokus. Vom Anschluss bis zum Messumformer hängt die Prozessmessgenauigkeit von der ordnungsgemäßen Funktion jeder Komponente innerhalb des Prozessinstrumentierungs-Messkreises ab. Und während Ingenieure und Techniker oft den Großteil ihrer Aufmerksamkeit dem Messumformer widmen, ist dieser nur so genau wie die Impulsleitungseingänge, die ihm bereitgestellt werden.

Es ist oft schwer zu erkennen, wann eine Prozessinstrumentierungsleitung nicht gut funktioniert. Wenn Ihre Aufmerksamkeit ausschließlich auf dem Messumformer liegt, wird jede Erfolgsmöglichkeit untergraben, wenn die Impulsleitung die Ursache für schlechte Leistung ist.

Sich über mögliche Probleme innerhalb einer Prozessimpulsleitung informiert zu halten, einschließlich solcher, die mit Gesamtdesign und Layout zusammenhängen, ist notwendig für die Genauigkeit Ihrer Endmessung. Dieser Blogbeitrag bietet Ingenieuren und Technikern gleichermaßen bewährte Best Practices, um den Erfolg ihrer Prozessimpulsleitungen zu managen.

Ein Standarddiagramm einer Prozessmess-Impulsleitung

Materialauswahl

Für jeden der grundlegenden Bausteine in einer Prozessinstrumentierungsleitung – Prozessanschlussventile (PIVs), Impulsleitungen und Verteiler – gibt es kritische Entscheidungen in Bezug auf Materialien, die die Genauigkeit beeinflussen können.

Prozessmedium, Umgebungsbedingungen und Systemdruck/Temperatur bestimmen oft die Legierungsauswahl. Edelstahl oder eine höherwertige Metalllegierung wird in den meisten Anwendungen dringend bevorzugt, da er Korrosion widersteht. Viele Industrieanlagen verwenden jedoch weiterhin Kohlenstoffstahl für Prozessanschlussventile, Rohrleitungen und sogar für einige Verteiler. In bestimmten niedrig-feuchten Anwendungen ist Kohlenstoffstahl akzeptabel, aber für die meisten anderen Anwendungen kann er ein Risiko darstellen. Die sich häufig auf Kohlenstoffstahl aufbauende Zunderbildung kann abbrechen, nachgeschaltet fließen, in einem Ventilsitz hängen bleiben und einen positiven Abschluss behindern. Das Ergebnis ist eine ungenaue Messumformer-Kalibrierung oder ein ungenauer Messumformer-Wert. Wenn Sie Kohlenstoffstahlkomponenten im Instrumentenkreis einsetzen, erfordern diese eine sehr genaue Überwachung, um sicherzustellen, dass Zunderbildung den Betrieb der Ventile im System nicht beeinträchtigt. Sie können lernen, wie Sie das richtige korrosionsbeständige Material für Ihre spezifische Anwendung mit Materialwissenschaft-Training von Swagelok auswählen.

Vereinfachte Wartung durch Standardisierung

Wenn Ihr Ziel Designstandardisierung ist, gibt es etablierte Best-Practice-Konfigurationen, die implementiert werden können. Während Ingenieure im Laufe der Zeit eine Vielzahl von Designvariationen entwickelt haben, sind viele davon nicht ideal für Zuverlässigkeit und Genauigkeit. Jedes System hat unterschiedliche Bedürfnisse in Bezug auf Wartung, und dies erhöht die Komplexität für Wartungsteams.

Idealerweise sollten alle Prozessmesssysteme mit einem konsistenten Satz von Kriterien entworfen werden, einschließlich der Festlegung von Budgets und Zulassungen für Ausfallzeiten, Wartung und Genauigkeit. Das optimale Ergebnis umfasst oft einen hohen Grad an Standardisierung. Zum Beispiel könnte eine Raffinerie vor der Standardisierung 30 verschiedene Konfigurationen für Prozessinstrumentierungsleitungen haben. Nach der Standardisierung könnte dieselbe Anlage nur noch sechs haben, wobei jede die gleichen Grundkomponenten enthält: einen Messumformer-Halter, ein Verteilersystem und Absperrventile. Die primären Variationen könnten die Rohrleitungen und der Typ der Absperrventile (DBBs, Messwurzel, etc.) sein, die wiederum vom Medium, der Temperatur, dem Druck und dem Standort des Messumformers oder Messgeräts abhängen.

Mit Standardisierung werden viele Dinge einfacher, einschließlich Wartung, Installation, Training und Diagnose. Zuverlässigkeit wird ebenfalls erhöht. Zusätzlich kann die Anlage weniger Ersatzteile lagern, was Overhead-Kosten reduziert.

Prozessanschlussventil (PIV)

Das Prozessanschlussventil ist das erste Ventil ab der Prozessleitung. Historisch war das PIV der Wahl ein einfaches Schieferventil oder Kugelhahn. Beide werden heute weiterhin verwendet, besonders in den USA, aber die Best Practice ist ein Double-Block-and-Bleed (DBB)-Ventil, das aus zwei Absperrventilen und einem Entlüftungsventil dazwischen besteht.

Der Hauptgrund für den Einsatz eines DBB-Ventils ist Sicherheit. Wenn Sie die Prozessinstrumentierungsleitung für Wartung abschalten müssen, würden Sie beide Absperrventile schließen und das Entlüftungsventil öffnen. Wenn aus irgendeinem Grund das erste Absperrventil lecken würde, würde das zweite Absperrventil Druck- oder Flüssigkeitsaufbau in der Prozessinstrumentierungsleitung verhindern.

Eine Double-Block-and-Bleed-Konfiguration kann aus drei separaten Ventilen gefertigt und montiert werden oder als einzelne, selbstständige Einheit gekauft werden – was Größe und Gewicht reduziert. Das innovative selbstständige DBB-Design ist für alle Fluide geeignet, besonders jedoch für solche mit höherer Viskosität bei Verwendung von Kugelhähnen.

Impulsleitungen

Impulsleitungen verbinden das PIV-Ventil mit dem Verteiler und dem Messumformer. Ihr Zweck – derselbe wie bei allen Prozessinstrumentierungskomponenten – ist es, die präzisen Prozessbedingungen an den Messumformer zu übermitteln. Beim Verlegen von Impulsleitungen kommen drei Hauptziele ins Spiel:

• Korrosion, Zunderbildung oder Verstopfung verhindern
• Leckpunkte reduzieren
• Temperatur in einem bestimmten Bereich halten oder Frostschutz bieten

Die ersten beiden Ziele werden am besten durch die Verwendung von Rohrleitungen und Rohrverschraubungen aus einer geeigneten Legierung wie Edelstahl erreicht, im Gegensatz zu Kohlenstoffstahlrohren und Gewindeverbindungen. Edelstahlrohre können gebogen und geformt werden, was die Anzahl der mechanischen Verbindungen reduziert. Wenn Verbindungen notwendig sind, lösen sich Zweiferrul-Mechanikgriff-Rohrverschraubungen nicht durch thermisches Zyklieren oder Vibration, im Gegensatz zu herkömmlichen kegeligen Rohrgewindeverschraubungen.

Das dritte Ziel – die Temperatur in einem bestimmten Bereich zu halten – wird durch Beheizung der Impulsleitungen erreicht. Sie können Ihre Impulsleitungen manuell durch Feldtracing isolieren oder Rohre kaufen, die bereits isoliert und in eine Polymerhülle eingehüllt sind. Vorgeisolierte gebündelte Rohre kommen in gewickelten Längen installierbereit an. Es ist wichtig, bei vorgeisolierten Rohrbündeln die Anweisungen des Herstellers zum Abdichten der Isolierung beim Spleißen oder Schneiden des Bündels zu befolgen.

Verteiler

Der Verteiler besteht aus einem Satz Ventile, deren Gehäuse aus einem einzigen Metallblock bearbeitet sind, meist Edelstahl. Der Verteiler wird am Messumformer montiert und erfüllt eine kritische Funktion, indem er Isolation für Kalibrierung oder Service des Messumformers ermöglicht.

Qualität und Zuverlässigkeit sind besonders wichtig in einem Verteiler. Während Kalibrierung oder Normalbetrieb ist mindestens eines der Ventile im Verteiler in der Abschaltposition. Wenn der Abschluss weniger als vollständig ist, kann das Ergebnis ein ungenauer Wert vom Messumformer sein.

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Der Close-Couple-Verteiler – Eine Option

Nachdem wir die Prozessinstrumentierungsleitung im Detail überprüft haben, schauen wir uns eine Option an, um das Design weiter zu vereinfachen. Es ist eine elegante, einfache Lösung, wenn Ihre Anwendung es Ihnen erlaubt, sie einzusetzen.

Impulsleitungen können kostspielig in Installation und Wartung sein, mit Herausforderungen wie Verstopfungen, Leckpunkten, Temperaturkontrolle und Korrosion. Die Option –被称为 „Close Couple“ – eliminiert die Impulsleitungen. Das Prozessanschlussventil und der Verteiler werden zu einer Einheit, und der Messumformer wird direkt daran montiert. Daher befestigt sich die gesamte Baugruppe an der Prozessleitung. Während viele Ingenieure diese Lösung mögen, haben Close-Couple-Installationen ihre Einschränkungen.

Eine Einschränkung ist die Temperatur. Der Grund für das traditionelle Setup mit Impulsleitungen ist der Schutz des Messumformers vor der hohen Temperatur der Prozessleitung. Wenn die Prozessleitung zu heiß ist, kann der Messumformer möglicherweise nicht nur wenige Zentimeter entfernt in einer Close-Couple-Installation arbeiten.

Eine zweite Einschränkung ist der Zugang. Wenn Sie zum Messumformer für Kalibrierung gelangen müssen, muss er zugänglich sein, daher ist die Montage eines Close-Couple an einer Prozessstelle 50 Fuß in der Luft nicht machbar.

Das letzte Hindernis sind die Anschaffungskosten. Close Coupling erfordert eine Vorabinvestition, aber langfristig kann die Lösung insgesamt weniger kostspielig sein. Wenn Sie die Gelegenheit haben, diesen Kurzschluss einzusetzen, empfehlen wir, ihn zu nutzen.

Fazit

Wenn Sie genaue Messungen schätzen und in einen Premium-Messumformer investieren, dann erfordern Ihre Prozessinstrumentierungsleitungen dieselbe Aufmerksamkeit. Prozessmessgenauigkeit ist genauso abhängig vom Messumformer wie von der Qualität der Prozessmessleitungs-Komponenten, einschließlich ihrer Installation und Wartung. Die Standardisierung Ihrer Anlage auf einen Kernsatz von Instrumentenanschluss- und Prozessimpulsleitungsdetails, zusammen mit zuverlässigen Systemkomponenten, wird die Zuverlässigkeit und Genauigkeit Ihrer Messung erhöhen. Genauere Messungen werden willkommene Dividenden in Bezug auf Zeit, Effizienz und Anlagenrentabilität bringen.