Monitoraggio delle pompe per ottimizzare il processo

Troppo spesso le pompe sono tra le attrezzature più trascurate e abusate durante l’automazione dei processi; tuttavia, senza pompe non si muove nulla e un processo diventa inefficiente in caso di un loro malfunzionamento o arresto completo. Sebbene sia comodo addossare la colpa al fabbricante della pompa, più spesso il problema risiede nel processo o nella configurazione delle attrezzature circostanti: ecco perchè è fondamentale il corretto monitoraggio delle pompe per ottimizzare il processo.

Ottimizzare il processo affinché funzioni in modo produttivo, coinvolgendo anche la pompa, e salvaguardare quest’ultima dai rischi comuni sono due dei modi più intelligenti in cui gli ingegneri e i tecnici possono contribuire al funzionamento dell’impianto. Questi sforzi miglioreranno la qualità del prodotto finale o del lotto, ridurranno i costi del materiale, elimineranno gli sprechi e abbatteranno i costi di manutenzione. Prendersi cura della propria pompa comporta sempre un ritorno positivo ed è possibile impiegare alcune semplici strategie, a partire dall’analisi delle portate dei fluidi di processo.

Salvaguarda il tuo processo

Data l’odierna attenzione sulla trasformazione degli impianti in strutture attive 24/7, le pompe di molti impianti funzionano quasi a tempo pieno per soddisfare gli obiettivi e le richieste di produzione in molti settori, come quello petrolchimico.

Uno dei rischi più comuni per il funzionamento efficiente della pompa è la portata irregolare del materiale, che può provocare tre condizioni negative: (1) turbolenza del flusso, (2) portate basse, o (3) funzionamento a secco.

Il controllo del flusso dei materiali garantisce l’efficiente funzionamento delle pompe e il trasporto di scorte o prodotti con il minor dispendio di energia, riducendo così i requisiti di manutenzione e prolungando la vita utile dell’apparecchio.

Il mancato controllo in maniera adeguata del flusso di materiale può comportare il verificarsi di alcune condizioni indesiderate, quali la cavitazione, il guasto dei cuscinetti della pompa, o anche il guasto della guarnizione. Il primo problema, la cavitazione, può ridurre la capacità o addirittura causare problemi di qualità. La rottura di un cuscinetto o di una guarnizione può portare all’arresto della pompa, ed eventualmente della linea di processo e più si va avanti in questo tipo di scenario più le condizioni sfavorevoli potrebbero peggiorare.

Analizzare la portata

La salvaguardia del processo e della pompa parte dall’analisi della portata per assicurarsi che il mezzo scorra regolarmente alla pressione richiesta dalla pompa e con perdita di carico minima. Qualsiasi condizione di processo può causare una portata irregolare, come turbolenza

Figura 1: Panoramica dell’impianto

variazioni di temperatura, ingresso di aria indesiderata, ecc. In particolare, i problemi dovuti a portate irregolari e turbolenze possono rappresentare una sfida particolarmente impegnativa da affrontare, perché eliminarne le cause alla radice risulta spesso difficile o impossibile, rendendo quindi necessario ricorrere a una strategia alternativa. Niente danneggia una pompa più velocemente del calore che si accumula a causa del funzionamento a secco o in condizioni di bassa portata, che si verificano quando il flusso di liquido, lungo la linea o nella pompa, rallenta drasticamente o si arresta del tutto. L’assenza di liquido per la fase di raffreddamento fa sì che il calore generato possa distruggere i cuscinetti o le guarnizioni della pompa. Qualora fosse anche possibile la riparazione, risulterebbe molto costosa. Naturalmente, guasti tanto gravi spesso rovinano anche il materiale in lavorazione o riducono la capacità della linea di processo.

Eliminare le portate irregolari

Per un funzionamento corretto ed efficiente, le pompe necessitano di un profilo di flusso a monte stabile nei condotti prima dell’inserimento del liquido al loro interno. Portate irregolari spesso provocano una cavitazione, una condizione in cui si formano cavità nel liquido nel punto di aspirazione della pompa. Una delle principali linee guida in merito all’installazione delle pompe industriali consiglia di posizionare almeno 10 diametri di tubi non ostruiti tra il punto di aspirazione della pompa e il primo raccordo a gomito, o altra fonte di disturbo.

Le ostruzioni e/o la corrosione all’interno di una condotta possono alterare la velocità del mezzo influenzandone anche la pressione.

Quando le restrizioni immobiliari dell’impianto richiedono l’installazione di raccordi a gomito, valvole o altre attrezzature troppo vicino a una pompa, questi possono generare vortici e distorsioni del profilo della velocità nella conduttura (oltre a variazioni di pressione). Questi disturbi possono comportare un rumore eccessivo e la cavitazione, con conseguente riduzione della vita utile dei cuscinetti e/o delle tenute.

Un raddrizzatore di flusso in linea o a gomito può essere installato a monte della pompa assicurando un profilo di flusso ottimale per un funzionamento efficiente. Escludere gli effetti di distorsioni dei profili di velocità, turbolenze, vortici e altre anomalie del flusso della vostra conduttura consentirà di ottenere un profilo di velocità ripetibile, simmetrico e privo di vortici con perdite di pressione minime. La creazione di un ambiente operativo relativamente più favorevole aiuta ad aumentare la vita utile della pompa. Il flusso raddrizzato entra nella girante della pompa seguendo un modello di flusso uniforme ed equamente distribuito, ottimizzando l’efficienza della pompa e, al contempo, allungando la vita utile dei cuscinetti riducendo il rumore e i fenomeni di cavitazione.

In presenza di configurazioni di canalizzazione non ideali, un raddrizzatore di flusso in linea o a gomito elimina tutti i requisiti di corsa rettilinea a monte per pompe, compressori, misuratori di portata e altre apparecchiature di processo essenziali.

I raddrizzatori di flusso ad alette, come il modello Vortab, si sono dimostrati estremamente efficaci in simili applicazioni. In base alle specifiche di processo, è possibile considerare anche altre opzioni, tra cui fasci tubieri, piastre a nido d’ape e forate.

Le alette di raddrizzamento all’interno dei raddrizzatori di flusso in linea o a gomito generano dei vortici in modo da favorire le miscelazioni cross-stream, forzando l’unione delle aree a maggiore velocità con quelle a velocità minore. La forma del profilo di velocità risultante è “piatta” e ripetibile, indipendentemente dai disturbi del flusso a monte.

L’integrazione di meccanismi anti-vortice all’interno del raddrizzatore di flusso elimina la condizione di generazione dei vortici tipica dei gomiti in uscita a 90 gradi. In questo modo, il flusso entra nella pompa in modo da massimizzarne l’efficienza e ridurre lo stress. Inoltre, la forma conica dei meccanismi anti-vortice e delle alette di raddrizzamento del profilo li rende immuni da guasti e ostruzioni.

Figura 2: Raddrizzatori di flusso in linea e a gomito Vortab

Monitoraggio del flusso della pompa

È possibile eliminare i danni derivanti da basse portate o da funzionamenti a secco, installando un flussostato nel ciclo di processo. L’insieme dei flussostati permetterà di rilevare non soltanto una condizione di bassa portata, ma anche di funzionamento a secco. Questa capacità consente al sistema di controllo o all’operatore di attuare le misure correttive necessarie prima del surriscaldamento, e della conseguente rottura, dei cuscinetti delle pompe.

Esistono molti tipi di flussostati disponibili. Il flussostato FCI® FlexSwitch™ serie FLT93, grazie al design privo di parti mobili e al doppio allarme offre una struttura estremamente robusta per la protezione della pompa.

L’allarme 1 consente di rilevare un’eventuale riduzione della portata tra 0,003 a 0,9 metri per secondo (MPS) (da 0,01 e 3 piedi al secondo (FPS)). Questo allarme può essere considerato come un segnale di pre-avvertenza per il sistema di controllo o l’operatore. Il sistema o l’operatore può quindi decidere di mantenere la pompa in funzione o di arrestarla.

In caso di attivazione di un allarme 2 dovuta al funzionamento a secco della pompa, tale condizioni sarà registrata come un segnale di emergenza per l’arresto immediato della pompa (i cuscinetti rilevano il gas, e non più il liquido, come mezzo di trasferimento del calore). In tal caso, la temperatura dei cuscinetti può aumentare molto rapidamente. L’utilizzo di un flussostato previene danni permanenti ai cuscinetti della pompa che potrebbero richiedere una revisione preventiva completa. Il flussostato FLT è uno strumento a doppia funzione in grado di indicare sia la portata che la temperatura, e/o di rilevare il livello in un dispositivo unico. Può essere installato sia tramite inserimento che nelle linee interne per tubi o condutture. Grazie al flussostato FTL, un singolo interruttore monitora simultaneamente l’interesse variabile, il flusso e la temperatura con eccellenti accuratezza e affidabilità. Le uscite doppie a relè da 6A sono standard e possono essere assegnate al flusso, al livello o alla temperatura.

Figura 3: Flussostato FLT93

Scelta del flussostato

Nel selezionare un flussostato per la protezione della pompa o di qualsiasi applicazione, la prima cosa da fare è scegliere la tecnologia di flusso più idonea. Sono molte le tecnologie di rilevamento disponibili e le principali comprendono:

• Pala
• Pistone
• Massa termica
• Pressione
• Interruttore magnetico

Ciascuna di queste le tecnologie per flussostati offrono vantaggi/svantaggi in base ai requisiti del mezzo e dell’applicazione specifica. Alcune possono rappresentare l’unica soluzione per un determinato mezzo impiegato in una specifica applicazione. Osservando questi fattori, così come la configurazione dell’impianto, le condizioni ambientali, i programmi di manutenzione, il costo energetico e il ROI, sarà possibile restringere rapidamente il campo a una o due scelte ottimali.

Conclusioni

In caso di progettazione di nuovi impianti o ammodernamento di vecchie strutture, assicurarsi di prendere in considerazione i requisiti della pompa. L’ottimizzazione dei processi sulla base delle caratteristiche delle pompe offre una vasta serie di vantaggi: capacità superiori, migliore qualità, minori costi energetici, manutenzione ridotta, vita utile delle apparecchiature (pompa) prolungata.

La generazione di portate irregolari causata da turbolenze è uno dei problemi più comuni quando la linearità minima del tubo richiesta tra il punto di aspirazione della pompa e i raccordi a gomito, le valvole o altre apparecchiature viene ignorata o non rispettata. L’inserimento di un raddrizzatore di flusso elimina spesso i problemi di flusso turbolento.

Mai dimenticarsi di proteggere la pompa da condizioni di bassa portata o di funzionamento a secco, che potrebbero danneggiare i cuscinetti o le guarnizioni, con un conseguente aumento dei costi di riparazione. L’installazione di un flussostato ad allarme doppio nel ciclo di processo non solo protegge la pompa da eventuali danni, ma permette di allertare l’operatore in caso di potenziali problemi, consentendo di eseguire le regolazioni necessarie prima di dover procedere all’arresto della macchina