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Misura di livello criogenica: serbatoi di LNG, azoto liquido e ossigeno liquido
La misura di livello criogenica richiede un'installazione con caratteristiche nominali specifiche per l'impiego. Radar, radar a onde guidate, strumenti capacitivi, pressione differenziale e sistemi servoassistiti possono essere adatti a particolari applicazioni criogeniche, ma un normale modello per temperatura ambiente non diventa idoneo aggiungendo isolamento o un tubo verticale. Prima di valutare il segnale, verificare tutti i componenti che contengono il processo, i materiali, la configurazione meccanica e i limiti operativi.
LNG, azoto e ossigeno sono servizi diversi
| Servizio | Problema di misurazione | Problema di sicurezza o di progettazione |
|---|---|---|
| Stoccaggio LNG | Eco superficiale debole, variazioni di composizione e calcolo delle scorte | Rilasci di sostanze infiammabili, dispersione del vapore freddo e prevenzione del troppo pieno |
| Azoto liquido | Riflessione debole e variazione di pressione o densità | Riduzione dell'ossigeno nell'ambiente e aumento di pressione dovuto alla vaporizzazione |
| Ossigeno liquido | Riflessione debole e attrezzatura fredda | Materiali compatibili con l'ossigeno, pulizia e pericoli di accensione |
| Serbatoi mobili o marini | Variazioni della geometria e movimento | Installazione approvata, carichi meccanici ed eventuali correzioni per assetto longitudinale e sbandamento |
Questi servizi non possono condividere una raccomandazione generica di spurgo o riscaldamento. Il servizio con ossigeno impone requisiti specifici di pulizia e materiali, mentre un'installazione di gas infiammabile ha i propri vincoli elettrici e di processo. Il progettista del serbatoio e il team tecnico responsabile devono approvare le modifiche.
Gli echi deboli necessitano di una valutazione specifica per l'applicazione
Molti liquidi criogenici hanno una bassa permittività relativa e restituiscono meno energia dei comuni liquidi acquosi. Il segnale utilizzabile dipende da liquido, temperatura, frequenza, antenna, campo di misura e geometria. Una tabella di valori dielettrici statici non dimostra né che ogni radar funzioni né che tutti i liquidi criogenici siano impossibili da misurare.
Un tubo di calma adatto può far parte di un sistema di misurazione del livello progettato. Non è universalmente obbligatorio e deve soddisfare i requisiti dello strumento in termini di diametro, aperture, allineamento e contrazione termica. Un tubo non idoneo può creare riflessioni o impedire uno scambio di liquidi rappresentativo.
Il radar a onda guidata concentra il segnale lungo una sonda ma introduce il contatto con il prodotto, i carichi della sonda e le limitazioni della zona di misurazione. Dovrebbe essere presa in considerazione solo una versione adatta al servizio criogenico completo; la normale costruzione della sonda non è una prova sufficiente.
Confrontare le tecnologie senza dare per scontato che una sia sempre preferita
| Principio | Cosa verificare |
|---|---|
| Radar a spazio libero | Assieme di processo per impiego criogenico, margine dell'eco e geometria di installazione |
| Radar a onde guidate | Campo di temperatura approvato, configurazione della sonda, contrazione e prestazioni con echi deboli |
| Pressione differenziale | Riferimento di pressione, modello di densità, configurazione delle tubazioni o dei separatori ed effetti termici |
| Misura capacitiva | Costruzione della sonda, variazione dielettrica e compensazione richiesta |
| Sistema servoassistito o galleggiante | Ruolo approvato di misurazione del livello, componenti mobili e disposizioni di manutenzione |
Il principio di misura non determina una graduatoria universale di accuratezza o prezzo. Gli strumenti DP possono avere uscite digitali e la sola presenza di un'interfaccia digitale non giustifica il passaggio da DP a radar. Scegliere la tecnologia in base a serbatoio, grandezza misurata, strategia di manutenzione e approvazioni richieste.
Progettazione termica, isolamento e ghiacciatura
Individuare la temperatura minima di processo e quelle previste su tenuta, attacco, prolunga ed elettronica. La contrazione termica può sollecitare sonde, supporti e giunti dei componenti di contenimento della pressione. Isolamento e barriere al vapore devono rispettare il progetto del serbatoio e le condizioni di installazione del fabbricante dello strumento.
La brina esterna non dimostra che l'antenna sia ostruita, né esiste uno spessore universale di brina che permetta di prevedere un guasto. Confrontare il segnale e ispezionare l'installazione secondo la procedura di manutenzione approvata. L'ingresso di umidità o un ponte termico indesiderato possono richiedere una correzione progettuale anziché sbrinamenti ripetuti.
Non aggiungere aria secca, azoto, riscaldatori o elementi di taglio termico come rimedio generico sul campo. Occorre valutare purezza del gas, compatibilità con l'ossigeno, infiammabilità, contaminazione, pressione e apporto di calore. Un sistema di riscaldamento o spurgo può introdurre un nuovo pericolo e non può aumentare il limite nominale di temperatura di uno strumento non approvato.
Scorte, densità e stratificazione
Il radar fornisce il livello, convertibile in volume mediante i dati di capacità del serbatoio. Per determinare la massa serve una densità rappresentativa, che può variare con la composizione e la temperatura del LNG. Anche il calcolo del livello tramite DP dipende dalla densità e dalla configurazione del riferimento di pressione.
La gestione della stratificazione del LNG e del fenomeno di rimescolamento degli strati detto rollover richiede più della sola lettura del livello superficiale. Adottare la strategia di monitoraggio e di esercizio approvata per l’impianto, comprese le informazioni necessarie su temperatura, densità o composizione. Un solo strumento di livello non determina il profilo di densità e non dimostra l’assenza del rischio di rollover.
Per i serbatoi navali, il sistema di misura può dover tenere conto di assetto longitudinale, sbandamento e movimento. Convalidare i calcoli con la geometria approvata del serbatoio e il progetto del sistema, senza affidare questo compito a un semplice sensore di distanza autonomo.
Sicurezza e messa in servizio
I vapori freddi di LNG possono inizialmente essere più densi dell’aria e diffondersi vicino al suolo; non presumere che salgano immediatamente. I rilasci di azoto possono spostare l’ossigeno, mentre quelli di ossigeno possono arricchire l’atmosfera di questo gas e aumentare notevolmente il rischio di combustione. Anche le superfici fredde e il liquido intrappolato richiedono misure di controllo specifiche.
Soltanto personale qualificato deve intervenire sugli attacchi criogenici, seguendo le procedure dello stabilimento per isolamento, depressurizzazione e permessi di lavoro. Non aprire, riscaldare o sbrinare meccanicamente un attacco in pressione basandosi sull'indicazione dello strumento. Le apparecchiature per ossigeno devono mantenere il grado di pulizia specificato durante l'installazione e l'esercizio.
Prima dell'accettazione, verificare limiti nominali del modello, altezza di riferimento, conversione del livello in quantità nel serbatoio, campo utilizzabile, diagnostica e funzioni indipendenti di allarme o protezione richieste. Conservare le evidenze della messa in servizio e definire un metodo sicuro di verifica per la manutenzione successiva.
Per una richiesta criogenica, fornire la composizione del fluido, l'inviluppo di temperatura-pressione, il disegno del serbatoio di processo, il ruolo di misurazione richiesto e le approvazioni applicabili. La compatibilità criogenica deve essere confermata per l'esatta configurazione offerta prima dell'acquisto.
Domande frequenti
Il radar può misurare il LNG o l'azoto liquido?
Sistemi con caratteristiche nominali specifiche possono misurare in determinate applicazioni criogeniche. Verificare l'assieme di processo e le prestazioni dell'eco per il liquido effettivo, il serbatoio e il campo operativo.
È sempre necessario un tubo di calma?
No. Il suo utilizzo dipende dal progetto della misura di livello. Se specificato, le sue dimensioni, aperture, allineamento e comportamento termico devono seguire i requisiti del sistema selezionato.
Si può adattare un radar per temperatura ambiente con un bocchello più lungo?
Non in sostituzione dell'approvazione criogenica. Un'estensione non stabilisce l'idoneità delle guarnizioni, dei materiali o dell'insieme contenente la pressione alle basse temperature.
Lo spurgo con azoto è una soluzione standard sicura per ogni serbatoio criogenico?
No. Qualsiasi spurgo deve essere approvato per le condizioni di fluido, pulizia, pressione e pericolo. I servizi di ossigeno e LNG non possono essere trattati come intercambiabili.
Il vapore del LNG sale sempre?
No. Il vapore inizialmente freddo può essere più denso dell'aria e diffondersi vicino al suolo. Attenersi alle misure previste dall'impianto per la dispersione dei gas e la risposta alle emergenze.
Il solo livello può rilevare la stratificazione del LNG?
No. Il livello superficiale non rivela il profilo interno di densità. Seguire la strategia approvata per temperatura, densità, composizione e gestione del rischio di rimescolamento degli strati di LNG, detto rollover.
Riferimenti tecnici
- Berkeley Lab: manipolazione sicura dei liquidi criogenici
- NIST: programma di sicurezza per i liquidi criogenici
- PHMSA: proprietà e pericoli del LNG
Applicazioni correlate
Misura di livello nei serbatoi petroliferi: scorte, transazioni commerciali e prevenzione del troppo pieno sono tre funzioni distinte | Misura di livello ad alta temperatura: soluzioni da 150 °C a 450 °C
