IT202000017122A1 - Dispositivo e metodo di misura di un livello di liquido in una apparecchiatura - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
del brevetto per Invenzione Industriale dal titolo:
?DISPOSITIVO E METODO DI MISURA DI UN LIVELLO DI LIQUIDO IN UNA APPARECCHIATURA?
La presente invenzione ? relativa ad un dispositivo e un metodo di misura di un livello di liquido in una apparecchiatura, in particolare una apparecchiatura in pressione e ancora pi? in particolare in una apparecchiatura di un impianto urea.
L?invenzione trova una preferita applicazione, in particolare, in apparecchiature facenti parte di una sezione ad alta pressione di un impianto di produzione di urea (impianto urea), quali un reattore di sintesi urea, uno stripper di alta pressione, un separatore di carbammato di alta pressione, eccetera.
La misura del livello di un fluido in apparecchiature ad alta pressione per la produzione di urea viene tipicamente effettuata con strumenti di tipo nucleonico (radioattivo) o di tipo radar.
Il principio di funzionamento degli strumenti di tipo nucleonico ? basato sulla misura delle radiazioni emesse da una sorgente nucleare e che non vengono assorbite dal fluido del quale si vuole misurare il livello nelle apparecchiature.
Tipicamente uno strumento di tipo nucleonico presenta un?unit? emittente (sorgente), installata all?interno di un apposito contenitore (cosiddetto ?drywell?) alloggiato dentro l?apparecchiatura di cui si deve misurare il livello e costituita da un filo o da una serie di cariche puntiformi distribuite longitudinalmente in modo da emettere radiazioni lungo tutta la lunghezza del campo di misura; e un?unit? ricevente installata esternamente all?apparecchiatura e costituita generalmente da uno o pi? ricevitori (?detector?).
Gli strumenti radioattivi forniscono in generale soddisfacenti prestazioni in termini di affidabilit? e risoluzione (intesa come la minima variazione apprezzabile della grandezza in esame attraverso tutto il campo di misura).
Tuttavia, la misura effettuata con tali strumenti ? fortemente influenzata, data la posizione della sorgente e dei ricevitori, dagli spessori di parete dell?apparecchiatura (nell?applicazione specifica le apparecchiature di alta pressione di un impianto urea, come in generale le apparecchiature operanti ad alta pressione, necessitano di spessori di parete relativamente elevati), e dalla geometria dell?apparecchiatura.
Pertanto, quando l?apparecchiatura ha pareti di spessore elevato e/o geometria complessa si ottiene una misura con scarsa risoluzione. Questo ? il caso, per esempio, di uno stripper di un impianto urea nella sezione ad alta pressione (cio? l?apparecchiatura di una sezione ad alta pressione dell?impianto urea collocata a valle del reattore di sintesi urea e in cui si decompone il carbammato), che tipicamente ha una forma complessa (in particolare, una porzione di fondo cilindrica che si protende inferiormente da una calotta emisferica) proprio sul fondo dell?apparecchiatura, dove si raccoglie il liquido da misurare.
A causa della complessit? geometrica e precisamente delle variazioni di diametro sul fondo dell?apparecchiatura, nonch? anche dell?elevato spessore delle pareti in acciaio dell?apparecchiatura, la risoluzione di misura ? molto scarsa proprio nella zona di basso livello, ovvero dove il livello di liquido viene normalmente mantenuto durante la marcia dell?impianto e che necessita di misurazione.
Altre problematiche tecniche e svantaggi dei misuratori radioattivi sono determinate da:
- necessit? di sorgenti radioattive di grande attivit? a causa dell?elevato spessore delle apparecchiature e della geometria complessa;
- necessit? di confinare le cariche radioattive per garantire un adeguato livello di sicurezza degli operatori;
- necessit? da parte dell?utilizzatore di adempiere agli obblighi di legge in vigore per l?importazione, la gestione e lo smaltimento delle cariche radioattive.
In alternativa alla misura con strumenti di tipo nucleonico (radioattivo), ? noto impiegare misuratori di livello basati su tecnologia radar.
Questo tipo di misura viene effettuato inviando all?interno del liquido di cui si vuole conoscere il livello degli impulsi a microonde generati da un trasmettitore. Quando l?impulso a microonde raggiunge la fase liquida avente costante dielettrica differente rispetto alla fase gassosa, parte dell?impulso viene riflesso ad un ricevitore. La differenza di tempo di percorrenza tra l?impulso trasmesso e quello riflesso viene convertita in distanza, con la quale viene calcolato successivamente il livello di liquido.
L?intensit? della riflessione dipende dalla costante dielettrica del liquido di cui si deve misurare il livello: maggiore ? il valore della costante dielettrica, pi? intensa ? la riflessione.
Tipicamente la soluzione sviluppata per apparecchiature urea ad alta pressione prevede l?uso di un tubo (detto ?standpipe?) connesso ad un?estremit? con il trasmettitore di microonde e avente l?altra estremit? immersa nel liquido il cui livello si vuole misurare e che penetra all?interno del tubo. Tale tubo ha la funzione di guidare le microonde emesse dal trasmettitore (?Guided Wave Radar?) all?interno del fluido di processo.
Una soluzione di questo tipo ? mostrata per esempio in WO2013/036108A1.
Tuttavia, le configurazioni del tipo ora descritto (con guida d?onda definita da uno standpipe, cio? un tubo cavo) presentano ulteriori problematiche, in particolare:
- difficile rilevazione dell?impulso riflesso che determina la misura del livello del fluido di processo all?interno del volume confinato dello standpipe, soprattutto quando le condizioni di processo sono supercritiche, ovvero i fluidi hanno propriet? intermedie tra quelle del gas e del liquido (come per esempio nel caso di un reattore urea) e quindi una bassa differenziazione della costante dielettrica delle fasi;
- difficile individuazione del pelo libero del liquido all?interno del volume confinato dello standpipe, accentuata dalle condizioni turbolente ad esempio durante la reazione chimica di sintesi dell?urea;
- insorgere, all?interno dello standpipe, di fenomeni di cristallizzazione della fase liquida e di corrosione tipici dell?ambiente urea ad alta pressione;
- ritardo e discrepanza nella misura quando la variazione di volume ? repentina a causa della ridotta area di comunicazione tra l?interno e l?esterno dello standpipe;
- complessa realizzazione del sistema di tenuta in quanto l?antenna di trasmissione delle microonde si trova a diretto contatto con l?ambiente di processo, caratterizzato da alte temperature e pressioni ed elevata aggressivit? chimica.
Per superare almeno in parte questi problemi, sono disponibili sul mercato sistemi in cui il segnale radar viene trasmesso attraverso una guida d?onda in forma di asta solida allungata (e non di tubo internamente cavo), con l?estremit? inferiore immersa nel liquido.
Un esempio ? descritto in WO2019/096623A1.
Tuttavia, l?uso di un?asta solida come guida d?onda presenta alcuni inconvenienti.
In primo luogo, dato che la misura di livello viene effettuata in condizioni dinamiche, ovvero una certa quantit? di liquido entra ed esce continuamente dall?apparecchiatura, la misura risente del fatto che del liquido, che scorre dall?alto verso il basso nell?apparecchiatura (come ad esempio nel caso dello stripper di alta pressione dell?impianto urea) cade sulla guida d?onda, alterando il segnale in transito lungo la guida d?onda e quindi l?accuratezza della misura.
Inoltre, l?uso di guide d?onda piene immerse nel liquido di processo comporta una certa dispersione del segnale di misura e del segnale riflesso nell?ambiente circostante.
? uno scopo della presente invenzione quello di fornire un dispositivo e un metodo di misura di un livello di liquido in una apparecchiatura in pressione, in particolare una apparecchiatura di un impianto urea, che siano sostanzialmente privi degli inconvenienti qui evidenziati della tecnica nota; in particolare, ? uno scopo del trovato quello di fornire un dispositivo e un metodo di misura che consentano di impiegare uno strumento radar (evitando quindi l?uso di cariche radioattive) e che assicurino al contempo un?elevata risoluzione e accuratezza di misura del livello.
La presente invenzione ? dunque relativa a un dispositivo e a un metodo di misura di un livello di liquido in una apparecchiatura in pressione, in particolare una apparecchiatura di un impianto urea, come definiti in termini essenziali nelle annesse rivendicazioni 1 e, rispettivamente, 16.
L?invenzione ? anche relativa a una apparecchiatura in pressione, in particolare una apparecchiatura di un impianto urea, come definita nella rivendicazione 14.
Caratteri addizionali preferiti dell?invenzione sono indicati nelle rivendicazioni dipendenti.
Il dispositivo di misura dell?invenzione consente di risolvere i problemi tecnici delle soluzioni tradizionali, permettendo una misura affidabile e accurata del livello di fluidi di processo in apparecchiature urea ad alta pressione.
Il dispositivo dell?invenzione impiega uno strumento di tipo radar e una sonda operante come guida d?onda per guidare le microonde nel liquido di processo: la sonda ? in forma di asta piena (e non cava come nei sistemi con ?standpipe?) ed ? associata ad una speciale copertura di confinamento che copre e protegge la sonda dal liquido di processo.
In questo modo, la misura ? sempre accurata e affidabile, anche in condizioni dinamiche (ovvero anche se una certa quantit? di liquido entra ed esce continuamente dall?apparecchiatura investendo direttamente la sonda di misura): infatti, la copertura, realizzata in materiale adeguato alle condizioni di processo, protegge la sonda (guida d?onda che trasmette le microonde) dal liquido che scorre dall?alto verso il basso, evitando che il contatto con il liquido in caduta alteri la misura.
Inoltre, la copertura, realizzata anch?essa di materiale conducibile (come la sonda) ed elettricamente connessa alla sonda, serve anche a minimizzare la dispersione del segnale di misura e del segnale riflesso nell?ambiente circostante, garantendo un significativo miglioramento della misura.
Al contempo, il dispositivo dell?invenzione non risente di eventuali cambiamenti rapidi del livello del liquido da misurare o di turbolenze dovute alla generazione di vapori, in quanto la misura ? effettuata in un ambiente aperto e non in uno spazio confinato come nell?applicazione con standpipe.
Il dispositivo e il metodo di misura in accordo all?invenzione permettono quindi di eseguire una misura di livello che:
- ? diretta e non necessita di compensazione al variare delle condizioni di processo (ovvero, densit?, conduttivit?, temperatura e pressione);
- ? indipendente dalla geometria dell?apparecchiatura; - avviene in assenza di cariche radioattive e quindi senza tutti i problemi connessi all?uso di cariche radioattive;
- presenta un sistema di tenuta semplice ed affidabile; - ? affidabile anche in condizioni turbolente, in fasi supercritiche e con un fluido di processo aggressivo e tendente a cristallizzare.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione che segue di un suo esempio non limitativo di attuazione, con riferimento alle figure dei disegni annessi, in cui:
? la figura 1 ? una vista schematica in sezione longitudinale di una parte di estremit? inferiore di una apparecchiatura in pressione, precisamente uno stripper di alta pressione di un impianto urea, dotata di un dispositivo di misura del livello di liquido in accordo all?invenzione;
? la figura 2 mostra una variante del dispositivo di misura della figura 1;
? la figura 3 mostra una ulteriore variante del dispositivo di misura della figura 1;
? la figura 4 mostra un dettaglio in sezione trasversale, secondo il piano di traccia IV-IV nelle figure 1, 2 e 3, del dispositivo dell?invenzione;
? la figura 5 mostra una ulteriore forma di attuazione del dispositivo di misura dell?invenzione;
? la figura 6 mostra un dettaglio in sezione trasversale secondo il piano di traccia VI-VI in figura 5;
? la figura 7 mostra un dettaglio in scala ingrandita del dispositivo di misura di figura 5.
In figura 1 ? mostrata una apparecchiatura 1 in pressione, precisamente uno stripper di alta pressione di un impianto urea, della quale ? illustrata solo una parte 2 di estremit? inferiore.
L?apparecchiatura 1 ? dotata di un dispositivo di misura 3 del livello di liquido, per misurare il livello di un liquido di processo che si raccoglie nella parte 2 inferiore dell?apparecchiatura 1, dove il liquido raggiunge un pelo libero H (che si assume, qui e nel seguito, sostanzialmente orizzontale in assenza di turbolenza).
Sebbene nell?esempio qui descritto e illustrato l?apparecchiatura 1 sia uno stripper, il dispositivo di misura 3 dell?invenzione trova applicazione anche in altre apparecchiature, per esempio (ma non necessariamente) in altre apparecchiature della sezione di alta pressione di un impianto urea, quali in particolare un reattore di sintesi urea, un separatore di carbammato, un condensatore di carbammato. Resta pure inteso che il dispositivo di misura 3 dell?invenzione pu? essere impiegato non solo su apparecchiature della sezione di alta pressione, ma anche su apparecchiature di altre sezioni dell?impianto urea.
In generale, il dispositivo di misura 3 dell?invenzione pu? essere impiegato in apparecchiature diverse, anche al di fuori del settore della produzione di urea.
L?apparecchiatura 1 si estende lungo un asse A longitudinale (generalmente verticale in uso) e comprende un involucro 4 avente una parete 5 laterale, posta attorno all?asse A, e delimitante una camera di processo 6 interna.
L?involucro 4 comprende, a partire da una estremit? 7 inferiore dell?apparecchiatura 1: una porzione 8 terminale sostanzialmente cilindrica, chiusa da una parete 9 di fondo, posta all?estremit? 7; una porzione 10 intermedia a calotta (per esempio sostanzialmente emisferica), posta sopra la porzione 8 terminale; e una porzione 11 principale sostanzialmente cilindrica, posta sopra la porzione 10 intermedia e avente diametro ID1 maggiore del diametro ID2 della porzione 8 terminale.
Nel normale funzionamento dell?apparecchiatura 1, l?involucro 4 contiene, in particolare nella parte 2 di estremit? inferiore, una certa quantit? di un liquido di processo, che nel caso di specie (stripper di alta pressione di un impianto urea) scorre dall?alto verso il basso nell?apparecchiatura 1 e si raccoglie nella camera di processo 6 raggiungendo un livello definito dal pelo libero H; il livello del liquido di processo nell?apparecchiatura 1 ? variabile durante il funzionamento dell?apparecchiatura 1, da cui l?esigenza di misurare tale livello e monitorarne l?andamento nel tempo.
La porzione 8 terminale ? dotata di un condotto di uscita 12, collocato per esempio attraverso la parete 5 laterale dell?involucro 4 e piegato a gomito verso la parete 9 di fondo.
Il dispositivo di misura 3 comprende: uno strumento radar 18 avente un emettitore di microonde e un ricevitore di microonde, in particolare in grado di emettere/ricevere microonde con frequenza compresa tra 100 MHz e 1.5 GHz; una sonda 19 guida d?onda per la trasmissione di microonde; una copertura 20 di confinamento associata alla sonda 19 e che serve per proteggere la sonda 19 da liquido di processo in caduta nell?apparecchiatura 1 e minimizzare dispersioni di segnale dalla sonda 19.
Lo strumento radar 18 ? collocato all?esterno dell?involucro 4 ed ? affacciato e collegato a un bocchello 21 che penetra nell?involucro 4 attraverso la parete 5 laterale ed ? fissato all?involucro 4, per esempio, tramite un accoppiamento flangiato (noto e non illustrato). Lo strumento radar 18 ? collegato e fissato al bocchello 21 tramite un connettore 22.
Lo strumento radar 18 e il relativo bocchello 21 possono essere collocati a livelli diversi sull?apparecchiatura 1.
In generale, lo strumento radar 18 ? collocato sull?apparecchiatura 1 a un livello, misurato parallelamente all?asse A, superiore al livello massimo del liquido di processo da misurare nell?apparecchiatura 1.
Nell?esempio mostrato in figura 1, lo strumento radar 18 e il bocchello 21 sono collocati sulla porzione 11 principale (cilindrica). In alternativa, anche a seconda delle dimensioni effettive dell?apparecchiatura 1, lo strumento radar 18 e il bocchello 21 sono collocati sulla porzione 10 intermedia (a calotta).
Il bocchello 21 ? disposto sostanzialmente trasversale all?asse A attraverso la parete 5 laterale. Nella forma di attuazione di figura 1, ma non necessariamente, il bocchello 21 ? sostanzialmente perpendicolare all?asse A e sostanzialmente orizzontale.
Vantaggiosamente, lo strumento radar 18 integra sia un emettitore sia un ricevitore, collocati nello stesso strumento radar 18.
La sonda 19 entra lateralmente nell?apparecchiatura 1 e in particolare all?interno della camera di processo 6 attraverso il bocchello 21 e si estende tra due estremit? 24, 25 opposte e precisamente: una estremit? 24 prossimale, collegata allo strumento radar 18, e una estremit? 25 distale, collocata dentro la camera di processo 6 in prossimit? della parete 9 di fondo in modo da essere immersa in uso nel liquido di processo.
L?estremit? 24 prossimale della sonda 19 ? accoppiata allo strumento radar 18 tramite il connettore 22, che funge anche da organo di tenuta attorno alla sonda 19.
La sonda 19 ha un corpo ad asta 26 pieno, realizzato, interamente o almeno in tutta la sua parte destinata, in uso, ad essere sommersa nel liquido di processo, in un materiale conducibile, in particolare un materiale metallico, in grado di trasmettere lungo il corpo ad asta 26 le microonde generate dallo strumento radar 18 e riflesse verso lo strumento radar 18.
Il corpo ad asta 26 della sonda 19 ? realizzato in un materiale idoneo all?uso nelle condizioni di processo in cui il dispositivo di misura 3 viene impiegato, cio? a seconda dell?apparecchiatura 1 in cui il dispositivo di misura 3 ? montato. Ad esempio, nel caso qui descritto a titolo esemplificativo, il corpo ad asta 26 ? realizzato in un materiale adatto a resistere alle condizioni tipiche di un ambiente urea, ad esempio acciaio inossidabile (tipo 316L urea-grade), titanio, zirconio, acciaio duplex o super duplex, preferibilmente con composizione 25Cr/22Ni/2Mo.
Il corpo ad asta 26 si estende lungo un profilo longitudinale che pu? avere varie forme e diversa lunghezza, anche a seconda delle dimensioni e tipologia dell?apparecchiatura 1.
In generale, la sonda 19 (cio? il suo corpo ad asta 26) comprende una porzione 27 di connessione superiore, che si estende dall?estremit? 24 prossimale (collegata allo strumento radar 18) e penetra nell?apparecchiatura 1 attraverso il bocchello 21; e una porzione 28 di misura inferiore, che in uso ? almeno parzialmente immersa nel liquido di processo e termina con l?estremit? 25 distale.
La porzione 27 di connessione e la porzione 28 di misura possono essere variamente orientate e disposte una rispetto all?altra.
Per esempio, nella forma di attuazione della figura 1, il corpo ad asta 26 della sonda 19 segue un profilo longitudinale a forma di L: la porzione 27 di connessione e la porzione 28 di misura sono rettilinee e sostanzialmente ortogonali una all?altra e unite da una porzione 29 di raccordo arrotondata; la porzione 27 di connessione si estende radialmente nell?apparecchiatura 1 sostanzialmente ortogonale all?asse A, e la porzione 28 di misura si estende parallela all?asse A.
In questa configurazione, la porzione 28 di misura (definente la parte della sonda 19 immersa nel liquido di processo) ? immersa nel liquido di processo in direzione assiale, cio? si estende parallela all?asse A (verticale) dell?apparecchiatura 1 e perpendicolare al pelo libero H del liquido di processo (inteso, come gi? indicato sopra, in assenza di turbolenza).
Il corpo ad asta 26 pu? avere sezione trasversale di forma diversa, per esempio circolare (come mostrato in figura 4) o a forma di poligono regolare (quadrato, esagono, eccetera).
Preferibilmente, il corpo ad asta 26 ha sezione trasversale costante lungo l?intera lunghezza del corpo ad asta 26.
Ad esempio, il corpo ad asta 26 ha sezione trasversale circolare e un diametro compreso tra 5 mm e 30 mm (preferibilmente intorno a 20 mm).
La sonda 19 ? supportata meccanicamente dal connettore 22 e/o da elementi di supporto (noti e non illustrati), per esempio collocati nel bocchello 21 e/o sulla parete 5.
Con riferimento alle figure 1 e 4, la copertura 20 ? collocata attorno alla sonda 19 e in particolare attorno al corpo ad asta 26 della sonda 19 e si estende lungo la sonda 19 seguendone il profilo longitudinale, di cui replica la forma.
La copertura 20 circonda all?esterno la sonda 19 ed ? spaziata radialmente da una superficie 31 laterale del corpo ad asta 26.
La copertura 20 ha una sezione trasversale aperta longitudinalmente in modo da circondare angolarmente la sonda 19 solo parzialmente. In altri termini, la copertura 20 ? aperta attorno alla sonda 19 e non ? chiusa ad anello attorno alla sonda 19, lasciando un?apertura 32 longitudinale affacciata alla superficie 31 laterale del corpo ad asta 26.
In questo modo, si evita la formazione di zone di stagnazione di liquido e si permette il passaggio della fase gassosa presente nell?apparecchiatura 1.
L?apertura 32 ? delimitata lateralmente da una coppia di bordi 33 longitudinali opposti della copertura 20, affacciati e paralleli uno all?altro (figura 4).
La copertura 20 presenta una superficie 34 laterale interna concava affacciata alla superficie 31 laterale del corpo ad asta 26 della sonda 19, e una superficie 35 laterale esterna convessa, opposta alla superficie 34 laterale interna concava.
Preferibilmente, la copertura 20 si estende attorno alla sonda 19 per un?estensione angolare di almeno 120? e inferiore a 360?, indicativamente compresa tra 150? e 250?.
Per esempio, la copertura 20 ha una sezione trasversale a forma di arco di cerchio o di arco di ellisse, parabola, altra conica.
Nella forma di attuazione mostrata in figura 1, la copertura 20 si estende dall?estremit? 24 prossimale della sonda 19, dove la copertura 20 ? collegata al bocchello 21, fino all?estremit? 25 distale, dove la sonda 19 sporge opzionalmente fuori dalla copertura 20 con un breve tratto di estremit?.
Resta inteso che la copertura 20 pu? estendersi su una lunghezza differente della sonda 19.
La copertura 20 ? collocata in modo che la superficie 34 laterale interna sia affacciata alla superficie 31 laterale della sonda 19.
La copertura 20 ? collocata al di sopra della sonda 19 in modo da coprire interamente la proiezione verticale della sonda 19, intesa come proiezione della sonda 19 su un piano orizzontale parallelo al pelo libero H del liquido di processo e perpendicolare all?asse A.
In particolare, la copertura 20 ? collocata al di sopra della porzione 27 di connessione e della porzione 29 di raccordo, in modo da proteggere la sonda 19 dal liquido di processo che scorre nell?apparecchiatura 1 dall?alto verso il basso; ed ? collocata a fianco della porzione 28 di misura.
Anche la copertura 20 ? realizzata in un materiale idoneo all?uso nelle condizioni di processo dell?apparecchiatura 1.
In particolare, la copertura 20 ? realizzata in un materiale conduttivo, in particolare un materiale metallico, preferibilmente un materiale dello stesso tipo, o lo stesso materiale, della sonda 19.
La copertura 20 ? collegata meccanicamente ed elettricamente alla sonda 19 mediante tiranti 37 che si estendono per esempio radialmente tra la superficie 34 laterale interna della copertura 20 e la superficie 31 laterale della sonda.
I tiranti 37 sono collocati per esempio alle estremit? 24, 25 e/o spaziati lungo la copertura 20.
I tiranti 37, oltre a supportare meccanicamente la copertura 20 mantenendola in posizione rispetto alla sonda 19, realizzano anche la connessione elettrica tra la copertura 20 e la sonda 19.
Opportunamente, i tiranti 37 sono realizzati con lo stesso materiale (o un materiale dello stesso tipo), in particolare un materiale metallico, della copertura 20 (e/o della sonda 19).
In uso, il dispositivo di misura 3 opera in attuazione del metodo di misura dell?invenzione come segue.
L?emettitore dello strumento radar 18 emette impulsi a microonde che viaggiano sulla sonda 19 attraverso il corpo ad asta 26 fino a raggiungere il liquido di processo contenuto nell?apparecchiatura 1. L?impulso a microonde viene riflesso quando raggiunge l?interfaccia tra la fase liquida e la fase gassosa (cio? il pelo libero H), aventi costante dielettrica differente. L?impulso riflesso viene a sua volta trasmesso dalla sonda 19 fino al ricevitore dello strumento radar 18.
Il livello di liquido contenuto nell?apparecchiatura 1 ? calcolato convertendo la differenza di tempo di percorrenza delle onde trasmesse e riflesse in distanza, in particolare tramite TDR (Time Domain Reflectometry). Il calcolo ? per esempio eseguito da una unit? di elaborazione, integrata nello strumento radar o collegata ad esso.
Nella forma di attuazione della figura 2, in cui i dettagli simili o uguali a quelli gi? descritti sono indicati con i medesimi numeri, la sonda 19 entra ancora lateralmente nell?apparecchiatura 1, in particolare attraverso il bocchello 21. La sonda 19 comprende ancora una porzione 27 di connessione superiore e una porzione 28 di misura inferiore, rettilinee e unite da una porzione 29 di raccordo arrotondata.
La porzione 27 di connessione si estende radialmente nell?apparecchiatura 1 e sostanzialmente ortogonale all?asse A; mentre la porzione 28 di misura ? inclinata rispetto all?asse A e al pelo libero H del liquido di processo (e non parallela all?asse A e perpendicolare al pelo libero H, come descritto in precedenza con riferimento alla figura 1). La porzione 28 di misura e la porzione 27 di connessione sono inclinate una rispetto all?altra di un angolo maggiore di 90?, preferibilmente compreso tra 120? e 180?.
In questa configurazione, quindi, la porzione 28 di misura ? immersa inclinata nel liquido di processo: la parte della sonda 19 immersa nel liquido di processo si estende obliqua rispetto all?asse A dell?apparecchiatura 1 e al pelo libero H del liquido di processo.
Anche in questa forma di attuazione, come gi? descritto con riferimento alla figura 1, la sonda 19 ? associata a una copertura 20 che ricopre la sonda 19.
Anche in questo caso, la copertura 20 ? collocata al di sopra della sonda 19 in modo da coprire la proiezione verticale della sonda 19.
In particolare, la copertura 20 ? collocata al di sopra della porzione 27 di connessione, della porzione 29 di raccordo e anche della porzione 28 di misura inclinata, in modo da proteggere tutta la sonda 19 dal liquido di processo che scorre nell?apparecchiatura 1 dall?alto verso il basso. Tutta la superficie 35 laterale esterna della copertura 20 ? rivolta verso l?alto (per quanto in parte inclinata) e l?intera apertura 32 ? rivolta verso il basso (in parte inclinata).
Nell?ulteriore forma di attuazione di figura 3, nella quale i dettagli simili o uguali a quelli gi? descritti sono indicati con i medesimi numeri, il bocchello 21 ? sempre disposto attraverso la parete 5 laterale dell?involucro 4, ma anzich? essere perpendicolare all?asse A ? inclinato rispetto all?asse A e alla parete 5 laterale.
In questo caso, la sonda 19 ? completamente diritta, cio? ha un corpo ad asta 26 interamente rettilineo, ed ? allineata al bocchello 21. La sonda 19 si estende quindi lungo un asse rettilineo inclinato rispetto all?asse A.
La porzione 27 di connessione e la porzione 28 di misura sono allineate una all?altra lungo un asse comune rettilineo inclinato rispetto all?asse A e al pelo libero H del liquido di processo.
Anche la copertura 20 si estende di conseguenza parallela alla sonda 19 e rettilinea, con la superficie 35 laterale esterna inclinata parallelamente alla sonda 19 e rivolta verso l?alto.
Per esempio, la sonda 19 ? inclinata di un angolo compreso tra 30? e 60? rispetto all?asse A.
Nella forma di attuazione di figura 5, nella quale i dettagli simili o uguali a quelli gi? descritti sono indicati con i medesimi numeri, la sonda 19 ? inserita nell?apparecchiatura 1 attraverso la parete 9 di fondo.
Il bocchello 21 ? quindi collocato attraverso la parete 9 di fondo e lo strumento radar 18 ? disposto al di sotto del bocchello 21 e dell?apparecchiatura 1.
La sonda 19 si estende sempre dallo strumento radar 18, a cui ? collegata tramite l?estremit? 24 prossimale.
In questo caso, la sonda 19 ha un profilo ripiegato a 180? e il corpo ad asta 26 della sonda 19 ha un profilo longitudinale a forma di U.
In particolare, la sonda 19 comprende una porzione 27 di connessione, che si estende dall?estremit? 24 prossimale collegata allo strumento radar 18 e penetra nell?apparecchiatura 1 attraverso il bocchello 21, e una porzione 28 di misura, che in uso ? almeno parzialmente immersa nel liquido di processo e termina con l?estremit? 25 distale.
La porzione 27 di connessione e la porzione 28 di misura sono rettilinee e sostanzialmente parallele una all?altra e all?asse A e sono unite da una porzione 29 di raccordo piegata a U.
Anche in questa configurazione la porzione 28 di misura (che ? immersa nel liquido di processo) si estende parallela all?asse A (verticale) dell?apparecchiatura 1 e perpendicolare al pelo libero H del liquido di processo.
Con riferimento anche alle figure 6-7, la sonda 19 ? parzialmente ricoperta da una guaina 40 di rivestimento, disposta attorno al corpo ad asta 26 della sonda 19 sulla superficie 31 laterale della sonda 19.
La guaina 40, opzionalmente fatta da pi? pezzi uniti tra loro, ha una sezione trasversale chiusa attorno al corpo ad asta 26 e riveste la superficie 31 laterale della sonda 19, essendo in contatto con essa.
La guaina 40 si estende a rivestire in particolare la porzione 27 di connessione e la porzione 29 di raccordo piegata a U. La guaina 40 lascia invece scoperta almeno una parte della porzione 28 di misura in modo che essa sia esposta al liquido di processo.
La guaina 40 ha lo scopo di isolare il corpo ad asta 26 della sonda 19 dall?ambiente di processo nella porzione 27 di connessione ed ? pertanto realizzata in materiale elettricamente isolante e in grado di resistere alle condizioni di processo (in particolare le condizioni di un ambiente urea), come materiali ceramici oppure materiali polimerici quali PTFE o PEEK.
Analogamente a quanto descritto in precedenza, la sonda 19 ? ancora associata, almeno nella parte esposta al liquido di processo, alla copertura 20.
In particolare, la copertura 20 si estende lungo la porzione 28 di misura, a cui ? affiancata lateralmente e affacciata come descritto in precedenza. Opzionalmente, la copertura 20 si estende al di sopra della porzione 29 di raccordo.
Anche in questo caso, la copertura 20 ? collegata alla sonda 19 da tiranti 37 che supportano la copertura 20 e assicurano la continuit? elettrica con la sonda 19.
Resta infine inteso che al dispositivo e al metodo di misura qui descritti ed illustrati possono essere apportate ulteriori modifiche e varianti che non escono dall?ambito delle annesse rivendicazioni.
Per esempio, secondo ulteriori forme di attuazione non illustrate, la sonda 19 ? inserita nell?apparecchiatura 1 dall?alto, attraverso una parete superiore dell?involucro 4. Il bocchello 21 ? disposto quindi alla sommit? dell?apparecchiatura 1 ed ?, opportunamente, parallelo all?asse A.
In questo caso, analogamente a quanto descritto in precedenza con riferimento alla figura 3, la sonda 19 pu? essere completamente diritta, cio? avere un corpo ad asta 26 interamente rettilineo. La sonda 19 si estende quindi lungo un asse rettilineo e anche la copertura 20 si estende di conseguenza parallela alla sonda 19 e rettilinea.
La sonda 19 pu? essere sostanzialmente verticale e parallela all?asse A, con la copertura 20 disposta lateralmente a fianco della sonda 19 e la superficie 34 laterale interna affacciata alla superfice 31 laterale della sonda 19; o inclinata rispetto all?asse A, con la copertura 20 disposta al di sopra della sonda 19, con la superficie 34 laterale interna affacciata e al di sopra della superficie 31 laterale della sonda 19.
Claims (22)
1. Dispositivo di misura (3) di un livello di liquido di processo in una apparecchiatura (1), in particolare una apparecchiatura in pressione, per esempio una apparecchiatura di un impianto urea, comprendente uno strumento radar (18) collocato all?esterno dell?apparecchiatura (1) e avente un emettitore di microonde e un ricevitore di microonde; una sonda (19) guida d?onda per la trasmissione di microonde, definita da un corpo ad asta (26) pieno ed estendentesi all?interno dell?apparecchiatura (1) tra un?estremit? (24) prossimale, collegata allo strumento radar (18), ed una estremit? (25) distale, immersa in uso nel liquido di processo sotto un pelo libero (H) del liquido di processo; il dispositivo di misura (3) essendo caratterizzato dal fatto di comprendere una copertura (20) di confinamento, collocata attorno ad almeno una porzione (28) di misura della sonda (19) immersa almeno parzialmente in uso nel liquido di processo; la copertura (20) essendo collocata al di sopra della sonda (19) e lungo detta porzione (28) di misura della sonda (19) in modo da circondare all?esterno la sonda (19), ed essendo spaziata radialmente da una superficie (31) laterale della sonda (19).
2. Dispositivo di misura secondo la rivendicazione 1, in cui la copertura (20) presenta un?apertura (32) longitudinale affacciata alla superficie (31) laterale della sonda (19).
3. Dispositivo di misura secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la copertura (20) presenta una superficie (34) laterale interna concava affacciata alla superficie (31) laterale della sonda (19), e una superficie (35) laterale esterna convessa, opposta alla superficie (34) laterale interna concava.
4. Dispositivo di misura secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la copertura (20) si estende attorno alla sonda (19) per un?estensione angolare di almeno 180? e inferiore a 360?.
5. Dispositivo di misura secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la copertura (20) ? collocata al di sopra della sonda (19) in modo da coprire interamente una proiezione verticale della sonda (19), intesa come proiezione della sonda (19) su un piano orizzontale parallelo al pelo libero (H) del liquido di processo, e cos? proteggere la sonda (19) da liquido di processo che scorre nell?apparecchiatura (1) dall?alto verso il basso.
6. Dispositivo di misura secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la copertura (20) ? realizzata in un materiale conduttivo, in particolare un materiale metallico, preferibilmente un materiale dello stesso tipo, o lo stesso materiale, della sonda (19).
7. Dispositivo di misura secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la copertura (20) ? collegata meccanicamente ed elettricamente alla sonda (19) mediante tiranti (37) che si estendono tra la copertura (20) e la sonda (19).
8. Dispositivo di misura secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la sonda (19) comprende detta porzione (28) di misura, che in uso ? almeno parzialmente immersa nel liquido di processo e termina con l?estremit? (25) distale, e una porzione (27) di connessione, collegata allo strumento radar (18) all?estremit? (24) prossimale della sonda (19).
9. Dispositivo secondo la rivendicazione 8, in cui la porzione (27) di connessione e la porzione (28) di misura sono rettilinee e sostanzialmente ortogonali una all?altra e unite da una porzione (29) di raccordo arrotondata; e in cui la porzione (27) di connessione si estende radialmente nell?apparecchiatura (1) sostanzialmente ortogonale a un asse (A) longitudinale, verticale in uso, dell?apparecchiatura (1), e la porzione (28) di misura si estende parallela a detto asse (A); e in cui la copertura (20) ? collocata al di sopra della porzione (27) di connessione e della porzione (29) di raccordo e lateralmente a fianco della porzione (28) di misura.
10. Dispositivo secondo la rivendicazione 8, in cui la porzione (27) di connessione e la porzione (28) di misura sono rettilinee e inclinate una rispetto all?altra e sono unite da una porzione (29) di raccordo arrotondata; e in cui la porzione (27) di connessione si estende radialmente nell?apparecchiatura (1) sostanzialmente ortogonale a un asse (A) longitudinale, verticale in uso, dell?apparecchiatura (1), e la porzione (28) di misura ? inclinata rispetto a detto asse (A); e in cui la copertura (20) ? collocata al di sopra della porzione (27) di connessione, della porzione (29) di raccordo e anche della porzione (28) di misura inclinata.
11. Dispositivo secondo la rivendicazione 8, in cui la porzione (27) di connessione e la porzione (28) di misura sono allineate una all?altra lungo un asse comune rettilineo e la sonda (19) ? interamente diritta; la sonda (19) essendo inclinata rispetto a un asse (A) longitudinale, verticale in uso, dell?apparecchiatura (1); e in cui la copertura (20) si estende parallela alla sonda (19) e rettilinea e al di sopra della sonda (19).
12. Dispositivo secondo la rivendicazione 8, in cui la sonda (19) ? inserita nell?apparecchiatura (1) dall?alto, attraverso una parete superiore dell?apparecchiatura (1), e la porzione (27) di connessione e la porzione (28) di misura sono allineate una all?altra lungo un asse comune rettilineo; la sonda (19) essendo sostanzialmente parallela a un asse (A) longitudinale, verticale in uso, dell?apparecchiatura (1), con la copertura (20) disposta lateralmente a fianco della sonda (19); o inclinata rispetto a detto asse (A), con la copertura (20) disposta parallela alla sonda (19) e al di sopra della sonda (19).
13. Dispositivo secondo la rivendicazione 8, in cui la sonda (19) ? inserita nell?apparecchiatura (1) dal basso, attraverso una parete (9) di fondo dell?apparecchiatura (1); e la porzione (27) di connessione e la porzione (28) di misura sono rettilinee e sostanzialmente parallele una all?altra e a un asse (A) longitudinale, verticale in uso, dell?apparecchiatura (1) e sono unite da una porzione (29) di raccordo piegata a U; e in cui la sonda (19) ? parzialmente ricoperta da una guaina (40) di rivestimento realizzata in materiale elettricamente isolante e avente una sezione trasversale chiusa; la guaina (40) essendo disposta attorno alla porzione (27) di connessione e alla porzione (29) di raccordo, e lasciando scoperta almeno una parte della porzione (28) di misura che rimane esposta, in uso, al liquido di processo; e in cui la copertura (20) ? affiancata lateralmente e affacciata alla porzione (28) di misura e opzionalmente al di sopra della porzione (29) di raccordo.
14. Apparecchiatura (1), in particolare apparecchiatura in pressione, per esempio apparecchiatura di un impianto urea, dotata di un dispositivo di misura (3) di un livello di liquido di processo nell?apparecchiatura; caratterizzata dal fatto che il dispositivo di misura (3) ? un dispositivo di misura secondo una delle rivendicazioni precedenti.
15. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 14, in cui l?apparecchiatura (1) ? una apparecchiatura facente parte di un impianto urea, in particolare di una sezione ad alta pressione di un impianto urea, per esempio uno stripper, un reattore di sintesi urea, un separatore di carbammato, o un condensatore di carbammato.
16. Metodo di misura di un livello di liquido di processo in una apparecchiatura (1), in particolare una apparecchiatura in pressione, per esempio una apparecchiatura di un impianto urea, comprendente le fasi di:
- inviare impulsi a microonde lungo una sonda (19) guida d?onda, definita da un corpo ad asta (26) pieno ed estendentesi all?interno dell?apparecchiatura (1) fino sotto un pelo libero (H) del liquido di processo;
- proteggere la sonda (19) da liquido di processo in caduta dall?alto verso il basso nell?apparecchiatura (1) e minimizzare dispersioni di segnale dalla sonda (19) tramite una copertura (20) di confinamento associata alla sonda; - rilevare impulsi riflessi dall?interfaccia tra una fase liquida e una fase gassosa presenti nell?apparecchiatura (1), e ritrasmessi lungo la sonda (19);
- calcolare il livello di liquido di processo contenuto nell?apparecchiatura (1) dalla differenza dei tempi di percorrenza delle microonde riflesse e trasmesse.
17. Metodo di misura secondo la rivendicazione 16, in cui la copertura (20) ? collocata attorno ad almeno una porzione (28) di misura della sonda (19) immersa almeno parzialmente nel liquido di processo; la copertura (20) essendo collocata al di sopra della sonda (19) e lungo detta almeno una porzione (28) di misura della sonda (19) in modo da circondare all?esterno la sonda (19), ed essendo spaziata radialmente da una superficie (31) laterale della sonda (19).
18. Metodo di misura secondo la rivendicazione 17, in cui la copertura (20) presenta un?apertura (32) longitudinale affacciata alla superficie (31) laterale della sonda (19) in modo da evitare stagnazioni di liquido di processo tra la copertura (20) e la sonda (19).
19. Metodo di misura secondo la rivendicazione 17 o 18, in cui la copertura (20) si estende attorno alla sonda (19) per un?estensione angolare di almeno 180? e inferiore a 360?.
20. Metodo di misura secondo una delle rivendicazioni da 17 a 19, in cui la copertura (20) ? collocata al di sopra della sonda (19) in modo da coprire interamente una proiezione verticale della sonda (19), e cos? proteggere la sonda (19) da liquido di processo che scorre nell?apparecchiatura (1) dall?alto verso il basso.
21. Metodo di misura secondo una delle rivendicazioni da 17 a 20, in cui la copertura (20) ? realizzata in un materiale conduttivo, in particolare un materiale metallico, preferibilmente un materiale dello stesso tipo, o lo stesso materiale, della sonda (19).
22. Metodo di misura secondo una delle rivendicazioni da 17 a 21, in cui in cui la copertura (20) ? collegata meccanicamente ed elettricamente alla sonda (19) mediante tiranti (37) che si estendono tra la copertura (20) e la sonda (19).
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