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Misura di interfase: non sempre un compito facile

Nell’industria chimica, petrolchimica e oil&gas la misura di interfase è fondamentale per cui alcuni processi produttivi e richiede una valutazione affidabile anche in presenza di emulsione o di variazioni di densità.

Pubblicato il 16 gennaio 2020

La separazione tra due fluidi a differente densità è un processo abbastanza frequente nell’industria chimica e petrolchimica, ma anche nel trattamento delle acque reflue, dove in generale un idrocarburo viene separato dall’acqua (o soluzione acquosa) per seguire poi un processo differente.

In passato, sistemi meccanici che sfruttano il principio di Archimede sono stati utilizzati per rilevare la posizione dell’interfaccia acqua/olio, presentando però la necessità di frequenti manutenzioni a causa del movimento di parti meccaniche e imprecisioni anche importanti qualora ci siano variazioni di densità dovute al cambiamento della temperatura. Negli anni recenti sensori capacitivi e radar ad onda guidata hanno prevalso in questa specifica misura.

Le sonde capacitive riescono a rilevare con buona precisione il livello dell’interfase grazie alla differenza di conducibilità e in costante dielettrica che solitamente esiste tra i due prodotti, mentre il radar ad onda guidata riesce a sfruttare la differenza in costante dielettrica (bassa per il prodotto superiore ed alta per il prodotto inferiore) per rilevare sia il livello di interfase che quello totale.

In ogni caso entrambe le tecnologie, capacitiva e radar ad onde guidate, presentano delle limitazioni. Le sonde capacitive rilevano solo l’interfase e non il livello totale mentre i sensori ad onda guidata per essere accurati sulla misura di interfase necessitano di una chiara separazione tra le fasi e che la costante dielettrica del fluido superiore rimanga il più possibile costante nel tempo per non perdere in accuratezza. Per provare questo concetto si mostra una tipica curva di inviluppo elaborata da un radar ad onda guidata durante la misura di interfase.

In condizioni ideali (nessuna emulsione presente all’interfase), vengono elaborati due echi dovuti alla riflessione dell’onda elettromagnetica dalle due fasi, il primo meno marcato dovuto all’idrocarburo e il secondo dato dalla fase acquosa. La quota parte di energia che non viene riflessa dalla prima fase, la attraversa subendo però un rallentamento, questa diversa velocità di propagazione causa uno shift nella rilevazione della distanza dell’interfase che deve essere compensato per mezzo del valore di costante dielettrica ε del prodotto, maggiore il valore di ε maggiore sarà lo shift.

Levellex FMP55
Flange DN 50

Come dimostrato, potrebbero insorgere problemi di accuratezza o affidabilità qualora il valore di costante dielettrica del fluido superiore cambi o sia presente uno strato di emulsione.
Per queste ragione Endress+Hauser ha studiato e progettato un nuovo strumento in grado di integrare i benefici di una sonda radar ad onda guidata e di una sonda capacitiva: Levelflex FMP55 Sensor Fusion, dove l’asta che funge da guida d’onda è allo stesso tempo una vera e propria sonda capacitiva.

FMP55 è una sonda multi-parametrica che in continuo utilizza due principi fisici differenti per rilevare la misura di interfase. Quando non è presente emulsione la sonda capacitiva viene utilizzata per calcolare con precisione il valore di costante dielettrica del fluido superiore, se in determinate condizioni operative si presenta unno strato di emulsione FMP55 in automatico rileva la posizione dell’interfase grazie alla sonda capacitiva e il livello totale con la guida d’onda.

Luca Romani, Product Manager Level Measurement in Endress+Hauser Italia

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