Débitmètre pour huile à haute viscosité : comment choisir le bon débitmètre

Pour les huiles à haute viscosité, un débitmètre à engrenages ovales est généralement privilégié. Une huile plus épaisse réduit le glissement entre les engrenages et la chambre, ce qui permet de maintenir, voire d'améliorer, la précision malgré l'augmentation de la viscosité. La limite est le débit admissible. Le débit maximal doit être réduit à haute viscosité afin de maintenir la perte de charge et la charge sur les engrenages dans les limites acceptables. Un débitmètre Coriolis est plus adapté lorsque le procédé requiert un débit massique ou une mesure de la densité, lorsque l'huile contient des particules solides susceptibles d'obstruer le filtre d'un débitmètre à engrenages, ou lorsque la température du procédé dépasse la capacité nominale du débitmètre à engrenages. La perte de charge due à l'effet Coriolis augmente également avec la viscosité ; il convient donc de dimensionner le débitmètre en fonction de la viscosité à température de fonctionnement, et non dans les conditions de référence.

Le tableau ci-dessous compare les deux types de compteurs pour une utilisation avec du fioul lourd.

Comment choisir entre eux

Cinq conditions déterminent généralement la sélection : la viscosité à la température de fonctionnement, la plage de débit requise, la température du processus, la propreté de l’huile et le résultat de mesure requis.

1. Vérifiez la viscosité à la température de fonctionnement par rapport à la limite spécifiée de l’appareil, après conversion des cSt en mPa·s si nécessaire.
2. Le débitmètre doit couvrir le débit maximal requis à la viscosité réelle. Si la réduction de capacité impose un dimensionnement plus important pour un débitmètre à engrenages ovales, comparez sa perte de charge et son coût avec un modèle à effet Coriolis.
3. Le chauffage diminue la viscosité, mais il peut faire dépasser la température de consigne de l'appareil de mesure. Vérifiez la limite de température de la configuration sélectionnée.
4. Les compteurs à engrenages ovales sont généralement installés avec un filtre en amont. Si l'huile contient des particules solides importantes ou fréquemment présentes, susceptibles d'obstruer le filtre ou d'user les engrenages, un compteur sans pièces mobiles peut être envisagé, même si les particules abrasives peuvent toujours éroder les tubes de Coriolis.
5. Le débitmètre Coriolis convient lorsque le procédé nécessite une mesure directe du débit massique ou de la densité. Si le débit volumique est suffisant et que l'huile se situe dans la plage nominale, un débitmètre à engrenages ovales est généralement l'option la plus économique.

La viscosité de l'huile dépend de la température

La viscosité de l'huile varie considérablement avec la température ; le dimensionnement doit donc se baser sur la viscosité à la température de fonctionnement réelle.

Une requête concernant un débitmètre de pétrole brut a donné deux valeurs pour le même pétrole : 9 500 cSt à 100 °F et 162 cSt à 210 °F, soit une différence de près de 60 fois. La conduite fonctionnait à 30 °C (86 °F), une température inférieure aux deux points de référence. L’extrapolation de ces deux valeurs à l’aide de la méthode de viscosité et de température ASTM D341 donne environ 21 000 cSt à 30 °C. Un débitmètre sélectionné sur la base de la valeur de 162 cSt aurait supporté une viscosité environ 130 fois supérieure à celle pour laquelle il a été dimensionné.

Les données relatives aux huiles indiquent souvent la viscosité cinématique en cSt, tandis que les spécifications des appareils de mesure utilisent la viscosité dynamique en mPa·s. Pour convertir la viscosité dynamique, il faut multiplier les cSt par la masse volumique en g/cm³, en utilisant les valeurs à la même température. Par exemple, une viscosité de 380 cSt à 50 °C pour une masse volumique de 0,96 g/cm³ correspond à environ 365 mPa·s. Cette conversion est particulièrement importante à proximité de la limite de viscosité de l'appareil de mesure.

Comment la viscosité influence le dimensionnement des engrenages ovales

Un débitmètre à engrenages ovales mesure le volume en piégeant une quantité fixe de liquide entre les engrenages et la chambre. Lorsque la viscosité augmente, les fuites à travers les jeux des engrenages diminuent. Simultanément, la perte de charge augmente, réduisant ainsi le débit disponible à une pression de process donnée.

Les données LC ci-dessous montrent comment le débit nominal varie en fonction de la viscosité. Les plages de débit indiquées correspondent à la classe 0,5 % ; la classe 0,2 % présente un débit minimal plus élevé.

Compteur à engrenages ovales pour huile haute viscosité

La série LC couvre les diamètres nominaux de 10 à 200 et une viscosité jusqu'à 2 000 mPa·s. Les applications typiques d'un débitmètre à engrenages ovales comprennent le fioul marin , les huiles lubrifiantes lourdes, les huiles pour engrenages et les huiles de traitement du caoutchouc.

À partir de 200 mPa·s, le LC est construit dans sa configuration à haute viscosité , la viscosité de fonctionnement doit donc être indiquée lors de la demande de renseignements.

Avec une huile visqueuse, un débitmètre de plus grand diamètre réduit la perte de charge, mais augmente également le débit minimal. Le diamètre choisi doit permettre de couvrir à la fois le débit minimal et le débit maximal à la viscosité de fonctionnement.

L'erreur de mesure varie en fonction de la viscosité du fluide. Les compteurs LC de diamètre nominal supérieur à DN50 sont équipés d'un dispositif de réglage de la précision, permettant ainsi de corriger l'erreur en fonction de l'huile utilisée.

Les particules solides peuvent bloquer ou user les engrenages, c'est pourquoi un filtre en amont est courant sur les conduites de carburant et de pétrole brut.

Faible débit avec huile à haute viscosité

Le dosage des lubrifiants, l'injection d'additifs et l'alimentation en graisse combinent souvent une viscosité élevée avec des débits de seulement quelques millilitres par minute. Les engrenages ovales classiques ne permettent pas d'atteindre ces débits. Dans la plage de 1 000 à 2 000 mPa·s, le plus petit modèle LC, le LC-10, offre un débit initial de 0,03 m³/h, soit environ 500 ml/min.

La série LC-M est une gamme de microdébitmètres PD conçus pour cette plage de mesure. Elle couvre une viscosité jusqu'à 2 000 mPa·s, et le plus petit modèle, le LC-M2, mesure de 0,5 à 150 ml/min. Les modèles plus grands atteignent 100 ml/min, ce qui permet à cette série de chevaucher les tailles LC conventionnelles. La précision est de ±0,5 % de la pleine échelle, ce qui signifie que l'erreur est une valeur fixe et non un pourcentage de la mesure. Sur le LC-M2, cela correspond à ±0,75 ml/min, soit ±15 % de la mesure pour un débit de dosage de 5 ml/min. Choisissez le modèle dont le débit normal se situe dans la partie supérieure de sa plage de mesure.

Quand le débitmètre Coriolis devient plus approprié

Un débitmètre Coriolis mesure directement le débit massique et peut également fournir des mesures de densité. Sans pièces mobiles dans le circuit d'écoulement, il est particulièrement adapté aux huiles à haute viscosité nécessitant une mesure de débit massique ou lorsque la perte de charge limite l'utilisation d'autres types de débitmètres.

Avec une huile visqueuse, la perte de charge dans les tubes de mesure peut limiter la plage de débit utile. Le dimensionnement du débitmètre doit être déterminé en fonction de la viscosité réelle de l'huile, du débit requis et de la perte de charge admissible.

L'exemple de requête brute et détaillée ci-dessus montre comment cela fonctionne en pratique :

• Viscosité de l'huile : 9 500 cSt à 100 °F et 162 cSt à 210 °F
• Conditions de fonctionnement : 30 °C, 12 bar, raccord Tri-Clamp de 2 pouces
• Viscosité estimée à 30 °C : environ 21 000 cSt

Appareil de mesure sélectionné : SH-CMF DN50 Coriolis, acier inoxydable 316L, précision de 0,2 %, ATEX, -50 à 150 °C

Avec une pression d'huile d'environ 20 000 mPa·s, dix fois supérieure à la limite de résistance des engrenages ovales LC, le système Coriolis était le seul adapté parmi les deux. Le client a examiné le choix du DN50 avec ses équipes d'ingénierie et de production avant de procéder à l'achat.

Un compteur pour le diesel et le fioul lourd

Le gazole circule à une pression d'environ 5 mPa·s. Le fioul lourd, quant à lui, atteint souvent plus de 200 mPa·s à sa température de fonctionnement, et cet écart s'accroît à mesure que le fioul refroidit. Le débitmètre LC est fourni en version standard pour le gazole et avec l'option haute viscosité (code N) pour le fioul lourd ; l'erreur de mesure varie également en fonction de la viscosité. C'est pourquoi un seul débitmètre à engrenages ovales n'est généralement pas utilisé pour les deux carburants. Les systèmes de carburant de soute prévoient généralement des débitmètres séparés, ou utilisent un débitmètre Coriolis lorsque les deux carburants doivent partager une même conduite.

Le fioul lourd se modifie également dans cette même conduite en fonction de la température. Prenons l'exemple d'une conduite DN20 transportant un fioul d'une densité de 380 cSt à 50 °C, avec un débit maximal requis de 2,2 m³/h :

À 50 °C : environ 365 mPa·s, dans la bande de 200 à 1 000 mPa·s. Débit maximal LC-20 : 2,1 m³/h.

À 30 °C : valeur estimée de 1 300 à 1 900 mPa·s, dans la plage de 1 000 à 2 000 mPa·s. Débit maximal LC-20 : 1,5 m³/h ; débit maximal LC-25 : 3 m³/h.

Le LC-20 est insuffisant aux deux températures. Le LC-25 couvre un débit de 2,2 m³/h sur toute la plage de températures. Dimensionnez le débitmètre à la température de carburant la plus basse, où la viscosité est maximale et la limite de débit minimale.

Limites de température pour l'huile lourde chaude

Le chauffage diminue la viscosité de l'huile et améliore sa pompabilité, mais le compteur doit également résister à la température de traitement résultante.

L'utilisation de fioul lourd permet d'illustrer l'influence de ce facteur sur le choix du type de fluide. Les demandes typiques concernent des conduites de 4 pouces avec un débit de 100 à 160 t/h, la température du fioul étant de 150 °C sur certaines conduites et de 240 °C sur d'autres.

À 150 °C, la viscosité du fioul lourd est généralement inférieure à 200 mPa·s, ce qui permet au LC de fonctionner dans sa plage de viscosité standard. À une densité d'environ 0,90 g/cm³, un débit de 100 t/h correspond à environ 111 m³/h et un débit de 160 t/h à environ 178 m³/h. Ce débit dépasse la limite de 100 m³/h du DN100 LC, mais le DN150 LC, équipé d'un radiateur long, permet de compenser à la fois le débit et la température.

À 240 °C, le LC se situe hors de sa plage de température de fonctionnement et un débitmètre Coriolis, en version 250 °C ou 350 °C, est nécessaire. Le DN100 SH-CMF a un débit nominal de 160 t/h, le débit maximal étant donc atteint ; le DN125 a un débit nominal de 230 t/h. Le dimensionnement final dépend de la viscosité de l'huile et de la perte de charge admissible.

Lorsque les deux températures de ligne nécessitent le même type de compteur, Coriolis les couvre avec une seule conception.

Pour l'asphalte et le bitume , la régulation de la température est importante pour une autre raison : le produit peut se solidifier lors du refroidissement de la conduite. La LC est disponible avec une enveloppe chauffante (code U) afin de maintenir le produit fluide pendant les arrêts et les redémarrages.