Proiettati verso il futuro: i dispositivi di misurazione della portata di gas a ultrasuoni negli impianti di gas di torcia

La crescente concorrenza nell'industria di processo comporta la necessità di ottimizzare costantemente le operazioni e gli interventi di assistenza. Per non parlare delle normative ambientali per il gas flaring (la combustione di gas), che diventano sempre più severe. I misuratori di portata a ultrasuoni vengono utilizzati da oltre 30 anni per misurare il flusso verso le torce di combustione. Oggi questa misurazione è una delle applicazioni più impegnative, poiché la velocità e la composizione del gas possono cambiare rapidamente. 

In molte industrie le torce di combustione sono parte integrante del sistema di sicurezza e degli scarichi gassosi, consentendo lo sfiato controllato di grandi volumi di componenti combustibili in caso di condizioni anomale. Per loro natura, la pressione, il flusso volumetrico e la composizione dei gas di torcia possono cambiare notevolmente in un breve lasso di tempo. 

Impianti di produzione compatti e maggiormente ottimizzati dispongono di capacità più elevate e determinano quindi condizioni di flusso massimo più elevate sopra la torcia. In raffinerie e impianti petrolchimici sono state registrate portate superiori a 120 m/s in condizioni di arresto. 

La composizione dei gas di scarico o di torcia può variare notevolmente e si devono prevedere bruschi cambiamenti delle condizioni di flusso. Inoltre, le condizioni di bassa portata rivestono una maggiore importanza per il controllo e l'ottimizzazione del processo e per l'identificazione delle perdite delle valvole in normali condizioni operative. Le minime portate di flusso richiedono una tecnologia di trasduttori ad alta risoluzione e algoritmi di elaborazione avanzati del segnale per garantire una misurazione temporale esatta. Le elevate velocità di flusso comportano un'impennata del rumore all'interno del flusso di gas stesso quando le valvole, ecc. vengono installate a monte della misurazione acustica a ultrasuoni. Anche la deriva del "cono di ultrasuoni" deve essere presa in esame in considerazione delle alte velocità del gas. 

Evoluzione del contesto normativo globale della misurazione gas

Le normative ambientali stanno diventando sempre più severe in molti settori industriali a livello globale. Nell'industria della raffinazione, chimica e petrolchimica, la tecnologia a ultrasuoni è consolidata da molti anni. Entrano ora in gioco crescenti pressioni normative e i requisiti di rendicontazione. 

Ciò ha un forte impatto sulla necessità di ottenere sempre una misurazione affidabile della torcia e sulla disponibilità continua dei dati, anche in condizioni difficili. Mentre le normative per l'industria della raffinazione, chimica e petrolchimica sono già definite, in molti altri settori possiamo notare una ricerca proattiva di soluzioni tecniche per soddisfare le future normative ambientali. Soprattutto quando si tratta di reportistica, la tecnologia a ultrasuoni offre molti vantaggi rispetto ad altre tecnologie. 

Sfide nella misurazione del gas di torcia e soluzioni tecnologiche 

Il sistema di misura a ultrasuoni è una tecnologia consolidata nella misurazione dei fluidi. Le applicazioni spaziano dalla misurazione fiscale  alla misurazione del flusso in torcia o al controllo delle emissioni. In linea di principio, i misuratori della portata a ultrasuoni misurano la differenza del tempo di transito con e contro il fluido che scorre su un percorso acustico e ne ricavano la velocità media del flusso. Per "velocità media del flusso" si intende la velocità del flusso calcolata in media sulla sezione trasversale del tubo. 

Uno degli scopi principali della misurazione del flusso di torcia è l'esatta contabilità dei GHG (gas a effetto serra). Negli ultimi anni è aumentata l'attenzione alla misurazione dei gas serra; oneri e tasse sull'inquinamento atmosferico aumentano costantemente. Di conseguenza, cresce anche la necessità di poter effettuare una misurazione accurata e sempre quando necessario. In presenza di condizioni difficili di combustione del gas, i requisiti della tecnologia di misurazione rappresentano una sfida per l'industria petrolifera e del gas, nonché per l'industria chimica e petrolchimica. Condizioni come:

• Velocità del gas da 0 m/s a 120 m/s 
• Rapide variazioni nella velocità del gas 
• Miscele di gas a rapida variazione con gas naturale, idrogeno, anidride carbonica, ecc. 

Correlazione attiva del suono: affidabile anche alla massima velocità del gas 

Una delle caratteristiche più importanti di un sistema di misurazione di torcia è la garanzia di poter effettuare la misurazione anche alle velocità più elevate del gas. L'innovativa tecnologia ASC (tecnologia di correlazione attiva del suono) permette di estendere ora il precedente intervallo di portata massima fino al 30%. La tecnologia ASC mette in correlazione la velocità del gas al rumore specifico dell'applicazione, generato in condizioni di flusso elevato. In questo caso, il sensore funziona come un microfono. La tecnologia ASC brevettata consente quindi una misurazione gas ancora migliore di possibili eventi di gas in torcia.

Manutenzione semplice. Verifica con un clic. Autodiagnosi. 

Il collegamento tra software e firmware apre la strada a molte nuove funzioni e vantaggi: il sistema di self-monitoring fornisce dati preziosi sullo stato del dispositivo, mostra le tendenze ed evidenzia i cambiamenti rilevanti. I difetti dell'applicazione vengono immediatamente rilevati e documentati; in questo modo si può evitare una lunga perdita di tempo alla ricerca di guasti. Su richiesta, il sistema si auto-verifica e registra il proprio stato attuale, facendo sì che gli utenti possano disporre di un mezzo molto semplice per creare documenti utili a dimostrare il rispetto delle normative sulle emissioni. Tutto questo avviene da remoto e senza l'invio di un tecnico sul campo. Un modus operandi che riduce notevolmente i rischi operativi e di sicurezza. 

I sistemi di self-monitoring come i-diagnostics supportano il passaggio da una manutenzione basata sul tempo a una manutenzione basata sulle condizioni, riducendo il numero d'intervalli di manutenzione e di conseguenza i costi di manutenzione. 

• Manutenzione predittiva e intervalli di assistenza flessibili: 
  Il sistema monitora costantemente parametri come il “controllo automatico del guadagno” o il “rapporto segnale/rumore”. Sulla base dei dati esistenti e dello sviluppo dei valori misurati, i-diagnostics fornisce previsioni affidabili e consigli di manutenzione. In questo modo si evitano condizioni operative critiche per il sistema e tempi di inattività non pianificati. 
• Report di verifica con un solo clic: verifica istantanea del dispositivo: 
  Su richiesta, il sistema controlla e registra il proprio stato attuale. Gli utenti hanno quindi la possibilità di creare documenti di verifica in modo semplice, per dimostrare che i requisiti di emissione sono stati soddisfatti. 
• Autodiagnostica automatica: 
  i-diagnostics collega software e firmware in modo intelligente: il sistema di self-monitoring fornisce dati preziosi sullo stato del dispositivo e mostra tutte le modifiche. Gli errori dell'applicazione vengono immediatamente rilevati e documentati. Non è necessario una lunga individuazione ed eliminazione dei guasti.

La soluzione giusta per ogni sfida 

I dispositivi di misurazione a ultrasuoni per il gas di torcia sono utilizzati in varie applicazioni con esigenze diverse. È necessaria, pertanto, una profonda conoscenza delle singole sfide, per offrire la giusta soluzione. Nell'industria delle raffinerie, ad esempio, le attuali normative americane dell’EPA impongono un potere calorifico minimo della zona di combustione di 270 BTU/scf. Inoltre, è richiesto un parametro di diluizione del potere calorifico netto di NHVdil ≥ 22 BTU/ft2 per tutte le torce assistite da vapore. Tutto questo mantenendo un elevato rendimento di combustione. Per soddisfare questi requisiti e mantenere la temperatura di riscaldamento al livello necessario, è possibile utilizzare anche dispositivi di misura di portata a ultrasuoni del gas per controllare l'alimentazione del vapore. 

Il nuovo dispositivo di misurazione della portata di gas a ultrasuoni FLOWSIC100 Flare-XT è proposto in tre diverse versioni. Tutte e tre sono disponibili come sistema di misura a 1 o 2 raggi. I sistemi d'installazione ‘’cross duct’’ e sonda con singolo bocchello sono disponibili in entrambe le configurazioni, a singolo o doppio raggio di misura. La versione con sonda è adatta per un montaggio compatto su un solo lato. Essa riduce al minimo il lavoro d'installazione richiesto. La versione a doppio raggio raggiunge misurazioni ad alta precisione anche in condizioni di flusso difficili e offre ridondanza di misura. Un meccanismo di retrazione del dispositivo consente inoltre di sostituire i sensori in modo semplice e rapido durante il funzionamento dell'impianto. La potente unità d'interfaccia si collega facilmente a un'ampia varietà di sistemi e reti grazie alle sue numerose interfacce. 

I parametri chiave e i dati dei valori misurati come flusso volumetrico, flusso di massa o peso molecolare vengono elaborati, valutati e archiviati in modo affidabile. A tal proposito, la memoria interna consente di archiviare permanentemente i dati in modo sicuro e strutturato. Grazie alla comunicazione digitale priva d'interferenze, l'unità d'interfaccia può essere installata fino a 1.000 mt di distanza dal punto di misura. Non è quindi più necessaria un'unità di controllo locale, incapsulata a pressione e potenzialmente costosa. 

Sostituzione della misurazione termico massica  

Alcuni principi di misurazione, come quello termico massico, necessitano di gas pulito per funzionare correttamente. La tecnologia a ultrasuoni può superare incrostazioni o contaminazioni sui sensori potenziando automaticamente il segnale. Ciò ottimizza gli intervalli di manutenzione, massimizza i tempi di attività delle misurazioni e riduce i costi operativi. Inoltre, la misurazione ultrasonica del gas di torcia è l'unica tecnologia in grado di operare in un campo di misura fino a 1:4000. Non è necessario concentrarsi su una condizione di flusso alto o basso poiché sono possibili velocità di misurazione da 0,03 m/s a 120 m/s. 

Per le applicazioni di fracking (o fratturazione idraulica), SICK offre anche il trasmettitore FLOWSIC100 Flare-XT: affidabile e robusto senza ricalibrazione. I sensori sono collegati direttamente a un flow computer già esistente. L'unità d'interfaccia non è necessaria in questa configurazione di prodotto e non sono necessari né trasmettitori di pressione né di temperatura. 

La valutazione dell'applicazione individuale fornisce prestazioni di misurazione gas specifiche 

Nella misura del flusso in torcia, ogni applicazione è diversa: temperatura, pressione, matrice del gas, velocità, ecc. possono variare totalmente. Per questo SICK offre una valutazione applicativa individuale per ogni punto di misura e ricerca la soluzione ottimale. Dopo la valutazione, il cliente riceve una scheda tecnica di valutazione dell'applicazione del gas di torcia per ciascun punto di misurazione, ovunque egli si trovi. 

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