Come migliorare l'efficienza di trattamento del gas naturale e garantire la conformità lungo tutta la catena del valore

Il trattamento del gas naturale svolge un ruolo fondamentale nel fornire gas pronto per essere distribuito nel mercato ma deve garantire operazioni sicure, efficienti e conformi lungo tutta la catena del valore. Oggi, gli impianti di trattamento operano in condizioni sempre più complesse: la composizione del gas di alimentazione è più variabile, i requisiti normativi sono più rigorosi e le prestazioni in termini di efficienza energetica ed emissioni sono soggette a un controllo più rigoroso che mai. Inoltre, molti impianti devono trovare un equilibrio tra queste esigenze gestendo asset obsoleti e preparandosi alle nuove sfide imposte dalla transizione energetica, tra cui la miscelazione dell'idrogeno e la gestione del carbonio.

In un contesto di crescente pressione sui costi e di operazioni di estrazione sempre più complesse, l'eccellenza operativa nel trattamento del gas naturale è diventata un chiaro vantaggio competitivo. Gli impianti che riescono a combinare un controllo del processo affidabile, operazioni di misura accurate e visibilità in tempo reale su tutte le fasi di trattamento possono proteggere i margini, ridurre i rischi e garantire le massime prestazioni nel tempo.

Gli impianti che raggiungono un'efficienza operativa elevata e costante sono in una posizione migliore per:

• Massimizzare la capacità produttiva di gas naturale
• Ridurre il consumo energetico
• Migliorare la pianificazione della manutenzione
• Ridurre le emissioni di gas serra
• Mantenere stabile la qualità del prodotto
• Migliorare l'affidabilità complessiva dell'impianto

Il trattamento del gas è intrinsecamente ad alta intensità energetica, soprattutto nei processi di rimozione dei gas acidi, disidratazione e frazionamento. L'aumento dei costi energetici e gli obiettivi di decarbonizzazione spingono gli operatori a ottimizzare il consumo di energia senza però trascurare di salvaguardare la produttività, rispettare le specifiche del prodotto e soddisfare i requisiti ambientali. Raggiungere questo equilibrio è una sfida, soprattutto negli impianti di trattamento progettati per gas di alimentazione differenti o condizioni operative diverse da quelle di oggi.

I sistemi ad alta intensità energetica come, ad esempio, compressori, unità di rigenerazione, riscaldatori e apparecchiature di refrigerazione, rappresentano importanti opportunità di miglioramento dell'efficienza. Eccone alcuni esempi:

• Ottimizzazione del carico dei compressori
• Riduzione della variabilità del processo
• Miglioramento del recupero di calore
• Miglioramento dell'efficienza di disidratazione
• Minimizzazione della combustione in torcia e dello sfiato in atmosfera

In sostanza, gli operatori riducono il consumo energetico facendo funzionare il processo in condizioni più vicine a quelle ottimali grazie, ad esempio, al controllo avanzato del processo (APC) e all'ottimizzazione delle quantità degli elementi in circolazione. L'integrazione del calore e il recupero di energia dai flussi di processo caldi riducono il consumo energetico, migliorando direttamente i margini.

Applicando l'integrazione e l'intensificazione dei processi con un minor numero di passaggi, gli operatori possono ottimizzare strutturalmente l'efficienza e creare un migliore equilibrio tra recupero del prodotto e consumo energetico. Anche le operazioni di monitoraggio e analisi in tempo reale svolgono un ruolo fondamentale nell'ottimizzazione dei processi, in quanto consentono un costante adattamento e una migliore prevenzione dei guasti.

I flussi di gas naturale hanno una composizione sempre più variabile, a causa sia dell'integrazione di risorse non convenzionaliche della minore qualità dei giacimenti. Le concentrazioni più elevate e le fluttuazioni di CO₂, H₂S, azoto, acqua e idrocarburi pesanti mettono a dura prova le unità di trattamento, disidratazione e frazionamento. Di conseguenza, per mantenere un funzionamento stabile e una costante qualità del prodotto è necessario disporre di un processo più flessibile e di informazioni in tempo reale più affidabili sulla composizione del gas e sul comportamento del flusso.

Nelle operazioni di estrazione e trasporto del petrolio e del gas, la pressione normativa che mira a ridurre le emissioni di metano, limitare la combustione in torcia e migliorare la trasparenza nella rendicontazione dei gas serra sta aumentando. Gli impianti di trattamento del gas sono tenuti a fornire dati continui e tracciabili sulle emissioni, anziché basarsi su stime o misure periodiche. Questo cambiamento aumenta la complessità operativa, soprattutto dove il monitoraggio delle emissioni deve essere integrato negli impianti esistenti e allineato a normative locali e internazionali in continua evoluzione.

Il gas naturale deve essere trattato per rimuovere le impurità, garantirne il trasporto in sicurezza e soddisfare le specifiche di qualità richieste per l'uso commerciale. Allo stato grezzo, contiene acqua, gas acidi come H₂S e CO₂ e idrocarburi pesanti che, se non trattati, possono innescare fenomeni di corrosione, creare rischi per la sicurezza o provocare l'intasamento delle condotte. Le principali fasi del processo successive all'estrazione dai giacimenti sotterranei includono le seguenti:

1. Separazione (presso o in prossimità del pozzo): rimozione dal gas naturale grezzo di acqua libera, condensa, sabbia e solidi per proteggere le apparecchiature a valle. Il gas raggiunge poi gli impianti di trattamento attraverso sistemi che convogliano il gas grezzo proveniente da più pozzi attraverso una rete di condotte.
2. Desolforazione del gas: i gas acidi come il solfuro di idrogeno (H₂S) e l'anidride carbonica (CO₂) vengono rimossi, in genere, utilizzando sistemi a base di ammine, per migliorare la sicurezza, prevenire la corrosione e soddisfare le specifiche.
3. Disidratazione del gas: il vapore acqueo viene rimosso (solitamente utilizzando la disidratazione con glicole o a setacci molecolari) per prevenire la formazione di idrati, la corrosione e il congelamento durante il trasporto e il trattamento.
4. Recupero degli idrocarburi: i liquidi del gas naturale (NGL) come etano, propano e butano vengono separati mediante processi di refrigerazione o criogenici per aumentare il valore del prodotto.
5. Compressione: la pressione del gas viene aumentata per consentire il trasporto in condotta, lo stoccaggio, l'iniezione o la consegna agli utenti a valle.
6. Misura e controllo qualità: i valori di portata, pressione, temperatura e composizione vengono misurati per garantire l'accuratezza della misura fiscale, la conformità alle normative e un funzionamento affidabile.

Per assicurare l'affidabilità di questi processi, i responsabili d'impianto devono monitorare costantemente i parametri chiave e le prestazioni del processo - ad esempio, l'efficienza di rimozione dei gas acidi e l'efficacia della disidratazione - in modo da evitare la produzione di gas non conforme, mantenere la stabilità e proteggere le apparecchiature a valle. Insieme, questi fattori garantiscono che il trattamento del gas naturale rimanga sicuro, efficiente e conforme fornendo, nel contempo, un prodotto stabile e commerciabile.

Un monitoraggio accurato è fondamentale per un efficiente trattamento del gas e ha un impatto diretto sulla qualità del prodotto, sulla stabilità del processo, sulla sicurezza e sulla conformità normativa. Anche piccoli errori possono portare alla produzione di gas fuori specifica, a una riduzione dell'efficienza e a un aumento del rischio operativo. Nel contempo, gli operatori devono trovare un equilibrio tra normative ambientali e di sicurezza sempre più rigorose e la necessità di mantenere la capacità produttiva - questo richiede un monitoraggio affidabile delle variabili chiave del processo e un controllo costante del processo stesso.

In processi complessi come la separazione dei componenti, la disidratazione e la rimozione dei gas acidi, l'affidabilità delle misure è indispensabile per evitare inefficienze, contaminazione delle apparecchiature e instabilità del processo. Nel contempo, gli operatori devono garantire che la qualità finale del gas soddisfi i limiti di specifica definiti dalle tariffe dei gasdotti e dagli accordi contrattuali. Questi requisiti sono regolamentati da quadri normativi e standard internazionali come ISO 13686 o EN 16726 oltre che da standard industriali ampiamente applicati, tra cui ISO 6976 e ISO 12213 , le linee guida di AGA e GPA per la composizione del gas e il calcolo dell'energia, gli standard API per il campionamento e i metodi ASTM per la determinazione del punto di rugiada e del contenuto d'acqua.

Fornendo dati di processo chiari e verificabili, le operazioni di misura affidabili riducono l'incertezza, favoriscono la conformità e consentono di assumere decisioni operative migliori. Il rispetto delle specifiche di qualità e la garanzia dell'affidabilità del processo richiedono:

• Misure accurate di portata, pressione e temperatura
• Monitoraggio affidabile dell'umidità, dei gas acidi e del punto di rugiada
• Monitoraggio e rendicontazione delle emissioni
• Controllo stabile del processo
• Documentazione ininterrotta del processo

Dato che gli operatori mirano a ridurre i tempi di fermo non pianificati, migliorare l'affidabilità degli impianti e ottimizzare i costi di manutenzione, la manutenzione predittiva sta assumendo un'importanza sempre maggiore nel settore del trattamento del gas naturale. Grazie al monitoraggio continuo delle condizioni di processo e del comportamento delle apparecchiature, è possibile individuare tempestivamente problemi quali corrosione, incrostazioni o degrado delle apparecchiature prima che questi abbiano un impatto sulla produzione. Ciò favorisce un funzionamento più stabile e contribuisce a mantenere costante la qualità del gas. Nel contempo, funzionalità intelligenti di diagnostica e verifica - come quelle offerte dalla Heartbeat Technology, consentono di avere una visione continua delle condizioni dei dispositivi e dell'integrità delle misure, a supporto delle strategie di manutenzione predittiva. Ciò contribuisce a un funzionamento più sicuro, a una migliore conformità e a un utilizzo più efficiente delle risorse di manutenzione.