Pronti agli scenari futuri: misura della portata a ultrasuoni nelle torce di combustione
I misuratori di portata a ultrasuoni vengono utilizzati da oltre 30 anni per misurare la portata verso i camini di torcia. Oggi, la misura della portata dei gas di torcia è una delle applicazioni più impegnative dato che la velocità e la composizione dei gas possono cambiare rapidamente.
In breve
- I camini di torcia vengono utilizzati in molti settori come parte integrante del sistema di sicurezza e di scarico dei gas, in quanto consentono lo sfiato controllato di grandi volumi di componenti combustibili al verificarsi di condizioni anomale. Per loro natura, pressione, portata volumetrica e composizione dei gas di torcia possono cambiare notevolmente in brevi periodi di tempo.
- Gli impianti di produzione compatti e più ottimizzati hanno capacità superiori, con una conseguente portata massima più elevata sulla torcia. Durante i periodi di arresto nelle raffinerie e negli impianti petrolchimici, sono state registrate portate superiori a 120 m/s.
- La composizione dei gas di scarico o di torcia può variare notevolmente e le condizioni di flusso sono soggette a bruschi cambiamenti. Inoltre, le condizioni di basso flusso sono diventate più importanti per il controllo e l'ottimizzazione del processo e per l'identificazione delle perdite delle valvole in normali condizioni operative.
- Per garantire misure esatte del tempo, le portate minime richiedono trasduttori ad alta risoluzione e algoritmi avanzati di elaborazione dei segnali. A velocità elevate, il flusso genera un crescente aumento del rumore quando le valvole ecc. vengono installate a monte dei dispositivi di misura acustica a ultrasuoni. Ad alte velocità dei gas, deve essere considerata anche la deriva del "fascio ultrasonico".
FLOWSIC100 Flare-XT:
misura affidabile della portata dei gas nei camini di torcia di raffinerie di petrolio, impianti chimici e di trattamento del gas naturale
Evoluzione dello scenario normativo globale
Le normative ambientali tendono a diventare sempre più rigide in molti settori, a livello globale. Nell'industria della raffinazione e nel settore chimico-petrolchimico, la tecnologia a ultrasuoni si è già affermata da molti anni ma ora entrano in gioco una maggiore pressione normativa e requisiti più stringenti di reporting.
Ciò impone la necessità di misurare in modo affidabile i gas di torcia e poter contare sulla disponibilità dei dati – anche in condizioni difficili. Mentre i regolamenti per le raffinerie e gli impianti chimici e petrolchimici sono già definiti, in molti altri settori stiamo assistendo a una ricerca proattiva di soluzioni tecniche in grado di assicurare la conformità alle future normative ambientali. E soprattutto quando si tratta di reporting, la tecnologia a ultrasuoni offre numerosi vantaggi rispetto ad altre tecnologie.
Problematiche di misura dei gas di torcia e soluzioni tecnologiche
La misura a ultrasuoni della portata è una tecnologia consolidata per la misura dei fluidi. Le applicazioni spaziano dalla misura fiscale a quella del flusso di torcia o al controllo delle emissioni. In linea di principio, i misuratori di portata a ultrasuoni determinano la differenza del tempo di transito delle onde sonore, in un determinato percorso, sia nella direzione di scorrimento del fluido che controcorrente e ne deducono la velocità media del flusso. In questo contesto, con "velocità media del flusso" si intende la velocità mediata in base alla sezione trasversale del tubo.
Una delle principali finalità della misura della portata dei gas di torcia è l'esatta contabilizzazione dei GHG (gas serra). Negli ultimi anni, infatti, l’attenzione verso l'accuratezza di misura dei gas serra è aumentata. Tasse e imposte sull'inquinamento atmosferico aumentano costantemente e diventa quindi prioritaria la necessità di disporre di misure accurate. Considerate le difficili condizioni dei gas di torcia, i requisiti che deve avere la tecnologia di misura rappresentano una sfida nell'industria Oil & Gas e nel settore chimico-petrolchimico:
- Velocità dei gas da 0 m/s a 120 m/s
- Rapide variazioni della velocità dei gas
- Miscele di gas altamente variabili con gas naturale, idrogeno, anidride carbonica, ecc.
Correlazione acustica attiva: affidabile anche alle più elevate velocità dei gas
Garantire la disponibilità della misura anche quando i gas fluiscono alla massima velocità è una delle caratteristiche più importanti di un sistema di misura dei gas di torcia. L'innovativa tecnologia ASC (correlazione acustica attiva) estende il precedente intervallo di portata massima fino al 30%. ASC associa 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 brevettata ASC consente quindi una copertura ancora migliore dei possibili scenari legati ai gas di torcia.
Manutenzione semplice. Verifica istantanea. Autodiagnostica.
Il collegamento di software e firmware apre la strada a nuove funzioni e numerosi vantaggi: il sistema di automonitoraggio fornisce dati preziosi sullo stato del dispositivo, mostra le tendenze ed evidenzia i cambiamenti rilevanti. Gli errori dell'applicazione vengono rilevati e documentati immediatamente; in questo modo è possibile evitare lunghe procedure di risoluzione dei problemi. Su richiesta, il sistema verifica se stesso e registra il suo stato attuale. In questo tal modo, gli utenti possono disporre di un mezzo molto semplice per creare documenti che aiutino a dimostrare il rispetto delle normative sulle emissioni – e tutto questo da remoto, senza necessità di inviare un tecnico di assistenza sul campo. Ciò riduce notevolmente i rischi operativi e di sicurezza.
Sistemi di automonitoraggio come i-diagnostics™ supportano il passaggio dalla manutenzione basata sul tempo a quella basata sulle condizioni – riducendo la frequenza di manutenzione e abbassandone, quindi, i costi correlati.
La soluzione giusta per ogni sfida
I misuratori di gas di torcia con tecnologia a ultrasuoni vengono utilizzati in varie applicazioni con esigenze differenti. Di conseguenza, per scegliere la soluzione giusta, è indispensabile conoscere perfettamente le diverse problematiche. Nel settore della raffinazione, ad esempio, le attuali normative EPA degli Stati Uniti impongono un valore di riscaldamento minimo della zona di combustione di 270 BTU/scf. Inoltre, per tutti i sistemi di torcia assistiti da vapore, è richiesto un parametro del potere calorifico netto della miscela diluita di NHVdil ≥ 22 BTU/ft2. Tutto questo mantenendo un'elevata efficienza di combustione. Per soddisfare tali requisiti e mantenere la temperatura di riscaldamento al livello necessario, i misuratori di portata a ultrasuoni dei gas possono essere utilizzati anche per controllare l'alimentazione del vapore.
Il nuovo misuratore per gas di torcia FLOWSIC100 Flare-XT è disponibile in tre diverse versioni. Tutte le versioni propongono un sistema di misura a 1 o 2 percorsi. I sistemi di installazione trasversale (crossduct) e quelli con sonda di misura unilaterale sono disponibili in entrambe le configurazioni di percorso. Essendo compatta e unilaterale, la versione con sonda riduce al minimo il lavoro di installazione richiesto. La versione a 2 percorsi raggiunge invece precisioni elevate anche in condizioni di flusso difficili e assicura le 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 di interfaccia si connette facilmente a un'ampia serie di sistemi e reti grazie alle sue numerose interfacce.
L'unità di interfaccia elabora i segnali in ingresso e calcola parametri quali peso molecolare, portata massica e volume di gas, oltre che valori di riferimento standardizzati. Tramite un'interfaccia a infrarossi, il sistema può essere utilizzato in modo intuitivo da un laptop o da un tablet grazie al software FLOWgate™. Le interfacce integrate Ethernet d RS-485 consentono di monitorare lo stato del dispositivo da remoto.
I parametri chiave e i valori misurati quali portata volumetrica, portata massica o peso molecolare vengono elaborati, valutati e memorizzati in modo affidabile. In questo senso, la memoria interna consente di archiviare i dati in modo permanente, sicuro e strutturato. Grazie alla comunicazione digitale senza interferenze, l'unità di interfaccia può essere installata fino a 1.000 m di distanza dal punto di misura. Non è quindi più necessaria un'unità di controllo locale, incapsulata a pressione e potenzialmente costosa.
Sostituzione della misura della massa termica
Per funzionare correttamente, alcuni principi di misura - come quello della massa termica - necessitano di gas pulito. La tecnologia a ultrasuoni può superare i problemi di incrostazione o contaminazione dei sensori potenziando automaticamente il segnale. Ciò ottimizza gli intervalli di manutenzione, massimizza i tempi di attività delle operazioni di misura e riduce i costi operativi. Inoltre, la misura del gas di torcia a ultrasuoni è l'unica tecnologia in grado di operare in un intervallo di misura fino a 1:4000. Non è necessario limitarsi a un flusso alto o basso dato che sono possibili velocità di misura da 0,03 m/s a 120 m/s.
Per le esigenze delle applicazioni a monte - ad es. fracking (fratturazione idraulica) - Endress+Hauser propone anche l'affidabile e robusto trasmettitore FLOWSIC100 Flare-XT che non richiede interventi di ritaratura. I sensori sono collegati direttamente a un flow computer già esistente. Con questa configurazione, l'unità di interfaccia non è necessaria e non sono necessari neanche i trasmettitori di pressione o temperatura.
La scelta del sistema di misura si basa sulla valutazione di ogni specifica applicazione
La misura della portata dei gas di torcia cambia a seconda dell'applicazione: temperatura, pressione, matrice di gas, velocità, ecc. possono variare totalmente. Questo è il motivo per cui Endress+Hauser offre una valutazione specifica per ogni punto di misura, in modo da individuare la soluzione ottimale. Dopo la valutazione, al cliente viene fornito un report dettagliato dello scenario complessivo di misura dei gas di torcia – a livello globale.
