Radar a onde guidate (GWR): misura di livello in raffineria
Nelle misure di livello il trasmettitore a onde guidate ha trovato grande successo nel mondo della raffinazione incontrando il favore degli addetti ai lavori, così da raggiungere un’elevata diffusione.
I benefici più evidenti sono il poter effettuare la calibrazione senza la movimentazione del prodotto da misurare e non doversi preoccupare del peso specifico di questo prodotto.
La tecnologia di misura si basa sui principi della riflettometria. Onde elettromagnetiche corrono lungo una sonda che funge da riferimento e si misura il tempo in cui si registra l’eco di ritorno.
La tempistica di risposta, anche in presenza di bruschi e continui cambiamenti nel livello, è velocissima. È così che buona parte della strumentazione meccanica, a dislocatore o galleggiante, è stata sostituita negli ultimi 20 anni con trasmettitori radar a onde guidate (GWR, acronimo di Guided Wave Radar).
La colonna del topping
La colonna del topping, o torre di frazionamento, è una torre cilindrica in acciaio dedicata alla raffinazione primaria del greggio e rappresenta l’applicazione nella quale il trasmettitore a onde guidate ha trovato il primo grande successo nell’impiego nelle raffinerie. Utile, dunque, delineare sinteticamente il suo funzionamento per mettere meglio in evidenza i benefici che questo trasmettitore può portare.
Lungo l’altezza della torre si trovano dei piatti orizzontali forati, in base ai distinti punti di ebollizione ai quali si ottengono i prodotti petroliferi che si possono ottenere con la resa naturale. La temperatura della torre è elevata alla base e va diminuendo con l’altezza.
La carica di greggio, immessa nella parte bassa della colonna, da dove si attiva il ciclo di ebollizione/condensazione, vaporizza per le temperature di esercizio via via incontrate. I vapori più pesanti, nel risalire attraverso i vari stadi della torre, condensano in funzione del loro punto di ebollizione. Le frazioni più leggere del greggio arriveranno così fino in alto alla torre producendo gas. Le frazioni più pesanti del greggio, liquefatte, discendono per andare a costituire il residuo del topping poi inviato all’impianto di distillazione sottovuoto. In questo impianto il residuo viene ulteriormente distillato ad una pressione inferiore a quella atmosferica, così da ridurre le temperature di ebollizione e separare prodotti pesanti quali gli oli combustibili.
Per rimuovere dalla torre frazioni volatili che non si otterrebbero limitandosi alle semplici pratiche di distillazione si ricorre alle operazioni di strippaggio. Questo facilita anche il controllo dei punti di ebollizione iniziali dei prodotti che si vogliono distillare. Così, collegate attraverso delle linee laterali ai vari piatti in cui si divide la torre, si hanno gli strippers verso i quali andranno le correnti laterali del vapore che sale lungo la torre di raffinazione.
In queste operazioni il controllo dei livelli è importante. Tali operazioni di monitoraggio dei livelli vengono svolte con camere esterne collegate attraverso due stacchi laterali. Le dimensioni delle camere esterne usate per il monitoraggio del livello dei prodotti sono spesso ridotte, anche solo 14” (356 mm).
È così che il trasmettitore a onde guidate ha trovato un grande successo consentendo la misura continua di livello su un range così ridotto. Ai benefici della tecnologia TDR, non influenzata dal peso specifico del prodotto da misurare, si può aggiungere anche il vantaggio di tollerare bene anche viscosità importanti.
La misura di livello sul fondo colonna
Sul fondo della colonna, dove si raccoglie il liquido residuo della distillazione che viene sottoposto a strippaggio per poi andare alla colonna di distillazione sottovuoto, l’impiego di un trasmettitore a onde guidate può consentire un forte e chiaro cambiamento nell’operatività. Questo liquido di fondo, infatti, presenta una certa viscosità e un peso specifico non ben definito.
La Raffineria IPLOM, nel ricercare una sempre maggiore sicurezza del lavoro e dei processi, che portasse anche ad un’ottimizzazione della possibile resa dall’operazione di strippaggio sul fondo colonna, si è rivolta a VEGA per ricercare insieme la migliore modalità per ingegnerizzare una misura di livello che aprisse una nuova fase nella gestione della sezione di fondo della torre di raffinazione. Il trasmettitore a onde guidate si stava ormai affermando come la tecnologia di riferimento nelle misure di livello in camera esterna. Inoltre è chiaro il vantaggio di passare da una misura on/off ad una misura continua, sebbene su un range limitato a 356 mm quale quello dato dall’interasse della camera esterna.
Passare dalla tecnologia meccanica a galleggiante a quella TDR risultava ancora più interessante se, oltre ai benefici che avevano determinato la fortuna del trasmettitore a onde guidate, si riusciva anche ad arrivare ad una nuova modalità nella gestione dei dati rilevati. In particolare, interessante poter disporre, sullo strumento di misura, di un orologio che registrasse, in tempo reale, gli eventi. Questo specie di notte.
L’elettronica Plics, che caratterizza gli strumenti VEGA per misure continue, aveva interessato IPLOM in quanto, oltre ad avere l’orologio per la memorizzazione degli eventi, offre:
- memorizzazione fino a 500 eventi,
- memorizzazione fino a 100.000 valori misurati,
- funzioni di diagnostica secondo NE 107.
L’ampio numero di eventi che è possibile memorizzare cambia realmente la modalità lavorativa consentendo una mappatura dettagliata dell’attività che può portare ad ottimizzare il monitoraggio di processi di produzione gravosi e delicati. Oltre a questo, lo strumento VEGAFLEX 86 risultava vantaggioso anche perché VEGA, membro del consorzio che ha sviluppato il software di comunicazione Pactware, rende disponibili, per l’utilizzo dei suoi sensori, funzioni di configurazione, parametrizzazione, simulazione, analisi e gestione di informazioni relative al sensore. Basta installare nel PC il Driver di implementazione della comunicazione DTM (Device Type Manager) disponibile senza costi una volta scaricata gratuitamente la versione Standard del Software Pactware. Per le funzioni di calcolo e di memorizzazione più raffinate ed avanzate disponibile una versione su CD da richiedere a Vega.
Possibile, altresì, l’installazione del Driver EDD (Electronic Device Descriptor) garantendo la comunicazione attraverso tutti gli altri software di comunicazione diversi dal Pactware (AMS, PDM…). In questo modo la gestione della misura sul fondo Colonna della Torre di Raffinazione poteva cambiare radicalmente ponendo le prime basi per lavorare in una logica 4.0. Se poi si riusciva anche a contenere l’ingombro dello strumento, meglio ancora!
A questo fine VEGA ha proposto l’impiego della sonda a fune, con diametro di soli 2 mm. La fune viene mantenuta sul suo asse grazie ad un peso tenditore dal diametro appena poco inferiore al diametro interno della camera esterna. Lavorando ad alte temperature questa soluzione, che consente di evitare l’uso della stella di centraggio solitamente usata con la barra rigida, rappresenta un vantaggio anche per non aver problematiche nel tempo con la stella di centraggio. Inoltre, si rende più facile poter ottenere dallo strumento, nel suo funzionamento basato sulla riflettometria, un eco il più possibile chiaro e forte senza disturbi a condizione che la camera sia costruita con un interno il più levigato possibile senza irregolarità geometriche che possano rappresentare bersagli per le onde elettromagnetiche sprigionate dallo strumento.
La misura nell’impianto di desolforazione
La rimozione dello zolfo dagli oli pesanti ottenuti dalla distillazione sottovuoto, comunemente noti come Heavy Vacuum Gas Oil (HVGO) e Vacuum Gas Oil (VGO), assolve due importanti funzioni: ambientale e produttiva.
L’obiettivo per la Raffineria è, infatti, quello di produrre cariche appropriate per la produzione di Gasolio e Virgin Nafta con basso contenuto di zolfo secondo le norme ambientali. La rimozione dello zolfo dagli oli pesanti viene ottenuta con l’impiego dell’idrogeno.
Le due distinte tipologie di oli pesanti (VGO e HVGO) sono caricate in distinti accumulatori di carica portando un flusso di gas ricco di idrogeno. Una volta che le miscele sono state arricchite con l’idrogeno e preriscaldate tramite scambiatori sono inviate al forno per raggiungere le temperature di reazione.
La misura di livello nell’accumulatore di carica è importante per un’ideale gestione del processo e l’ottimizzazione della resa. La progressiva aggiunta dell’idrogeno, in pressione, rende l’applicazione molto delicata sotto il profilo della sicurezza. È così richiesta la cura costante del personale per tutta la fase d’avviamento.
IPLOM si è rivolta a VEGA per valutare, all’interno degli accumulatori di carica, una tecnologia di misura del livello alternativa ai trasmettitori a pressione differenziale. L’obiettivo: risolvere il problema del potere di penetrazione molecolare dell’idrogeno trovando una tecnologia di misura che non solo non fosse soggetta a questa problematica ma che fosse anche affidabile e accurata.
L’affidabilità della misura, considerata l’altezza di circa 5 metri dell’accumulatore di carica, rappresenta un aspetto di particolare rilevanza anche per la sicurezza dell’impianto. VEGA, considerando che la misura poteva essere realizzata in stand pipe, ha proposto il trasmettitore a onde guidate come migliore tecnologia di riferimento. Questo, infatti, risponde al requisito della facilità di taratura e di completa affidabilità della misura.
Nella versione “ceramica/grafite” l’emettitore delle microonde e la guarnizione di tenuta garantiscono una totale protezione contro la penetrazione dell’idrogeno. La sonda a fune garantisce un’agevole installazione grazie all’uso del peso tenditore autocentrante del diametro appena inferiore rispetto al diametro interno dello Stand Pipe. In queste condizioni di installazione il rapporto segnale/rumore intrinseco dello strumento è minimizzato e un campo di misura di circa 5 metri viene gestito idealmente dallo strumento. Così, una volta tarato in campo lo strumento da parte del personale tecnico specializzato di VEGA, la misura è risultata affidabile e sicura.
L’impiego del sistema Bluetooth ha consentito non solo di riuscire a leggere comodamente i dati dello strumento rimanendo in sicurezza all’impianto, ma anche di effettuarne la calibrazione.
Il caricamento del bitume
La produzione di bitume, ottenuto dal residuo della distillazione sottovuoto, e la sua commercializzazione, rappresentano un’attività rilevante per una raffineria, che richiede particolare attenzione per i rischi che comporta la fase del caricamento del bitume sulle autocisterne.
La Raffineria IPLOM aveva richiesto a VEGA di indicare la modalità più affidabile, ma al tempo stesso semplice per l’automazione del monitoraggio del livello di carico del bitume nell’autocisterna.
Il carico, effettuato attraverso un braccio meccanico raccordato al passo d‘uomo della cisterna del camion attraverso una flangia, richiedeva per il suo monitoraggio un’interruzione dell’attività.
La motivazione: poter sollevare la flangia del braccio meccanico e vedere così il livello del bitume nella cisterna del camion. L’obiettivo: poter effettuare il carico senza interruzioni riuscendo ad automatizzare il monitoraggio dell’operazione di riempimento. Lo strumento più idoneo? Dalla condivisione di esperienze tra la Raffineria IPLOM e VEGA, il trasmettitore radar a onde guidate!
Installare lo strumento sulla flangia del bocchettone del braccio meccanico la modalità più semplice. La versione coassiale del trasmettitore radar a onde guidate è la migliore garanzia per proteggere il sistema di misura da possibili disturbi dovuto alla vicinanza del flusso di bitume in fase di carico. Il timore era che il bitume potesse creare impaccamenti lungo la sonda coassiale subito sciolto, constatando che la temperatura, nell’operazione di caricamento sull’autocisterna, lasciava il bitume allo stato liquido. Ma con i trasmettitore radar a onde guidate VEGA, soluzione semplice ed economica, questa delicata problematica è stata brillantemente risolta!
