Trasformazione digitale, un driver per processi più sostenibili nell’Oil & Gas

Nel 2020 si è registrato un abbassamento significativo delle emissioni di anidride carbonica, in buona parte però dovuto ai Lockdown generali. Chi opera in settori ad alto impatto ambientale, come l’Oil & Gas, lo sa: la produzione sostenibile passa attraverso lo sviluppo e l’impiego di tecnologie avanzate e non può prescindere da scelte strategiche coraggiose

In base a uno studio pubblicato sulla rivista Nature e condotto da un team internazionale di scienziati, nei primi sei mesi del 2020 le emissioni di anidride carbonica mondiali sono calate dell’8,8%, che corrisponde a circa 1,5 miliardi di tonnellate di anidride carbonica in meno rilasciate nell’atmosfera. Il mondo però si è rimesso in moto e ridurre le emissioni nocive rimane obiettivo prioritario per il settore produttivo, soprattutto per i comparti a maggior impatto ambientale.

L’evoluzione tecnologica degli ultimi anni ha fornito un grande contributo ai processi produttivi e operativi nel mondo dell’Oil & Gas. Oggi i fornitori sono tenuti a rispondere alle nuove esigenze operative legate alle sfide ambientali. In questo contesto opera anche Emerson, che propone ai clienti del settore Oil&Gas una chiara visione degli scenari tecnologici più congeniali allo sviluppo di una produttività altamente sostenibile.

L’Industrial Internet of Things sta attivamente accompagnando la trasformazione digitale degli impianti. I protocolli di comunicazione wireless, affidabili, pervasivi e scalabili, permettono il monitoraggio degli impianti e della produzione in tutti i suoi aspetti. I dati raccolti, analizzati con piattaforme software che utilizzano modelli di analisi sia di tipo fisico sia algoritmi di intelligenza artificiale, restituiscono direttamente all’utente le informazioni utili nel momento in cui sono più necessarie, facilitando e ottimizzando il lavoro di chi deve garantire l’efficienza e la produzione.

L’utilizzo delle ultime tecnologie in termini di dispositivi mobili, dagli smartphone e dai tablet industriali fino alle soluzioni indossabili di realtà aumentata, permettono una interazione con gli impianti immediata, efficace come mai prima era stato possibile. I dispositivi di realtà aumentata, inoltre, permettono la collaborazione diretta in audio e video con gli specialisti, sia interni che esterni, garantendoci così il pieno supporto mentre continuiamo ad operare a mani libere sul nostro impianto.

A complemento di tutte queste tecnologie digitali, e con l’obiettivo di migliorare la produttività e la collaborazione grazie a un efficace collegamento tra persone e tecnologie, Emerson ha lanciato la nuova piattaforma digitale MyEmerson e i servizi di collaborazione da remoto Connected Services.

MyEmerson è una piattaforma digitale che migliora la collaborazione tra i reparti all’interno dell’intera organizzazione e permette di connettersi in maniera rapida ed efficace, offrendo visibilità delle informazioni critiche in modo da poter lavorare in modo più efficiente. La varietà di strumenti inclusi in MyEmerson consente di progettare rapidamente soluzioni, gestire software e risorse installate, collaborare con esperti e ottimizzare i processi di approvvigionamento per ottenere miglioramenti misurabili in termini di velocità e produttività.

MyEmerson, infine, grazie all’accesso immediato alla documentazione dei dispositivi, ai manuali per le installazioni, agli elenchi dei pezzi di ricambio e ricambi consigliati, aiuta il personale di impianto a svolgere il proprio lavoro in modo più rapido, pianificare attività e manutenzioni, tenere sotto controllo e gestire al meglio il ciclo di vita dei dispositivi.

Per quanto riguarda i Connected Services, Emerson propone soluzioni in grado di sfruttare tutti i vantaggi che la trasformazione digitale mette a disposizione, riducendo le tempistiche di intervento, sia per quanto riguarda le attività di manutenzione periodiche, sia per quanto riguarda la gestione e manutenzione ottimale degli asset di processo e di sistema

Le applicazioni di Connected Services targate Emerson sono già operative nel settore Oil&Gas, in particolare su impianti offshore e raffinerie in Italia e in Europa. Si tratta di sistemi di Rotating equipment, ovvero monitoraggio e analisi dati per la predizione e la protezione dei dispositivi, sistemi di Static equipment, ovvero monitoraggio da remoto per ridurre i rischi di corrosione ed erosione, Steam System per il monitoraggio energetico e identificazione perdite, e Sistemi di controllo, valvole e strumentazione di campo per il monitoraggio da remoto, gli interventi di manutenzione e calibrazione, l’ottimizzazione e la gestione degli allarmi

Trasformazione digitale e gestione efficiente del vapore

Quando si parla di impianti di estrazione di combustibili fossili, la produzione del calore necessario al processo produttivo costituisce una criticità rilevante, sia in termini dei costi generali e impatto ambientale che della stabilità della produzione, ma anche una risorsa con potenziali spazi di miglioramento in termini di efficienza ed efficacia.

Aspetti di interesse sono l’incremento dell’efficienza di produzione, attraverso una migliore gestione della generazione termica e tramite un migliore recupero energetico da opportune sorgenti di calore e/o combustibile di recupero in ambito di processo. Gli impianti Oil & Gas Upstream, le raffinerie, gli impianti chimici e petrolchimici sono fra le realtà più coinvolte in questo tipo di problematiche.

Abb suggerisce un approccio globale, tramite il controllo coordinato di caldaie, turbine a vapore e a gas, considerando esplicitamente l’efficienza delle apparecchiature, la disponibilità di recuperi energetici e tenendo in considerazione, in tempo reale, i prezzi dell’energia. L’approccio proposto prevede l’utilizzazione della soluzione Steam & Power Optimization, che garantisce l’ottimizzazione di vapore e potenza in tempo reale, utilizzando la tecnologia Abb Ability Optimax.

Per la corretta gestione di una rete a vapore complessa, con molteplici apparecchiature quali caldaie, turbine a gas e turbine vapore, che interagiscono tra loro e che hanno diverse dinamiche, l’uso di un software di Advanced Process Control (Apc) risulta determinante al fine di controllare in modo sistematico e appropriate tutte le apparecchiature facenti parte della rete vapore. Il vantaggio più immediato è la stabilità di processo, sia a livello di rete vapore stessa, sia a livello di apporto termico verso le unità di processo.

La soluzione Steam & Power Optimization implementa un algoritmo di controllo che agisce in modo dolce, modulando opportunamente gli asset a disposizione ai fini di ottimizzare l’efficienza energetica ed economica, utilizzando in modo appropriato la tecnologia Apc. Questa soluzione è alternativa alle complesse logiche Dcs, normalmente implementate per gestire una rete vapore articolata, logiche che peraltro difficilmente riescono a gestire in modo ottimale la pluralità delle condizioni operative possibili.

La soluzione di Steam & Power Optimization ha, inoltre, un ottimizzatore integrato in grado di gestire modelli non lineari e complessi, utilizzando costi e prezzi espliciti e un funzionale di ottimizzazione economica.

La soluzione Abb Ability Optimax interviene su caldaie e turbine, considerando le curve di efficienza proprie delle apparecchiature e i relativi vincoli quali, ad esempio, carico minimo e massimo, al fine di ottimizzare il rendimento complessivo della produzione di calore ed energia. Agisce, inoltre, in modo attivo per ridurre le perdite energiche, ad esempio, nel caso in cui si aprano le valvole di bypass verso livelli di pressione più ridotti, oppure nel caso in cui si aprano le valvole di sfiato in atmosfera.

Al verificarsi di grandi variazioni nella rete vapore, dovute, ad esempio, a trip/fuori servizio delle apparecchiature, la soluzione Steam & Power Optimization utilizza tutti i componenti della rete a vapore per migliorare il controllo e mitigare gli effetti dell’evento anomalo, riducendo le deviazioni di pressione e temperature dai loro obiettivi ottimali.

Come ulteriore beneficio, poiché la soluzione di Steam & Power Optimization è basata su tecnologia Apc, intrinsecamente multivariabile, tutte le modalità di funzionamento richieste, ad esempio in termini di caldaie e turbine in marcia o in condizioni di arresto, vengono gestite con una singola configurazione software Apc, a fronte di complesse configurazioni Dcs atte a gestire molti sotto casi e, peraltro, con performance non ottimali.

La configurazione delle strategie di controllo della rete vapore, nell’insieme, risulta notevolmente semplificata in quanto non sono necessarie configurazioni Dcs alternative o complessi schemi di over-ride al livello di controllo di base per le modalità “caldaia-segue”, “turbina-segue”, e gestione valvole di bypass/laminazione con setpoint sfasati e altre modalità analoghe che tentano di gestire, cercando di semplificarla, una realtà complessa, senza peraltro riuscire a conseguire le performance necessarie.

La sostenibilità ha bisogno di una maggiore “sensor fusion” nella misura

La separazione tra due fluidi a differente densità è un processo abbastanza frequente nell’industria chimica e petrolchimica, dove in generale un idrocarburo viene separato dall’acqua (o da una soluzione acquosa) per seguire poi un processo differente.

In passato, per rilevare la posizione dell’interfaccia acqua/olio sono stati utilizzati sistemi meccanici che sfruttavano il principio di Archimede, i quali presentavano però la necessità di frequenti manutenzioni a causa del movimento di parti meccaniche e imprecisioni anche importanti, qualora ci fossero variazioni di densità dovute al cambiamento della temperatura.

Negli anni recenti in questa specifica misura hanno prevalso sensori capacitivi e radar a onda guidata. Entrambe queste tecnologie, capacitiva e radar a onde guidate, presentano delle limitazioni. Per superarle Endress+Hauser ha studiato e progettato un nuovo strumento in grado di integrare i benefici di una sonda radar a onda guidata e di una sonda capacitiva: Levelflex FMP55 Sensor Fusion, dove l’asta che funge da guida d’onda è allo stesso tempo una vera e propria sonda capacitiva.

La FMP55 è una sonda multiparametrica che in continuo utilizza due principi fisici differenti per rilevare la misura di interfase. Quando non è presente emulsione, la sonda capacitiva viene utilizzata per calcolare con precisione il valore di costante dielettrica del fluido superiore; se in determinate condizioni operative si presenta uno strato di emulsione, la FMP55 in automatico rileva la posizione dell’interfase grazie alla sonda capacitiva e il livello totale con la guida.

La soluzione Levelflex FMP55 a microimpulsi guidati con SensorFusion si basa su un sistema che combina il principio di misura capacitivo ai microimpulsi guidati in un unico dispositivo. Lo strumento garantisce un rilevamento sicuro del valore misurato anche in strati di emulsione e contemporaneamente del livello di interfase. Questo rende Levelflex FMP55 multiparametrico il nuovo standard nella misura di interfase soprattutto nel settore chimico e nell’Oil&Gas.

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