Evento TERMICO Regas, brevetto n VI2011A000132

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1 Natural Gas Progress Evento TERMICO Regas, brevetto n VI211A132 Alessandro Menarbin Capo Progetto Ricerca e Sviluppo Regas s.r.l. Regolazione Odorizzazione Accessori e Ricambi

2 INDICE Perché occuparsi del preriscaldo Stato dell arte in cabina EMMA Key Points EMMA Architettura del sistema Tecnologia a pompa di calore Robur Controllo Il dosaggio del calore Controllo Invarianza alle condizioni di processo Garantire la sicurezza del processo Migliorare la sicurezza del processo Stand Alone e Telecomando Telecomando da remoto Telecontrollo da remoto Risultati da FieldTest Ringraziamenti 1

3 Perché occuparsi del preriscaldo Il progetto nasce dall esigenza diffusa di ottimizzare i sistemi di preriscaldo del gas nella cabine di primo salto. Gli attuali impianti presenti in campo prevedono il controllo della temperatura del gas attraverso dei termostati di condotta o, in alcuni casi, addirittura solo attraverso il controllo diretto della temperatura acqua. Si tratta di un approccio piuttosto datato, non molto diverso da un controllo domestico della temperatura, poco efficiente e spesso inutilmente costoso. Regas, con questo progetto, ribalta il paradigma, considerando il sistema di preriscaldo come un processo produttivo in grado di generare valore in funzione della qualità del processo stesso. Si passa da un controllo on/off ad un controllo continuo real-time basato non solo sulla temperatura del gas ma anche sulle altre variabili di processo quali: portata, salto di pressione, stagionalità. 2

4 Stato dell arte in cabina Di seguito il comportamento, monitorato per alcuni giorni, di due cabine di primo salto, una piccola con portate fino a qualche migliaio di Sm³/h ed una media con portate fino a 2. Sm³/h Come risulta evidente dai grafici, la regolazione della temperatura del gas attraverso i termostati è inevitabilmente approssimativa, in quanto fortemente influenzata dall inerzia termica del sistema di preriscaldo oltre che da una serie di altri fattori, non ultimo l intrinseca qualità del termostato stesso. In generale si rende necessario settare un valore di temperatura al di sopra delle reali necessità in modo da poter compensare le inevitabili derive verso il basso dovute al ritardo con cui il termostato reagisce Q Tgas

5 EMMA Key Points Il progetto si suddivide in quattro macro aree: Ottimizzazione attuatori Telecomando Controllo realtime EMMA Tecnologia Pompa di Calore Robur 4

6 EMMA Architettura del sistema CORE EMMA COMM BASIC OPEN ATTUATORI ECO PREMIUM ECO PREMIUM 5

7 Tecnologia a pompa di calore - Robur Nelle cabine di primo salto si utilizzano tipicamente delle caldaie a termopila. Si tratta in genere di macchine molto robuste, ma con un livello di efficienza spesso non più al passo con i tempi. Da alcuni anni sono presenti sul mercato dei generatori termici che utilizzano il principio della pompa di calore. È un sistema che consente di recuperare il calore a bassa temperatura presente nell ambiente e di utilizzarlo, attraverso un apposito ciclo termodinamico, per generare calore ad una temperatura più alta. Sono macchine con un forte impatto ecologico, in quanto recuperano energia che andrebbe altrimenti dispersa nell ambiente per re-impiegarla in un processo produttivo. Durante la fase iniziale del progetto, abbiamo fatto un approfondita indagine di mercato per capire quali fossero i principali player e quale di essi potesse apportare il miglior contributo, sia in termini di innovazione tecnologica che di pura prestazionalità. Abbiamo scoperto Robur, un ottima azienda italiana, anche se ormai da molti anni di respiro internazionale, detentrice della tecnologia ad assorbimento GAHP, in grado di generare livelli di efficienza (C.O.P.) stagionale intorno al 13%. A seguito di un analisi preliminare congiunta, si è stabilita un ottima partnership che ci ha insieme portato a realizzare alcuni impianti field test con risultati tecnico-economici di assoluto rilievo. Regas e Robur partecipano congiuntamente alla 25 World Gas Conference che si tiene quest anno a Kuala Lumpur, presentando l applicazione della tecnologia GAHP nelle cabine di primo salto. 6

8 Controllo Il dosaggio del calore Il principio è quello di fornire, istante per istante, la giusta quantità di calore al gas. Così come già avviene durante il ben noto processo di odorizzazione, ogni m³ di gas in transito deve ricevere la giusta quantità di energia in modo da raggiungere il valore finale desiderato. Ogni sovra-riscaldamento risulta essere inutile e comporta delle perdite che possono, anzi devono, essere evitate. DUE requisiti fondamentali: 1. Sapere quanto gas sta passando misura portata istantanea 2. Controllo della quantità di calore ceduta dall acqua al gas nello stesso momento comando di temperatura e portata acqua 7

9 Controllo Invarianza alle condizioni di processo La casistica in campo è molto ampia, ci sono cabine di tipo civile, industriale, magliate e non, con pressioni d ingresso fra 12 e 7 bar e portate comprese fra poche centinaia e decine di migliaia di Sm³/h. La quantità di energia che deve essere trasferita nell unità di tempo dipende da diversi fattori quali: Pressione di ingresso e di uscita (salto entalpico istantaneo) Temperatura di ingresso Temperatura ambiente Portata gas Efficienza degli scambiatori Perdite lungo le condotte Inerzia termica del sistema Il sistema EMMA, attraverso l implementazione di un algoritmo predittivo unito alla funzione di autoapprendimento, è in grado, già dopo poche ore di funzionamento, di sintonizzarsi sul comportamento della cabina portando la temperatura del gas al valore richiesto con uno scostamento tipicamente compreso fra ± 1 C. Non sono richieste particolari tarature o ottimizzazioni, semplicemente si inseriscono i valori di fondoscala dei segnali dal campo ed il valore desiderato di temperatura del gas. 8

10 Garantire la sicurezza del processo La fase di preriscaldo nella cabine di primo salto è, in generale, un servizio non interrompibile, deve rimanere operativo anche in caso di mancanza rete. Uno degli obiettivi principali della progettazione di EMMA è proprio quello di mantenere, anzi se possibile migliorare, tutti gli aspetti legati alla continuità di esercizio. Da un punto di vista globale, rimane installata in campo la gestione passiva dell impianto, il sistema Regas può controllare la temperatura soltanto all interno dell intervallo definito dai termostati di condotta già presenti in campo. Qualsiasi deviazione, dovuta ad eventi di mancanza rete piuttosto che a rotture dei sensori, viene intercettata dai termostati stessi che si sostituiscono al sistema di controllo attivo mantenendo sempre in sicurezza la cabina. Termostato Tmax Tgas Termostato Tmin 9

11 Migliorare la sicurezza del processo Oltre a mantenere le caratteristiche di sicurezza tipiche di una cabina di primo salto, il sistema EMMA si propone di fornire lo stato di dettaglio di tutte le apparecchiature coinvolte nel processo permettendo da un lato,l ottimizzazione delle stesse e dall altro di poter intervenire in modo preventivo nel caso si manifestino dei comportamenti anomali. Cicli antigrippaggio per le pompe Stato di accensione di ogni singolo pilota Registra ore di funzionamen to per caldaia Registra ed ottimizza le ore di funzionamen to di ogni pompa EMMA Ottimizzazio ne ore funzionamen to caldaie Procedura di recovery se pompa in fault Rileva intervento protezione termica pompe 1

12 Stand alone e Telecomando EMMA può essere installata sia in modalità stand-alone che come sistema completo di comunicazione bi-direzionale verso il mondo esterno BASIC È la modalità stand-alone. La macchina viene programmata durante l installazione oppure in seguito, sempre localmente, attraverso un apposita interfaccia, dall utente stesso. EMMA OPEN È la modalità di controllo da remoto. Attraverso un modem GSM/GPRS il sistema rende disponibili all utente tutti i parametri di setup oltre che la verifica degli stati ed alla eventuale registrazione di tracce dati quali temperatura acqua e gas, portata cabina così come descritto di seguito. 11

13 Telecomando da remoto Il sistema Emma, attraverso un interfaccia grafica integrata nel software di centro, consentirà di impostare e comandare gli attuatori in campo secondo diverse modalità: Invernale Vengono selezionate le caldaie e la modalità di gestione delle pompe di circolazione Viene settato il valore di temperatura invernale insieme ad eventuali funzioni di ottimizzazione Gestione Scenari da data a data Estivo Oltre a quanto previsto per la gestione invernale, possono essere abilitate funzioni per lo spegnimento completo del sistema termico piuttosto che la generazione di profili particolari di preriscaldo (anticondensa) User L utente può decidere di impostare un proprio profilo particolare, dichiarandone la data di inizio e di fine validità 12

14 Telecontrollo da remoto Raccolta dati e segnalazione eventi attraverso l interfaccia wireless, nativa sia in modalità GSM che GPRS Eventi Tutti gli stati letti dalla macchina possono, su specifica parametrizzazione dell utente, generare eventi di Warning piuttosto che di Allarme. Tali informazioni vengono poi trasferite al centro di controllo per la registrazione e la gestione Interfaccia GSM/GPRS Dati I valori coinvolti nel processo vengono registrati a bordo macchina e possono essere trasferiti al centro per l analisi off-line. Comandi Il sistema permette l invio diretto di comandi, in particolar modo per l attività diagnostica 13

15 Risultati da Field Test (A) Controllo di una piccola cabina civile con Qmax inferiore a 4 Sm³/h, grafici su tre giorni di funzionamento, comparazione pre e post intervento PRIMA PORTATA CABINA - [STMC] TEMPERATURA GAS - [ C] DOPO PORTATA CABINA - [STMC] Setpoint circa 15 C, min = 12 C, max = 21 C Setpoint 7 C, min = 6,5 C, max = 7,5 C 14

16 Risultati da Field Test (B) Controllo di una medio-grande cabina civile con Qmax superiore a 2. Sm³/h, grafici su quattro giorni di funzionamento, comparazione pre e post intervento 35 3 Q PRIMA Tgas Q Tgas DOPO Setpoint circa 1 C, min = 7 C, max = 14 C Setpoint 9 C, min = 8, C, max = 1, C Riduzione set da utente 15

17 Ringraziamenti Un ringraziamento particolarmente sentito alle aziende che, con spirito di piena partecipazione, hanno permesso lo svolgimento dei field test, rendendo disponibile non solo l infrastruttura ma anche personale qualificato la cui competenza ha reso senz altro migliore il risultato finale: 16

18 Regas R&D Team Ing. Alessandro Menarbin Coordinamento di progetto, Responsabile della progettazione elettrica e l automazione P.I. Angelo Mapelli Responsabile per la regolazione e la misura del gas e per la progettazione impiantistica Ing. Riccardo Nizzaro Progettazione meccanica, Responsabile dell integrazione di sistema Luciano Zangirolami Tecnico esperto, portare il progetto dal laboratorio al campo 17

19 Contatti Regolazione Odorizzazione Accessori e Ricambi Sede legale Sede commerciale ed amministrativa Sede operativa REGAS S.r.l. Viale Lunigiana, Milano (MI) Italia REGAS S.r.l. Via dell'innominato, Brignano Gera D'Adda (BG) Italia Tel. (+39) Fax (+39) REGAS S.r.l. Via Lago Maggiore, 7 loc. Monticello di Fara 364 Sarego (VI) Italia Tel. (+39) Fax (+39) regas@regas-italia.com 18