Gascromatografo da processo per la determinazione della composizione del gas naturale

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1 Gascromatografo da processo per la determinazione della composizione del gas naturale Specifica tecnica 1. Funzione Il gascromatografo da processo deve essere in grado di determinare, in modo ciclico, automatico e a frequenze prefissabili, la composizione del gas naturale e, sulla base di questa, effettuare il calcolo dei parametri chimico-fisici quali potere calorifico superiore e massa volumica. Il gascromatografo deve inoltre avere la possibilità di essere collegato, tramite modem GSM, a Host Computer o a Personal Computer per poter effettuare la trasmissione dei valori determinati e calcolati in loco e la completa gestione a distanza dell apparecchiatura. E' essenzialmente costituito da un analyzer ed eventualmente da un controller. 2. Condizioni del gas da analizzare 2.1. Composizione La variazione di concentrazione dei componenti il gas da analizzare è compresa nei campi sotto riportati: Metano % mol Etano " Propano " Iso Butano " Nor Butano " Iso Pentano " Nor Pentano " Esani " Azoto " Anidride Carbonica " 2.2. Pressione: bar 2.3. Temperatura: C 2.4. Contenuto di H2S: mg/m Contenuto di zolfo totale: mg/m Temperatura luogo d'installazione: C. 1

2 3. Analyzer 3.1. Circuito pneumatico gas da analizzare e gas di servizio - L'analyzer deve essere idoneo a ricevere il gas alle condizioni di cui sopra e a trattarlo, se necessario, per permetterne la relativa introduzione. - Per ogni linea di gas in ingresso, gas di metanodotto, gas di taratura, gas di servizio, deve essere prevista la valvola di intercettazione. La linea del gas di servizio deve essere completa di regolatori di pressione (n 2 se la pressione del carrier gas è diversa dalla pressione di servocomando) con manometro di valle. Devono essere previste connessioni con raccorderia tipo Gyrolok o equivalente per tubo De 6 mm. - Come gas di trasporto e gas di servizio deve essere utilizzato Elio con una portata complessiva non superiore a 50 cc/min. - Le linee di vent devono preferibilmente essere raccordate tra loro in modo da poter utilizzare una sola linea di scarico; devono essere predisposte connessioni con raccorderia tipo Gyrolok o equivalente per tubo De 6 mm Configurazione analitica La parte analitica, con detector del tipo a termoconducibilità, deve essere predisposta con colonne cromatografiche di dimensioni e materiali adatti a determinare tutti i componenti riportati in 2.1 preferibilmente in un tempo massimo di 5' e comunque almeno in 10 (compresi i tempi di elaborazione dati).possono essere utilizzate colonne impaccate, microimpaccate e capillari. Devono essere assicurati i requisiti seguenti: - risposta per ogni componente lineare per il campo di variazione previsto; - ripetibilità per i componenti C1-C2 e C3-N2-CO2 non superiore rispettivamente a e mol/mol; - ripetibilità per PCS e PCI non superiore a 50 kj/sm 3, per Dr e Z non superiore a 0.001; - errore massimo ammesso per PCS-PCI 0.5%, per Z 0.1%, per CO2 e N2 10% Alimentazione elettrica ed esecuzione di sicurezza - Alimentazione elettrica analyzer: 220 Vca - 50 Hz ; in casi di alimentazione a 12Vcc o 24Vcc deve essere fornito alimentatore 220Vca/12Vcc o 24Vcc. Per eventuali riduzioni di tensione non si deve utilizzare auto-trasformatore. - L analyzer e l alimentatore devono essere idonei all installazione in area pericolosa, Zona 1, con i requisiti e le marchiature di cui al DPR 126/98. - L'analyzer e l alimentatore devono essere completi di pressacavi in esecuzione di sicurezza per il collegamento dei cavi di potenza e dei segnali. 2

3 3.4. Assemblaggio Le parti costituenti l'analyzer devono essere assemblate su un rack autoportante di dimensioni contenute, con possibilità di fissaggio a pavimento e/o a parete. L offerta deve essere completa del relativo layout. L'assemblaggio deve essere effettuato in modo da consentire una buona accessibilità alle varie parti nelle operazioni di gestione e di riparazione. 4. Controller 4.1. Caratteristiche tecniche generali Le funzioni sotto riportate possono essere effettuate da un controller o essere inglobate nell analyzer. - Alimentazione elettrica: come punto Controller operante a microprocessore programmabile o mediante tastiera o mediante PC con idoneo collegamento. - Il programma base deve essere mantenuto in memoria anche in caso di mancanza di energia fino a 180 gg. Deve essere previsto un sistema di protezione, a password o a chiave, per l'accesso al programma. - Il controller deve essere equipaggiato con orologio interno alimentabile a batterie, per mantenere il tempo reale di riferimento anche in caso di interruzione di energia elettrica. - A seguito di fermata per interruzione dell'alimentazione elettrica, lo strumento deve ripartire automaticamente. Qualora il periodo di fermata sia tale da comportare un notevole decremento della temperatura della camera termostatata, è opportuno prevedere, come caratteristica tecnica opzionale, una ripartenza del ciclo analitico dopo la rialimentazione elettrica a tempi adeguatamente posticipati, per consentire la ristabilizzazione delle corrette condizioni analitiche. In nessun caso deve essere previsto che in fase di ripartenza automatica venga analizzato il gas di taratura fino a raggiungimento delle corrette condizioni analitiche. - L'operatore deve avere la possibilità di variare il tempo di analisi (tempo intercorrente tra inizio e fine analisi) e il tempo del ciclo analitico (tempo intercorrente tra la partenza di una analisi e l'inizio di quella successiva) sia per il gas di linea che per il gas di taratura. Deve inoltre essere possibile effettuare manualmente sia l'interruzione che la ripartenza del ciclo analitico. Il collegamento elettrico tra analizzatore e controller deve essere effettuato mediante il cavo di strumentazione 16x1,5 mmq schermato disponibile sull impianto. 3

4 4.1.1 Caratteristiche costruttive - Deve essere costituito da un quadro per fissaggio a parete accessibile all interno tramite porta apribile. - All interno del quadro devono essere alloggiate le morsettiere di appoggio cavi, i sezionatori per l alimentazione e i circuiti di controllo e/o interfaccia verso il campo (analizzatore) e verso il sistema di trasmissione dati (modem gsm). - Il quadro deve essere completo di pressacavi per il passaggio dei cavi di collegamento 4.2. Elaborazioni, calcoli e funzioni particolari Elaborazione dati analitici per la determinazione della composizione Deve essere prevista la possibilità di inserire nella composizione valori % di componenti che non possano essere determinati analiticamente come ad esempio l elio. Sono da prevedere 3 possibilità: non inserimento, inserimento di valore fisso, inserimento di valore calcolato con correlazione in funzione della % di metano. Per il calcolo dell'elio deve essere utilizzata la seguente correlazione: He = CH CH4 88 He = CH CH He = 0 CH L'operatore deve avere la possibilità di modificare i valori di Slope e Intercept delle correlazioni utilizzate. I dati analitici devono essere elaborati per ottenere la composizione del gas secondo la procedura seguente: - calcolo della % grezza di ogni componente a partire dai corrispondenti valori di area o altezza del picco e del relativo fattore di risposta determinato in fase di taratura; - se la delle % grezze dei componenti analitici è al di fuori di un valore prefissabile dall'operatore, (± x % rispetto a 100, di norma %) deve essere attivato un allarme; - eventuale inserimento nella composizione grezza di elio in valore fisso o calcolato con la % grezza del metano; - normalizzazione a 100 della composizione e arrotondamento dei valori dei componenti alla 3 a cifra decimale; la sommatoria dei componenti dopo la normalizzazione deve essere pari a 100 (tolleranza ammessa ± 0.001), per raggiungere tale obiettivo la % del metano dopo l'arrotondamento può essere calcolata per differenza Calcolo dei parametri chimico fisici Sulla base della composizione sopra determinata devono essere calcolati: potere calorifico superiore (PCS), potere calorifico inferiore (PCI), densità relativa, massa volumica, fattore di comprimibilità (Z), indice di wobbe. Tali parametri devono essere calcolati secondo la norma ISO 6976 ultima edizione. 4

5 I poteri calorifici e l'indice di wobbe devono poter essere espressi almeno in kj/sm 3 (temperatura di riferimento metering e combustion K) e in kwh/m 3 a (temperatura di riferimento metering K e combustion K), la massa volumica deve poter essere espressa in kg/nm 3 e kg/sm 3 (m 3 a K e K) Allarmi Oltre ad allarmi di sistema quali interruzioni di energia elettrica, guasto detector e/o preamplificatore, mancanza carrier, sovratemperatura forno, o equivalenti, devono essere previsti allarmi low-high per ogni componente d'analisi, per il totale grezzo e per i parametri calcolati Taratura La taratura deve essere effettuata, con miscela contenente tutti i componenti analizzati, su un numero variabile di analisi calcolando i nuovi fattori di risposta e tempi di ritenzione mediando ì valori di un numero di analisi prefissato dall'operatore, tipicamente ciclo di 5 analisi con scarto delle prime due analisi. Qualora i nuovi fattori di risposta e tempi di ritenzione differiscano di valori percentuali maggiori o uguali di quelli prefissati, deve essere attivato un allarme e i relativi valori non devono essere utilizzati nel computo delle analisi effettuate successivamente. I fattori di risposta devono anche poter essere inseriti manualmente. L'intervallo tra 2 tarature successive deve poter essere modificato in termini di ore e giorni. L'operatore deve avere la possibilità sia di far partire la taratura in manuale che di escluderla dal ciclo automatico. Deve poter essere analizzata la miscela campione senza che la taratura sia effettuata Calcolo valori medi giornalieri Deve essere effettuato il calcolo della composizione media giornaliera sulla base di tutte le analisi valide effettuate. Devono essere escluse dal computo analisi effettuate in presenza di allarmi low-high sui componenti e sui parametri calcolati e dell'allarme sulla sommatoria dei componenti prima della normalizzazione. Gli allarmi di sistema e di taratura non devono essere invalidanti. L'analisi media giornaliera viene ricavata calcolando la media aritmetica di ogni componente considerando tutte le analisi normalizzate valide ottenute in un periodo di 24 h. Le concentrazioni medie dei singoli componenti sono normalizzate a 100 e arrotondate alla 3 a cifra decimale. Durante l'arrotondamento il valore del metano può essere calcolato per differenza a 100 in modo che la sommatoria di tutti i componenti risulti pari a 100 ± Se la sommatoria dei componenti l'analisi media giornaliera prima della normalizzazione è al di fuori di un valore prefissabile dall'operatore (± x % rispetto a 100) deve essere attivato un allarme. Sulla base della composizione media giornaliera devono essere calcolati i parametri chimico fisici secondo le modalità di cui al punto Deve essere effettuato ed evidenziato il conteggio del numero di analisi valide considerate per il computo dei valori medi giornalieri. L'ora di riferimento del periodo "24 ore", di norma le ore 06.00, deve essere prefissabile da parte dell'operatore. 5

6 Qualora il controllore sia temporaneamente fuori esercizio, es. a causa dì mancanza energia elettrica, all'ora corrispondente alla fine del periodo "24 ore", alla ripresa del funzionamento, se analisi valide sono disponibili deve essere effettuato il computo dei valori medi giornalieri Calcolo valori medi orari Con le stesse modalità delle medie giornaliere deve essere effettuato il calcolo della composizione media oraria sulla base di tutte le analisi valide effettuate nell ora Memorizzazione dati Il gascromatografo, deve essere fornito di un sistema hardware capace di memorizzare i valori misurati con le seguenti modalità; Per un periodo di 30 giorni Preferibilmente tutte le analisi effettuate e comunque almeno i valori di PCS, PCI, Dr, fattore di comprimibilità, %N 2, %CO 2 relativi ad almeno 4 analisi per ora ( una ogni 15 minuti); Analisi completa (composizioni e valori calcolati) delle medie giornaliere; Per un periodo di 10 giorni Analisi completa (composizioni e valori calcolati) delle medie orarie; Dati relativi almeno alle ultime 10 tarature (fattori di risposta e tempi di ritenzione). I dati di cui sopra devono poter essere visualizzati o direttamente sul GC o tramite collegamento di idoneo dispositivo elettronico (es. PC portatile, escluso dalla fornitura) Trasmissione dati a Host Computer e gestione a distanza Il controller del gascromatografo, o una idonea interfaccia da ubicare in zona sicura, deve disporre di almeno una uscita seriale RS232 standard idonea all interfacciamento con modem di tipo GSM utilizzato da Snam RG per la trasmissione dei dati di analisi.tutti i parametri riportati in tabella devono essere configurabili anche indipendentemente dal tipo di protocollo utilizzato. Riportiamo una eventuale impostazione di default: baud 9600 bits 8 Stop 1 Parità None Controllo di flusso Nessuno Tra l analayzer e la zona sicura deve essere considerata una distanza non inferiore a 30 metri. L apparecchiatura deve rispondere secondo il protocollo GOULD MODICON MODBUS PROTOCOL ASCII o RTU selezionabile dall operatore. 6

7 I registri devono essere del tipo R/W (Leggibili / Scrivibili). Di seguito sono elencati i registri minimi da rendere disponibili: Registro Flag Dati Pronti 3058 Valore 1: analisi pronta Valore 0: analisi non pronta Registro taratura 3059 Valore 1: analisi Valore 0: taratura Registro ultimo Stream analizzato 3061 Stream 1: taratura Stream XX: n. linea analizzata Registri data e ora analisi 3041 mese 3042 giorno 3043 anno 3044 ora 3045 minuto Registri Composizione 7001 Azoto 7002 Co Metano 7004 Etano 7005 Propano 7006 n-butano 7007 i-butano 7008 n-pentano 7009 i-pentano 7010 Esani 7011 Elio In fase di taratura i registri di cui sopra devono rendere disponibili i relativi dati finali (fattori di risposta o analisi del gas di taratura). Registri Valori calcolati 7033 PCS 7035 Massa Volumica 7036 Fattore di comprimibilità 7037 Indice di WOBBE 7038 Sommatoria grezza Registri medie giornaliere 7

8 xxxx mese media giornaliera xxxx giorno media giornaliera xxxx anno media giornaliera xxxx ora media giornaliera xxxx media giornaliera Azoto xxxx media giornaliera Co2 xxxx media giornaliera Metano xxxx media giornaliera Etano xxxx media giornaliera Propano xxxx media giornaliera n-butano xxxx media giornaliera i-butano xxxx media giornaliera n-pentano xxxx media giornaliera i-pentano xxxx media giornaliera Esani xxxx media giornaliera Elio xxxx media giornaliera PCS xxxx media giornaliera PCI xxxx media giornaliera Massa Volumica xxxx media giornaliera Fattore di comprimibilità xxxx media giornaliera Indice di WOBBE xxxx numero analisi giornaliere valide Registri medie orarie xxxx come medie giornaliere Registri allarmi Eventuali allarmi generati dallo strumento devono essere scritti in messaggi da 16 bits integer. Ogni bit deve essere valorizzato a 1 in caso di allarme e 0 nel caso contrario. Deve essere resa disponibile decodifica dei singoli allarmi. La presenza di uno o più allarmi low-high dei componente d'analisi, del totale grezzo e dei parametri calcolati dovrà comunque consentire l aggiornamento dei registri modbus e la trasmissione dei dati di analisi via modem. Numero dei registri Il numero dei registri è a solo titolo di esempio. La quantità dei registri ed il loro significato può essere variato in relazione alle esigenze costruttive. I registri devono appartenere ad uno dei seguenti tipi: 1. Intel Integer Format 2. Intel Long Integer Format 3. Intel Single precision real format Deve inoltre essere resa disponibile, attraverso la stessa porta seriale, la programmazione e gestione del gascromatografo a distanza. Ciò deve poter essere effettuato tramite la fornitura di un idoneo 8

9 software da installare su un PC remoto che realizzi il colloquio con il gascromatografo tramite modem GSM. Per gestione a distanza si intende la possibilità di visualizzare e/o modificare almeno i seguenti parametri: - giorno, mese, ora - sequenza degli stream da analizzare - tempo e intervallo d'analisi - report d'analisi, di taratura, valori medi giornalieri - allarmi - start nuova taratura - tempi di ritenzione e fattori di risposta - tempistica e comandi della configurazione analitica - modalità di rilevazione analisi, di taratura, di computo medie giornaliere - costanti di calcolo - configurazione porta seriale - cromatogramma (opzionale). Il software di gestione deve prevedere la possibilità di accesso tramite password utente e la memorizzazione in modo comprensibile delle operazioni a distanza effettuate da ogni utente; devono essere memorizzati almeno gli ultimi 100 eventi. In Allegato è riportato uno schema di flusso esemplificativo del collegamento da effettuare per la trasmissione dati Uscite Analogiche Devono essere previste 2 uscite analogiche 4 20 ma isolate galvanicamente e svincolate da massa. Le uscite devono essere programmabili in modo indipendente per rendere disponibile a scelta uno qualsiasi dei parametri determinati o calcolati. 5. Documentazione Per ogni analizzatore e i relativi accessori deve essere fornito il manuale di istruzione e gli schemi per i cablaggi elettropneumatici. 6. Collaudi Dovrà essere effettuato il collaudo c/o il Fornitore Italiano. Il collaudo consisterà in una verifica funzionale del gascromatografo (verifica della corretta separazione/integrazione dei componenti, della trasmissione dati e gestione a distanza) e nella verifica dell accuratezza (rif 3.2) nella determinazione di PCS-PCI-Dr-Z con tre diversi gas di prova. I gas di prova saranno di fornitura Snam RG. 7. Omologazione di modello 9

10 Il costruttore si impegna a rendere disponibile, in fase di presentazione dell offerta, il certificato di omologazione di modello rilasciato da organismo europeo riconosciuto. MISURA/Coortec/Ass_Var Luglio

11 Schema di collegamento gascromatografi Area Area Vent Sample Cal gas Carrier Analyze Controller Modem gsm PC portatile per operazioni In campo Power supply Signals 11