Misura continuaSegue le variazioni mentre avvengono.
ANALISI DI PROCESSO · QUALITÀ ENERGETICA
MISURA DELL’INDICE DI WOBBE
Misura continua della qualità energetica di gas naturale, biogas, gas di raffineria e gas siderurgici quando la composizione cambia nel tempo.
DAL PROCESSO AL DATOGas variabile→Misura continua→Controllo combustione
WOBBE INDEXContinuoQualità energetica del gas
IL PROBLEMA DI PROCESSO
Un gas non è sempre lo stesso gas.
In molti processi industriali la composizione del combustibile varia nel tempo. Cambiano quindi potere calorifico, densità e quantità d’aria necessaria alla combustione. Conoscere soltanto la portata del gas non basta.
La misura continua dell’indice di Wobbe permette al sistema di controllo di vedere la variazione della qualità energetica mentre avviene.
01Composizione del gasCH₄ · H₂ · CO · CO₂ · N₂ · altri componenti
→
02Potere calorificoDensità relativa
→
03INDICE DI WOBBEQualità energetica / intercambiabilità
→
04CombustioneForno · bruciatore · turbina
Relazione di riferimentoW = H / √dH = potere calorifico · d = densità relativa del gas
IL PARAMETRO
Che cos’è l’indice di Wobbe.
L’indice di Wobbe mette in relazione il contenuto energetico del gas con la sua densità relativa. È un parametro usato per confrontare il comportamento di gas combustibili diversi quando alimentano, nelle medesime condizioni, un sistema di combustione.
Per il controllo di processo il punto non è conoscere soltanto quanta energia contiene un volume di gas, ma come quella energia si combina con la densità del combustibile e quindi con il modo in cui il gas attraversa l’organo di alimentazione.
W = H / √drelazione di riferimento
Tre grandezze, tre informazioni diverse.
La formula rende evidente perché potere calorifico e indice di Wobbe non sono sinonimi.
- W
- Indice di Wobbe
- H
- Potere calorifico del gas, riferito alle condizioni definite per la misura
- d
- Densità relativa del gas rispetto all’aria
Potere calorifico
Descrive l’energia associata alla combustione del gas. È fondamentale, ma da solo non descrive completamente l’intercambiabilità del combustibile nel bruciatore.
Densità relativa
Contribuisce a determinare il comportamento del gas attraverso ugelli e sistemi di alimentazione. Per questo entra direttamente nella relazione di Wobbe.
Indice di Wobbe
Combina contenuto energetico e densità relativa in un parametro particolarmente utile quando la qualità del combustibile varia durante il processo.
Il punto per l’ingegnere di processo.
Due gas possono avere composizioni differenti e tuttavia risultare simili dal punto di vista dell’alimentazione energetica al bruciatore; viceversa, una variazione di composizione può produrre una variazione significativa del Wobbe. È quindi il processo reale a stabilire quale parametro debba essere controllato.
MISURA DI PROCESSO
Perché misurarlo in continuo.
Quando il fuel gas è stabile, un dato di laboratorio può descrivere bene una condizione. Quando la miscela cambia, il controllo ha bisogno di vedere la variazione mentre avviene.
Gas miscelati e recuperati
Reti fuel gas, recuperi di processo, biogas e gas siderurgici possono cambiare composizione in funzione dell’esercizio dell’impianto e dei contributi che entrano nella rete.
Il dato deve arrivare in tempo
Una misura continua è utile quando il valore può essere impiegato dal sistema di controllo per seguire la variazione della qualità energetica, invece di descriverla soltanto a posteriori.
Dal valore al DCS/PLC
Il Wobbe diventa un vero parametro di processo quando viene integrato nella logica di controllo insieme a portata, aria di combustione e altre variabili dell’impianto.
Misura diretta della qualità energetica
È orientata al parametro che interessa al comportamento del combustibile. Può essere vantaggiosa quando l’obiettivo primario è seguire rapidamente la qualità energetica del gas.
- Controllo di combustione
- Fuel gas a composizione variabile
- Regolazione di forni, turbine e processi termici
Analisi della composizione
È necessaria quando il processo richiede di conoscere i singoli componenti o quando altri calcoli e bilanci dipendono dalla composizione dettagliata del gas.
- Speciazione dei componenti
- Bilanci e diagnostica di processo
- Applicazioni nelle quali la composizione è essa stessa il dato richiesto
DOVE LA MISURA DIVENTA UTILE
Applicazioni industriali.
La domanda non è soltanto “quanto gas passa?”, ma “con quale qualità energetica sta arrivando al processo?”.
COG, BFG e gas miscelati
Gas di recupero e miscele la cui composizione può variare rapidamente.
Fuel gas di processo
Controllo della qualità energetica di reti fuel gas alimentate da sorgenti differenti.
Stabilità della combustione
Una misura continua consente di reagire alle variazioni del combustibile.
Gas da processi biologici
Monitoraggio energetico quando la composizione del gas non è costante.
LETTURA APPLICATIVA
Gas, problema e obiettivo di misura.
La scelta non parte dal nome dello strumento, ma dalla variabilità del gas e da ciò che il controllo deve ottenere.
| Applicazione | Gas / condizione | Problema di processo | Perché interessa il Wobbe |
|---|---|---|---|
| Forni industriali | Fuel gas o miscele variabili | Mantenere stabile l’apporto energetico al bruciatore | Segue la qualità energetica del combustibile mentre cambia |
| Turbine a gas | Gas naturale o fuel gas di processo | Variazioni della qualità del combustibile alimentato | Fornisce un parametro continuo utilizzabile dal controllo |
| Siderurgia | COG, BFG e miscele di gas recuperati | Composizione legata alle condizioni operative dell’impianto | Permette di confrontare in continuo gas energeticamente differenti |
| Raffineria / petrolchimico | Fuel gas da più contributi di processo | Rete combustibile non costante nel tempo | Rende visibile la variazione della qualità energetica della miscela |
| Biogas / biometano | Gas da processo biologico o upgrading | Qualità dipendente dal processo e dal trattamento | Consente il monitoraggio continuo del comportamento energetico |
| Vetro, cemento e calce | Gas combustibili e miscele | Stabilità termica e ripetibilità del processo | Supporta il controllo quando cambia il combustibile |
La configurazione effettiva deve essere verificata sulla composizione del gas, sulle condizioni di processo e sulla dinamica richiesta dalla regolazione.
LA TECNOLOGIA
UNION instruments
CWD
CWD
QUALITÀ ENERGETICA DEL GAS
Calorimetri CWD per indice di Wobbe e potere calorifico.
La serie CWD determina in modo diretto e continuo la qualità del gas: indice di Wobbe, densità specifica, potere calorifico e, con componenti di analisi gas integrati, richiesta d’aria di combustione e indice CARI. La scelta della configurazione dipende dal campo di misura, dal gas, dalla velocità delle variazioni e dalle condizioni del punto di installazione.
Per Baggi il calorimetro non è un elemento isolato: viene valutato insieme al prelievo del campione, al condizionamento e all’integrazione con il sistema di controllo. La gamma UNION e gli altri analizzatori gas sono descritti nella pagina dedicata.
GASNaturale · GPL · biogas · raffineria · processo
PROCESSOComposizione rapidamente variabile
IMPIANTIAcciaierie · vetro · cemento · calce · turbine
INSTALLAZIONEVersioni dedicate per area sicura o pericolosa
LA DIFFERENZA BAGGI
Il calorimetro è una parte della misura.
Su gas gravosi, la qualità del dato dipende anche da ciò che accade prima dell’analizzatore. Baggi integra il CWD con il sistema SensEvolution CA5101 per prelievo e condizionamento del campione.
Solidi, acqua, componenti condensabili, catrami e naftalene possono rendere critica una misura che, sulla carta, sembrerebbe semplice. Per questo il sistema di campionamento viene progettato a partire dal gas reale e dal punto di prelievo, non come accessorio aggiunto dopo la scelta dell’analizzatore.
1PRELIEVOGas di processo
→
2LINEARiscaldata fino a 100 °C
→
3FILTRAZIONESolidi e contaminanti
→
4CONDENSERaffreddamento e separazione
→
5STABILIZZAZIONEPressione e campione
→
6MISURACWD → DCS / PLC
Fast-loop e pompa opzionaliper ridurre il tempo morto su linee di campionamento lunghe.
DOMANDE TECNICHE
Prima di scegliere lo strumento.
La configurazione dipende dal gas reale e dalle condizioni del punto di prelievo.
Mette in relazione il contenuto energetico del gas con la sua densità relativa ed è usato per descriverne il comportamento in combustione e l’intercambiabilità.
Quando composizione e qualità energetica del gas cambiano abbastanza rapidamente da rendere utile al controllo di processo un dato aggiornato in continuo.
Perché solidi, acqua, condensabili, pressione e tempi di trasporto possono compromettere affidabilità e rapidità della misura se il campione non viene prelevato e condizionato correttamente.
CONTINUA NELLA RETE TEMATICA BAGGI
La misura continua oltre questa pagina.
Questo problema è collegato ad altre grandezze, fenomeni e tecnologie. Prosegui dagli approfondimenti più vicini all'applicazione.
Quando cambia la composizione: misurare l'idrogeno →Approfondisci dew point e tracce d'acqua nei gas →Portata del gas ad alta temperatura →
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VALUTAZIONE APPLICATIVA
Partiamo dal gas, non dal catalogo.
Composizione, pressione, temperatura, impurità, punto di prelievo e obiettivo di controllo: sono questi i dati da cui Baggi parte per definire analizzatore e sampling.