Case Study: Il sistema di sicurezza degli impianti chimici è dotato di misuratori Coriolis avanzati

L'impianto BASF aumenta i tempi di attività utilizzando la gestione del gas trascinato e la verifica in situ. Da gennaio 2021 InTech Focus.

L'azienda chimica globale BASF ha optato per la nuova tecnologia di misurazione Coriolis come elemento centrale del sistema di sicurezza strumentato (SIS) del suo stabilimento di Freeport, Texas. Grazie all'eccellente rapporto prezzo/prestazioni, all'ingombro ridotto, alle funzionalità di gestione del gas trascinato e alle capacità di verifica in situ, la nuova tecnologia dei misuratori di portata migliora l'affidabilità e riduce i tempi di inattività dei sistemi di processo critici.

Lo stabilimento BASF di Freeport produce polimeri superassorbenti (SAP), che assorbono e trattengono grandi quantità di liquidi. Il polimero che assorbe l'acqua ha migliaia di usi, che vanno dai pannolini, al nastro adesivo e alla neve artificiale, agli impacchi per la terapia del caldo e del freddo, ai letti ad acqua immobili e persino ai giocattoli per la crescita. Secondo Daniel Siddiqui, ingegnere capo della strumentazione ed elettrico di BASF per CPN, servizi pubblici e infrastrutture, gli operatori degli impianti dovevano sostituire la strumentazione del misuratore di portata per il SIS, un insieme ingegnerizzato di controlli hardware e software utilizzati sui sistemi di processo critici. Il precedente misuratore di massa aveva raggiunto la fine della sua vita utile e BASF voleva sostituirlo con una tecnologia più recente. "Gli standard BASF richiedono la sostituzione delle apparecchiature SIS al termine del loro ciclo di vita secondo le raccomandazioni dei produttori", ha affermato Siddiqui. "L'apparecchiatura mostrava deviazioni maggiori rispetto alle specifiche e, invece di ricalibrarla, abbiamo deciso di sostituirla." Il SIS dell'impianto doveva soddisfare il livello di integrità di sicurezza (SIL) 3, una misura delle prestazioni del sistema e della probabilità di guasto per un dispositivo di sicurezza funzione strumentata, come definito negli standard di sicurezza funzionale IEC 61508. Tra gli altri elementi, SIL 3 richiede uno strumento di sicurezza SIS con esclusione per eventuali condizioni insolite. Sono necessari strumenti misuratori di portata ridondanti per avvisare gli operatori di eventuali deviazioni del flusso e attivare un allarme di sicurezza. Ogni volta che la deviazione è superiore al 5%, il SIS spegne la linea di produzione. Gli operatori sapevano che selezionare la strumentazione giusta era fondamentale per ridurre al minimo eventuali interventi intermittenti o falsi allarmi che avrebbero potuto arrestare la linea di produzione. A parte l'onere economico derivante dalla perdita di produzione e dallo spreco di materiale, l'arresto prematuro a pieno carico (piuttosto che la normale riduzione per l'arresto) può comportare un'usura significativa delle apparecchiature. "Il preventivo che abbiamo ricevuto per i misuratori sostitutivi da altri fornitori ha superato il nostro budget ; a causa della natura del nostro processo, abbiamo dovuto utilizzare un materiale esotico. Abbiamo contattato KROHNE e il preventivo che abbiamo ottenuto rappresentava un notevole risparmio di costi rispetto agli altri fornitori." BASF ha testato il misuratore KROHNE presso il suo laboratorio centrale in Germania e lo ha approvato per il servizio SIS. Dopo aver esaminato una serie di opzioni, BASF ha scelto un design che prevede due misuratori di portata massica a doppio tubo piegato Coriolis KROHNE OPTIMASS 6400 in serie per creare la ridondanza richiesta. I misuratori di portata sono disponibili in dimensioni che vanno da DN 08 a 250 e possono essere realizzati in acciaio inossidabile 316L, Hastelloy® C22 e acciaio duplex UNS S31803. L'installazione BASF comprende due misuratori da 2 pollici. Il contatore esterno è realizzato in acciaio inossidabile 316 e quello interno è composto da Hastelloy. Conforme alla User Association of Automation Technology in Process Industries (NAMUR), sono disponibili lunghezze di installazione standard; OPTIMASS 6400 funziona a temperature elevate fino a 400 °C (752 °F), nonché in applicazioni criogeniche fino a –200 °C (–328 °F). Gestisce anche pressioni fino a 200 bar (2900 psi). È dotato del nuovo convertitore di segnale MFC 400, che offre un'elaborazione del segnale veloce e completamente digitale, nonché indicazioni diagnostiche e di stato migliorate.

Gli operatori dell'impianto, esaminando le opzioni, hanno stabilito che il rapporto prezzo/affidabilità delle prestazioni dell'OPTIMASS 6400 era superiore a tutte le altre opzioni. Se gli operatori ottenevano una lettura che mostrava una deviazione o un altro problema con un parametro di monitoraggio del processo, il misuratore aiutava a identificare il problema in anticipo, pur continuando a funzionare in modo affidabile in condizioni anomale. Oltre al vantaggio del prezzo di acquisto, OPTIMASS 6400 aggiunge valore extra attraverso robuste caratteristiche tecniche, come il sistema di gestione del gas trascinato (EGM) di KROHNE. Il gas intrappolato può disturbare la sensibilità della misurazione della portata massica dei liquidi, diminuendone la precisione o addirittura interrompendo completamente la misurazione. La nuova tecnologia del misuratore di portata massica Coriolis garantisce misurazioni stabili e ininterrotte con un elevato contenuto di gas. OPTIMASS 6400 fornisce un'indicazione affidabile delle bolle di gas nel processo utilizzando una combinazione di varie misurazioni per rilevare un flusso bifase. Con valori compresi tra lo zero e il 100% di contenuto di gas o aria nella linea, mantiene continuamente le misurazioni del flusso di massa e della densità e fornisce valori misurati in tempo reale in ogni momento. Allo stesso tempo, può segnalare lo stato bifase ed emettere un allarme preconfigurato, in conformità con i requisiti NAMUR NE 107. L'ingombro fisico ridotto dei contatori selezionati è stato un altro vantaggio e ha reso l'installazione più semplice. Ad esempio, i dispositivi KROHNE si inseriscono nello spazio esistente senza importanti modifiche alle tubazioni, mentre i misuratori di altri fornitori avrebbero richiesto modifiche significative alle tubazioni. Con OPTIMASS 6400, un sistema di isolamento proprietario consente ai misuratori di essere accoppiati strettamente o montati flangia a flangia. Il design esclusivo garantisce che le vibrazioni del tubo non abbiano alcun effetto sulle prestazioni quando i misuratori sono montati flangia a flangia. Il flusso attraverso il contatore muove il tubo, provocando un vortice di fluidi, che crea una distorsione meccanica tra l'ingresso e l'uscita del tubo. Il sensore a monte dell'oscillatore capta questa vibrazione prima dell'uscita. Con altri progetti, le vibrazioni del tubo migrano attraverso le tubazioni, causando errori se i contatori sono accoppiati ravvicinati. Inoltre, per la stessa caduta di pressione, BASF potrebbe selezionare un diametro inferiore a causa della minore caduta di pressione attraverso il contatore rispetto ad altre opzioni. Questo è stato un vero vantaggio in termini di costi per il cliente. Un altro vantaggio notato da BASF è stato l'ottimizzazione dello stoccaggio dei pezzi di ricambio, garantendo che tutti i contatori ricevuti abbiano la capacità di gas trasportato richiesta. "Abbiamo ricevuto un eccellente supporto da KROHNE e siamo riusciti a ottenere due misuratori, il che ci ha permesso di rimanere nei limiti del budget approvato", spiega Daniel Siddiqui di BASF. La verifica in situ riduce i tempi di inattività dovuti ai requisiti di calibrazione. I misuratori degli strumenti di sicurezza devono essere verificati regolarmente e gli operatori sono tenuti a stabilire un intervallo di prova funzionale. Utilizzando lo strumento di verifica in loco OPTICHECK, BASF può soddisfare i requisiti di terze parti per la verifica indipendente degli strumenti. L'azienda collega lo strumento online, mentre il misuratore è in servizio, per verificare che il flussometro funzioni entro ±1% rispetto alla calibrazione di fabbrica. La base di riferimento può essere costituita dai dati storici delle riparazioni in fabbrica o dai risultati dei test in loco dopo aver eseguito una verifica completa. OPTICHECK dispone inoltre di rapporti dettagliati per la documentazione dei test di prova dei circuiti di sicurezza. La verifica in situ consente agli operatori di mantenere il contatore in funzione più a lungo, anziché dover estrarre il contatore dalla linea, imballarlo, inviarlo per essere calibrato a un intervallo predefinito. , e rimettendolo in servizio dopo la calibrazione. Prestazioni del misuratore dall'avvio Gli operatori dell'impianto hanno avviato la nuova tecnologia dei misuratori Coriolis per il SIS nel febbraio 2020. Secondo Siddiqui, il sistema ha funzionato bene, fornendo letture accurate e offrendo una maggiore fiducia nel Applicazione SIS. "Con le nuove attrezzature, l'impianto è ancora più sicuro", ha detto Siddiqui. "Utilizzando i misuratori KROHNE non abbiamo compromesso la sicurezza, ma allo stesso tempo siamo stati in grado di massimizzare l'efficienza in termini di costi, il che ci ha permesso di rientrare nel budget. Tra i fornitori approvati da BASF, la proposta di KROHNE era la più conveniente, perché gratuita è stato fornito supporto per l'avvio."