Il ruolo dell’attuazione rapida nell’ottimizzazione dei processi

Inutile dire che la rottura imprevista di un attuatore (o di qualsiasi altro componente) in un ambiente di servizio severo come quello dell’estrazione o della lavorazione oil & gas, della produzione petrolchimica o della generazione di potenza non può essere tollerata sia per ragioni di sicurezza che per i costi commerciali relativi al fermo dell’impianto. Nella lavorazione del gas naturale liquefatto ( LNG), per esempio, un fermo impianto di una sola ora può equivalere ad una perdita finanziaria di un milione di dollari.

Non vi è altro luogo dove l’esigenza di affidabilità sia più importante che per questo tipo di prodotto – che muovono o controllano altri meccanismi o sistemi critici per la produzione.
I sistemi di attuazione sono di fatto in uso da circa 2.000 anni, essendo stati impiegati dai Romani per la regolazione valvole, tubazioni ed impianti per la trasmissione dell’acqua. Si può immaginare quali passi da gigante siano stati fatti in questo campo.

Nei moderni sistemi di lavorazione, le applicazioni come le valvole anti-surge per i compressori o turbine sono caratterizzate dalla necessità di prestazioni ottimali, in modo da essere in grado di assicurare precisione ed affidabilità eccezionali anche nelle condizioni ambientali più impegnative – punte estreme di caldo e freddo, la presenza di fluidi corrosivi e così via. Il ruolo degli attuatori è quello di  regolare le prestazioni delle valvole, che possono essere molto grosse e richiedere una forza significativa per la loro apertura o chiusura.

Oggi è disponibile un’ampia varietà di sistemi di attuazione ma, indipendentemente dall’applicazione, chi emette la specifica deve essere molto attento alle implicazioni di un acquisto basato unicamente sul prezzo. Di per sé, la rottura dell’attuatore non si traduce soltanto in un’interruzione della produzione durante la sua sostituzione, ma può anche danneggiare valvole e smorzatori, con relativi costi. In più, ovviamente, la manutenzione d’emergenza in luoghi remoti ha diverse implicazioni di costo, sia in termini materiali sia logistici.

Negli ultimi anni, le condizioni e le pressioni operative più impegnative hanno imposto ai componenti chiave il requisito di rispondere più rapidamente ai comandi di inizio o interruzione del loro funzionamento, cosa che a sua volta ha creato una richiesta di sistemi di attuazione sempre più performanti. Nelle applicazioni più estreme, ciò può significare muovere una valvola con un plug di 1 tonnellata su una corsa di circa 1 metro in meno di un secondo, sopportando nello stesso tempo le spinte dello stesso ordine di grandezza generate dalla pressione del fluido all’interno della valvola. Se si tiene presente che questo deve essere ottenuto utilizzando un fluido motore elastico come l’aria compressa e mantenendo una precisione di 1mm durante la modulazione, è facile intuire perché nulla può essere lasciato al caso quando si seleziona l’attuatore più appropriato .

La velocità dovrebbe essere considerata primariamente a vuoto, poiché la velocità diminuisce invariabilmente all’aumentare del carico. Il tasso al quale la velocità diminuisce è direttamente correlato con la quantità di forza e con la velocità iniziale.

Per fornire la velocità addizionale richiesta, negli ultimi anni è stata sviluppata e brevettata una serie di nuove tecnologie quali posizionatori elettronici digitali e amplificatori di flusso che fanno entrambi parte del 'sistema attuatore'. Gli amplificatori di flusso offrono un’enorme capacità di flusso ed una chiusura ermetica, eliminando la necessità di ‘trip valve’ e  aggiungendo quindi solo piccole valvole pilota.

Un altro esempio è quello dei sistemi di posizionamento rapido che, per la maggior parte delle applicazioni, non richiedono né booster né valvola di scarico rapido, grazie al loro controllo ad elevata precisione del flusso .

Il segreto di questi sistemi è che combinano velocità e precisione nello stesso prodotto. Un attuatore veloce ma impreciso è non solo inutile, ma anche potenzialmente pericoloso.
Analogamente, un attuatore preciso senza la velocità richiesta non sarà in grado di soddisfare le applicazioni  che necessitano di performance elevate.

I sistemi di attuazione rapida sono disponibili in molti tipi e livelli di sofisticazione differenti. A volte  alcune applicazioni richiedono un semplice attuatore on-off. Altre volte  il requisito può essere l’apertura in meno di due secondi in caso di failure (con una spinta dell’attuatore di 127,093 N a 4,5 bar). Le applicazioni più complesse sono solitamente quelle relative all’estrazione di gas liquefatto (LNG).

Dato che ci sono diversi tipi di applicazioni, a seconda della corrosività dei mezzi utilizzati, alle condizioni e alla temperatura operativa, sia gli attuatori sia i loro accessori possono essere fabbricati  in diversi tipi di materiali (dall’alluminio all’acciaio inossidabile).

Gli sviluppi nel campo dell’attuazione includono l’introduzione degli attuatori a un quarto di giro per il controllo delle valvole rotative come le valvole a sfera e a farfalla. Specificamente ideati per applicazioni gravose, la loro produzione si sta espandendo costantemente in risposta alla domanda del mercato.

L’ulteriore innovazione è direttamente connessa alla  sicurezza – in particolare l’esigenza di soddisfare i requisiti SIL (Safety Integrity Level) – e include nuovi algoritmi di controllo ancora più precisi per i posizionatori, oltre a elevate capacità diagnostiche. Infine, è stata implementata la capacità di comunicare direttamente alla sala controllo le informazioni chiave del processo al fine di valutare tutte le opportune azioni quali miglioramento in affidabilità, sicurezza e rendimento.

Per ulteriori informazioni visitate www.imi-critical.com

Mattia Tami, IMI Critical Engineering