Anche per coloro che non lavorano nell’industria petrolifera e del gas, l’immagine di una fiamma ardente sopra un impianto industriale è familiare. Per le persone che lavorano direttamente nel settore, l’importanza critica delle fiamme nel garantire la salute e la sicurezza è ben compresa. 

Il flaring industriale è un requisito normativo per gestire le emissioni provenienti dalle fiamme, svolgendo anche una funzione di sicurezza. Poiché l’industria petrolifera e del gas continua a considerare come la digitalizzazione possa portare benefici in termini di efficienza operativa ed efficienza, in particolare a seguito dell’effetto della pandemia di Covid-19 sul numero di personale e sulla prossimità, il potenziale del monitoraggio automatico delle fiamme è significativo. 

In questo blog, considereremo come è possibile monitorare in modo efficiente la combustione delle fiamme di gas mediante l’analisi digitale del comportamento della fiamma attraverso la tecnologia di telecamere IP termiche e spettrali visive. 

La fiamma: un elemento critico per la sicurezza 

Il processo di idrocarburi in un impianto industriale è estremamente complesso e può comportare la separazione di gas indesiderati in abbondanza, che potrebbero non essere utilizzati a causa della mancanza di interesse commerciale per un ulteriore trattamento. Di conseguenza, questi gas complessi e pericolosi devono essere smaltiti in modo sicuro nell’ambiente attraverso il flaring, tenendo conto che il gas indesiderato deve scomparire nell’ambiente senza lasciare tracce. 

La parte più importante del flaring è supportare il funzionamento dell’impianto alleggerendo la pressione del gas generato durante diverse fasi di lavorazione nell’impianto; il sistema di automazione dell’impianto assicura che le valvole di sicurezza di emergenza si attivino automaticamente in caso di generazione di alta pressione. 

Il comportamento visivo della fiamma conferma i diversi stati delle operazioni dell’impianto. Ad esempio, se la combustione della fiamma è elevata con alta radiazione termica, è molto probabile che l’impianto stia funzionando in situazione di emergenza o di squilibrio. In questo caso, le valvole di sicurezza della pressione vengono attivate per stabilizzare la pressione e generare una fiamma aggressiva. Il responsabile dell’impianto può prendere le misure necessarie o, in condizioni estreme, può interrompere la produzione nell’impianto per garantire ulteriormente la salute e la sicurezza del personale sul sito. 

Conoscendo l’importanza critica della fiamma nell’impianto, essa deve essere sempre in uno stato operativo ed è quindi di estrema importanza ottenere un feedback in tempo reale dalla fiamma, ovvero: 

• Verificare se la combustione della fiamma è entro i limiti consentiti del raggio sterile in condizioni di funzionamento normale (basso, medio o alto) 
• Verificare se la radiazione termica supera il limite consentito in caso di condizioni di squilibrio dell’impianto
• Verificare se la fiamma pilota, che consiste di elettrodi di accensione (accenditore) elevati, funziona correttamente. 

Le fiamme di gas stesse sono altamente dinamiche in diverse fasi di produzione: diversi gas a diverse pressioni vengono bruciati e quindi cambiano le caratteristiche fondamentali della fiamma. Alcune fiamme a bassa pressione, chiamate fiamme a terra, si alzano solo a due o tre metri da terra; le fiamme elevate, come suggerisce il nome, si alzano molto più in alto, talvolta raggiungendo anche i 100 metri da terra. La necessità di monitorare attentamente lo stato e il comportamento delle fiamme di scarico è quindi fondamentale per la sicurezza complessiva degli impianti di produzione di petrolio e gas e delle raffinerie. 

Monitoraggio delle fiamme: un compito tradizionalmente manuale 

Date le loro caratteristiche, le fiamme operano in condizioni ostili, imprevedibili ed estreme e devono quindi essere posizionate a una distanza di sicurezza dall’area principale di lavorazione dell’impianto. Inoltre, le normative sulla salute e la sicurezza stabiliranno una zona di sicurezza intorno alla fiamma, principalmente basata sulla radiazione termica e sui limiti della zona sterile, di solito con un raggio pari al doppio dell’altezza massima della fiamma. Raramente viene posizionata qualsiasi attrezzatura attiva per il monitoraggio della fiamma più vicino alla fiamma stessa, poiché l’operazione e la manutenzione sono sempre una sfida nelle zone sterili a causa dell’alta temperatura e quindi queste installazioni vengono spesso mantenute a distanze molto più lontane. 

Tradizionalmente, il monitoraggio delle fiamme è stato un compito manuale, con gli operatori che utilizzano video da telecamere termiche analogiche per valutare lo stato della fiamma in diverse fasi di produzione. E questa coordinazione con il processo di produzione è vitale; il comportamento e le caratteristiche delle fiamme previste saranno diverse in relazione all’attività di lavorazione e all’uso delle valvole di sicurezza. 

Inoltre, uno degli aspetti più critici della fiamma è la fiamma pilota, una fiamma molto più piccola (spesso alta solo 30 cm o meno) che deve rimanere accesa in ogni momento, anche se non viene rilasciato o bruciato gas. Il monitoraggio della fiamma pilota è quindi essenziale, e le telecamere termiche di allarme di temperatura possono fornire un feedback sulla temperatura della fiamma pilota e avvisare tramite un allarme automatico se la temperatura della fiamma pilota scende al di sotto di un limite specificato. 

Un ulteriore sfida per il monitoraggio manuale è che, in determinate fasi di produzione, le fiamme possono bruciare in modo trasparente, rendendo difficile, se non impossibile, il monitoraggio visivo. 

Il monitoraggio manuale è quindi un’attività intensiva e la fallibilità umana presenta sempre un potenziale rischio. Inoltre, con l’impatto recente della pandemia di Covid-19, molti siti operano con meno personale rispetto al passato, aggravando ulteriormente i rischi del monitoraggio manuale. Il flaring è considerato come l’ultima linea di difesa per evitare che pericolosi inquinanti idrocarburici entrino nell’atmosfera – ad esempio il metano è infiammabile ed è molto più potente del CO2 come gas serra. 

Monitoraggio automatico delle fiamme utilizzando telecamere termiche e video 

Le telecamere visuali svolgono un ruolo centrale nel monitoraggio delle caratteristiche delle fiamme e nella risposta al loro comportamento. Ad esempio, una telecamera visiva consente agli operatori di vedere se la fiamma sta bruciando i gas in modo efficiente, ovvero non dovrebbe esserci fumo. Se il fumo è visibile, gli operatori potrebbero dover aumentare la temperatura della fiamma aggiungendo ossigeno o nebulizzazione di acqua come ulteriore combustibile. Questa risposta è fondamentale: le normative consentono solo l’emissione di fumo per un tempo molto limitato e l’incidente deve essere segnalato ed analizzato. Le violazioni possono comportare multe salate e persino la revoca delle autorizzazioni. 

Le telecamere termiche ad infrarossi (IR) rappresentano un miglioramento ideale per la sfida del monitoraggio accurato delle fiamme in tutte le condizioni e costituiscono una parte centrale di un sistema di monitoraggio automatizzato. Una telecamera termica ad alta portata, in particolare una termografica, produrrà un’immagine ad alta risoluzione di una torcia di gas da qualsiasi distanza, consentendo di posizionare la telecamera in una zona sicura e agevolando quindi anche la manutenzione della telecamera. Se richiesto o necessario, possono essere utilizzate telecamere con capacità termica racchiuse in involucri protetti da esplosione con classe 1 divisione 1 e IIC come gruppo di gas, in modo da evitare che scintille dalla telecamera possano fuoriuscire e rischiare di accendere eventuali idrocarburi presenti nell’aria. 

Le telecamere termiche misurano la temperatura istantanea della radiazione infrarossa emessa da una fiamma di gas e da una fiamma pilota, consentendo un’analisi estremamente precisa delle caratteristiche della fiamma. Se una fiamma sta bruciando in modo trasparente e invisibile all’occhio umano, ad esempio, o se le condizioni atmosferiche come forti venti causano un rapido movimento o un cambio di direzione della fiamma, una telecamera termica restituirà comunque un’immagine accurata. 

La lettura della temperatura estremamente precisa consente anche agli operatori di essere certi che i gas vengano effettivamente bruciati: se il punto di fiamma di un particolare gas che viene bruciato è superiore alla temperatura della fiamma in un determinato punto, il gas verrà rilasciato nell’atmosfera senza essere trattato. Tutti i dati ottenuti possono essere inseriti nel sistema di controllo del processo per ottimizzare la fiamma. 

Le telecamere termiche forniscono la base per un sistema di monitoraggio automatico delle fiamme e, quando basate su standard aperti, possono essere integrate facilmente con il sistema SCADA dell’impianto. Una misurazione così accurata della temperatura, coordinata con l’attività di lavorazione, fornirà avvisi di eventuali problemi molto prima rispetto al monitoraggio manuale. Se le fiamme bruciano più in alto, più in basso, più calde o più fredde del previsto, o se la fiamma pilota si spegne, possono essere creati allarmi e avvisi per la verifica e l’intervento degli operatori. 

In questi casi, l’uso di telecamere duali o bispettrali, che impiegano sia sensori termici che visivi, offre ulteriori vantaggi. Mentre le immagini termiche sono ottimali per l’analisi e il monitoraggio automatizzato, le telecamere video ad alta risoluzione consentiranno agli operatori umani di valutare più chiaramente il comportamento della fiamma quando vengono allertati e sono essenziali anche per le indagini post-incidente. 

Un ulteriore vantaggio del monitoraggio automatico delle fiamme tramite l’uso di sensori termici e video è la raccolta continua e l’analisi dei dati. Quando aggregati e utilizzati nelle applicazioni di apprendimento automatico (ML), queste informazioni porteranno a future innovazioni in termini di efficienza operativa, automazione aggiuntiva e manutenzione proattiva. 

Digitalizzazione dell’industria del petrolio e del gas 

Il settore del petrolio e del gas continua a esaminare i modi in cui le tecnologie digitali possono essere impiegate per creare efficienze operative e migliorare la sicurezza. Sebbene le fiamme di gas siano state utilizzate fin dai primi giorni della produzione e raffinazione del petrolio e del gas, il loro monitoraggio è un’area che può essere potenziata attraverso tecnologie digitali avanzate, con miglioramenti in termini di sicurezza ed efficienza. 

Maggiori informazioni sulle soluzioni di Axis per il settore del petrolio e del gas possono essere trovate qui. 

Settore petrolifero e gas