Bilancio di materia ed energia: monitorare le rese e i consumi, individuare le perdite

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Bilancio di materia ed energia: monitorare le rese e i consumi, individuare le perdite

Ferdinando Borda | ott 06, 2020

Il bilancio di materia ed energia è un processo fondamentale per un impianto petrolchimico, apparentemente facile ma che nasconde molte complicazioni di natura strumentistica, di conoscenza del proprio processo e informatiche. Si tratta di acquisire le misure giornaliere di portate e giacenze, alimentare con queste un modello dell’impianto che sia in grado di calcolare le grandezze non misurate e minimizzare l’errore globale di misura determinando quindi la migliore soluzione.

L’accuratezza dei dati e la corretta rappresentazione dell’impianto sono la chiave per un corretto bilancio di materia ed energia.

I benefici di un sistema automatico per il bilancio di materia si manifestano in termini di rese e produzione (si stima un miglioramento del 3-5% per questi KPI), una diminuzione dei consumi energetici, la possibilità di individuare perdite di materia e una riduzione del tempo (disponibilità anticipata) e dell’effort necessario a produrre il bilancio stesso, andando a liberare risorse per analisi a maggiore valore aggiunto.

Una soluzione completa di bilancio di materia ed energia è costituita da un motore di calcolo che raccoglie i dati da diverse fonti: valori di campo, dati di movimentazione dei materiali, dati fiscali e di laboratorio. 

Queste informazioni vengono progressivamente rielaborate per la determinazione degli assetti di marcia degli impianti, la compensazione delle portate e la loro conversione in unità di misura omogenee. I dati vengono quindi inseriti nel motore di riconciliazione insieme al modello dell’impianto, in modo da calcolare il bilancio di materia e di energia. Infine, i risultati sono resi fruibili per analisi e comparazioni tramite i sistemi di reporting e business intelligence aziendali.

Struttura di una soluzione per il bilancio di materia ed energia

Come realizzare il bilancio di materia ed energia

Techedge ha affinato una metodologia in più fasi per la realizzazione del bilancio di materia ed energia:

  • Definizione dell’architettura e software selection
  • Definizione del modello dell’impianto
  • Individuazione dei dati disponibili e delle logiche di validazione
  • Fine tuning e continuous improvement del modello

 

1. Software selection

Sul mercato sono disponibili diversi software commerciali sviluppati per il bilancio energetico, exergetico e/o materiale. La scelta dovrà tenere conto della tipologia di produzione (petrolchimica, fine chemicals, farmaceutica), dell’estensione dell’impianto e di eventuali necessità particolari che possano essere gestite dal software di bilancistica.

Tipicamente questi prodotti vanno poi integrati nel landscape applicativo aziendale - ad esempio tramite l’integrazione con il gestionale per la comunicazione della posizione inventariale - e personalizzati, ad esempio a livello di reporting.

 

2. Definizione del modello dell'impianto

La costruzione del modello dell’impianto definisce i flussi in ingresso e uscita, e il posizionamento dei misuratori, la loro affidabilità (accuracy) e il grado di perdite da associare alle apparecchiature. È un lavoro che deve essere eseguito a quattro mani con i responsabili dell'impianto, in quanto la conoscenza approfondita e la memoria storica hanno un ruolo chiave

A volte le misure disponibili non sono sufficienti e vanno quindi integrate con grandezze calcolate, per automatizzare il più possibile l’applicazione delle logiche. 

Prendiamo come esempio un mixer che, a seconda della lavorazione richiesta, può inviare il semilavorato a due colonne flash in parallelo. Il misuratore fisico M è posizionato all’uscita del mixer, prima dello switch che direziona il materiale alla colonna A o B. Per modellare correttamente il bilancio risulta necessario introdurre due misuratori virtuali, 1 e 2, che acquisiscono la misura da M a seconda dello stato rispettivamente della colonna A e B. Di conseguenza, quando la colonna A sarà inattiva 1 misurerà un valore nullo, e il bilancio indirizzerà correttamente tutta la misura di M su 2. 

 Bilancio di materia ed energia: esempio di definizione del modello dell'impianto

3. Individuazione di dati, misure e logiche.

La scelta dei dati e delle misure da includere nel bilancio è la prima fase per poter effettuare un’analisi corretta. 

La corretta attribuzione delle misure e dei flussi deve essere effettuata tenendo conto degli assetti e degli stati delle apparecchiature, del posizionamento dei misuratori e della loro affidabilità nella misura. 

L’accuratezza dei misuratori è di particolare importanza per poter condurre correttamente una riconciliazione: accuratezze troppo strette porteranno a delle soluzioni non convergenti, che lasciano diversi sbilanci nel modello e non ne permettono la chiusura. Al contrario, con accuratezze molto larghe il rischio è che il modello chiuda, ma non secondo quanto atteso: un flusso potrebbe risultare il doppio del suo valore reale in seguito alla riconciliazione. 

A ciascuno strumento va quindi attribuita la sua classe di accuratezza, partendo dai datasheet ma integrando anche qui la conoscenza dell’impianto e la memoria delle persone circa l’affidabilità di ciascun misuratore nel tempo. Tutte queste informazioni devono essere cablate all’interno del sistema e diventano quindi un patrimonio aziendale condiviso.

 

4. Fine tuning e continuous improvement

La parte finale della realizzazione del bilancio di materia ed energia, il fine tuning, è quella più importante. 

Il fine tuning consente di valutare i risultati del bilancio su un periodo temporale via via più esteso a partire dai dati reali e dal modello definito e permette quindi di individuare ed apportare aggiustamenti di varia natura: modifiche al modello per errata rappresentazione dell’impianto, operazioni di taratura flange determinate grazie all’analisi del gross error, affinamento di misure stimate, etc.

Anche se il fine tuning ha un tempo limitato, al termine del quale il bilancio di materia ed energia è considerato valido, è fondamentale proseguire negli anni con un processo di continuous improvement tramite l’analisi dei gross error rilevati. Questa analisi permette infatti di avere un modello sempre preciso e rappresentativo del processo e di individuare prontamente problemi strumentali e perdite di materia

 

Techedge ha maturato esperienza nella progettazione, nella scelta del software e nell’implementazione dei sistemi di bilancistica collaborando sia con i fornitori per ottimizzare alcune delle funzionalità native dei loro software, sia affiancando i clienti per configurare e adattare il tool alle loro specifiche esigenze: siamo a tua disposizione per studi e valutazioni delle soluzioni più adatte alle tue necessità.

 


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