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L’obiettivo di questa tesi è lo sviluppo di una logica di controllo del bilanciamento dei combustibili usati in forni di raffineria al fine dell’ottimizzazione dal punto di vista delle emissioni.
In questa tesi si farà riferimento in particolare ad un forno di topping della raffineria ENI-Livorno. Il forno ha lo scopo di preriscaldare la carica di greggio grezzo in ingresso alla colonna di distillazione atmosferica. Nel forno si utilizzano due combustibili per esercire i bruciatori: gas combustibile e olio combustibile. La presenza di due combustibili differenti, che richiedono eccessi differenti per l’ottimizzazione dal punto di vista delle emissioni, comporta il rischio dello sbilanciamento della combustione. Il gas richiede un eccesso di aria circa del 10% rispetto allo stechiometrico mentre l’olio richiede circa un 15% di eccesso rispetto allo stechiometrico. Inoltre, l’utilizzo di due combustibili differenti genera varie configurazioni di esercizio del forno. Il numero di bruciatori eserciti a gas e di quelli eserciti a olio è variabile.
La tesi si suddivide in una prima parte in cui si descrive il forno, il suo funzionamento, i loop di controllo e gli indicatori presenti, eventuali problematiche. Successivamente si analizza lo stato dei loop di regolazione, facendo uso del programma di analisi in linea “LoopControl” sviluppato presso il Laboratorio di Controllo dei Processi Chimici (CPCLab) dell’Università di Pisa e applicato da diversi anni per il monitoraggio delle prestazioni e la programma zione della manutenzione delle valvole. Il programma “LoopControl” permette di ottenere indicazioni sullo stato dei loop di controllo e sulle eventuali cause di malfunzionamento. Infine, lo studio si è concentrato sullo studio di logiche di controllo del bilanciamento della combustione. Si presentano due logiche di controllo distinte.
La prima logica, in collaborazione con la società Simeco, si basa sul rapporto tra il calore generato a singolo bruciatore esercito a olio e il calore generato a singolo bruciatore esercito a gas. Tale rapporto, se mantenuto entro dei limiti predefiniti, permette di mantenere la differenza di eccesso tra i bruciatori eserciti a olio e i bruciatori eserciti a gas di un 5%. L’azione di controllo avviene regolando in manuale la portata di olio. Questo rapporto è stato sviluppato senza fare esplicito uso della misura della portata di aria, in quanto le misure di portata di fluidi gassosi possono risultare non sempre affidabili. Si propone anche un codice da implementare a sala di controllo che permetta la regolazione di questo rapporto, indicando all’operatore la variazione di portata di olio per rientrare nei limiti. All’indicazione per il mantenimento del rapporto di bilanciamento della combustione vengono affiancate altre indicazioni di carattere manutentivo o da collegarsi a vincoli normativi, strutturali o di design dei bruciatori.
La seconda logica si basa sul calcolo diretto degli eccessi e il loro mantenimento nei valori definiti precedentemente. Questa logica è più rigorosa del rapporto descritto precedentemente in quanto non si basa sulla differenza di eccesso ma direttamente sugli eccessi ai singoli bruciatori. In questa logica si fa affidamento sulla portata di aria che può essere calcolata facendo uso delle curve di design dei ventilatori. L’azione di controllo avviene regolando la portata di olio o la portata di aria. In particolare, la variazione della portata di olio è sufficiente per rientrare nei limiti per piccole oscillazioni di calore generato ai bruciatori, mentre per oscillazioni superiori è necessario intervenire sulla portata di aria. Si valuta oltre quale valore di variazione del calore generato risulta necessario intervenire sulla portata di aria al fine di fornire indicazioni precise agli operatori.