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Analisi dei gas in situ vs. analisi estrattiva – Quando ciascun metodo di misurazione si rivela vantaggioso nell’industria

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In situ o estrattivo?

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Il monitoraggio continuo dei gas di processo è un elemento fondamentale per garantire l’efficienza e la sicurezza degli impianti nei settori della chimica, della produzione di biogas e del monitoraggio delle emissioni.

Prima dell’installazione, tuttavia, è necessario prendere una decisione strategica fondamentale: le misurazioni devono essere effettuate direttamente nel flusso di processo (in situ) o tramite campionamento (estrattivo)? Entrambe le soluzioni presentano chiari vantaggi, ma comportano costi di investimento e di esercizio diversi. Quale metodo è economicamente vantaggioso in quale applicazione?

Analisi dei gas in linea: misurazione diretta nel flusso di processo

Nell’analisi in situ, i sensori o i componenti ottici sono posizionati direttamente sul condotto o sul camino. Il gas viene misurato con tempi di risposta rapidi senza uscire dal processo. A tal fine, metodi ottici all’avanguardia – come la spettroscopia a diodi laser sintonizzabili (TDLAS) – inviano il proprio segnale luminoso attraverso il flusso di gas in movimento.

Ciò va distinto dalla misurazione in linea, in cui la cella di misura è situata in una linea di bypass attraverso la quale scorre il gas. Entrambi i metodi hanno una cosa in comune: effettuano misurazioni non estrattive, il che significa che non è necessario alcun condizionamento esterno del gas.

I vantaggi più importanti della misurazione in situ dei gas

- Valori misurati in tempo reale: i dati sono disponibili praticamente senza alcun ritardo.

- Semplice da gestire: non è necessario alcun condizionamento complesso, poiché il fluido rimane direttamente nel processo.

- Resistenza alle alte temperature: l’utilizzo della temperatura di processo consente misurazioni affidabili anche con gas caldi e umidi.

Limiti e sfide della tecnologia

Calibrazione complessa: le operazioni di calibrazione e convalida devono essere eseguite direttamente nel punto di misura, spesso di difficile accesso.

Attenuazione del segnale: un forte sviluppo di polvere o la torbidità nel flusso di gas possono attenuare il segnale.

Impegno di manutenzione: le finestre ottiche si sporcano e richiedono pulizia e regolazione periodiche.

Allineamento preciso: le unità trasmittente e ricevente devono essere allineate con precisione lungo il percorso di misura.

Limitazione dei componenti: solitamente è possibile rilevare un solo componente di misura per percorso di misura, con una selezione complessivamente limitata di metodi di misura.

Analisi estrattiva dei gas: precisione grazie al condizionamento controllato del gas

Il metodo estrattivo segue un approccio affidabile alla caratterizzazione dei gas: una pompa per gas campione preleva continuamente un campione rappresentativo direttamente dal processo. Prima che abbia luogo l’effettiva analisi del gas, il fluido viene condizionato tramite linee riscaldate ed efficienti raffreddatori di gas – il che significa che viene specificatamente pulito, essiccato e portato a una temperatura stabile.

Solo allora il gas entra nell’analizzatore di gas (come la compatta serie Smart o il Gas Analyzer 320 di Fresenius). Il grande vantaggio di questo ambiente controllato nella cella di misura: i fattori di interferenza come l’umidità o le particelle vengono eliminati in modo affidabile, garantendo valori di misura estremamente stabili e precisi.

Vantaggio economico: commutazione efficiente dei punti di misura

Un vantaggio fondamentale dell’approccio estrattivo è la commutazione dei punti di misura:

- Riduzione dei costi: un singolo analizzatore di gas può servire fino a otto punti di processo in rotazione automatica tramite elettrovalvole interne.

- Analisi multicomponente: in ogni singolo punto di misura vengono rilevati contemporaneamente diversi componenti gassosi.

- Misura ciclica: il rilevamento avviene in modo sequenziale (uno dopo l’altro, non simultaneamente), il che riduce drasticamente i costi hardware per punto di misura in impianti complessi.

Nota importante sul monitoraggio delle emissioni: la commutazione non è consentita per il monitoraggio continuo delle emissioni previsto dalla legge. In questo caso, viene utilizzata un’entrata dedicata per il gas campione senza commutazione per garantire dati di misura senza interruzioni.

Confronto dei costi: investimento contro manutenzione corrente

1. Acquisto e installazione (CAPEX)

I sistemi in situ spesso sembrano più economici per un singolo punto di misura, poiché non sono necessarie linee di campionamento né raffreddatori di gas. Tuttavia, i costi aumentano con ogni punto di misura aggiuntivo, poiché ogni punto richiede una propria unità di misura. Un analizzatore estrattivo, invece, può essere collegato a diversi punti tramite un sistema di campionamento multipunto, riducendo così il costo per singolo punto di misura.

2. Funzionamento e manutenzione (OPEX)

I sistemi estrattivi richiedono una manutenzione regolare dei filtri e dei raffreddatori di gas per prevenire la contaminazione e la formazione di condensa. I sensori in situ richiedono poca manutenzione dal punto di vista meccanico, ma possono deteriorarsi a causa dei gas aggressivi; la sostituzione di un sensore direttamente sul condotto risulta quindi spesso complessa, così come la pulizia delle finestre ottiche sporche.

3. Sforzo di calibrazione e tempi di inattività

I sistemi estrattivi richiedono tradizionalmente una ricalibrazione periodica, talvolta con costosi gas di prova; i sistemi laser in situ spesso si calibrano autonomamente tramite celle di riferimento integrate. È proprio qui che entrano in gioco gli analizzatori NDIR di Fresenius Umwelttechnik, che coprono due metodi NDIR a seconda dell’applicazione, del campo di misura e della lunghezza d’onda di misura:

Questa autoriferenza è una caratteristica della tecnologia NDIR a doppia pressione. Non si applica ad altri principi di misurazione – come NDUV, paramagnetico o misurazione dell’ossigeno con ossido di zirconio; in questi casi, rimane necessaria la regolazione specifica per il rispettivo principio. Il vantaggio della calibrazione riduce quindi in modo significativo i costi operativi correnti dei sistemi NDIR estrattivi senza sostituire completamente l’intervento di base.

Guida alla scelta: quale metodo è più adatto al vostro impianto?

L’analisi dei gas in situ è vantaggiosa soprattutto quando sono richiesti tempi di risposta molto rapidi nell’ordine dei secondi o quando si deve rilevare un gas puro in un unico punto di misura facilmente accessibile.

L’analisi estrattiva dei gas mostra i propri punti di forza non appena miscele di gas aggressive, umide o calde devono essere trattate in modo controllato oppure quando sono richieste analisi multigas ad alta precisione (NDIR o NDUV) – con diversi componenti per punto di misura e diversi punti di misura gestiti ciclicamente. Per il monitoraggio continuo delle emissioni viene utilizzata un’entrata dedicata per il gas campione.

La combinazione tra matrice gassosa e punti di misura è determinante

Non esiste un “migliore” in senso generale, ma solo un “più economico per il vostro processo specifico”. Chi conosce la matrice gassosa del proprio gas campione e pianifica strategicamente il numero e l’accessibilità dei punti di misura prenderà una decisione sostenibile. Il metodo in situ eccelle in termini di velocità e per i singoli punti di misura, mentre quello estrattivo è indicato per matrici gassose complesse, analisi multigas e punti di misura multipli.

Non siete sicuri di quale metodo ridurrà in modo sostenibile i vostri costi operativi? Contattate gli esperti applicativi di Fresenius Umwelttechnik: analizzeremo il vostro processo e lavoreremo con voi per trovare la soluzione tecnicamente ed economicamente più adatta.

Domande frequenti (FAQ)

Qual è la differenza tra misurazione in situ e misurazione estrattiva?

Nella misurazione in situ, l’analizzatore è posizionato sul condotto e misura direttamente nel gas di processo senza campionamento. Nella misurazione estrattiva, viene prelevato un campione, condizionato (filtrato, essiccato, a temperatura controllata) e misurato in un analizzatore separato.

Quanti punti di misura può monitorare un analizzatore estrattivo?

È possibile gestire fino a otto punti di processo in rotazione automatica tramite un commutatore interno dei punti di misura – ciclicamente uno dopo l’altro, non contemporaneamente. Per un punto di misura delle emissioni che deve essere monitorato in modo continuo viene utilizzata un’entrata dedicata.

Un sistema estrattivo richiede costosi gas di prova?

Dipende dal principio di misura. Con il metodo NDIR a doppia pressione di riferimento, il sistema è autoreferenziale e non richiede gas di azzeramento né gas di prova. Con il metodo NDIR a doppio raggio, di solito è sufficiente una regolare correzione del punto zero, mentre la calibrazione del punto finale è necessaria solo in casi particolari. Per la misurazione NDUV o dell’ossigeno, si applicano le regolazioni specifiche del rispettivo principio.

Quale metodo reagisce più rapidamente?

I sistemi laser in situ forniscono i valori misurati in circa due secondi poiché il gas non viene trasportato. I sistemi estrattivi impiegano in genere dai 20 ai 40 secondi circa, compreso il tempo di trasporto.

Quale metodo è adatto al monitoraggio delle emissioni?

Poiché il monitoraggio delle emissioni deve essere continuo, si utilizza un ingresso dedicato per il gas campione senza commutazione del punto di misura. La scelta del metodo appropriato, in situ o estrattivo, dipende dalla matrice del gas, dalla precisione richiesta e dalle condizioni di processo.

Leggi l’articolo originale su freseniusinstruments.com: https://freseniusinstruments.com/blog/22912/in-situ-vs-extractive-gas-analysis-when-each-measurement-method-pays-off-in-industry/?lang=en