IT201600100483A1

IT201600100483A1 - System for the thermal control of a gas

Info

Publication number: IT201600100483A1
Application number: IT102016000100483A
Authority: IT
Inventors: Marco Fioravanti; Fabiano Ceruti; Stefano Oldrati
Original assignee: Stefano Oldrati; Fabiano Ceruti; Marco Fioravanti
Priority date: 2016-10-06
Filing date: 2016-10-06
Publication date: 2018-04-06

Description

"Sistema per il controllo termico di un gas" appartenente a "System for the thermal control of a gas" belonging to

TESTO DELLA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION

La presente invenzione ha per oggetto un sistema automatico di controllo degli apparati per il preriscaldo del gas in impianti di riduzione della pressione quali, ad esempio, quelli in uso nelle cabine di decompressione delle reti di distribuzione del gas metano. The present invention relates to an automatic control system for gas preheating apparatus in pressure reduction systems such as, for example, those used in the decompression cabins of methane gas distribution networks.

Il gas combustibile a servizio delle diverse utenze civili ed industriali viene distribuito da una rete a partire da una sorgente con pressione generalmente con valori tra i 12 e i 75 bar; sono inoltre previste nell’ambito della distribuzione delle unità di regolazione della pressione e misura del gas, definite “cabine di primo salto” che hanno lo scopo di realizzare il collegamento fisico tra la linea di origine e le linee di distribuzione adeguando le pressioni ai valori ottimali. All’interno di tale tipologia impiantistica possono inoltre esistere ulteriori processi quali la filtrazione, la misura e l’odorizzazione del gas. The combustible gas serving the various civil and industrial users is distributed by a network starting from a source with pressure generally with values between 12 and 75 bar; they are also envisaged as part of the distribution of pressure regulation and gas measurement units, defined as "first stage cabins" which have the purpose of creating the physical connection between the source line and the distribution lines by adjusting the pressures to the values optimal. Within this type of plant there may also be additional processes such as gas filtration, measurement and odorization.

In particolare, nelle cabine di primo salto si realizza la regolazione della pressione del gas da valore della rete di monte (generalmente da 12 a 75 bar) a valori di pressione compresi tra 1,5 e 5 bar. In particular, in the first stage cabins the gas pressure is regulated from the value of the upstream network (generally from 12 to 75 bar) to pressure values between 1.5 and 5 bar.

Il processo di preriscaldo si rende necessario in quanto nella fase di decompressione, l’espansione del gas ne provoca un abbassamento di temperatura fino a raggiungere valori inferiori a 0°C. Per via della presenza di una seppur bassa percentuale di acqua all’interno del gas, tale evento potrebbe generare malfunzionamenti negli organi di regolazione. Per tale ragione, il Codice di Rete (documento normativo dell’Autorità per l’Energia Elettrica ed il Gas) così come le norme tecniche applicabili (UNI CIG 9167 in primis) impongono che il gas venga preriscaldato a monte della riduzione del valore di pressione in modo che, a valle del salto di pressione, la temperatura non sia inferiore al valore di 5°C. The preheating process is necessary because in the decompression phase, the expansion of the gas causes a lowering of its temperature until it reaches values below 0 ° C. Due to the presence of a low percentage of water inside the gas, this event could generate malfunctions in the regulating organs. For this reason, the Network Code (regulatory document of the Authority for Electricity and Gas) as well as the applicable technical standards (UNI CIG 9167 in primis) require the gas to be preheated upstream of the reduction in the pressure value. so that, downstream of the pressure jump, the temperature is not lower than the value of 5 ° C.

Il riscaldamento sopra tale soglia è normalmente ottenuto derivando dalla rete una portata minima di gas che alimenta generatori di calore normalmente ad acqua calda accoppiati a scambiatori acqua/gas. Heating above this threshold is normally obtained by deriving from the network a minimum gas flow rate which supplies heat generators normally with hot water coupled to water / gas exchangers.

Le caldaie sono dotate di termostato di regolazione ON/OFF che consente, a caldaia attivata, di mantenere un campo di temperatura del circuito idraulico degli scambiatori entro una fascia caratterizzata dall’isteresi del controllo di termostato di caldaia con tutti i ritardi derivati dalle proprie caratteristiche costruttive e dal sistema di coibentazione di scambiatori e tubazioni. The boilers are equipped with an ON / OFF regulation thermostat which allows, with the boiler activated, to maintain a temperature range of the hydraulic circuit of the exchangers within a range characterized by the hysteresis of the boiler thermostat control with all the delays derived from its own characteristics. construction and the insulation system of exchangers and pipes.

È evidente che, specie nel caso i generatori installati siano più di uno, la termoregolazione deve essere strutturata e capace di gestire le eventuali cascate e ridurre il campo di isteresi di cui sopra per fare aderire nel modo più soddisfacente la curva di richiesta termica del circuito gas alla curva di potenza termica erogata dagli scambiatori. It is evident that, especially if there are more than one generators installed, the thermoregulation must be structured and capable of managing any cascades and reducing the hysteresis field referred to above to make the circuit thermal demand curve adhere in the most satisfactory way. gas at the heat output curve delivered by the exchangers.

Da tale aderenza, che si sposa con la situazione energetica di migliore rendimento, deriva il minor consumo di metano secondario e quindi il massimo vantaggio gestionale dell’Ente distributore del gas. From this adherence, which is combined with the energy situation of better efficiency, derives the lower consumption of secondary methane and therefore the maximum management advantage of the gas distributor.

La termoregolazione di cascata nei sistemi noti è gestita da un termostato di condotta ad immersione (in casi rari, a contatto) posto sulla linea gas la cui temperatura è la variabile da controllare. The cascade thermoregulation in known systems is managed by an immersion duct thermostat (in rare cases, in contact) placed on the gas line whose temperature is the variable to be controlled.

Il gas naturale viene sottoposto a preriscaldamento prima della fase di riduzione della pressione mentre la misura della temperatura viene eseguita a valle dei riduttori di pressione a mezzo del termostato di condotta di cui sopra. The natural gas is subjected to preheating before the pressure reduction phase, while the temperature measurement is performed downstream of the pressure reducers by means of the aforementioned pipe thermostat.

Nei sistemi noti il termostato di condotta genera l’abilitazione dei generatori che, con il proprio termostato di regolazione (ON/OFF), producono l’attivazione degli scambiatori acqua/gas nella fase di riscaldamento, che per la loro taratura manuale impostata dall’operatore, agiscono a prescindere dall’effettiva richiesta di energia di riscaldamento del gas fluente. In known systems, the duct thermostat generates the enabling of the generators which, with their own regulation thermostat (ON / OFF), activate the water / gas exchangers in the heating phase, which for their manual calibration set by the operator, act regardless of the actual heating energy demand of the flowing gas.

I sistemi noti lavorano, pertanto, a gradoni con un grado di precisione generato dalla sovrapposizione delle bande di lavoro inevitabilmente larghe dei diversi strumenti di controllo installati. The known systems therefore work in steps with a degree of precision generated by the overlapping of the inevitably wide working bands of the various control instruments installed.

Inoltre il termostato di condotta, in regimi di basso consumo, specie nei regimi invernali, tende a misurare la temperatura ambiente e non quella del gas fluente con evidente grossolana regolazione e conseguente non ottimale gestione del consumo di gas. Furthermore, the duct thermostat, in low consumption regimes, especially in winter regimes, tends to measure the ambient temperature and not that of the flowing gas with evident coarse regulation and consequent non-optimal management of gas consumption.

Scopo della presente invenzione è realizzare un sistema che risolva almeno parzialmente questi inconvenienti. The object of the present invention is to provide a system which at least partially solves these drawbacks.

L’invenzione raggiunge lo scopo con un sistema per il controllo termico di un gas in impianti di riduzione della pressione, il sistema comprendendo: una condotta di ingresso; The invention achieves its purpose with a system for the thermal control of a gas in pressure reduction systems, the system comprising: an inlet duct;

una condotta di uscita; an exit pipeline;

un generatore di energia termica per il riscaldamento del gas in transito tra detta condotta di ingresso e detta condotta di uscita; a thermal energy generator for heating the gas in transit between said inlet pipe and said outlet pipe;

una unità di termoregolazione configurata per fornire una sequenza di accensioni e spegnimenti del generatore sulla base di curve pre-impostate in funzione di una pluralità di parametri rilevati e/o stimati. a thermoregulation unit configured to provide a sequence of switching on and off the generator on the basis of pre-set curves as a function of a plurality of detected and / or estimated parameters.

In pratica operando solo misure di temperature, quali, ad esempio, la temperatura di mandata/ritorno del fluido del circuito generatore/scambiatore, la temperatura del gas in uscita, la temperatura esterna, eventualmente integrate con dati di esercizio stimati, quali ad esempio i consumi presunti di gas, gli inventori hanno potuto verificare come sia possibile realizzare un meccanismo di controllo energetico molto semplice ed efficace grazie all’impiego di tabelle opportunamente predisposte in sede di configurazione del sistema. Il tutto senza dover ricorrere all’impiego di complessi controlli in retroazione tipici dei sistemi che effettuano continui aggiustamenti della potenza erogata sulla base di calcoli effettuati in tempo reale. In practice, operating only temperature measurements, such as, for example, the flow / return temperature of the fluid of the generator / exchanger circuit, the temperature of the gas at the outlet, the external temperature, possibly integrated with estimated operating data, such as for example presumed gas consumption, the inventors were able to verify how it is possible to create a very simple and effective energy control mechanism thanks to the use of tables suitably prepared during the system configuration. All without having to resort to the use of complex feedback controls typical of systems that make continuous adjustments of the power delivered on the basis of calculations made in real time.

Secondo un altro aspetto l’invenzione riguarda un impianto di riduzione della pressione di un gas tra una condotta di ingresso e una condotta di uscita comprendente mezzi di riduzione della pressione tra detta condotta di ingresso e detta condotta di uscita. A monte dei mezzi di riduzione della pressione è presente un sistema per il controllo termico del gas secondo l’invenzione. According to another aspect, the invention relates to a plant for reducing the pressure of a gas between an inlet pipe and an outlet pipe comprising means for reducing the pressure between said inlet pipe and said outlet pipe. Upstream of the pressure reduction means there is a system for the thermal control of the gas according to the invention.

Secondo un ulteriore aspetto l’invenzione riguarda un metodo per il controllo termico di un gas soggetto ad espansione tra una condotta in ingresso e una condotta di uscita. Il metodo comprende il passo di riscaldare il gas fornendo una sequenza di accensioni e spegnimenti ad un generatore termico sulla base di curve pre-impostate in funzione di una pluralità di parametri rilevati, tipicamente temperature, e/o stimati, quali ad esempio il transito presunto di gas, ovvero la portata del gas. According to a further aspect, the invention relates to a method for the thermal control of a gas subject to expansion between an inlet pipe and an outlet pipe. The method comprises the step of heating the gas by providing a sequence of switching on and off to a heat generator on the basis of pre-set curves according to a plurality of detected parameters, typically temperatures, and / or estimated, such as for example the presumed transit of gas, i.e. the gas flow rate.

Le ulteriori caratteristiche ed i perfezionamenti sono oggetto delle sottorivendicazioni. The further features and improvements are the subject of the sub-claims.

Le caratteristiche dell'invenzione ed i vantaggi da essa derivanti risulteranno con maggiore evidenza dalla seguente descrizione dettagliata delle figure allegate, in cui: The characteristics of the invention and the advantages deriving from it will become more evident from the following detailed description of the attached figures, in which:

La fig. 1 mostra un diagramma a blocchi del sistema secondo una forma attuativa dell’invenzione. Fig. 1 shows a block diagram of the system according to an embodiment of the invention.

La fig. 2 mostra lo schema a blocchi dell’unità di termoregolazione di cui alla figura precedente. Fig. 2 shows the block diagram of the thermoregulation unit referred to in the previous figure.

La figg. 3-8 mostrano le curve che riportano i valori di accensione (Ton) e di spegnimento (Toff) del generatore di energia termica al variare dei parametri di temperatura (figg. 3-6) e di consumo presunto (figg. 7-8). Figs. 3-8 show the curves showing the ignition (Ton) and shutdown (Toff) values of the thermal energy generator as the temperature parameters (figs. 3-6) and presumed consumption (figs. 7-8) vary. .

Le figg. 9-12 mostrano esempi di parametri/comandi come raffigurati su uno o più display associati all’unità di termoregolazione. Figs. 9-12 show examples of parameters / commands as shown on one or more displays associated with the temperature control unit.

La fig. 13 mostra un esempio di grafico elaborabile a fronte del file di log trasmesso dall’unità di termoregolazione. Fig. 13 shows an example of a graph that can be processed against the log file transmitted by the temperature control unit.

La fig. 14 mostra un esempio di file log come trasmesso dall’unità di termoregolazione. Fig. 14 shows an example of a log file as transmitted by the temperature control unit.

La fig. 15 mostra un esempio di interfaccia web per l’accesso ai dati ed il controllo di un sistema secondo l’invenzione. Fig. 15 shows an example of a web interface for accessing data and controlling a system according to the invention.

La figura 16 illustra uno schema dell’impianto secondo una variante esecutiva dell’invenzione che prevede in combinazione con il generatore termico 3 una generatore solare. Figure 16 illustrates a system diagram according to an executive variant of the invention which provides a solar generator in combination with the heat generator 3.

Con riferimento alla figura 1, il sistema comprende una condotta di ingresso 1, una condotta di uscita 2 e uno scambiatore di calore 5, tipicamente a fascio tubiero acqua/gas, che cede energia sottoforma di calore al gas che fluisce dalla condotta in ingresso 1 a quella di uscita 2. Il gas così riscaldato può essere soggetto a riduzione di pressione tramite regolatori non mostrati in figura senza correre il rischio di raggiungere temperature inferiori a 0°C che potrebbero far congelare inevitabili residui di acqua presenti nel gas e, quindi, causare malfunzionamenti e guasti dell’impianto. With reference to Figure 1, the system comprises an inlet pipe 1, an outlet pipe 2 and a heat exchanger 5, typically a water / gas tube bundle, which transfers energy in the form of heat to the gas flowing from the inlet pipe 1 to the outlet 2. The gas thus heated can be subject to pressure reduction through regulators not shown in the figure without running the risk of reaching temperatures below 0 ° C which could cause unavoidable residues of water present in the gas to freeze and, therefore, cause malfunctions and failures of the system.

Lo scambiatore di calore 5 è collegato ad un generatore termico 3 tipicamente costituito da una o più caldaie ad acqua calda autoalimentate con termopila e funzionanti con gas derivato dalla rete di alimentazione The heat exchanger 5 is connected to a heat generator 3 typically consisting of one or more hot water boilers self-powered with a thermopile and operating with gas derived from the power supply network.

Tra la caldaia 3 e lo scambiatore 5 è presente una linea di mandata 501 che porta acqua calda dalla caldaia 3 allo scambiatore 5 ed una linea di ritorno 502 che porta l’acqua raffreddata dallo scambiatore 5 alla caldaia 3. Between the boiler 3 and the exchanger 5 there is a delivery line 501 which carries hot water from the boiler 3 to the exchanger 5 and a return line 502 which carries the cooled water from the exchanger 5 to the boiler 3.

Il circuito generatore/scambiatore può essere a circolazione naturale con vaso di espansione o a circolazione forzata tramite impiego di pompe (non mostrate in figura). The generator / exchanger circuit can be with natural circulation with expansion tank or with forced circulation through the use of pumps (not shown in the figure).

Una unità di termoregolazione 4, che sarà descritta in dettaglio più avanti, sottende al funzionamento dell’intero sistema. A thermoregulation unit 4, which will be described in detail below, underlies the operation of the entire system.

Sono presenti sensori in grado di rilevare una molteplicità di temperature e renderle disponibili all’unità di termoregolazione 4. Tali sensori sono indicati in fig. 1 con 6 (temperatura dell’acqua di mandata), 7 (temperatura dell’acqua di ritorno), 9 (temperatura del gas in uscita) e 8 (temperatura esterna). There are sensors capable of detecting a variety of temperatures and making them available to the thermoregulation unit 4. These sensors are shown in fig. 1 with 6 (supply water temperature), 7 (return water temperature), 9 (outlet gas temperature) and 8 (external temperature).

L’unità di termoregolazione 4, sulla base delle temperature rilevate dai sensori e di eventuali altri parametri, come il consumo presunto di gas, presenti in memorie non volatili 10, fornisce sequenze di accensione spegnimento della o delle caldaie 3 utilizzando curve caricate in sede di configurazione iniziale o successivamente sulla base di un controllo remoto che sarà descritto in dettaglio più avanti. The thermoregulation unit 4, on the basis of the temperatures detected by the sensors and of any other parameters, such as the presumed consumption of gas, present in non-volatile memories 10, provides sequences for switching on and off the boiler (s) 3 using curves loaded in the initial configuration or later on the basis of a remote control which will be described in detail later.

La figg. 3-8 mostrano in maniera esemplificata le curve che riportano i valori di accensione (Ton) e di spegnimento (Toff) del generatore di energia termica al variare dei parametri di temperatura (figg. 3-6) e di consumo presunto (figg. 7-8). Anche l’accensione e lo spegnimento delle pompe di circolazione, se presenti, possono essere pilotati dalla unità di termoregolazione per realizzare un più efficiente meccanismo di controllo del sistema. Figs. 3-8 show, by way of example, the curves that report the values of ignition (Ton) and shutdown (Toff) of the thermal energy generator as the temperature parameters (figs. 3-6) and presumed consumption (figs. 7) vary. -8). Even the switching on and off of the circulation pumps, if present, can be controlled by the temperature control unit to create a more efficient system control mechanism.

Di seguito sono riportati a titolo esemplificativo alcuni loop di controllo che è possibile implementare con il sistema secondo l’invenzione. Below are given by way of example some control loops that can be implemented with the system according to the invention.

1° Loop di REGOLAZIONE 1st ADJUSTMENT Loop

In questa logica viene impiegata la temperatura del gas fluente Tge confrontata con una soglia Tgas: In this logic, the temperature of the flowing gas Tge is used compared with a threshold Tgas:

Se Tg < Tgas -> vengono comandate le pompe di circolazione ed abilitata la regolazione della temperature dell’acqua utilizzando uno o più dei seguenti loop di regolazione. If Tg <Tgas -> the circulation pumps are controlled and the water temperature regulation is enabled using one or more of the following regulation loops.

2° Loop di REGOLAZIONE 2nd ADJUSTMENT Loop

La temperatura dell’acqua TH2O, di mandata Tm o di ritorno Tr, viene impiegata dall’unità di termoregolazione per abilitare il funzionamento delle caldaie. In pratica: The water temperature TH2O, delivery Tm or return Tr, is used by the thermoregulation unit to enable the operation of the boilers. Practically:

Se TH2O< T1-> viene abilitata una caldaia. If TH2O <T1-> a boiler is enabled.

E, dopo adeguato tempo di ritardo, And, after adequate delay time,

Se TH2O< T2-> vengono abilitate due caldaie. If TH2O <T2-> two boilers are enabled.

L’abilitazione ad una caldaia comporta il dare una sequenza di accensioni e spegnimenti della stessa per evitare il suo riscaldamento a valore troppo alti di temperatura, evitando così di creare zone di acqua troppo calda nel circuito idraulico ed allo stesso tempo di sfruttare tutto il calore generato. Enabling a boiler involves giving a sequence of ignitions and shutdowns of the same to avoid its heating at a temperature that is too high, thus avoiding creating areas of too hot water in the hydraulic circuit and at the same time exploiting all the heat generated.

3° Loop di REGOLAZIONE 3rd ADJUSTMENT Loop

Il terzo loop di regolazione in realtà è la realizzazione di tre differenti logiche di regolazione che vanno ad influire in parallelo sulle stesse variabili. The third regulation loop is actually the realization of three different regulation logics that affect the same variables in parallel.

In particolare le variabili su cui vanno ad agire sono il tempo di ON ed il tempo di OFF delle caldaie. In particular, the variables they affect are the ON time and the OFF time of the boilers.

Come anticipato precedentemente l’attivazione di una caldaia in realtà consiste nel dare una sequenza di accensioni e spegnimenti della stessa per dei tempi variabili a seconda dei risultati determinati dalle logiche implementate. As previously mentioned, the activation of a boiler actually consists in giving a sequence of switching on and off of the same for variable times depending on the results determined by the implemented logics.

Le tre logiche, che per semplicità chiameremo 3A, 3B, 3C, si basano sulla variabilità di tre grandezze che sono: The three logics, which for simplicity we will call 3A, 3B, 3C, are based on the variability of three quantities which are:

• Temperatura gas Tg; • Gas temperature Tg;

• Differenza tra la temperatura di mandata acqua Tme temperatura di ritorno acqua Tr; • Difference between the water delivery temperature Tm and water return temperature Tr;

• Profilo dei consumi Cp. • Consumption profile Cp.

Al variare di queste tre grandezze l’unità di termoregolazione automaticamente imposta i tempi di ON e di OFF delle caldaie. When these three quantities vary, the thermoregulation unit automatically sets the ON and OFF times of the boilers.

Logica 3A Logic 3A

In questa logica sono utilizzate le curve di taratura mostrate in fig. 3 e 4 dove, a partire dal valore di temperatura del gas Tg, viene ricalcolato il tempo di ON (Ton) ed il tempo di OFF (TOff) delle caldaie. In this logic, the calibration curves shown in fig. 3 and 4 where, starting from the gas temperature value Tg, the ON time (Ton) and the OFF time (TOff) of the boilers are recalculated.

Andando quindi a tarare i valori di X1, X2, Y1, Y2 di ogni curva si ottiene una regolazione automatica che si adatta alle esigenze dell’impianto. By then going to calibrate the values of X1, X2, Y1, Y2 of each curve, an automatic adjustment is obtained that adapts to the needs of the system.

Logica 3B Logic 3B

In questa logica sono utilizzate le curve di taratura mostrate in fig. 5 e 6 dove a partire dal valore di differenza di temperatura dell’acqua di mandata Tm e dell’acqua di ritorno Tr viene ricalcolato il tempo di ON (Ton) ed il tempo di OFF (TOff) delle caldaie. In this logic, the calibration curves shown in fig. 5 and 6 where starting from the temperature difference value of the delivery water Tm and the return water Tr the ON time (Ton) and the OFF time (TOff) of the boilers are recalculated.

Analogamente al caso precedente, tarando i valori di X1, X2, Y1, Y2 di ogni curva si ottiene una regolazione automatica che si adatta alle esigenze dell’impianto. Similarly to the previous case, by calibrating the values of X1, X2, Y1, Y2 of each curve, an automatic adjustment is obtained that adapts to the needs of the system.

Logica 3C 3C logic

In questa logica sono utilizzate le curve di taratura di fig. 7 e 8 dove, a partire dal valore di consumo gas presunto dal distributore Cp, viene ricalcolato il tempo di ON (Ton) ed il tempo di OFF (TOff) delle caldaie. In this logic, the calibration curves of fig. 7 and 8 where, starting from the gas consumption value assumed by the distributor Cp, the ON time (Ton) and the OFF time (TOff) of the boilers are recalculated.

In particolare la portata presunta Cpviene determinata settando un profilo orario che corrisponde al profilo di consumo tipico per la cabina in oggetto. In particular, the assumed flow rate Cp is determined by setting an hourly profile that corresponds to the typical consumption profile for the cabin in question.

Anche in questo caso, tarando i valori di X1, X2, Y1, Y2 di ogni curva si ottiene una regolazione automatica che si adatta alle esigenze dell’impianto. Also in this case, by calibrating the values of X1, X2, Y1, Y2 of each curve, an automatic adjustment is obtained that adapts to the needs of the system.

Il risultato di queste tre curve è un valore in secondi del tempo di ON (Ton) e del tempo di OFF (TOff) di ogni caldaia. A questo punto l’unità di termoregolazione considera la situazione più sfavorevole e la applica alla gestione della centrale. The result of these three curves is a value in seconds of the ON time (Ton) and the OFF time (TOff) of each boiler. At this point the temperature control unit considers the most unfavorable situation and applies it to the management of the plant.

Nello specifico le curve pre-impostate forniscono valori di tempi di accensione e di tempi di spegnimento del generatore 3 compresi fra valori di riferimento (Y1, Y2) variabili in funzione di corrispondenti valori (X1, X2) di ciascun parametro considerato. L’unità di termoregolazione 4 è configurata per vantaggiosamente pilotare il generatore 3 con tempi di accensione e di spegnimento che sono scelti, fra quelli determinati sulla base delle curve e dei parametri di cui sopra, per comportare la condizione più sfavorevole ovvero di consumo energetico massimo. Specifically, the pre-set curves provide values of ignition times and shutdown times of generator 3 comprised between reference values (Y1, Y2) which vary according to corresponding values (X1, X2) of each parameter considered. The thermoregulation unit 4 is configured to advantageously drive the generator 3 with on and off times which are selected, among those determined on the basis of the curves and parameters above, to result in the most unfavorable condition or maximum energy consumption. .

Come risultato, quindi, si otterrà una variazione di temperatura dell’acqua, che corrisponde ad una variazione di energia accumulata dall’acqua, a seguito della variazione di portata del gas. As a result, therefore, a change in water temperature will be obtained, which corresponds to a change in the energy stored by the water, as a result of the change in gas flow rate.

4° Loop di REGOLAZIONE (Funzione ANTIGELO) 4th REGULATION Loop (ANTIFREEZE function)

Questo loop prevede che, sulla base del valore della temperatura esterna Te, vengano abilitate, prima le pompe, ed in seguito le caldaie, secondo quanto sotto: This loop foresees that, on the basis of the external temperature value Te, the pumps are enabled first, and then the boilers, according to the following:

a1) Se Te< Te1-> vengono comandate le pompe (considerando che per valori di temperatura esterna non particolarmente bassi la sola circolazione sia in grado di impedire il congelamento dell’acqua dei circuiti) e, dopo controllo successivo e subordinato, a2) Se Te< Te2-> viene attivata una caldaia dopo l’attivazione delle pompe. a1) If Te <Te1-> the pumps are controlled (considering that for external temperature values that are not particularly low, circulation alone is able to prevent the water in the circuits from freezing) and, after subsequent and subordinate control, a2) If Te <Te2-> a boiler is activated after the pumps have been activated.

L’unità di termoregolazione 4 è vantaggiosamente configurata per applicare ai parametri rilevati e/o stimati Tr, Tm, Tg, Te, Cpdelle isteresi per evitare fenomeni di oscillazione nel controllo delle caldaie e delle pompe. The thermoregulation unit 4 is advantageously configured to apply the hysteresis Tr, Tm, Tg, Te, Cp to the detected and / or estimated parameters to avoid oscillation phenomena in the control of boilers and pumps.

E’ inoltre presente uno scambio a tempo dei tempi di attivazione sia delle pompe che delle caldaie in modo da garantire lo stesso periodo di funzionamento di tutti i dispositivi. There is also a timed exchange of the activation times of both the pumps and the boilers in order to ensure the same period of operation of all devices.

Con riferimento alla fig. 2, l’unità di regolazione 4 comprende un circuito a microprocessore o PLC 401 dotato di input 402 per ricevere i parametri di regolazione e di output 403 per fornire sequenze di comandi di accensione/spegnimento del generatore 3 e/o delle pompe di circolazione. With reference to fig. 2, the regulation unit 4 comprises a microprocessor or PLC 401 circuit equipped with input 402 to receive the regulation and output parameters 403 to provide sequences of on / off commands for generator 3 and / or circulation pumps.

L’unità di termoregolazione 4 può vantaggiosamente comprendere un elemento di memoria 404 per memorizzare i parametri rilevati e renderli disponibili per elaborazioni e/o visualizzazioni su un display locale o remoto 406. The temperature control unit 4 can advantageously comprise a memory element 404 to store the detected parameters and make them available for processing and / or display on a local or remote display 406.

Può essere presente un sistema di comunicazione 405 per il controllo da remoto del sistema e/o l’invio dei dati dei parametri memorizzati in modo da avere la massima flessibilità di implementazione del controllo automatico. There may be a 405 communication system for remote control of the system and / or sending of stored parameter data in order to have maximum flexibility in implementing automatic control.

A titolo di esempi non limitativi sono ora descritti tre esempi di possibile implementazione dell’unità di termoregolazione. By way of non-limiting examples, three examples of possible implementation of the thermoregulation unit are now described.

Livello “base” Basic level"

Il modello base, che è sprovvisto di capacità di comunicazione con dispositivi remoti, prevede un circuito a PLC interfacciato con un pannello semigrafico attraverso il quale si può verificare il funzionamento dell’impianto, comandare delle utenze e modificare dei parametri. Le fig. 9 a 12 mostrano alcuni parametri che è possibile impostare e/o visualizzare. The basic model, which does not have communication capabilities with remote devices, provides a PLC circuit interfaced with a semi-graphic panel through which the operation of the system can be checked, users can be controlled and parameters can be changed. The figs. 9 to 12 show some parameters that can be set and / or displayed.

L’idea portante alla base di questo modello consiste nel fatto che molte aziende distributrici sono dotate di sistemi di telelettura dei parametri di funzionamento delle cabine di primo salto che includono, generalmente, i valori di portata del gas, della sua pressione e temperatura. Spesso sono inoltre presenti segnali relativi al corretto funzionamento delle caldaie oltre che allarmi anti intrusione. The main idea behind this model consists in the fact that many distribution companies are equipped with remote reading systems of the operating parameters of the first stage substations which generally include the values of the gas flow rate, its pressure and temperature. Often there are also signals relating to the correct operation of the boilers as well as anti-intrusion alarms.

In questi casi, appare eccessivo controllare tutti i parametri di funzionamento della logica di termoregolazione quando, con infrastruttura già esistente, sarà possibile monitorare la variabile di processo regolata ovvero la temperatura del gas. In these cases, it seems excessive to check all the operating parameters of the thermoregulation logic when, with an existing infrastructure, it will be possible to monitor the regulated process variable or the gas temperature.

In particolare tutti i parametri sopra elencati sono modificabili, alcuni in modo diretto altri al seguito dell’inserimento di una opportuna password. In particular, all the parameters listed above can be modified, some directly, others following the insertion of an appropriate password.

Livello “intermedio” Intermediate level"

Il modello medio è quello che prevede l’impiego di un dispositivo che permette di effettuare storicizzazione dei dati rilevati e la generazione di allarmi sia di soglia che di guasto attraverso un sistema di comunicazione semplificato. The average model is the one that involves the use of a device that allows the historicization of the detected data and the generation of both threshold and fault alarms through a simplified communication system.

In particolare il dispositivo: In particular the device:

• invierà attraverso una mail i dati storicizzati delle grandezze collegate, • will send the historicized data of the connected quantities by e-mail,

• invierà delle mail o dei messaggi SMS a fronte di allarmi impostati • will send e-mails or SMS messages in response to alarms set

• potrà essere interrogato attraverso messaggi SMS per rilevare lo stato dell’impianto. • can be queried through SMS messages to detect the status of the system.

La fig. 13 mostra un esempio di grafico elaborabile a fronte del file di log trasmesso dall’unità di termoregolazione (mostrato in fig 14). Fig. 13 shows an example of a graph that can be processed against the log file transmitted by the temperature control unit (shown in fig 14).

Livello “evoluto” "Advanced" level

Il modello completo, con periferica di comunicazione avanzata, invece è quello che prevede, oltre a quanto sopra, anche la possibilità di collegarsi all’impianto attraverso un qualsiasi browser e visualizzare lo stato dell’impianto, gli storici, gli allarmi e le impostazioni in un forma grafica gradevole e certamente più evoluta come ad esempio quella mostrata in fig. 15. The complete model, with advanced communication peripheral, on the other hand, is the one that provides, in addition to the above, also the possibility of connecting to the system through any browser and displaying the status of the system, the histories, the alarms and the settings in a pleasant and certainly more advanced graphic form such as the one shown in fig. 15.

I tre livelli sopra decritti possono essere vantaggiosamente implementati in un hardware che comprende un PLC compatto con a bordo un display semigrafico. Ovviamente è anche possibile prevedere l’impiego di uno o più microntrollori o microprocessori single chip o corredati di logica/memoria esterna. The three levels described above can be advantageously implemented in a hardware comprising a compact PLC with a semigraphic display on board. Obviously, it is also possible to provide for the use of one or more single-chip microprocessors or microprocessors equipped with external logic / memory.

Un esempio, può essere un PLC o un microcontrollore in cui sono previste almeno 23 tra ingressi ed uscite così distribuiti: An example can be a PLC or a microcontroller in which at least 23 inputs and outputs are provided, distributed as follows:

• N° 2 uscite analogiche configurabili • N ° 2 configurable analogue outputs

• N° 8 uscite digitali • N ° 8 digital outputs

• N° 5 ingressi analogici configurabili • N ° 5 configurable analog inputs

• N° 7 ingressi digitali • N ° 7 digital inputs

In particolare gli ingressi analogici possono essere sia di tipo resistivo, che in tensione o in corrente. In particular, the analog inputs can be either resistive, voltage or current.

Lo stesso vale per le uscite analogiche, che possono essere sia in corrente che in tensione. The same applies to the analog outputs, which can be either current or voltage.

Tali segnali sono sufficienti per le implementazioni sopra descritte. These signals are sufficient for the implementations described above.

In caso di necessità differenti dallo standard identificato, o di centrali di dimensioni superiori alla media, si possono aggiungere diversi moduli di espansione per poter aumentare notevolmente il numero di segnali sia di ingresso che di uscita, arrivando fino alla configurazione massima di 125 segnali gestibili. In case of needs different from the identified standard, or of larger than average control units, various expansion modules can be added in order to considerably increase the number of input and output signals, reaching the maximum configuration of 125 manageable signals.

Oltre ad ingressi ed uscite fisiche, il PLC ha montato a bordo due porte di comunicazione Modbus che possono essere settate come Master o come Slave a seconda delle necessità. In addition to physical inputs and outputs, the PLC has two Modbus communication ports mounted on board which can be set as Master or Slave according to need.

Il linguaggio di programmazione può essere sia a Blocchi che a script, impiegabili alternativamente o in modo combinato sulla base delle esigenze per ottimizzare la robustezza del software ed i tempi di ciclo. The programming language can be both Blocks and scripts, which can be used alternatively or in combination on the basis of needs to optimize the robustness of the software and cycle times.

Attraverso il display semigrafico a bordo del PLC, è possibile verificare lo stato di funzionamento dell’impianto e modificare i parametri utente. Through the semigraphic display on board the PLC, it is possible to check the operating status of the system and modify the user parameters.

Con accesso controllato da opportune credenziali, si possono anche modificare alcuni parametri di sistema. With access controlled by appropriate credentials, you can also modify some system parameters.

Nella configurazione “intermedia”, oltre al PLC viene aggiunto un datalogger GSM il quale, attraverso un bus di comunicazione, acquisisce i segnali dal PLC e si occupa dell’invio di segnali di allarme e di storicizzare le variabili in gioco, generando dei file storici che vengono, ad esempio, settimanalmente inviati attraverso mail. In the "intermediate" configuration, in addition to the PLC, a GSM data logger is added which, through a communication bus, acquires the signals from the PLC and takes care of sending alarm signals and storing the variables involved, generating historical files which are, for example, sent weekly by e-mail.

Nella versione “Evoluta” invece, viene aggiunto un datalogger con funzione web server e modem GSM integrato, il quale oltre alle funzioni sopra descritte prevede la possibilità di visualizzare tutte le informazioni attraverso pagine grafiche, visualizzabili attraverso un semplice browser internet. In the "Evolved" version, on the other hand, a datalogger with web server function and integrated GSM modem is added, which in addition to the functions described above provides the possibility to view all the information through graphic pages, which can be viewed through a simple internet browser.

Il sistema sopra descritto si è rivelato particolarmente adatto per la riduzione della pressione del gas nella rete di distribuzione di gas naturale alle utenze di tipo industriale o civile nelle cosiddette cabine di primo salto. The system described above has proved to be particularly suitable for reducing the gas pressure in the natural gas distribution network to industrial or civil users in the so-called first stage substations.

E’ da intendersi, tuttavia, che il concetto inventivo può essere applicato ad un qualunque tipo di impianto in cui è prevista la riduzione di pressione di un gas. Il tutto senza abbandonare il principio informatore sopra esposto ed a seguito rivendicato. It should be understood, however, that the inventive concept can be applied to any type of plant in which the pressure reduction of a gas is envisaged. All this without abandoning the guiding principle set out above and claimed below.

Con riferimento alla figura 16, una variante esecutiva del sistema secondo la presente invenzione, prevede in combinazione con il generatore termico 3 anche un generatore solare 20. Il generatore solare può essere di tipo qualsivoglia ad esempio sotto forma di uno o più collettori solari piani oppure a tubi sottovuoto od in alternativa a collettori parabolici lineari o comunque qualsivoglia tipo di generatore solare presente in commercio o futuro. With reference to Figure 16, an executive variant of the system according to the present invention also provides in combination with the heat generator 3 a solar generator 20. The solar generator can be of any type, for example in the form of one or more flat solar collectors or with vacuum tubes or as an alternative to linear parabolic collectors or any type of solar generator present on the market or in the future.

Vantaggiosamente il generatore solare 20 è previsto in combinazione con un serbatoio di accumulo 21 per consentire di accumulare l’energia prodotta. Advantageously, the solar generator 20 is provided in combination with a storage tank 21 to allow the energy produced to be accumulated.

L’interfaccia con l’impianto può avvenire in diversi modi. The interface with the system can take place in different ways.

A tratto continuo nella figura 16 è illustrata la variante in cui l’acqua del circuito solare viene miscelata con il ramo 121, con quella del circuito esistente 501, e ciò solo nel caso in cui il differenziale di temperature tra i due circuiti 121 e 501, indichi che c’è energia da cedere e che l’impianto ne abbia necessità. Figure 16 illustrates the variant in which the water of the solar circuit is mixed with the branch 121, with that of the existing circuit 501, and this only in the case in which the temperature differential between the two circuits 121 and 501 , indicate that there is energy to be sold and that the plant needs it.

Secondo una forma esecutiva per adempiere alle condizioni di miscelazione sopra esposte, la miscelazione può avvenire mediante una valvola di regolazione proporzionale indicata con 22, comandata dalla logica di controllo eseguita dall’unità di termoregolazione 4 a cui un sensore di temepratura 24 fornisce i dati sulla temperatura dell’acqua nel circuito 20, 21, 121. According to an embodiment for fulfilling the mixing conditions described above, the mixing can take place by means of a proportional regulation valve indicated with 22, controlled by the control logic performed by the thermoregulation unit 4 to which a temperature sensor 24 supplies the data on the water temperature in circuit 20, 21, 121.

Nella figura 16, la diramazione 121 si collega tramite la valvola 22 con la mandata 501 del generatore termico 3. In figure 16, the branch 121 is connected through the valve 22 with the delivery 501 of the heat generator 3.

Secondo una forma esecutiva preferita, la diramazione 121 può anche eventualmente collegarsi sull’alimentazione del generatore termico 3 a monte dello scambiatore di riscaldamento dell’acqua o del fluido di termoregolazione, in modo che a detto scambiatore di riscaldamento venga fornita acqua preriscaldata ovvero con una temperatura più vicina a quella prevista per la mandata 501. According to a preferred embodiment, the branch 121 can also possibly be connected to the power supply of the heat generator 3 upstream of the water heating exchanger or of the thermoregulation fluid, so that preheated water is supplied to said heating exchanger or with a temperature closest to that foreseen for delivery 501.

Una alternativa di interfaccia del circuito di riscaldamento operante sulla base del generatore solare 20 è illustrata con tratto discontinuo e prevede uno scambiatore 23 fra il circuito 221 di mandata dell’acqua dal serbatoio di accumulo 21 collegato al generatore solare 20 e l’acqua nella mandata 501. An alternative interface of the heating circuit operating on the base of the solar generator 20 is illustrated with a discontinuous section and provides for an exchanger 23 between the circuit 221 for the delivery of water from the storage tank 21 connected to the solar generator 20 and the water in the delivery 501.

In alternativa a questa variante è possibile che lo scambiatore 23 sia previsto sul ramo 401 per ottenere un effetto simile a quello precedentemente descritto con riferimento alla miscelazione controllata sull’alimentazione del generatore termico 3. As an alternative to this variant it is possible that the exchanger 23 is provided on branch 401 to obtain an effect similar to that previously described with reference to the controlled mixing on the power supply of the heat generator 3.

Anche per le varianti che prevedono lo scambiatore, l’attivazione dello scambiatore può essere controllata dall’unità di termoregolazione 4 sulla base del valore di temperatura dell’acqua accumulata nel serbatoio 21, ad esempio tramite valvole di intercettazione sull’ingresso o sull’uscita dello scambiatore 23. Also for the variants that provide for the exchanger, the activation of the exchanger can be controlled by the thermoregulation unit 4 on the basis of the temperature value of the water accumulated in the tank 21, for example by means of shut-off valves on the inlet or outlet. of the exchanger 23.

Sempre secondo una forma esecutiva, lo scambiatore può essere del tipo a piastre per cedere il calore dal circuito del generatore solare a quello del generatore termico tradizionale. Still according to an embodiment, the exchanger can be of the plate type to transfer the heat from the solar generator circuit to that of the traditional heat generator.

Grazie a questa variante è quindi possibile fornire all’impianto un calore addizionale che si aggiunge a quello del generatore termico tradizionale, tipicamente a combustione e che quindi migliora le prestazioni del sistema rendendolo energeticamente più efficiente. Thanks to this variant it is therefore possible to provide the system with additional heat that is added to that of the traditional heat generator, typically combustion and which therefore improves the performance of the system making it more energy efficient.

Sempre secondo una alternativa, il circuito del generatore solare può operare in parallelo ed indipendentemente dal circuito del generatore termico 3 direttamente sul circuito del gas 1, 2, prevedendo uno scambiatore addizionale (non illustrato) in serie od in parallelo a quello 5 alimentato dal generatore termico 3. Still according to an alternative, the solar generator circuit can operate in parallel and independently of the heat generator circuit 3 directly on the gas circuit 1, 2, providing an additional exchanger (not shown) in series or in parallel to that 5 powered by the generator. thermal 3.

Claims

CLAIMS 1. System for the thermal control of a gas in pressure reducing plants, the system comprising: an inlet pipe (1); an outlet pipe (2); a thermal energy generator (3) for heating the gas in transit between said inlet pipe (1) and said outlet pipe (2); a thermoregulation unit (4), characterized by the fact that the thermoregulation unit (4) is configured to provide a sequence of switching on and off the generator (3) on the basis of pre-set curves according to a plurality of detected parameters and / or estimated.

2. System according to claim 1, in which the generator (3) is interfaced with a heat exchanger (5) which receives at its inlet (501) a delivery fluid coming from the generator (3) at a temperature (Tm) and sends at the outlet (502) fluid returning to the generator (3) at a temperature (Tr), there being means (6, 7, 8, 9) for detecting one or more temperatures belonging to the group consisting of: delivery (Tm), return temperature Tr, outlet gas temperature (Tg), external temperature (Te), said plurality of parameters including at least part of said temperatures.

System according to claim 1 or 2, wherein the estimated parameters include the presumed transit of gas (Cp), or the flow rate of the gas, in a given period.

4. System according to one or more of the preceding claims, in which the pre-set curves provide values of ignition times and shutdown times of the generator (3) comprised between reference values (Y1, Y2) which vary according to corresponding values (X1, X2) of each parameter considered, the thermoregulation unit (4) being configured to drive the generator (3) with on and off times that are selected, among those determined on the basis of the curves and parameters, for lead to the most unfavorable condition, i.e. maximum energy consumption.

5. System according to one or more of the preceding claims, in which the thermoregulation unit (4) is configured to activate circulation pumps present in the generator / exchanger circuit and enable temperature regulation when the gas temperature (Tg) at the outlet is below a temperature threshold (Tgas).

System according to one or more of the preceding claims, wherein the generator (3) comprises two or more boilers, the thermoregulation unit (4) being configured to activate a boiler if the delivery (Tm) or return ( Tr) is lower than a first threshold (T1), both boilers if the flow (Tm) or return (Tr) temperature is lower than a second threshold (T2).

7. System according to one or more of the preceding claims, in which the thermoregulation unit (4) is configured to determine an assumed flow rate (Cp) by setting an hourly profile that corresponds to the typical consumption profile for the system.

8. System according to one or more of the preceding claims, in which the thermoregulation unit (4) is configured to control the fluid circulation pumps in the generator / exchanger circuit if the external temperature (Te) is lower than a first threshold ( Te1) and activate a boiler of the generator (3) when the external temperature (Te) is lower than a second threshold (Te2).

System according to one or more of the preceding claims, in which the thermoregulation unit (4) is configured to apply hysteresis to the detected and / or estimated parameters (Tr, Tm, Tg, Te, Cp) to avoid oscillation phenomena in the generator control (3).

System according to one or more of the preceding claims, wherein the thermoregulation unit (4) comprises a microprocessor or PLC circuit (401) equipped with input (402) for receiving the adjustment and output parameters (403) for provide sequences of on / off commands for the generator (3) and / or the circulation pumps.

11. System according to claim 10, wherein the thermoregulation unit (4) comprises a memory element (404) to store the detected parameters and make them available for processing and / or display on a local or remote display (406).

12. System according to claims 10 or 11, in which there is a communication system (405) for remote control of the system and / or sending the stored parameter data.

13. Plant for reducing the pressure of a gas between an inlet pipe (1) and an outlet pipe (2) comprising means for reducing the pressure between said inlet pipe and said outlet pipe, characterized in that it comprises, a upstream of said pressure reducing means, a system for the thermal control of the gas according to one or more of the preceding claims.

14. Method for the thermal control of a gas subject to expansion between an inlet pipe (1) and an outlet pipe (2), the method comprising the step of heating the gas through a circuit comprising a heat generator (3), characterized in that said step of heating the gas comprises providing a sequence of switching on and off to the generator (3) on the basis of pre-set curves as a function of a plurality of detected and / or estimated parameters.

Method according to claim 14, wherein the detected parameters comprise temperatures and the estimated parameters comprise the assumed gas consumption.

System according to one or more of the preceding claims, in which in addition to a heat generator (3) an additional solar generator (20) is also provided, preferably with a storage tank (21) and which supplies additional energy to that of the heat generator (3) directly to the gas or directly or indirectly to the heating fluid whose temperature is controlled by the heat generator (3).