ITBS20090065A1 - Metodo e sistema di detezione e separazione delle frazioni leggere in olio diatermico - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

del BREVETTO PER INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo:

“METODO E SISTEMA DI DETEZIONE E SEPARAZIONE DELLE

FRAZIONI LEGGERE IN OLIO DIATERMICO”

Campo dell’Invenzione

La presente invenzione riguarda in generale i processi o impianti utilizzanti un olio diatermico come vettore di calore e di scambio termico con altro fluido termovettore, e si riferisce in particolare ad un metodo ed un sistema di detezione, misura e separazione di frazioni leggere, in olio diatermico.

Stato dell’Arte

Gli oli diatermici sono largamente utilizzati nell'industria quale vettore di calore e si caratterizzano per il fatto di avere una tensione di vapore alla temperatura di impiego piuttosto modesta, sovente inferiore alla pressione atmosferica. Spesso è proprio questa caratteristica che li fa preferire rispetto ad altri vettori, quale ad esempio il vapore d'acqua o l’acqua pressurizzata.

Nel funzionamento reale degli impianti che utilizzano un olio diatermico può tuttavia verificarsi un aumento della tensione di vapore del fluido diatermico ad una temperatura assegnata, per il fatto che nell’olio diatermico, oltre ai componenti corrispondenti alla sua formulazione iniziale, possono essere presenti anche altri componenti.

Tipicamente si tratta di prodotti della degradazione termica dell'olio stesso, oppure di sostanze entrate accidentalmente nel circuito di olio, quali acqua o composti organici più volatili dell'olio stesso presenti nel processo con cui l’olio diatermico scambia calore, ovvero gas incondensabili. Il cambiamento della tensione di vapore, incluso il contributo degli eventuali gas incondensabili, può risultare assai dannoso nell'impianto, in quanto può essere causa, ad esempio, di fenomeni di cavitazione nelle pompe di circolazione, che oltre a danneggiarle possono addirittura portare all'arresto della circolazione del fluido con gravi conseguenze.

Obiettivo dell’Invenzione

La presente invenzione è stata concepita per rispondere alla duplice esigenza: i) di identificare la presenza di una variazione nella tensione di vapore dell'olio diatermico e ii) di sottrarre progressivamente all'olio i composti che sono causa di una tale variazione.

Corrispondentemente l’invenzione propone un metodo di detezione e/o separazione della frazione leggera, ovvero volatile, in un olio diatermico circolante in un impianto di processo secondo la rivendicazione 1, e parimenti un sistema operativo secondo almeno la rivendicazione 8.

Il sistema può essere configurato per un suo inserimento a monte del processo riscaldato dall'olio o a valle o in qualsiasi punto del circuito. La posizione a monte è preferibile in quanto l'olio ha una temperatura più elevata e quindi tensione di vapore più alta. La posizione a valle ha il vantaggio derivante del fatto che se i composti estranei si aggiungono all'olio a causa di una contaminazione nell'ambito del processo, il sistema ne viene interessato immediatamente e la detezione e separazione avvengono il più presto possibile senza circolare ulteriormente. Questo può non essere rilevante nel caso di piccole quantità di contaminante, ma può essere importante per fermare immediatamente il processo di contaminazione in caso di perdita molto elevata ed improvvisa.

Breve Descrizione dei Disegni

Ulteriori dettagli dell’invenzione risulteranno evidenti dal prosieguo della descrizione fatta con riferimento agli allegati disegni puramente indicativi, nei quali:

la Fig. 1 mostra uno schema di massima del sistema dell’invenzione;

la Fig. 2 mostra uno schema del sistema inserito a valle di uno scambiatore termico;

la Fig. 3 mostra uno schema del sistema inserito a monte, di uno scambiatore termico; e

la Fig.4 uno schema del sistema in una configurazione integrata.

Descrizione Dettagliata dell’Invenzione

In detti disegni, il riferimento 10 sta ad indicare un condotto percorso da un olio diatermico secondo la freccia F nell’ambito di un circuito di qualsiasi impianto industriale. Nell’esempio di esecuzione mostrato in Fig. 1, il sistema qui proposto indicato complessivamente con 11 comprende, come apparecchiatura, un recipiente di accumulo e transito 12 avente una linea d’ingresso 13 e una linea di uscita 14 entrambe collegate al condotto di olio diatermico 10. Di preferenza, il recipiente sarà coibentato. Sulla sua linea d’ingresso 13 sono inserite una valvola di intercettazione 15 ed una valvola modulante oppure onoff 16, mentre sulla sua linea di uscita 14 sono inserite una valvola di intercettazione 17 e una pompa di estrazione 18 azionata da un rispettivo motore 19 ed una valvola di non ritorno 17a.

Nell’insieme, le valvole di intercettazione 15, 17 sono predisposte per escludere l'apparecchiatura dal resto circuito in caso di guasto o manutenzione. La valvola modulante oppure on-off 16 è prevista per mantenere nel recipiente 12 un livello dell’olio entro certi intervalli minimo e massimo L1, L2 con il concorso di un rivelatore di livello 20.

Al recipiente, poi, sono associati un primo sensore termico 21 per misurare la temperatura dell’olio allo stato liquido, un secondo sensore termico 22 per misurare la temperatura della fase di vapore sopra al pelo libero dell’olio, ed un sensore di pressione 23 per rilevare il valore della pressione assoluta, o relativa all’atmosfera, nel recipiente 12 .

Comunque, può anche essere vantaggioso trasferire la misura della temperatura dell’olio diatermico nel condotto di ingresso, a monte o a valle della valvola modulante oppure on-off, per accelerarne la lettura nei transitori. Quanto alla pressione misurata, essa può essere quella assoluta, ma non necessariamente.

La pompa di estrazione 18 sulla linea di uscita 14 del recipiente 12 è preferibilmente di tipo volumetrico e a velocità costante. Essa provvede a rimandare nel condotto l’olio in misura pari alla portata introdotta nel recipiente decurtata dalla frazione volatile che diventa aeriforme e che si accumula sopra il pelo libero del liquido.

Alla parte superiore del recipiente è collegato l’ingresso di una pompa del vuoto 24 azionata da un rispettivo motore 25, permanentemente in marcia, per aspirare ed asportare dal recipiente stesso la parte volatile attraverso mezzi 26 atti ad evitare il trascinamento di liquido. Dal lato della sua mandata, la pompa del vuoto 24 convoglia la frazione volatile, di preferenza attraverso una valvola unidirezionale 27 ed un’eventuale valvola di intercettazione 28, in almeno un serbatoio aggiuntivo 29 dove viene condensata e vi si può accumulare la parte condensabile. La condensazione della frazione volatile, potrà essere accelerata da eventuali raffreddatori, non rappresentati. Il serbatoio aggiuntivo 29 potrà essere dotato di una finestra trasparente 29’ per visualizzare dall’esterno il liquido consendatosi.

La parte condensata può essere scaricata da ogni serbatoio aggiuntivo 29 attraverso una valvola di fondo 30. L’eventuale frazione incondensabile è scaricata da ciascun serbatoio aggiuntivo 29 attraverso un condotto di evacuazione 31.

Inoltre, in almeno un punto lungo il percorso fra la valvola 27 e il condotto di evacuazione 31 può essere introdotto almeno uno strumento per la rilevazione di uno o più dei contaminanti di cui ci si può attendere la presenza. Uno o più misuratori di livello 32 consentono di monitorare la presenza di liquido e di gestirne efficacemente lo scarico da ogni serbatoio aggiuntivo 29 in altro opportuno serbatoio di raccolta, non rappresentato.

Infine, tra la pompa del vuoto 24 e l’uscita della pompa di estrazione 18 può essere prevista un linea di fluido 33 per una possibile alimentazione di olio diatermico all'interno della pompa del vuoto (se questa è del tipo con olio a perdere) con funzione di lubrificante in alternativa all'uso, più consueto, di un lubrificante dedicato.

Nel sistema appena descritto, la pressione sopra il pelo libero del liquido nel recipiente 12 corrisponde sostanzialmente alla tensione di vapore accresciuta della pressione dei gas incondensabili presenti nel fluido che via via viene addotto in recipiente, con una certa mediazione dei valori dovuta all'accumulo nello stesso recipiente.

I segnali di temperatura e di pressione rilevati in detto recipiente 12 sono trasferiti ad un sistema di gestione e controllo, opportunamente programmato, che permette un confronto del valore di pressione rilevato in 23 con un valore atteso, che sarà stato inserito come dato nella libreria del sistema di controllo, per l'olio diatermico di volta in volta considerato. Ove lo scostamento tra i valori a confronto risultasse potenzialmente dannoso, il sistema interviene con gli opportuni provvedimenti, per esempio con una fermata del processo. In ogni caso il sistema provvede alla separazione ed allontanamento della frazione volatile, sia pure lentamente in relazione al fatto che è attraversato da una piccola frazione della portata fluente nel condotto 10.

Nello schema in Fig 2, nel quale parti uguali od equivalenti a quelle in Fig. 1 sono designate con gli stessi riferimenti, è rappresentato un modo di applicazione del sistema di detezione 11 inserito in un circuito 40 a valle di un processo 41 che utilizza olio diatermico. In questo schema l’olio nel recipiente di accumulo 12 viene mantenuto ad una temperatura prossima a quella dell'olio a monte del processo, grazie ad una opportuna superficie di scambio termico 42 collocata nel recipiente stesso e riscaldata, per esempio, da un flusso di olio prelevato a monte del processo. In generale, la perdita di carico nel processo tra i punti A e B sarà sufficiente a consentire la circolazione senza interposizione di pompe.

Lo schema in Fig 3 mostra un modo di applicazione del sistema di detezione 11 analogo a quello della Fig. 2, dove però, per mantenere la desiderata temperatura del fluido nel recipiente di accumulo 12, è previsto uno scambiatore termico 43 posto all’esterno del recipiente, in particolare sulla linea di ingresso 13 di quest’ultimo ed alimentato anche qui da un flusso d’olio prelevato a monte del processo

In Fig. 4 gli stessi elementi sopra descritti in relazione alla Fig. 1 sono integrati all'interno di un'unica macchina rotante 50 che riunisce in sé le funzioni sia della pompa di estrazione sia della pompa per il vuoto. La macchina comprende un espansore-compressore a palette, costituito da una cassa 51, da un rotore scanalato 52 e da palette 53.

Allora, il fluido proveniente dal condotto 10 attraverso una linea recante un sensore di temperatura 13’ entra nell’espansore-compressore attraverso una luce 54 in corrispondenza della zona di minimo volume delle camere generate dalle palette e viene progressivamente espanso fino a raggiungere la zona di massimo volume 55 delle camere stesse. Qui è prevista un'altra luce di accesso per un sensore di misurazione della pressione 56 e per la connessione di una linea 57 di sottrazione delle frazioni volatili secondo la freccia G, linea necessaria solo nel caso in cui sia prevista la separazione oltre la detezione della presenza di composti volatili.

Per una sottrazione in caso di pressione sub-atmosferica delle frazioni volatili, il condotto 57 deve essere connesso a recipienti riceventi in depressione, non rappresentati. In ogni caso la sottrazione include la sottrazione di una quantità significativa di olio. Il sistema è quindi in linea di principio più adatto alla sola funzione di segnalazione. Oltrepassata la luce 56, l'olio è ricompresso fino ad essere espulso attraverso la luce 58 e riavviato al condotto 10 attraverso la valvola 17 sulla linea 14. Il rotore dell'espansore-compressore sarà preferibilmente azionato da un motore elettrico, non indicato in figura.

Tuttavia è anche possibile evitare l'azionamento dall’esterno, ad esempio posizionando l'apparecchio fra due punti del circuito caratterizzati, nel funzionamento normale, da una elevata differenza di pressione.

Claims (17)

1. “METODO E SISTEMA DI DETEZIONE E SEPARAZIONE DELLE FRAZIONI LEGGERE IN OLIO DIATERMICO” R I V E N D I C A Z I O N I 1. Metodo di detezione, misura e/o separazione della frazione leggera in un olio diatermico circolante in un impianto di processo controllato, comprendente i passi di: derivare un flusso di fluido da un condotto percorso da olio diatermico, condurre il flusso di fluido derivato in recipiente di transito a pressione e temperature monitorate, causare la separazione di frazioni volatili e gas incondensabili dalla frazione liquida del fluido in detto recipiente di transito, rimandare la frazione liquida da detto recipiente a detto condotto, estrarre frazioni volatili e gas incondensabili da detto recipiente per una loro raccolta in un serbatoio, condensare le frazioni volatili in serbatoio per un loro recupero allo stato liquido, ed evacuare i gas incondensabili da detto serbatoio.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato in ciò che la separazione di frazioni volatili e gas incondensabili dal fluido derivato da detto condotto è ottenuta per accumulo di dette frazioni volatili e gas incondensabili sopra il pelo libero della frazione liquida in detto recipiente di transito.
3. 3. Metodo secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato in ciò che la frazione liquida è rimandata dal serbatoio di transito al detto condotto mediante un mezzo di estrazione forzata, e in ciò che frazioni volatili e gas incondensabili sono estratte da detto recipiente con un’azione di aspirazione.
4. 4. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato in ciò che la separazione di frazioni volatili e gas incondensabili dal fluido derivato da detto condotto è ottenuta con un’azione di espansione del fluido in detto recipiente di transito.
5. 5. Metodo secondo le rivendicazioni 1 e 4, caratterizzato in ciò che l’estrazione di frazioni volatili e gas incondensabili dal recipiente di transito è causata dall’espansione del fluido ed il ritorno della frazione liquida in detto condotto si effettua dopo la fase di espansione.
6. 6. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato in ciò che il fluido derivato dal condotto percorso da olio diatermico può essere sottoposto a riscaldamento direttamente nel recipiente o lungo la linea di ingesso di detto recipiente.
7. 7. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente aggiuntivamente i passi di rilevare i valori di frazioni volatili e di gas incondensabili separati in relazione alla pressione e alla temperatura in detto recipiente, di confrontare tali valori rilevati con valori di soglia predeterminati e di segnalare se lo scostamento tra i valori a confronto sono da considerarsi anomali ed eventualmente arrestare l’impianto di processo.
8. 8. Sistema di detezione e/o separazione della frazione leggera in un olio diatermico circolante in un impianto di processo, caratterizzato - da mezzi per derivare e condurre un flusso di fluido da un condotto percorso da olio diatermico in un recipiente di transito, - mezzi per controllare e individuare la separazione di frazioni volatili e gas incondensabili dalla frazione liquida del fluido in detto recipiente di transito, - mezzi per rimandare la frazione liquida da detto recipiente in detto condotto, - mezzi per estrarre frazioni volatili e gas incondensabili da detto recipiente per una loro raccolta in almeno un serbatoio aggiuntivo, - mezzi per condensare le frazioni volatili in serbatoio aggiuntivo per un loro recupero allo stato liquido, ed - mezzi per evacuare i gas incondensabili da detto serbatoio.
9. 9. Sistema secondo la rivendicazione 8, caratterizzato in ciò che detto recipiente di transito (12) è collegato al detto condotto attraverso una linea di ingresso e una linea di uscita dotate ciascuna di valvole di intercettazione, dove sulla linea di ingresso è prevista una valvola modulante o on-off (16) destinata a mantenere in detto recipiente il livello del fluido entro certi intervalli minimo e massimo con il concorso di un rivelatore di livello e dove sulla linea di uscita è inserita una pompa di estrazione (19) per il ritorno del fluido in detto condotto.
10. 10. Sistema secondo la rivendicazione 9, caratterizzato in ciò che detto recipiente (12) è costituito da un serbatoio e ad esso sono associati un sensore di pressione ((23) per rilevarne la pressione interna, un primo sensore termico per rilevare la temperatura della frazione liquida ed un secondo sensore termico per rilevare la temperatura di frazioni volatili e gas incondensabili in detto recipiente.
11. 11. Sistema secondo le rivendicazioni 9 e 10, caratterizzato in ciò che a detto serbatoio è collegata una pompa del vuoto (24) per estrarre frazioni volatili e gas incondensabili e convogliarli ad almeno un serbatoio aggiuntivo (29) predisposto per una condensazione delle frazioni volatili ed un’evacuazione del gas incondensabile.
12. 12. Sistema secondo le rivendicazioni 9-11, caratterizzato in ciò che tra l’uscita di detta pompa di estrazione e la pompa del vuoto è prevista una linea di fluido (33) per un’alimentazione di olio diatermico, come lubrificante, all'interno della pompa del vuoto.
13. 13. Sistema secondo la rivendicazione 8, caratterizzato in ciò che detto recipiente di transito è costituito dal corpo di un espansorecompressore a palette (51-53) predisposto per ricevere un flusso di fluido da detto condotto, per espandere detto fluido per una separazione di frazioni volatili e gas incondensabili dalla frazione liquida ed un loro convogliamento in almeno un serbatoio di condensazione delle frazioni volatili e di evacuazione dei gas in condensabili, e per ricomprimere e rimandare la frazione liquida in detto condotto.
14. 14. Sistema secondo la rivendicazione 12, caratterizzato in ciò che al corpo di detto espansore-compressore sono connessi almeno un sensore di temperatura ed un sensore di pressione rispettivamente per rilevare la temperatura e la pressione del fluido transitante in detto corpo.
15. 15. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 8 a 14, caratterizzato in ciò che al recipiente di transito è associato internamente od esternamente un mezzo (42, 43) per il riscaldamento del flusso di fluido derivato da detto condotto.
16. 16. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 8 a 15, caratterizzato da un unità di controllo per ricevere e verificare i valori di temperatura e pressione del fluido nel recipiente di transito nei confronti di riferimento reimpostati e per erogare dei segnali indicativi di tali valori per abilitare o disabilitare il funzionamento dell’impianto di processo.
17. 17. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 8 a 16, il quale è inseribile a monte oppure a valle dell’impianto di processo da monitorare.