Gli impianti industriali - Dipartimento di Ingegneria industriale

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Gli impianti industriali
Facoltà di Ingegneria, Università degli Studi di Bologna
DIEM - Dipartimento di Ingegneria delle Costruzioni
Meccaniche, Nucleari, Aeronautiche e di Metallurgia
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Services
Gli impianti industriali
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Gli impianti industriali
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
I componenti degli impianti
• Agitatori
• Pompe
• Caldaie
• Precipitatori
• Coclee
• Reattori
• Compressori - Soffianti
• Rotocelle
• Elevatori a tazze
• Scambiatori di calore
• Evaporatori
• Separatori - Cicloni
• Filtri
• Forni
• Serbatoi – Sili – Tramogge Vasche
• Miscelatori
• Tubi
• Mulini
• Valvole
• Nastri trasportatori
• Ventilatori
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
L’impianto: com’è costituito
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
L’impianto: com’è costituito
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Il P&I
• Il Piping and Instrumentation Diagram o Process and
Instrumentation Diagram (abbreviato P&ID o P&I), in inglese anche
engineering flow-sheet o engineering line diagram, in italiano spesso
nominato schema di marcia o schema meccanico, è un disegno che
mostra le interconnessioni tra le apparecchiature di un processo, il
sistema delle tubazioni di interconnessione e la strumentazione
utilizzata per il controllo del processo stesso.
http://it.wikipedia.org/wiki/Piping_and_Instrumentation_Diagram
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Il ruolo del P&I
• I simboli impiegati per descrivere la strumentazione sono a volte conformi
agli standard della Instrumentation, Systems, and Automation Society (ISA),
Standard S5; data però la necessità di realizzare degli schemi quanto più
possibile aderenti alla realtà impiantistica, si tende ad evitare uno
schematismo eccessivo.
• Altri standard utilizzati per la rappresentazione del P&ID sono la BS 1646
(British Standards Institution) e la DIN 28004 (Deutsches Institut für
Normung).
• Il P&ID riveste un ruolo fondamentale nelle fasi di manutenzione e modifica
del processo descritto, in quanto descrive in maniera puntuale la sequenza
fisica (ovvero le interconnessioni) delle apparecchiature e dei sistemi. Inoltre
il P&ID viene utilizzato in fase di progettazione per sviluppare gli schemi di
controllo del processo, e permette la successiva fase di investigazione a fini
operativi e di sicurezza, nella quale ad esempio si inseriscono gli studi HAZOP
(Hazards and Operability).
http://it.wikipedia.org/wiki/Piping_and_Instrumentation_Diagram
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Contenuto del P&I
• In un P&ID sono rappresentati:
• apparecchiature meccaniche, con relativa identificazione
• tutte le valvole del processo, con relativa identificazione
• tubazioni (piping), con indicate le dimensioni e relativa
identificazione
• spurghi, drenaggi, linee per campionamento, raccorderia
• direzione dei flussi di massa
• interconnessioni tra i sistemi
• strumentazione di controllo, con relativa identificazione
http://it.wikipedia.org/wiki/Piping_and_Instrumentation_Diagram
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Simboli delle apparecchiature in un P&ID
http://it.wikipedia.org/wiki/Piping_and_Instrumentation_Diagram
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Indicazioni sulla funzione degli strumenti nel P&I
• Per identificare la strumentazione di controllo in un P&ID si utilizza
in genere il simbolo di un cerchietto diviso in due parti:
• nella parte superiore è indicata una sequenza di poche lettere, che
specificano la funzione dello strumento,
• nella parte inferiore è indicato un numero per differenziare tutti gli
strumenti aventi la stessa funzione. (Tag Number)
• Nella tabella della slide seguente sono indicate le abbreviazioni per
indicare la funzione degli strumenti, in conformità agli standard BS 1646
del 1979.
http://it.wikipedia.org/wiki/Piping_and_Instrumentation_Diagram
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Indicazioni sulla funzione degli strumenti nel P&I
Proprietà
misurata
Indicatore
Registratore
Controllore
Indicatore e
controllore
Registratore
e controllore
Portata
(Flow rate)
F
FI
FR
FC
FIC
FRC
Livello
(Level)
L
LI
LR
LC
LIC
LRC
Pressione
(Pressure)
P
PI
PR
PC
PIC
PRC
Analisi qualità
(Quality)
Q
QI
QR
QC
QIC
QRC
Radiazione
(Radiation)
R
RI
RR
RC
RIC
RRC
Temperatura
(Temperature)
T
TI
TR
TC
TIC
TRC
Peso (Weight)
W
WI
WR
WC
WIC
WRC
Altra
proprietà,
specificata in
una nota
X
XI
XR
XC
XIC
XRC
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Indicazioni sulla funzione degli strumenti nel P&I
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
I misuratori “convenzionali”
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
I misuratori “convenzionali”
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Indicazioni sulla funzione degli strumenti nel P&I
• A queste combinazioni di lettere si può aggiungere:
• A per indicare un allarme, preceduta da H (High), HH (Very High), L (Low)
o LL (Very Low) a seconda che l'allarme intervenga se i valori misurati
sono maggiori o minori dei valori limiti (ad esempio HPA: allarme per
pressione sopra il valore limite). I valori HH e LL sono usati solo in
presenza di un valore H o L per distinguere due soglie di intervento.
• D per indicare una differenza o un differenziale (ad esempio PDI:
indicatore di pressione differenziale).
• F come seconda lettera per un rapporto (ad esempio FFC: controllore di
rapporto di portate).
• T per indicare la funzione di trasmettitore (ad esempio TT: trasmettitore
di temperatura).
http://it.wikipedia.org/wiki/Piping_and_Instrumentation_Diagram
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Compiti di uno strumento di misura
Analisi
Interfacce
Livello
Temperatura
Pressione
Portata
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Interfacce
PLC
Compiti di uno strumento di misura
• Si interfaccia meccanicamente al
processo e elettricamente al sistema di
controllo.
• Ha la parte sensibile a contatto con il
processo/prodotto.
• Trasforma una o più grandezze fisiche
in una o più grandezze elettriche che
rappresentano variabili ingegneristiche.
• Trasmette l’informazione mediante
segnale elettrico normalizzato:
• analogico (4 ÷ 20 mA)
• digitale (Fieldbus)
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Segnali normalizzati
• Segnali pneumatici
• 3 ÷ 15 psi (0,21 ÷1,03 bar)
• Segnali analogici
• 0 ÷ 20 mA p.e. 0 ÷ 200 A
• 4 ÷ 20 mA (Hart) p.e. 270 ÷ 350 °K
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Segnali normalizzati
• Segnali digitali
• Contatti di relè n.a. (normalmente aperto) o n.c. (normalmente chiuso)
• Protocollo Hart
• Bus di campo (Fieldbus)
• Profibus PA
• Profibus DP
• Profinet
• Foundation Fieldbus
• …………….
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Scopi della misura
• Conoscere
• Livello: giacenza, disponibilità di materiali, fasi di caricamento
• Portata: contabilizzare, verificare
• Controllare
• Una reazione chimica, termica (forni, cottura, fusione, trattamenti
termici), chimico/termica (distillazione, frazionamento), processi
meccanici (frantumazione, macinazione)
• Dosare: trasferire un prodotto, miscelare, preparare una ricetta, riempire
un contenitore
• Sicurezza
• Non superare valori pericolosi di pressione, temperatura, livello
• Non miscelare o non far venire a contatto prodotti pericolosi
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
I criteri che portano alla scelta di uno strumento
• … vantaggi e svantaggi di una specifica tecnologia di misura;
• … qual è la tecnologia più idonea per realizzare una specifica misura;
• … che cosa può influenzare la misura e la scelta di uno strumento;
• … come selezionare lo strumento in funzione:
• Accuratezza attesa
• Perdita di carico accettabile
• Turn-down atteso
• Misura in massa, diretta o calcolata
• Condizioni d’installazione
• Insensibilità ai depositi
• Misura senza contatto
• Ridotto carico manutentivo
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Fattori che influenzano la selezione del sistema di misura
Massa o Volume
Stato di aggregazione: Conducibilità elettrica
solido o liquido o gas
Omogeneità
Viscosità
Disturbi
Abrasione
Temperatura
Corrosione
Angolo di riposo
Perdita di carico
accettabile
Il sistema di
misura
migliore
Densità
Pressione
Tubo/Recipiente
Costante dielettrica
Accuratezza
attesa
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26 Maggio 2015
Profilo idraulico
Permeabilità
Silvio Appoloni
Campo di misura
Turn-down
Strumentazione per la separazione latte - grasso
Flo w mea suring
mi lk
Control valve
Stand ardised
milk
Flo w mea suring
cre am
Control va lve
Separator
Control valve
Stand ardised
cream
Full cream milk
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26 Maggio 2015
Volume and densit y
measurement
Silvio Appoloni
Strumentazione per la separazione latte - grasso
• Misura densità e
concentrazione di
grasso nel latte
• Soluzione:
• Promag 53H
• Promass 83F
• Benefit:
• Compattezza dell’installazione
• Elevata precisione
• Stabilità e ripetibilità del
processo
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
L’importanza di una misura, precisa
Se non lo puoi misurare non
lo puoi neanche migliorare.
William Thomson
Barone di Kelvin
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Esempio reattore controllato da strumentazione e PLC
I Quaderni del GISI: Strumentazione di misura e controllo nelle applicazioni industriali
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Qualche esempio
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Qualche esempio
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Qualche esempio
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Qualche esempio
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni