È la prevenzione e non l’intervento a ridurre al minimo uno dei maggiori problemi per le raffinerie
La domanda globale di petrolio dovrebbe raggiungere 100,6 milioni di barili al giorno entro la fine del 2022(si apre in una nuova finestra), con capacità di raffinazione in aumento ogni anno per i prossimi 5 anni(si apre in una nuova finestra). Pertanto, per le raffinerie è il momento perfetto per affrontare il problema delle incrostazioni della tecnologia degli scambiatori di calore responsabile dell’enorme consumo di energia, delle emissioni e di miliardi di dollari di mancati guadagni. Il progetto FlowEnhancer(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE, ha sviluppato Flow Optimiser, un modulatore di flusso in ingresso dello scambiatore di calore a fascio tubiero che può essere adattato o integrato nel punto di ingresso di nuovi scambiatori di calore e che distribuisce il flusso in modo più uniforme sui tubi dello scambiatore, riducendo i «punti caldi» di incrostazione nello scambiatore di calore e migliorandone notevolmente l’efficienza.
Il treno di preriscaldamento sfreccia verso il futuro
Le raffinerie di petrolio «raffinano» il petrolio greggio in materie prime di valore superiore in un processo in tre fasi che inizia con il frazionamento del greggio in molecole più piccole. Per ottenere un adeguato frazionamento, il flusso grezzo deve essere introdotto all’interno della colonna di distillazione a una temperatura molto elevata. Tipicamente, un cosiddetto treno di preriscaldamento grezzo precede la fase di frazionamento, utilizzando scambiatori di calore e calore di scarto da altri flussi di processo per ridurre il consumo di energia. Si stima che i costi totali relativi alle incrostazioni negli scambiatori di calore e nelle caldaie per le principali nazioni industrializzate superino i 4,4 miliardi di dollari all’anno(si apre in una nuova finestra). La dinamica dei fluidi computazionale nel contesto del precedente progetto CLEANEX, finanziato dal 7° PQ, ha inaspettatamente identificato il punto di ingresso come la fonte del problema. FlowEnhancer ha ridotto il carico computazionale delle analisi e si è concentrato sulle regioni rilevanti con risultati eccellenti. Secondo Derek Sumsion, responsabile R&S di Tube Tech International, «un’estesa modellizzazione della dinamica dei fluidi computazionale ad alta risoluzione, ben oltre quella pianificata per FlowEnhancer, ha portato alla progettazione di un inserto per il punto di ingresso che distribuisce uniformemente il flusso di ingresso di diverse composizioni di petrolio greggio in una moltitudine di scambiatori con diversi volumi di tubo, riducendo al minimo le incrostazioni.»
Primo nel suo genere
La progettazione dello scambiatore di calore non è cambiata molto negli ultimi quattro decenni. Le soluzioni anti-incrostazione, quando impiegate, si trovano negli scambiatori di calore. Come ha dimostrato FlowEnhancer, il problema è a monte. Flow Optimiser riduce la turbolenza consentendo al contempo un aumento del 10 % della velocità di afflusso del tubo e un corrispondente aumento di 7 °C della temperatura di uscita. Ciò aumenta l’efficienza dello scambiatore, riducendo drasticamente il consumo di energia, le emissioni globali di CO2 e i costi e prolungando al contempo la vita della risorsa. I potenziali risparmi per le raffinerie potrebbero raggiungere fino a 1,8 milioni di euro all’anno e un ritorno sull’investimento di 9:1 per scambiatore di calore. Sumsion sviluppa i risultati, pianificati e imprevisti: «Oltre a scoprire la distribuzione non uniforme del flusso in ingresso, i test presso Shell India, concepiti alla luce delle sfide legate alla pandemia, hanno supportato le ampie analisi di dinamica dei fluidi computazionale alla base del concetto di Flow Optimiser: una nuova tecnologia di pulsazione per ridurre le incrostazioni a velocità più basse e potenzialmente una tanto attesa riprogettazione degli scambiatori di calore. Abbiamo tanti nuovi progetti per il futuro.» Il nuovo Flow Optimiser sarà installato presso un sito Shell nell’ottobre 2021 per fornire informazioni in merito alle incrostazioni sul campo. Nel frattempo, l’unità di gestione sta raccogliendo capitali e curando i rapporti con i clienti per accelerare la crescita e l’adozione di Flow Optimiser. Si può dire che il progetto Flow Optimiser per il treno di preriscaldamento abbia ormai lasciato la stazione.
