Automazione dell'impianto chimico: Vantaggi, tecnologie e implementazione

Gli impianti chimici sono la spina dorsale della moderna produzione chimica. I loro intricati flussi di lavoro e i pericoli che essi comportano richiedono una rigorosa precisione, sicurezza e automazione dei processi. L'automazione non è più solo un mezzo per migliorare la produttività, ma serve anche a garantire l'affidabilità delle operazioni dell'impianto e l'equilibrio ecologico. Per qualsiasi azienda chimica, compresi i produttori di prodotti chimici, per rimanere competitivi sul mercato è necessario comprendere i fondamenti dell'automazione nell'industria chimica, le sue principali tecnologie e l'impatto che la tecnologia ha.

Quali sono le basi dell'automazione degli impianti chimici?

Le tecnologie e i sistemi utilizzati in un impianto di produzione come quello chimico, che possono aiutare o sostituire completamente l'intervento umano, sono chiamati automazione dell'impianto chimico. L'automazione ha lo scopo di monitorare, controllare e ottimizzare i processi di produzione chimica. L'automazione comprende tutte le attività, dal controllo di base on/off all'ottimizzazione avanzata dei processi e ai sistemi di interblocco di sicurezza. Il controllo dei parametri chiave del processo (temperatura, pressione, flusso, livello, ecc.) con precisione è un obiettivo del processo. Ciò si traduce in una qualità costante del prodotto, in una maggiore efficienza produttiva, in una riduzione dei costi operativi e in una maggiore sicurezza per il personale e le attrezzature. La sostituzione dei processi manuali e la riduzione degli interventi manuali sono aspetti fondamentali. Il "sistema nervoso" e il "cervello" dell'impianto sono i sistemi di automazione. Essi monitorano i cambiamenti all'interno del sistema in tempo reale e impartiscono comandi per correggere i livelli di produzione.

I principali vantaggi dell'automazione negli impianti chimici

Innanzitutto, uno dei principali vantaggi dell'automazione è il notevole miglioramento della sicurezza operativa. L'automazione fornisce sistemi specializzati in grado di portare l'impianto in uno stato di sicurezza durante le situazioni di pericolo, prevenendo così gli incidenti e riducendo il rischio di incidenti. Ad esempio, le valvole automatiche certificate SIL possono interrompere o consentire automaticamente il flusso di fluidi in situazioni di emergenza. Esse svolgono un ruolo fondamentale nei sistemi di interblocco di sicurezza.

In secondo luogo, l'automazione migliora l'efficacia e l'efficienza dei processi di produzione, con un'uniformità notevolmente migliorata. I sistemi automatizzati rispondono ai cambiamenti con maggiore frequenza e precisione di quanto possa fare una persona. Le variazioni di produzione indotte dall'uomo sono ridotte al minimo e le condizioni di reazione sono ottimizzate in modo euristico. Ciò migliora la produzione e la resa complessiva. Un controllo più accurato delle reazioni chimiche e del processo di produzione porta a una maggiore uniformità della qualità e a una riduzione del tasso di scarto.

In terzo luogo, le questioni relative ai costi di produzione beneficiano direttamente dei sistemi automatizzati. Con l'aumento dell'automazione, il lavoro manuale viene sostituito dai macchinari, riducendo così la spesa per la manodopera. Inoltre, il controllo ottimale dei processi può ridurre la quantità di materie prime e il consumo di energia, oltre a diminuire gli scarti di prodotto. Ciò contribuisce a un ulteriore risparmio di costi e di energia. Un'automazione efficace riduce anche al minimo l'usura eccessiva di macchine e attrezzature, aumentandone la longevità e promuovendo costi di manutenzione inferiori, con conseguente aumento dell'efficienza operativa. Ciò fornisce un significativo vantaggio competitivo.

Inoltre, l'automazione può aumentare la flessibilità e la reattività dell'impianto. Quando le richieste del mercato cambiano, i sistemi di automazione possono regolare rapidamente i programmi di produzione e i parametri di processo. Ciò consente di produrre molti prodotti diversi in piccoli lotti. Le funzioni di monitoraggio e diagnostica a distanza aiutano a risolvere i problemi più rapidamente, riducendo i tempi di inattività.

Tecnologie essenziali che alimentano l'automazione

L'automazione di un impianto chimico è una struttura intricata. Dipende da diverse tecnologie di base che lavorano insieme. Queste tecnologie costituiscono la struttura del sistema di automazione. Esse forniscono la capacità di monitorare, ragionare e controllare in modo eccellente i processi produttivi. Saper integrare e apprezzare le tecnologie di base è fondamentale per costruire e migliorare i sistemi di automazione. Tra le tecnologie chiave c'è il sistema DCS. A questo proposito, di seguito sono riportate altre tecnologie fondamentali che facilitano l'automazione degli impianti chimici:

Tipo di tecnologia	Acronimo	Funzione principale	Ruolo negli impianti chimici
Sistema di controllo distribuito	DCS	Controllo distribuito, gestione centralizzata, monitoraggio dei processi, gestione degli allarmi	Controlla processi continui o a lotti di grandi dimensioni, fornendo un controllo coordinato a livello di impianto
Controllore logico programmabile	PLC	Controllo logico, controllo di sequenza, acquisizione dati	Controlla singole apparecchiature o sottosistemi, spesso utilizzati per l'interblocco e le sequenze di avvio/arresto.
Controllo di supervisione e acquisizione dati	SCADA	Monitoraggio remoto, acquisizione dei dati, archiviazione dei dati, generazione di report.	Monitora le apparecchiature e i sistemi sparsi, fornisce una visione operativa complessiva, supporta il funzionamento a distanza e l'analisi dei dati.
Sistema di sicurezza strumentato	SIS	Separato dal sistema di controllo del processo di base, rileva le condizioni di pericolo ed esegue le funzioni di sicurezza.	Porta il processo in uno stato di sicurezza in caso di emergenza, riduce il rischio, è conforme agli standard di sicurezza funzionale.
Bus di campo ed Ethernet industriale	Bus di campo/Ethernet industriale	Collega i dispositivi di campo (sensori, attuatori) ai sistemi di controllo per il trasferimento dei dati e la comunicazione.	Semplifica il cablaggio, migliora l'efficienza e l'affidabilità del trasferimento dei dati, supporta il controllo distribuito
Sensori e trasmettitori	Sensori e trasmettitori	Misura dei parametri di processo (temperatura, pressione, flusso, livello, ecc.), conversione dei segnali analogici in digitali per la trasmissione	Ottenere dati di processo in tempo reale, sono gli "occhi" del sistema di automazione
Attuatori	Attuatori	Ricevere i segnali di controllo, azionare gli elementi di controllo finale (come valvole e motori) per eseguire le azioni.	Convertono i comandi del sistema di controllo in azioni fisiche, sono le "mani e i piedi" del sistema di automazione.

Tutto funziona come un unico sistema. La combinazione di questi sistemi si basa su software e strutture di rete. Ad esempio, i dati provenienti dai sensori vengono trasmessi tramite bus di campo o Ethernet industriale al DCS o al PLC. Il controllore elabora le informazioni ricevute utilizzando logiche e algoritmi predefiniti. Regola quindi le apparecchiature sul campo con automatismi, tra cui le valvole automatiche principali. Gli operatori ricevono lo stato dell'impianto con la possibilità di effettuare regolazioni attraverso il sistema SCADA che fornisce una panoramica centralizzata. La sicurezza dell'impianto è gestita separatamente dal sistema di controllo del processo principale da sistemi SIS che si concentrano interamente sulla garanzia della massima sicurezza possibile.

Applicazioni di automazione nei processi chimici

Il ruolo dell'automazione nel campo dell'ingegneria chimica comprende quasi l'intero ambito di produzione di un impianto chimico:

• Controllo dei processi: L'automazione mantiene il flusso, la temperatura e la pressione per un flusso di lavoro per reattori, colonne di distillazione, scambiatori di calore o qualsiasi altra apparecchiatura vitale. L'automazione monitora e controlla continuamente i processi.
• Controllo dei lotti: Nei settori della chimica fine e farmaceutica, i sistemi di automazione sono utilizzati per l'aggiunta di materiali, la temporizzazione degli intervalli di reazione e la modellazione dei profili di temperatura. Questo stretto controllo garantisce la ripetibilità da lotto a lotto.
• Interblocco di sicurezza e spegnimento di emergenza (ESD): Le situazioni anomale vengono rilevate dai sistemi SIS. Per mitigare le situazioni di peggioramento, il pompaggio e la chiusura delle valvole e altre azioni di sicurezza predefinite vengono eseguite automaticamente.
• Gestione degli asset e manutenzione predittiva: I sistemi di automazione raccolgono misure sull'utilizzo delle apparecchiature. La valutazione di queste informazioni consente di prevedere i malfunzionamenti delle apparecchiature, rendendo possibile una manutenzione programmata. L'automazione riduce al minimo i tempi di inattività reattiva.
• Gestione dell'energia: I sistemi di controllo delle utenze hanno la capacità di essere multitasking. Oltre a supervisionare i processi più importanti, possono anche supervisionare processi meno critici come: acqua di raffreddamento, elettricità e vapore. In questo modo si ottimizzano i costi di gestione.
• Gestione degli allarmi: Gli operatori vengono avvisati di situazioni anomale attraverso i sistemi di automazione. Gli allarmi vengono filtrati da sistemi intelligenti che aiutano gli operatori a rispondere rapidamente ai problemi critici. L'automazione aiuta a gestire efficacemente i programmi di produzione e a gestire in modo sicuro i materiali pericolosi al momento giusto.

Il ruolo fondamentale delle valvole nei sistemi automatizzati

Le valvole sono componenti cruciali del controllo del flusso di fluidi in qualsiasi sistema di automazione chimica. Servono come elemento decisivo per i flussi di fluido e quindi influenzano l'accuratezza e la sicurezza dell'intero processo. Anche le semplici azioni on/off richiedono una meccanica precisa delle valvole.

Le valvole automatiche sono dotate di attuatori, siano essi pneumatici, elettrici o idraulici. Il sistema di controllo le comanda per modificare la direzione, la velocità o la pressione del fluido. Le valvole di controllo sono di grande importanza in quanto possono effettuare regolazioni di equilibrio nella velocità del fluido in base alla variazione dei segnali di controllo ad esse inviati. Sono essenziali per il controllo ad anello chiuso. Le valvole di sicurezza o di sfiato sono fondamentali dal punto di vista della sicurezza, poiché agiscono come prima linea di difesa sfogando la pressione in eccesso quando vengono superate le soglie automatiche prestabilite, salvaguardando l'apparecchiatura e le tubazioni.

Le valvole sono di vitale importanza in qualsiasi sistema di automazione. Per quanto avanzato sia un sistema di controllo, valvole troppo poco attente, lente o imprecise ne vanificano il controllo. A volte, questi sistemi comportano anche rischi per la sicurezza. Per questo motivo, affinché il sistema di automazione di un impianto chimico funzioni senza problemi, sono necessarie valvole automatiche precise che tengano conto del fluido, della temperatura, della pressione e dei requisiti del processo.

Superare le sfide dell'implementazione dell'automazione

L'implementazione di progetti di automazione di impianti chimici non è sempre facile e presenta molte sfide:

Integrazione e compatibilità tecnica

L'integrazione di apparecchiature e sistemi di automazione di fornitori diversi rappresenta una sfida a causa delle loro diverse interfacce di comunicazione. Lo scambio di informazioni tra i componenti del sistema richiede una perfetta integrazione del sistema.

Rischi per la sicurezza della rete

Più i sistemi di automazione sono vicini alle reti aziendali, maggiori sono le minacce alla sicurezza informatica. I virus di controllo, il malware e gli attacchi informatici ai sistemi di controllo richiedono difese forti e piani di emergenza.

Formazione del personale e miglioramento delle competenze

L'integrazione dell'automazione modifica i flussi di lavoro degli operatori e del personale di manutenzione. Il personale ha ora bisogno di una formazione completa per operare, monitorare e sostenere i sistemi. Dovrebbe essere organizzata anche una formazione multidisciplinare.

Controllo dei costi e ritorno sugli investimenti

I progetti di automazione comportano solitamente un elevato investimento finanziario iniziale. Garantire le prestazioni e l'affidabilità del sistema, controllando i costi e valutando accuratamente il ritorno sull'investimento, ha un grande impatto sui responsabili delle decisioni.

Gestione della manutenzione e dei ricambi

Come tutti gli altri sistemi, anche quelli di automazione richiedono una gestione efficace in termini di competenze e strumenti. L'implementazione di strategie di manutenzione e la conservazione di scorte di parti di ricambio critiche semplificano il reperimento e la sostituzione di parti nei sistemi non funzionanti entro una tempistica definita. In questo modo si favorisce un funzionamento continuo e coerente e si riducono, o addirittura si eliminano, i guasti del sistema di automazione.

Tendenze future nell'automazione degli impianti chimici

L'automazione degli impianti chimici tende a diventare più intelligente, più connessa e più indipendente:

• Industrial Internet of Things (IIoT) e Big Data Analytics: Un numero maggiore di sensori e dispositivi intelligenti verrà utilizzato per raccogliere grandi quantità di dati di produzione. L'analisi dei big data troverà spunti preziosi da questi dati. Saranno utilizzati per l'ottimizzazione dei processi, la previsione dei guasti e l'assistenza alle decisioni.
• Intelligenza artificiale (AI) e apprendimento automatico: L'uso di algoritmi migliorerà l'ottimizzazione del controllo, la previsione delle prestazioni delle apparecchiature, il rilevamento di anomalie ed eventi, la gestione intelligente degli allarmi e le prestazioni complessive del sistema. Ciò consentirà di migliorare i comportamenti di apprendimento e adattamento dei sistemi.
• Gemello digitale: Costruire virtualmente un modello di impianto. Tale modello può simulare il funzionamento dell'impianto utilizzando dati in tempo reale che possono ottimizzare i processi e contribuire alla formazione degli operatori e alla valutazione dei rischi, quindi alla previsione e all'ottimizzazione. La trasformazione digitale sta guidando l'adozione di queste tecnologie.
• Cloud Computing e Edge Computing: Il cloud computing fornisce una solida elaborazione e archiviazione dei dati, mentre l'edge computing porta l'elaborazione e il controllo dei dispositivi vicino all'officina. Questo aumenta i tempi di risposta e migliora la sicurezza dei dati.
• Realtà aumentata (AR) / Realtà virtuale (VR): La tecnologia AR/VR sarà utilizzata per la manutenzione del campo, la guida delle operazioni e la formazione del personale, migliorando l'efficienza e la sicurezza.

Selezione delle giuste soluzioni di automazione

La scelta delle soluzioni di automazione corrette è fondamentale per un impianto chimico. Avere un partner affidabile che fornisca veramente valore è molto importante. Negli ultimi dieci anni, VINCER si è concentrata sulle valvole automatizzate come azienda tecnologica ed è ora tra i leader del settore. VINCER offre servizi di alta qualità e grande valore con i suoi servizi di valvole automatizzate one-stop.

VINCER fornisce valvole elettriche, valvole pneumatiche, valvole a sfera, valvole a farfalla, elettrovalvole e altri prodotti per valvole automatizzate di notevole qualità. Grazie a un'ampia conoscenza di diversi settori industriali, VINCER offre opzioni di valvole configurabili in modo specializzato e professionale. VINCER studia le esigenze dei clienti in base a otto parametri: analisi del fluido, analisi della temperatura, analisi della pressione del fluido, determinazione dello standard di connessione, metodo di controllo (manuale/elettrico/pneumatico), requisiti del materiale, tempo di apertura/chiusura del fluido e posizione e spazio di installazione. Questo approccio garantisce un allineamento preciso con i requisiti del cliente. I prodotti di VINCER soddisfano le certificazioni internazionali come CE, RoHS, SIL e FDA, e sono certificati ISO9001, garantendo una produzione affidabile e un controllo di qualità nella grande fabbrica di VINCER con attrezzature avanzate. VINCER offre una risposta rapida e un servizio professionale, con preventivi rapidi e tempi di consegna efficienti. Viene fornita un'assistenza post-vendita professionale.

La scelta di VINCER come partner offre il valore di soluzioni professionali personalizzate, tempi di reazione rapidi e una precisione affidabile per quanto riguarda le valvole automatizzate. Questo rende il vostro impianto chimico più produttivo e sicuro e ne aumenta la redditività.

Conclusione

Per migliorare la redditività dell'azienda, è essenziale automatizzare gli impianti chimici. La competitività va oltre la produzione e i costi, ma comprende anche la sicurezza, la sostenibilità e il futuro dell'impianto. Il controllo delle tecnologie di automazione di base renderà il futuro degli impianti chimici più sicuro ed efficiente. Superando le sfide dell'implementazione, sfruttando i fondamenti dell'automazione e scegliendo i partner giusti si ottengono impianti intelligenti. I progressi della tecnologia di automazione rafforzeranno le mani dell'automazione nelle industrie chimiche, sviluppando così questo segmento dell'industria.