Monitoraggio delle emissioni gassose in impianti industriali

Ciclo di vita delle attrezzature industriali e manutenzione

Il ciclo di vita di una qualsiasi attrezzatura elettrica, elettronica, analitica o meccanica, è definito al momento della costruzione ed in esso si possono individuare periodi in cui può compiere correttamente la propria funzione e periodi in cui tale attività è compromessa da guasti ed inevitabilmente interrotta per riparazione o sostituzione.

Se tale attrezzatura appartiene ad un impianto industriale, il guasto ed il conseguente fermo impianto per riparazione o sostituzione è causa, nella migliore delle ipotesi, di un costo vivo, e nella peggiore di una rimessa economica dovuta all'interruzione della produzione o dell'erogazione del servizio.

La manutenzione, intesa come l'insieme delle procedure di ispezione, rilevazione guasti, riparazione,  sostituzione, collaudo, misurazione, regolazione, inserimento nel processo, risulta quindi l'attività fondamentale per preservare nel tempo le potenzialità produttive di un impianto industriale nella sua interezza ed il buono stato di conservazione delle attrezzature, riducendo gli intervalli di fermo necessari per ripristinare le caratteristiche funzionali ed operative.

Secondo la norma europea UNI EN 13306:2010 la manutenzione è la "combinazione di tutte le azioni tecniche, amministrative e gestionali, eseguite durante il ciclo di vita di un elemento, destinate a preservarlo o a riportarlo in uno stato in cui possa eseguire la funzione richiesta". Ma la manutenzione è molto di più, in quanto ha un risvolto tecnologico, impattando direttamente sulla qualità del prodotto o del servizio erogato, ed anche una valenza socio-legale, poiché le attrezzature in cattive condizioni possono causare pericolo per gli operatori di impianto o inquinamento ambientale.

Poiché le attività di manutenzione preventiva contribuiscono in modo sostanziale al raggiungimento degli obiettivi produttivi dell'impianto, sembra palese la loro applicazione a tappeto in tutte le realtà industriali.

Nella pratica, però, l'applicazione di attività pianificate di manutenzione sono scarse o assenti, soprattutto nelle realtà medio piccole, perché consumano significative risorse tecniche ed economiche richiedendo, oltre a quelle tecniche, competenze aggiuntive di tipo gestionale per la programmazione delle attività e dei ricambi.

Un'indagine condotta dall'Associazione Italiana di Manutenzione (A.I.MAN), sullo stato della manutenzione nelle PMI italiane, ha evidenziato che questa assorbe fino al 2% del fatturato, un numero spesso insostenibile.

E' necessario per ogni impianto industriale, quindi, individuare un livello di manutenzione che sia un giusto compromesso tra i costi ed i benefici.

In questa ottica molte aziende tendono ad esternalizzare il servizio, soprattutto quando il livello di competenze tecniche richiesto è di tipo specialistico, affidandolo a società specializzate o di "global service", in grado di fornire una vera e propria "progettazione della manutenzione", personalizzata in base alle specifiche esigenze del cliente.

I sistemi di monitoraggio in continuo delle emissioni gassose: un impianto nell'impianto

Tra le attrezzature a valore aggiunto tecnologico più elevato presenti negli  impianti industriali, ci sono certamente quelle destinate al monitoraggio in continuo delle emissioni gassose (Fig. 1).

Il monitoraggio in continuo delle emissioni, secondo i criteri dell'Allegato VI alla Parte V del D.Lgs 152/06, è un obbligo ormai fondamentale nel panorama della gestione degli impianti industriali; sono sottoposti, infatti, ad obbligo di monitoraggio in continuo delle emissioni i grandi impianti di combustione, gli impianti di incenerimento e coincenerimento, le raffinerie, gli impianti con flusso di massa di solventi in uscita superiori ai 10 kg/h, gli impianti termici industriali con potenza nominale superiore ai 6 MW, e civili superiori ai 1,5 MW (per la verifica della buona combustione parte V del D.Lgs. 152/06), gli impianti per il recupero, anche energetico, dei rifiuti e gli impianti che trattano rifiuti e combustibili derivati assimilati a fonti rinnovabili (D.M. 05.06.06).

I Sistemi di Monitoraggio delle Emissioni gassose in Continuo (SMEC) possono essere considerati un impianto all'interno dell'impianto, e come tale richiedono azioni di manutenzione preventiva e correttiva specifiche e somministrate da personale con un livello di competenza tecnica alta.

L'esperienza in grandi impianti industriali ha dimostrato che la differenza tra il successo e l'insuccesso di un programma di monitoraggio è il livello di manutenzione operato sul sistema (Electric Power Research Institute (1984), Continuous Emission Monitoring Guidelines, Palo Alto California, EPRI); i sistemi di monitoraggio in continuo, infatti, sono complessi sistemi strumentali a cui è richiesto di lavorare in ambiente ostile e che, senza opportuna manutenzione (prevenzione/riparazione), non producono dati attendibili. Il mantenimento di un elevato livello di funzionalità e di prestazioni della strumentazione adibita ad eseguire il monitoraggio in continuo delle emissioni, riveste quindi, un ruolo fondamentale per le aziende sottoposte ad obbligo di monitoraggio, dal momento che l'indisponibilità, l'inaffidabilità o l'inesattezza dei dati da essi forniti è causa di infrazione della legge e comporta sanzioni pecuniarie, penali e interruzione dell'esercizio.

I sistemi di monitoraggio in continuo delle emissioni gassose, nello specifico, sono una famiglia eterogenea di strumenti impiegati nella misura degli inquinanti atmosferici prodotti su base continua, composti da analizzatori di tipo chimico-fisico combinati a sistemi di raccolta e registrazione dei dati, usati per misurare e registrare, nei gas esausti prodotti da processi di combustione o di lavorazione, le concentrazioni di contaminanti specifici, per confrontarli con i limiti stabiliti per legge. Gli SMEC più diffusi sono di tipo estrattivo, nei quali cioè il campione viene estratto al  camino e trattato, prima dell'analisi, in un sistema di condizionamento per rimuovere particolato, gas corrosivi e altre sostanze. L'utilizzo di questo tipo di sistemi consente maggiore flessibilità nella scelta dell'analizzatore da impiegare, ma richiede una routine manutentiva specifica per garantirne la sicurezza degli analizzatori.

La maggior parte degli analizzatori in continuo sfrutta principi di misura di natura spettroscopica per misurare la concentrazione degli inquinanti d'interesse, in primis Infrarosso, fluorescenza, UV-Vis e  chemiluminescenza.

Le caratteristiche descritte per gli analizzatori impiegati negli SMEC, e quindi la necessità di una manutenzione puntuale e specialistica, sono comuni anche agli analizzatori utilizzati per il controllo dei fluidi di processo, la cui funzionalità ed attendibilità non è legata al rispetto dei limiti di legge, ma è fondamentale per il controllo del processo e quindi della qualità del prodotto finale (Fig. 2).

Progettazione  della manutenzione

Risulta evidente che un momento fondamentale per la realizzazione di un sistema di monitoraggio in continuo delle emissioni, così come di un revamping dell'esistente, è la sua progettazione. È proprio in sede progettuale che, per chi si occupa quotidianamente di manutenzione degli SMEC, risulta naturale effettuare quella che si può definire "progettazione della manutenzione", la quale si esplica come una particolare attenzione nella scelta di materiali, sistemi, analizzatori e qualsiasi altro componente, in funzione della loro manutenibilità.

Il fulcro della progettazione di un sistema di monitoraggio in continuo è la scelta della tecnica analitica da impiegare. Tale scelta viene fatta sulla base della conoscenza delle proprietà chimiche dell'inquinante da analizzare, della concentrazione attesa, e del grado di accuratezza che si pretende dalla misura. In questa fase la progettazione della manutenzione si declina attraverso la scelta del principio di misura che ha minore impatto in termini di routine di manutenzione: ad esempio, laddove siano impiegabili sia la tecnica IR che quella UV, si sceglierà la tecnica IR, essendo la sorgente  più stabile rispetto alla lampada dell'UV.

L'analizzatore deve essere scelto poi con fondo scala e precisione adatte alla concentrazione attesa dell'analita che si vuole misurare, in base alle caratteristiche prestazionali richieste dal D.Lgs. 152/10.

Per i sistemi estrattivi riveste un ruolo fondamentale anche il corretto dimensionamento del sistema di condizionamento del gas campione, che deve essere calibrato sulla portata di gas necessario all'analizzatore, alla temperatura dei fumi estratti al camino ed al contenuto di vapore acqueo stimato, in modo che garantisca l'anidrificazione del gas e di conseguenza la sicurezza dell'analizzatore.

A questo, sulla base dell'esperienza del progettista, possono essere accoppiati gorgogliatori o bottiglie di lavaggio, per rendere le caratteristiche del gas compatibili con i materiali che deve attraversare o migliorare l'essiccamento. Anche questa scelta ricade a pieno titolo nella progettazione della manutenzione, applicando il compromesso tra benefici e costi.

Allo stesso modo il sistema di campionamento, composto da sonda di aspirazione fumi e da linea di trasporto riscaldata, deve essere progettato in modo che mantenga costantemente una temperatura di sicurezza, superiore al punto di rugiada dei fumi campionati, per evitare indesiderate condensazioni del campione che possono causare corrosione della linea o passaggio in soluzione di analiti solubili. In caso di gas ad alto contenuto di particolato, inoltre, la simbiosi tra progettazione e manutenzione orienterà la scelta verso una sonda di tipo autopulente, in modo da ridurre il numero degli interventi a camino (Fig. 3).

La routine manutentiva dei sistemi di monitoraggio in continuo prevede, inoltre, la verifica almeno mensile degli analizzatori, mediante l'uso di bombole a titolo noto certificato, ed eventuale taratura degli stessi in caso di discrepanza tra il valore letto ed il valore di targa della bombole.

Conclusioni

La scelta della politica manutentiva di un impianto, indipendentemente dalle sue dimensioni, dipende da un complesso insieme di fattori, tra cui spiccano la disponibilità di personale da dedicare a tale attività, il livello di competenza tecnica richiesto e la capacità di approvvigionamento e di gestione dei ricambi.

Fermo restando che l'applicazione di una puntuale manutenzione preventiva non consente di eliminare completamente i guasti accidentali, risulta comunque strategico per le industrie la scelta di un "global service" come partner, non soltanto come erogatore del servizio di manutenzione ed assistenza specialistica, al quale affidare la propria tecnologia ed il proprio processo, ma anche come erogatore di un servizio di progettazione di nuova concezione: frutto dello sviluppo interconnesso della progettazione e della manutenzione.

Considerando i costi connessi ad una manutenzione insufficiente o inadeguata ed i rischi di carattere legale e penale connessi all'inaffidabilità dei dati forniti dagli SMEC, il "global service" da scegliere come partner di impianto deve avere alcune caratteristiche fondamentali:

• Struttura organizzata per poter rispondere alle attività manutentive programmate, ma anche agli eventi straordinari
• Utilizzo di un software gestionale
• Certificazioni di qualità e compliance alla UNI CEI EN ISO/IEC 17025:2000
• Personale qualificato e formato in campo elettrico ed elettronico, ed anche sulle diverse tecniche analitiche impiegate nella misura degli inquinanti
• Esperienza decennale
• Disponibilità di analizzatori sostitutivi certificati, per permettere al cliente in caso di grave guasto, di non perdere i dati di emissione e incorrere in sanzioni o fermi impianto imposti dagli Enti di controllo.

Stefano Batistini, Martina Petrucci, Elena Andolfi,

 Opus automazione SpA