(l’uso parziale delle normative UNI è di tipo “Uso ragionevole o leale” ai soli fini di insegnamento)
Il gas naturale viene trasportato dal distributore ad una pressione variabile in funzione della distanza dalle case. La pressione è tanto più elevata quanto maggiore è la distanza da percorrere, generalmente tra 5 e 64 bar. Per far fronte alle perdite di carico in linea, si inseriscono stazioni di ricompressione del gas. L’utilizzo di pressioni elevate è finalizzato alla riduzione del volume del gas e quindi alla riduzione del diametro e costo delle tubazioni stesse.
Il gas naturale viene consegnato dal distributore generalmente nel campo di pressione tra 5 e 64 bar, cioè alla stessa pressione del metanodotto. La consegna da parte del distributore comunale è normalmente a pressione fra 0,5 e 5 bar. In entrambi i casi, la ricezione da parte dell’industria richiede l’installazione di una cabina di decompressione. Nel primo caso, la cabina è detta “di primo salto” , mentre nel secondo caso è detta “di secondo salto” (perché a monte il distributore comunale ha già una cabina di primo salto).
Per un’industria con fabbisogno inferiore alla soglia di cliente idoneo, la consegna può avvenire dalla rete di bassa pressione comunale alla pressione di 0,02-0,04 bar (cioè 200-400 mm c.a.) senza necessità di una cabina di decompressione.
Possiamo dire che una cabina di decompressione del gas metano, che sia di primo o secondo salto, se contiene un sistema di misura può definirsi una cabina REMI.
Nota: L’acronimo REMI è quello di “REgolare e MIsurare” il gas.
Il codice REMI è un codice univoco di numeri e lettere che serve per identificare e localizzare quella che è la cabina REMI più vicina alla propria utenza
COSA SUCCEDE IN UNA CABINA DI PRIMO SALTO?
Prima di qualsiasi altro componente, è necessario provvedere alla filtrazione del gas. Successivamente, il gas deve essere sottoposto alla misura fiscale (a pressione variabile e, quindi, con correttore PTz o flow computer). A questo punto, il gas naturale viene decompresso dalla pressione di consegna a quella di alimentazione della rete dell’utenza (generalmente 0,5 – 2 bar). Devono essere previste almeno due linee di riduzione, una in parallelo all’altra, con riserva al 100%.
Per la decompressione, ogni linea deve disporre di due riduttori disposti in serie (di cui uno con funzioni di monitor). A valle della riduzione, per proteggere la rete d’utenza, deve essere prevista una valvola di sicurezza.
Quando la pressione del gas consegnato, ad esempio da SNAM, può superare il valore di 10 bar circa, dopo la filtrazione e prima della decompressione, il gas deve essere riscaldato per evitare di scendere a temperature troppo basse nella fase di decompressione. Serve quindi un riscaldamento di 30-40°C del fludio primario dello scambiatore (solitamente acqua) per le riduzioni di pressione da qualche decina di bar sino ad alcuni bar, via via decrescenti al decrescere del salto di pressione.
L’ubicazione delle cabine di primo salto deve essere conforme alle seguenti prescrizioni:
- Se la pressione massima di monte è superiore a 1,2 MPa (12 bar), l’impianto deve essere ubicato alla maggiore
distanza possibile dagli edifici e capannoni, preferibilmente addossato o quanto meno vicino alla recinzione. - Se la pressione massima di alimentazione è inferiore od uguale a 1,2 MPa (12 bar), l’impianto deve essere
ubicato in conformità alla norma UNI 10619.
Se può facilitare la comprensione (magari avete una formazione elettrica), paragonate le cabine di decompressione del gas metano alle cabine di trasformazione per la tensione elettrica.
Quindi provate a vederla in questo modo: Una cabina di Primo salto è paragonabile ad una cabina di alta tensione, mentre, una cabina di secondo salto è paragonabile ad una cabina di media tensione. Le consegne in bassa (pressione / tensione), sono fatte direttamente con contatori sia per il gas e sia per la tensione.
COSA SUCCEDE IN UNA CABINA DI SECONDO SALTO?
L’approvvigionamento di gas naturale tramite una cabina di decompressione di secondo salto è generalmente eseguito quando l’alimentazione proviene dalla rete comunale di media pressione (di solito <5 bar). Se la pressione di monte è inferiore a 10 bar, non è necessario alcun riscaldamento.
Per garantire l’affidabilità del sistema, vengono installate due linee, ognuna equipaggiata con un filtro a cartuccia, doppio riduttore (oppure riduttore + valvola di blocco). La misura è volumetrica e per garantire la precisione della misura, è opportuno prevedere il correttore PTZ o flow computer (pressione-temperatura-fattore di comprimibilità).
Tale cabina è di solito posta su un basamento all’interno di un armadio metallico prefabbricato in acciaio. La distanza richiesta dai fabbricati è di 2 metri.
Anche nelle cabine di 2 salto può essere presente il gruppo di misura nel caso siano il punto di consegna dell’ente erogatore (fiscale) o un sotto contatore (non fiscale) per verificare i consumi a livello di analisi energetica.
Per la progettazione di una cabina secondo la UNI 9167 deve essere effettuata la valutazione delle misure di protezione da adottare contro le scariche atmosferiche. Capita spesso di vedere cabine di primo salto con un impianto LPS esterno.
Le cabine di decompressione del gas devono essere provviste di un impianto di messa a terra (CEI 64-8) ponendo però attenzione a minimizzare le interazioni con i sistemi di protezione catodica delle correnti indotte.
Tutte le tubazioni uscenti o entranti in cabina devono avere un disgiuntore elettrico o un sistema integrato di rivestimento isolante nel passaggio da terra a fuori terra per la protezione catodica.
Relativamente alle REMI, le normative di riferimento sono essenzialmente queste:
- La UNI 9167 – Per la progettazione, la costruzione ed il collaudo
- La UNI 9571 – che si divide in UNI9571-1 per la Conduzione e la UNI 9571-2 per la manutenzione
- La UNI 11600 che definisce nel dettaglio come eseguire le verifiche periodiche
Ma rivediamo punto per punto i processi che avvengono dentro le cabine di decompressione:
La filtrazione
Il gas naturale in arrivo dal metanodotto attraversa apposite apparecchiature filtranti nella CABINA DI 1° SALTO ( REMI) per intercettare corpi estranei che potrebbero danneggiare o causare cattivi funzionamenti di componenti ed apparecchiature installate a valle del filtro. Il filtro deve essere in grado di intercettare particelle superiori a 5 micron (0,005 mm).
E’ probabile che alcuni filtri per pressione e volumi, ricadano nella direttiva PED.
Il preriscaldo se P > 10 bar
Il processo di riscaldamento del gas naturale è obbligatorio e si rende necessario per prevenire l’eccessivo abbassamento di temperatura prodotto dal rilevante salto di riduzione della pressione di arrivo del gas. La formazione di ghiaccio causerebbe infatti seri problemi di funzionamento agli apparati di regolazione fino a giungere anche al blocco dell’erogazione o la rottura delle apparecchiature di riduzione. Nel processo di riduzione, il gas perde circa 0,7°C di temperatura ogni bar di pressione ed il preriscaldo compensa tale perdita di calore. Il preriscaldo del gas favorisce inoltre, nel processo di misura, il calcolo delle differenze di temperatura del gas in transito.
Gli scambiatori di calore vengono solitamente installati appena a valle dei filtri e la temperatura regolata del gas non deve in nessun modo essere inferiore ai 0° C. È buona norma regolare la temperatura del gas tra i 5 ed i 10° C.
La regolazione e la riduzione
Parte principale dell’impianto è delegata a garantire la regolazione/riduzione della pressione del gas metano ed é costituita dall’insieme di apparati di regolazione e relativi accessori (quali piloti e collegamenti, prese di pressione, valvole di scarico e di sicurezza).
I componenti sono di tipo meccanico e garantiscono il funzionamento in modo autonomo e sono, a seconda della potenzialità dei gruppi stessi, disposti su più linee di regolazione.
La normativa di settore prevede comunque almeno una linea di emergenza, che si attiva in modo autonomo ( senza intervento esterno ) nell’eventualità una o più linee di regolazione presentino anomalie o guasti.
La linea di emergenza deve comunque garantire la portata massima di progetto dell’impianto.
Il gas dopo aver subito il processo di filtrazione e di preriscaldo attraversa un primo riduttore “monitor di emergenza”, che ha il compito di intervenire automaticamente nel caso in cui un cattivo funzionamento del riduttore di servizio generi aumenti di pressione non controllati.
Ogni regolatore è collegato al suo “pilota”, apparato di riduzione che in funzione delle pressioni rilevate a monte e valle dell’impianto, genera in tempo reale, una pressione di motorizzazione che manovra di conseguenza in apertura o chiusura la valvola del riduttore.
Agendo sulle regolazioni del pilota, attività svolte da personale specializzato ed abilitato, è possibile tarare le pressioni di esercizio della rete in media pressione, pressione che viene garantita stabile e costante anche al variare della portata del gas richiesto dalla rete ( nei limiti di potenzialità massima dell’impianto REMI )
Il valore di taratura della linea di regolazione è legato alle scelte tecnico operative effettuate al momento della progettazione del gruppo e delle reti di distribuzione in media pressione.
La pressione massima di regolazione è legata comunque al valore massimo di pressione consentito per le condotte a valle ( solitamente 4° specie pressione massima 5 bar ).Specifiche norme di settore regolamentano le tarature dei sistemi di sicurezza (sfiati – blocchi ecc )
L’odorizzazione del gas metano
Ai fini di garantire la sicurezza dell’utilizzo di gas combustibili, il DM del 16 aprile 2008 e come peraltro già la Legge n. 1083 del 06 dicembre 1971, prevede che il gas distribuito deve obbligatoriamente essere “odorizzato” in misura tale da essere percepito dall’olfatto umano ancor prima di giungere a livelli di concentrazione che potrebbero generare condizioni di pericolo.
Infatti il gas distribuito risulta incolore ed inodore, e senza l’aggiunta di particolari prodotti “ odoranti “ non sarebbero individuabili fughe gas o presenza di metano in ambienti.
Il processo di odorizzazione è regolamentato da diverse norme UNI 9463, 7132 e 7133 che forniscono indicazioni su composizione, proprietà, concentrazione, trasporto, utilizzo e stoccaggio.
Gli impianti di odorizzazione possono essere a lambimento o ad iniezione.
Impianti a lambimento: di più vecchia concezione utilizzano il principio Venturi. Il gas prelevato a monte di un disco di riduzione, entra nel lambitore, un serbatoio posto in orizzontale dove il livello dell’odorizzante è mantenuto a metà per garantire la massima vaporizzazione del liquido, e lo attraversa. All’uscita il gas, impregnato dei vapori rientra nell’impianto e viene immesso in rete odorizzato. Questo sistema non permette accurate regolazioni del tasso di odorizzazione e le stesse subiscono modifiche al variare delle portate richieste dalla rete.
Impianti ad iniezione: Impianti di più moderna concezione prevedono l’immissione del prodotto con specifiche pompe dosatrici.
Il regolatore elettronico che comanda l’impianto di immissione riceve le informazioni relative alle portate richieste dalla rete dal calcolatore e definisce, in base ai parametri di programmazione , la quantità di odorizzante da inviare all’iniettore per garantire il tasso di odorizzazione ottimale.Questo sistema è estremamente più preciso e richiede minori regolazioni da parte degli addetti. Nell’eventualità di guasti ai sistemi ad iniezione l’odorizzazione del gas viene comunque garantita con sistemi a lambimento (soccorso )
Tipicamente l’impianto di odorizzazione è installato a valle della misura del gas.
La gestione e conduzione degli impianti di odorizzazione è delegata personale specializzato ed autorizzato che ha il compito di effettuare continui controlli sulla rete di distribuzione per garantire il rispetto dei valori minimi di odorizzazione ed effettuare, ove necessario, le adeguate regolazioni del sistema di immissione.
Il personale ha a disposizione specifici impianti di telecontrollo che favoriscono le attività di conduzione e diminuiscono i tempi di risposta in caso di guasti o anomalie.
Tutte le attività di carico, travaso e movimentazione dei prodotti utilizzati vengono effettuate da ditte specializzate con l’utilizzo di specifiche macchine ed attrezzature
La misurazione del gas metano
Facciamo un primo passaggio per descrivere, in termini di normativa, i componenti metrologici (di misura) all’interno di una cabina REMI:
Organo primario di misura: E’ il Contatore meccanico che può essere di varie tipologie (a turbina, a ultrasuoni, a rotoidi, a pareti deformabili ecc).
La strumentazione “accessoria” dell’organo primario di misura è composta da:
- Il dispositivo di conversione del volume di gas (chiamato flow computer o calcolatore)
- Lo strumento per il rilevamento di pressione (trasduttore di pressione)
- Lo strumento per il rilevamento di temperatura (trasduttore di temperatura)
- Gli apparati di telelettura
- Lo strumento di analisi della qualità del gas (gascromatografo) per cabine > a 4000 mc/h
I dati necessari fiscalmente debbono essere memorizzati (mese in corso più mese precedente) e trasferibili a mezzo telelettura (rete commutata o GSM) secondo gli standard definiti dal trasportatore
Ok. ora apriamo una parentesi facendo il secondo passaggio che ci fa capire come mai servono tutte queste apparecchiature per contabilizzare il gas metano:
Unità di misura del gas: Standard mc e Normal mc
Lo Standard Metro Cubo (Smc) e il Normal Metro Cubo (Nmc) sono due unità di misura utilizzate per quantificare il consumo di gas metano.
In brevi termini tecnici, lo Smc o Standard Metro Cubo misura il gas contenuto in un metro cubo alla temperatura di 15°C e 1013,25 millibar di pressione atmosferica.
Il Nmc o Normal Metro Cubo, invece, misura il gas contenuto in un metro cubo a una temperatura ideale di 0°C e con una pressione atmosferica di 1 millibar.
Il rapporto tra Normal Metro Cubo (Nmc) e Standard Metro Cubo (Smc) è matematicamente definito come 1Nmc = 1,056 Smc.
Per avere gli Smc serve calcolare (ed ecco a cosa serve il flow computer) i metri cubi rilevati dal contatore che vengono moltiplicati per un coefficiente correttivo (C), Questo coefficiente è indicato in bolletta definito per ogni località
Facciamo un esempio di calcolo del valore di Standard Metro Cubo partendo dal semplice valore in mc.
Se il contatore segna un consumo di 800 mc di gas naturale, dovremo moltiplicarlo per il coefficiente C della nostra utenza. Supponiamo che C sia 1,036554.
Moltiplicando i due elementi avremo il consumo con il valore dello Standard metro cubo segnalato sulla bolletta del gas di:
mc 800 x C 1,036554 = 829,2432 SMC
Se ci fate caso, nella vostra bolletta del gas, l’unità utilizzata è lo Standard Metro Cubo (Smc)
Proviamo ad unire questi due passaggi in maniera elementare:
Facciamo a questo punto un piccolo riepilogo:
- Esistono cabine di riduzione del gas per ridurre la pressione da alta a media (Primo salto) o da media a bassa (Secondo salto)
- Le cabine hanno il compito principale di filtrare e ridurre la pressione del gas
- Le cabine decompressione che hanno un gruppo di misura vengono chiamate cabine REMI
- Nelle cabine di primo salto con pressioni > a 10 Bar è presente uno scambiatore ed una caldaia per preriscaldare e ad misurare il gas
- Le cabine > 4000 mc/h devono avere un gascromatografo
- Il gas fiscalmente deve essere misurato in Standard metro cubo per considerare la pressione e la temperatura del gas a causa delle conseguenti variazioni di espansione e quindi di cambio del volume (mc).
Andiamo ora al terzo ed ultimo passaggio:
Nelle cabine REMI di primo salto ci sono due contatori: Uno estivo ed uno invernale.
Questo perché la quantità di gas consumata varia in base alla stagione dell’anno. Durante l’inverno, ad esempio, la quantità di gas consumata aumenta a causa dell’utilizzo del riscaldamento. In estate, al contrario, la quantità di gas consumata viene ridotta.
Per capire questa necessità di avere due contatori, prendiamo in considerazione il contatore come strumento di misura (Lo è a tutti gli effetti) ed il concetto metrologico di “fondo scala di uno strumento” e di “errore logaritmico della misura”
Prendiamo ad esempio questi due termometri:
Ora facciamo finta che il gas consumato in estate sia paragonabile a 40°C e che il gas consumato in inverno sia paragonabile a 200°C. (Sia ben chiaro che faccio solo un esempio di una qualsiasi grandezza di misura che nulla a che vedere con il gas)
Perchè non mettere solo il termometro con fondo scala a 500°C sia in estate che in inverno?
Perchè d’estate le piccole variazioni dei 40° C sarebbero lette approsimativamente dal termometro. Sarebbe quindi difficile distinguere la lettura tra 39° C e 41°C specie lavorando a grandi pressioni. E’ quindi molto più facile leggerle sul termometro con fondo scala a 80° C.
Questo è uno dei motivi per cui, a cambio della stagione termica (estate – Inverno), in una cabina REMI di primo salto, si esegue l’inversione dei contatori meccanici.
Lo strumento della qualità del gas (gascromatografo) obbligatorio per cabine > a 4000 mc/h
E’ uno strumento utilizzato per la valutazione della qualità del gas. Il cromatografo a gas è uno strumento analitico utilizzato per separare e analizzare i componenti di una miscela di gas. Questo strumento funziona sfruttando la differenza nella velocità con cui i diversi componenti della miscela di gas si muovono attraverso una colonna di riempimento in fase gassosa.
il gascromatografo determina i componenti più importanti in proporzioni mol%. del gas. Da queste proporzioni vengono poi calcolati il Potere calorifico o la densità del gas
La manutenzione (Ispezioni, Verifiche funzionali, Verifiche periodiche) nelle cabine REMI
Bene, andiamo avanti e, con tanta fatica, parliamo di manutenzione:
La manutenzione delle cabine REMI deve essere eseguita da personale tecnico qualificato dal costruttore mediante attestato, munito di specifica strumentazione e quant’altro per completare il lavoro a regola d’arte. La normativa di riferimento per la conduzione e manutenzione degli impianti REMI è la UNI 9571.
In sintesi, non tutti possono fare manutenzione ad una cabina REMI. Il personale incaricato di svolgere una attività di sorveglianza metrologica e quando accede all’interno di una cabina di primo salto deve attenersi a quanto previsto dalla UNI 9571-1 e cioè che: Tutte le attività di montaggio o smontaggio devono essere eseguite secondo le modalità riportate nei relativi manuali di uso e manutenzione, e che, prima di iniziare interventi di montaggio o smontaggio si devono richiedere le autorizzazioni alla rimozione dei sigilli.
Ma vediamo nello specifico cosa deve fare la ditta specializzata:
Le tabelle dell’allegato A messe a disposizione da ARERA non sono altro che i prospetti indicati nella UNI 9571-2 quindi andiamo a leggere il da farsi:
I rapporti delle visite periodiche devono essere allegati e registrati sul libretto del sistema di misura (Libretto metrologico) che deve obbligatoriamente essere tenuto in cabina.
In ogni modo, il decreto che, ad oggi, regolamenta le verifiche periodiche metrologiche è il DECRETO MINISTERIALE 21 aprile 2017 , n.93.
Proviamo quindi a fare un riassunto finale di tutto l’articolo:
- Esistono cabine di riduzione del gas per ridurre la pressione da alta a media (Primo salto) o da media a bassa (Secondo salto)
- Le cabine hanno il compito principale di filtrare e ridurre la pressione del gas
- Le cabine decompressione che hanno un gruppo di misura vengono chiamate cabine REMI
- Nelle cabine di primo salto con pressioni > a 10 Bar è presente uno scambiatore ed una caldaia per preriscaldare il gas che per improvvisa riduzione di pressione può ghiacciare.
- Le cabine > 4000 mc/h devono avere un gascromatografo
- Il gas fiscalmente deve essere misurato in Standard metro cubo per considerare la pressione e la temperatura del gas a causa delle conseguenti variazioni di espansione e quindi di cambio del volume (m3).
- Sia per le primo che per le secondo salto bisogna manutenere filtri e riduttori e fare le prove di tenuta pneumatica semestrale
- Per le cabine REMI , molta della manutenzione è dedicata al gruppo di misura
- Nel cambio stagionale bisogna invertire i contatori (Estate / Inverno)
- Ogni 10 anni vanno cerificati i contatori meccanici
- Ogni anno va certificato e tarato il flow computer (calcolatore)
- Ogni due anni va certificato e tarato lo strumento della qualità del gas (gascromatografo)
- Nelle cabine REMI è obbligatorio tenere un libretto metrologico dove è obbligatorio registrare le verifiche periodiche
Per approfondire consiglio di visitare il sito di ARERA (Autorità di Regolazione per Energia Reti e Ambiente). In particolare la delibera 512/ 21 che entrerà in vigore dal 1 gennaio 2024