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Libro bianco: Monitoraggio tetto flottante · 2020. 2. 28. · sicurezza, i tetti flottanti...

Date post: 09-Mar-2021
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1 Libro bianco Monitoraggio tetto flottante Abstract Il primo serbatoio di stoccaggio con tetto flottante al mondo è stato costruito nel 1923; oggi si stima che più della metà dei serbatoi di stoccaggio siano di questo tipo. Questa innovazione, in passato, si è resa necessaria per garantire sicurezza, risparmio ed efficacia; i motivi principali per usare i tetti flottanti sono rimasti invariati nel tempo: Riduzione della perdita di prodotto dovuta a vaporizzazione Maggiore sicurezza grazie alla riduzione del rischio di incendi Protezione della salute e dell’ambiente grazie alla diminuzione di emissioni di vapore. A quasi cento anni dalla loro introduzione, l’uso di tetti galleggianti è una pratica comune e i benefici sono ben noti. Tuttavia, il fatto che il tetto galleggi - con tutte le soluzioni meccaniche necessarie per la sicurezza, come i supporti del tetto regolabili, scalette scorrevoli, sistemi di tenuta, giunti a snodo del tubo di drenaggio e molto altro - ha introdotto dei rischi non riscontrabili nei serbatoi a tetto fisso. Pertanto, nonostante i molteplici vantaggi, i tetti flottanti sono una delle cause più comuni di incidenti del serbatoio (1) . Questo ovviamente rappresenta un problema per i responsabili dell’impianto le cui priorità sono efficienza e sicurezza. Inoltre, si prevede che, grazie alle sempre più severe normative in materia di emissioni e sicurezza, i tetti flottanti dovrebbero diventare ancora più comuni in futuro. Questa situazione, unita alla scarsa manodopera e alla costante ricerca dell’efficienza, rappresenta una notevole sfida per gli operatori dei serbatoi. I tetti flottanti richiedono periodiche ispezioni a fondo, ma i guasti dovuti a cause principali sono spesso ignorati fino a quando non si trasformano in un’emergenza. Installando un sistema di monitoraggio automatico del tetto flottante (AFRM), gli operatori saranno informati di ogni condizione anomala del tetto prima che si verifichi un incidente grave. In tal modo potranno adottare le necessarie misure preventive per evitare un potenziale disastro. Figura 1-1. Serbatoio con tetto flottante. 1. Floating Roofs in Petroleum Storage, An overview of roof types, fault modes, failure causes and technology for incident prevention. PEMY Consulting, 2018.
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Page 1: Libro bianco: Monitoraggio tetto flottante · 2020. 2. 28. · sicurezza, i tetti flottanti dovrebbero diventare ancora più comuni in futuro. Questa situazione, unita alla scarsa

Libro biancoMonitoraggio tetto flottante

AbstractIl primo serbatoio di stoccaggio con tetto flottante al mondo è stato costruito nel 1923; oggi si stima che più della metà dei serbatoi di stoccaggio siano di questo tipo. Questa innovazione, in passato, si è resa necessaria per garantire sicurezza, risparmio ed efficacia; i motivi principali per usare i tetti flottanti sono rimasti invariati nel tempo:

Riduzione della perdita di prodotto dovuta a vaporizzazione

Maggiore sicurezza grazie alla riduzione del rischio di incendi

Protezione della salute e dell’ambiente grazie alla diminuzione di emissioni di vapore.

A quasi cento anni dalla loro introduzione, l’uso di tetti galleggianti è una pratica comune e i benefici sono ben noti. Tuttavia, il fatto che il tetto galleggi - con tutte le soluzioni meccaniche necessarie per la sicurezza, come i supporti del tetto regolabili, scalette scorrevoli, sistemi di tenuta, giunti a snodo del tubo di drenaggio e molto altro - ha introdotto dei rischi non riscontrabili nei serbatoi a tetto fisso. Pertanto, nonostante i molteplici vantaggi, i tetti flottanti sono una delle cause più comuni di incidenti del serbatoio(1). Questo ovviamente rappresenta un problema per i responsabili dell’impianto le cui priorità sono efficienza e sicurezza.

Inoltre, si prevede che, grazie alle sempre più severe normative in materia di emissioni e sicurezza, i tetti flottanti dovrebbero diventare ancora più comuni in futuro. Questa situazione, unita alla scarsa manodopera e alla costante ricerca dell’efficienza, rappresenta una notevole sfida per gli operatori dei serbatoi. I tetti flottanti richiedono periodiche ispezioni a fondo, ma i guasti dovuti a cause principali sono spesso ignorati fino a quando non si trasformano in un’emergenza. Installando un sistema di monitoraggio automatico del tetto flottante (AFRM), gli operatori saranno informati di ogni condizione anomala del tetto prima che si verifichi un incidente grave. In tal modo potranno adottare le necessarie misure preventive per evitare un potenziale disastro.

Figura 1-1. Serbatoio con tetto flottante.

1. Floating Roofs in Petroleum Storage, An overview of roof types, fault modes, failure causes and technology for incident prevention. PEMY Consulting, 2018.

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Rischi e attenuazione dei rischiIl tetto flottante è una causa comune di incidenti in quanto rappresenta la “parte mobile” di un serbatoio di stoccaggio di petrolio. Anche se non sempre gli incidenti che coinvolgono il tetto flottante sono o diventano gravi, possono interrompere le operazioni e comportare costi alquanto elevati in termini di impatto finanziario e operativo.

Anche un avvenimento apparentemente banale, come l’uscita dai binari delle scalette che scendono fino al tetto, può avere un forte impatto sulle normali operazioni. Se il tetto inizia ad inclinarsi, l’uscita dai binari è imminente.

È quindi fondamentale garantire il funzionamento sicuro dei tetti flottanti per migliorare sicurezza ed efficienza delle strutture di stoccaggio del petrolio. Ad esempio, i dati del settore indicano che si verificano incendi del bordo a una frequenza di circa 1-10 per 1000 anni di vita dei serbatoi(1). In altre parole, in una struttura di 100 serbatoi, si prevedono da 1 a 10 incendi del bordo in un periodo di dieci anni.

L’associazione internazionale dei produttori Oil & Gas (International Association of Oil & Gas Producers - IOGP) ha studiato la frequenza degli incidenti dei serbatoi con tetto flottante(2) e ha concluso che ogni anno circa:

1 serbatoio su 625 ha versamenti di liquido sul tetto flottante

1 tetto flottante su 900 affonderà

1 serbatoio su 8300 svilupperà un incendio sull’intera sua superficie.

Teoricamente, prevenire ed arrestare gli incidenti dei tetti flottanti è relativamente semplice. Il metodo standard per ridurre la probabilità di incidenti è di ispezionare periodicamente a fondo il tetto flottante. Ciò include misure come l’apertura di passaggi d’ispezione nei compartimenti del pontone per ispezionare l’interno ed eseguire test atmosferici, l’ispezione dei supporti del tetto e delle valvole rompivuoto, il controllo della scaletta scorrevole, il controllo/test delle parti accessibili delle tenute, il controllo della presenza di segni di corrosione nelle giunture e saldature e molto altro. Si tratta, quindi, di una notevole mole di lavoro che deve essere effettuata regolarmente, in conformità alle direttive di sicurezza e manutenzione della struttura.

1. Risk Engineering Position Paper -01, Atmospheric Storage Tanks. Marsh & McLennan Companies, 2015.2. OGP Risk Assessment Data Directory, Report No. 434-3, Storage incident frequencies. International Association of Oil & Gas Producers, 2010.

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Figura 1-2. Ispezione e manutenzione di un tetto flottante.

Sfortunatamente, tali ispezioni spesso non vengono effettuate regolarmente, per vari motivi, quali:

Pericoli per la sicurezza degli operatori quando si calano sul tetto flottante

Lunghi tempi d’attesa per ottenere i permessi per l’accesso

Lo staff direttivo non comprende appieno la probabilità e/o le conseguenze di un incidente

Riduzione dei profitti

Manodopera insufficiente per dare priorità a questo compito

I parametri operativi non sono compatibili con l’ispezione (ad es. se il serbatoio è in servizio, è preferibile accedere al tetto con il serbatoio pieno).

La mancata esecuzione di regolari ispezioni può causare problemi in un secondo momento. Quando non si eseguono le ispezioni, i guasti meno critici che avrebbero potuto essere riparati in precedenza, non vengono scoperti e con il passare del tempo diventano gravi.

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Gli operatori si trovano quindi di fronte ad un’emergenza “improvvisa” mentre avrebbero potuto risolvere il problema programmando una riparazione a seguito di una manutenzione di routine. È infatti raro che incidenti gravi si manifestino all’improvviso, senza alcun segno di avvertimento che si sarebbe potuto individuare prima(1).

La tendenza ad aggravarsi dei guasti del tetto flottante e la difficoltà dell’ispezione diventano problemi ancora maggiori se sommati alle odierne problematiche dell’industria di stoccaggio di rinfuse:

le più severe normative sulle emissioni richiedono guarnizioni del bordo a tenuta;ciò aumenta il rischio di un eventuale blocco del tetto.

L’attenzione alla sicurezza ha portato a considerare le ispezioni sul campo semprepiù rischiose.

I costi e le conseguenze commerciali di un incendio o di incidenti simili continuanoregolarmente ad aumentare.

La manodopera è sempre più difficile da reperire e meno esperta dal momento cheil personale più qualificato sta raggiungendo progressivamente l’età della pensione.

A questo punto, è evidente la necessità di apportare cambiamenti. Ed è, quindi, venuto il momento di applicare l’automazione anche ai tetti flottanti. Un sistema di monitoraggio automatico del tetto flottante (AFRM) dà la certezza agli operatori che i serbatoi con tetto flottante funzionino correttamente. Estende il monitoraggio continuo anche ai tetti; allarmi automatici collegati direttamente alla sala controllo avvisano immediatamente di qualsiasi comportamento anomalo del tetto flottante.

Monitoraggio automatico del tetto flottante (AFRM)

Il sistema di monitoraggio automatico rileva se il tetto galleggia correttamente. I dettagli specifici cambiano a seconda della tecnologia utilizzata ma, in generale, sono misurati in base all’inclinazione del tetto. Un’inclinazione eccessiva del tetto è una delle prime indicazioni della presenza di un problema; ad es. il pontone potrebbe essere forato, c’è liquido sulla piattaforma o il vapore è intrappolato sotto il tetto. Un sistema AFRM può avvisare prima se il tetto non opera nei parametri di funzionamento normali, dando la possibilità di assegnare personale all’ispezione.

I misuratori radar sono gli strumenti standard per la misura di livello in serbatoi di stoccaggio rinfuse; una tecnologia comprovata usata da decenni nei terminal di tutto il mondo. I misuratori radar sono molto indicati per il rilevamento di tetti flottanti inclinati. Si collocano tre o più misuratori radar spaziati in modo uniforme lungo il perimetro del tetto. I dati dei misuratori sono inviati alla sala controllo e all’interfaccia software, dove l’inclinazione del tetto viene tracciata tramite il confronto automatico delle misure di distanza. È possibile configurare degli allarmi per avvisare l’operatore quando l’inclinazione supera un valore predeterminato, indicando il malfunzionamento del tetto.

1. Floating Roofs in Petroleum Storage, An overview of roof types, fault modes, failure causes and technology for incident prevention. PEMY Consulting, 2018

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Un ulteriore vantaggio dell’utilizzo del radar per il monitoraggio del tetto flottante è che offre due diverse opzioni di installazione, una con radar senza contatto e una con radar ad onda guidata, a seconda di quale è più adatta per un serbatoio specifico.

Monitoraggio del tetto flottante con radar senza contatto

InstallazioneIn questo caso si fissano i misuratori alla cisterna sulla sommità del serbatoio o, in caso di serbatoio con tetto flottante interno, all’esterno del tetto. Tipicamente vengono installati tre radar senza contatto come i misuratori di livello radar 5900S o 5900C Rosemount™ a 120 gradi di distanza l’uno dall’altro attorno al bordo del serbatoio. In caso di serbatoio con tetto flottante esterno, illustrato nella Figura 1-3, i misuratori sono solitamente montati su un braccio girevole per ottenere la giusta distanza dai muri del serbatoio e allo stesso tempo consentire al personale di raggiungere il misuratore per la manutenzione. Sul tetto del serbatoio, sotto ciascun misuratore radar, viene collocato un riflettore per ottenere misure accurate non influenzate da oggetti sporgenti sulla superficie del tetto.

Figura 1-3. Installazione del radar su serbatoi a tetto flottante esterno.

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Principi del rilevamento dell’inclinazione I misuratori radar senza contatto misurano la distanza in basso fino al tetto flottante; vedere la Figura 1-4. L’inclinazione del tetto è tracciata confrontando le distanze d1, d2 e d3.

Figura 1-4. Sistema di monitoraggio automatico del tetto flottante con misuratori radar senza contatto.

Applicazioni idoneeLa misura della distanza con misuratori radar senza contatto è una tecnologia collaudata ed affidabile. È adatta a serbatoi con tetto flottante sia interno che esterno e a tutte le dimensioni di serbatoio.

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Limiti di allarme e accuratezza del sistemaEsistono diversi fattori che influenzano l’accuratezza di misura del sistema di monitoraggio, che vanno tenuti in considerazione quando si configurano i limiti di allarme per ciascun serbatoio. Questi fattori includono, tra gli altri:

movimenti dei muri e del tetto del serbatoio - i serbatoi di stoccaggio di grandi dimensioni presentano sempre dei movimenti di muri e tetto a causa dell’alternarsi di luce solare ed ombra, che ne causano l’espansione o la contrazione.

Condizioni atmosferiche: forti venti e pioggia possono causare movimenti del braccio girevole, del tetto flottante e dei muri del serbatoio.

Livello di riempimento del serbatoio: i muri del serbatoio si espandono quando il serbatoio è riempito, causando il movimento dei misuratori montati a muro.

Instabilità intrinseca del tetto flottante: un tetto flottante non è mai livellato al 100%. Esiste sempre un piccolo grado di inclinazione anche a condizioni perfette.

Questo comporta l’impossibilità di quantificare in generale un’inclinazione eccessiva, in quanto varia troppo tra sito e sito e tra i serbatoi. Il modo migliore di stabilire dei limiti di allarme adatti è tenere traccia dei movimenti del tetto dopo l’installazione e impostare quindi i limiti in base all’inclinazione tipica di ogni singolo serbatoio durante il funzionamento normale.

ComunicazioneCon un’installazione con radar senza contatto, la trasmissione dei dati dal serbatoio alla sala controllo avviene tramite comunicazione con o senza cavo, a seconda di quale sia più adatta.

Funzionalità aggiuntiveLa soluzione con radar senza contatto può anche tracciare il galleggiamento del tetto, cioè se sta flottando più in alto o più in basso del normale. Ciò richiede l’installazione di un misuratore di livello automatico separato per la misura di livello ordinaria, attraverso un tubo di calma (Figura 1-5 a pagina 8). Confrontando il livello di prodotto rilevato dal misuratore di livello (d4) con la distanza del tetto rilevata dai misuratori di inclinazione (d1,2,3), è possibile determinare se il tetto sta flottando più in alto o più in basso del normale.

Il sistema senza contatto può anche essere configurato per funzionare come sensore antitracimazione. Nei serbatoi in cui non è possibile installare un sensore di tracimazione che misuri direttamente il livello del liquido, è possibile impostare i misuratori di inclinazione per far scattare un allarme di tracimazione in caso il tetto flottante si sollevi oltre l’altezza massima permissibile.

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Figura 1-5. Monitoraggio senza contatto con misuratore di livello automatico come riferimento per i calcoli di galleggiamento del tetto.

Figura 1-6. Monitoraggio del tetto flottante con il misuratore radar di livello 5900C Rosemount.

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Monitoraggio del tetto flottante con radar ad onda guidata

InstallazioneNel caso del radar ad onda guidata, i misuratori radar sono installati direttamente sul lato superiore del tetto flottante. Vanno installati tre o più trasmettitori radar ad onda guidata wireless ed alimentati da batteria, come il radar ad onda guidata wireless 3308 Rosemount, in bocchelli distribuiti in modo uniforme sul perimetro del tetto. I trasmettitori radar ad onda guidata sono dotati di sonde rigide che penetrano il tetto fino al liquido sottostante (Figura 1-7).

Figura 1-7. Installazione radar ad onda guidata per il monitoraggio automatico del tetto flottante (AFRM).

L’uso di dispositivi wireless permette l’installazione senza il cablaggio flessibile necessario per compensare il movimento del tetto. Un ripetitore wireless, come il trasmettitore discreto wireless 702 Rosemount, montato sulla sommità del serbatoio consente ai trasmettitori radar di inviare dati ininterrotti alla sala controllo quando il tetto è in posizione bassa, nonostante i dispositivi si trovino sotto il bordo superiore della cisterna (Figura 1-8 a pagina 10).

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Figura 1-8. Sistema AFRM con trasmettitori radar ad onda guidata e ripetitore wireless.

Principi del rilevamento dell’inclinazioneIl radar ad onda guidata misura il vuoto, cioè la quantità di spazio libero nel bocchello sopra la superficie del liquido. Se il tetto inizia ad inclinarsi, i trasmettitori radar registrano una deviazione delle distanze d1, d2 e d3, come mostrato nella Figura 1-9.

Figura 1-9. Rilevamento dell’inclinazione con il radar ad onda guidata.

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Applicazioni idoneeIl monitoraggio del tetto flottante con il radar ad onda guidata è adatto a serbatoi con tetto flottante esterno di qualsiasi dimensione.

Limiti di allarme e accuratezza del sistemaMolti dei fattori che influenzano l’accuratezza della soluzione senza contatto sono applicabili anche a questa soluzione. Il sistema ha una variazione "naturale" che dipende da condizioni indipendenti dal tetto flottante stesso, come sole, ombra, vento, livello di riempimento, ecc.

Per determinare le prestazioni del sistema e impostare un livello di allarme, seguire lo stesso principio della soluzione senza contatto: monitorare prima l’inclinazione durante il funzionamento normale, poi impostare i limiti di allarme in base al comportamento ordinario di ciascun tetto flottante.

ComunicazioneL’integrazione dei radar ad onda guidata wireless in una rete wireless già esistente è solitamente semplice e rapida. Se non è installata una rete preesistente, è sufficiente installare alcuni ripetitori e un gateway per inviare i dati in modo affidabile alla sala controllo.

Funzionalità aggiuntiveLa soluzione radar ad onda guidata può anche misurare il galleggiamento del tetto. Poiché i misuratori sono installati direttamente sul tetto flottante e misurano lo spazio libero (vuoto) nei bocchelli, il sistema radar ad onda guidata non richiedere l’installazione di un misuratore di livello di riferimento.

Soluzioni aggiuntive per il monitoraggio del tetto flottante

L’inclinazione del tetto non è l’unica variabile che è importante monitorare. Sensori aggiuntivi possono fornire un valore aggiunto ed un maggior numero di dati sullo stato del tetto. Ad esempio, spesso si accumula acqua piovana sul tetto nei serbatoi con tetto flottante esterno. È quindi necessario scaricare l’acqua, ma in caso di ostruzione del sistema di scarico, è possibile che l’acqua si accumuli sul tetto, causando corrosione (Figura 1-11 a pagina 13). Un’elevata quantità d’acqua potrebbe destabilizzare il tetto. Un modo semplice per sapere se il livello dell’acqua nel pozzetto di drenaggio sale e tracima sul tetto è quello di installare un interruttore di livello nel pozzetto. A tale scopo, è possibile usare strumenti wireless come il rilevatore di livello wireless 2160 Rosemount, che offrono una rapida installazione, prestazioni affidabili e una lunga durata della batteria (Figura 1-11 a pagina 13).

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Figura 1-10. Il malfunzionamento dello scarico del tetto è un problema comune.

Un’altra funzionalità che fornisce dati preziosi sulle condizioni del tetto flottante è il rilevamento di idrocarburi sul tetto. La presenza di idrocarburi può indicare perdite dal tubo di scarico o dalla piattaforma. Qualsiasi sia la causa, è necessario intervenire tempestivamente per limitare le emissioni, prevenire la perdita di prodotto e la contaminazione ed evitare che il problema si aggravi. Si può installare in modo semplice un sensore di idrocarburi wireless sulla sommità del tetto flottante che faccia scattare l’allarme in modo rapido ed affidabile. Si può usare, ad esempio, il trasmettitore discreto wireless 702 Rosemount con rilevamento di idrocarburi liquidi.

Sia gli interruttori di livello che i rilevatori di idrocarburi sono disponibili in versioni a batteria con comunicazioni wireless. Questo garantisce un’ottima sinergia con la soluzione radar ad onda guidata per il monitoraggio dell’inclinazione del tetto, in quanto sarà sempre installata una rete wireless con ripetitori e gateway.

Foto per gentile concessione di www.ASTanks.com

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Figura 1-11. Monitoraggio del pozzetto di drenaggio con strumenti wireless.

Interfaccia utenteL’interfaccia dell’operatore per il sistema di monitoraggio del tetto flottante é il software TankMaster™ Rosemount (Figura 1-12 a pagina 14). TankMaster monitora e calcola l’inclinazione automaticamente ed avverte l’operatore in caso di deviazioni. TankMaster ha schermate dedicate per lo stato dei tetti flottanti ed offre le seguenti funzionalità di allarme:

Inclinazione del tetto

Altezza di galleggiamento superiore alla norma

Altezza di galleggiamento inferiore alla norma

Alto livello di liquido nel pozzetto di drenaggio

Idrocarburi nel pozzetto di drenaggio o sul tetto

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Figura 1-12. Interfaccia utente FRM in TankMaster Rosemount.

Confronto tra radar senza contatto e radar ad onda guidataIl tipo di installazione preferibile varia da sito a sito e da serbatoio a serbatoio. Ad esempio, se esiste già una infrastruttura di Tank Gauging cablata, potrebbe essere più adatta l’installazione del radar senza contatto. Se sono già usate reti conformi ad IEC 62591 (WirelessHART) nel parco serbatoi, l’installazione sarà probabilmente più rapida con il radar ad onda guidata. In entrambi i casi, il sistema è flessibile e i due tipi sono compatibili tra loro, tanto che è pienamente supportata l’installazione di entrambi nello stesso sito. Quando si deve decidere quale installazione sia più adatta, è possibile usare come guida la seguente tabella di confronto:

Installazione con radar senza contatto

Installazione con radar ad onda guidata

Numero di dispositivi radar Min. 3, max. 6 Min. 3, max. 6

Installazione Sulla sommità della cisterna o attraverso il tetto del serbatoio esterno (fisso)

Direttamente sul tetto flottante

Tracciamento del galleggiamento del tetto

Sì (è necessario un misuratore di riferimento)

Può essere utilizzato anche come allarme antitracimazione

Sì No

Trasmissione dati Via cavo o wireless Wireless

Adatto a serbatoi con tetto flottante esterno

Sì Sì

Adatto a serbatoi con tetto flottante interno

Sì No

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ConclusioniIl monitoraggio automatico del tetto flottante (AFRM) è un altro esempio di come la tecnologia possa migliorare la sicurezza e l’efficienza nei parchi serbatoi. Invece di affidarsi ad ispezioni manuali che comportano tempi e costi notevoli e sono potenzialmente pericolose, il monitoraggio automatico offre la verifica continua in tempo reale del funzionamento del tetto.

Il vantaggio principale dell’uso del radar è che fornisce un monitoraggio proattivo. Mentre interruttori, rilevatori di liquidi e videosorveglianza sono reattivi, cioè fanno scattare l’allarme quando il prodotto è già sulla piattaforma, i sistemi a base di radar forniscono avvisi tempestivi di qualsiasi deviazione dal normale comportamento del tetto. Questo consente di implementare misure preventive, come l’invio di personale per un’ispezione dettagliata e la pianificazione delle riparazioni come parte del programma di manutenzione ordinaria, evitando guasti gravi del tetto flottante.

Grazie ai dispositivi wireless e alla comunicazioni è ora sempre più facile aggiungere il monitoraggio continuo ai serbatoi con tetto flottante. In questo modo è possibile quindi trarre il massimo vantaggio dai tetti flottanti, minimizzando allo stesso tempo i rischi -in passato inevitabili- legati al loro uso.

Figura 1-13. Prodotti adatti per il monitoraggio del tetto flottante, radar senza contatto e radar ad onda guidata wireless.

5900S Rosemount con antenna parabolica 5900C Rosemount con antenna parabolica 3308 Rosemount con sonda coassiale

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Per maggiori informazioni sulle soluzioni di monitoraggio del tetto flottante Emerson, visitare il sito http://www.emerson.com/en-us/automation/measurement-instrumentation/tank-gauging-system/about-rosemount-tank-gauging-system.

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