METODA MODERNA DE MONITORIZARE A PIERDERILOR DE SUBSTANTE VOLATILE IN INSTALATIILE TEHNOLOGICE [307120]

METODA MODERNA DE MONITORIZARE A [anonimizat] (Volatile Organic Compound) si raportarea cifrelor de emisii

LDAR (Leak Detection And Repair) este un program ce identifică emisiile neintenționate sau fugitive provenite de la echipamentele dintr-o [anonimizat]. Se organizeaza activități de întreținere pentru a reduce efectiv emisiile în atmosferă. Fiecare sursă potențială de scurgere urmează protocolul Metoda EPA 21 sau un regulament similar pentru țară sau specific clienților.

Cele două motive principale pentru incidente și întreruperea alimentării rămân daunele de excavare asupra conductei și coroziunea conductelor de oțel. Principalele provocări ale detectării scurgerilor de hidrocarburi în conducte provin din instalația subterană și distanțele lungi implicate.

[anonimizat] a [anonimizat].

[anonimizat], [anonimizat], [anonimizat] o [anonimizat] o sursă de emisii poluante. [anonimizat], reprezintă de obicei o pierdere semnificativă a produsului. Ca o alternativă la instalarea de unități scumpe de recuperare a [anonimizat] a aerului și a pierderilor de flăcări poate aduce îmbunătățiri substanțiale.

Metoda EPA (Environmental Protection Agency) 21

[anonimizat] (Toxic Vapour Analyser)

Metoda EPA 21 este definită ca fiind „o determinare a scurgerilor de compuși chimici volatili”. Este o metodă folosită de inspectorii autorizați pentru a identifica cel mai bine posibilele scurgeri de VOC pe sursele echipamentelor de proces. [anonimizat] „supape, [anonimizat], dispozitive de reducere a presiunii, [anonimizat], pompe și sisteme de etanșare a compresorului, [anonimizat]. "

Un instrument portabil este utilizat pentru a detecta scurgerile de VOC din surse individuale. Această metodă este destinată identificarii și clasificării scurgerilor.

Gaz de calibrare înseamnă compusul VOC este utilizat pentru a regla citirea contorului de instrumente la o valoare cunoscuta. Gazul de calibrare este de obicei compusul de referință la o concentrație cunoscută aproximativ egală cu concentrația de definire a scurgerii.

Precizia calibrării înseamnă gradul de acord între măsurătorile ale aceleasi valori cunoscuta exprimată în procente al diferenței medii dintre valorile contorului și concentrația cunoscută.

Concentrația de definire a scurgerii înseamnă concentrația locală de VOC la suprafața unei surse de scurgere care indică faptul că există o emisie de VOC (scurgere). Definiția scurgerii este bazată pe citirea instrumentelor pe un compus de referință.

Compus de referinta inseamna ca speciile VOC selectate ca instrument calibrator de baza sa fie specifice concentratiei de definire a surgerii. ([anonimizat] o concetratie de definire a scurgerii este de 10 000 [anonimizat]-o concetratie locala, se produce o citire de 10 000 ppm pe un instrument contor calibrat cu metan ce se clasifica ca o scurgere. In acest exemplu, definitia concentratie a scurgerilor este de 10 000 ppm si compusul de referinta este metanul.)

Factorul de raspuns inseamna raportul de concentratie cunoscuta de compus VOC la citirea contorului cand este masurat utilizand un instrument calibrat cu referintele compusului specificate in reglementarea aplicabila.

Timpul de raspuns inseamna, intervalul de timp de la prima schimbare in concetratia VOC de la intrarea esantioanelor in sistem pana cand 90% din valoarea corespunzatoare este atinsa pe instrumentele de masurare.

Atentie. Aceasta metoda poate include materiale, operatiuni si echipamente periculoase. Acesta metoda de testare poate sa nu fie sigura din toate punctele de vedere. este responsabilitatea utilizatorului acestei metode sa isi asigure siguranta si sanatatea si sa determine aplicabilitatea limitarii atunci cand se foloseste aceasta metoda.

Poluanti periculosi. Mai multi compusi, scurgeri ce pot fi determinate de aceasta metoda, pot irita, rani pielea (ex: heptan) sau pot fi toxice (benzen, alcool metilic). Aproape toate sunt imflamabile. Compusii din emisii trebuie determinati prin familiarizare cu sursa. Masurile de precautie potrivite pot fi gasite in documentele de referinta.

Echipament si provizii:

Un instrument de masurare a VOC trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:

Un instrument de dectecatare a VOC trebuie sa raspunda compusilor prelucrati. Detectoarele tipice pot indeplini acesta conditii, dar nu trebuie sa fie limitate la: oxidare catalitica, ionizarea flacarii, absorbtia in infrarosu si fotoionizare. Instrumentul trebuie sa fie capabil sa detecteze concentratii de scurgeri definite specificate prin reglare.

Scara instrumentului ar trebui sa poata fi citita ±2.5 procente de la concentratia de scurgeri definite. Instrumentul trebuie echipat pe o pompa electrica pentru a se asigura ca proba este adusa detectorului la un ritm constant. Debitul nominal de mostre, masurat dupa tipul de probe, ar trebui sa fie de la 0.10 pana la 3.0 l/min (0.004 pana la 0.1 /min) cand sonda este prevazuta cu un dop sau filtru din lana de sticla care poate fi utilizat pentru a preveni conectarea instrumentului.

Instrumentul trebuie sa fie echipat cu o sonda sau o proba de extensie care sa nu depaseasca 6.4 mm in diamtru exterior, cu o singura deschidere la capatul pentru admiterea esantionului. Instrumentul trebuie sa fie intrinsec sigur pentru operare in atmosfera exploziva.

Reactivi si standarede

Doua amestecuri de gaze au nevoie de instrumente calibrate si evaluarea performantei:

– Zero Gaz. Aer, mai putin de 10 parti pe milion de volum (ppm) VOC.

– Gaz de calibrare. Pentru fiecare specie organica ce trebuie masurata in timpul sondajelor individuale, se pregateste o concentratie de aer intr-o concentratie aproximativ egala cu definitia aplicabila a scurgerii specifica in regulament.

– Gaze cilindrice. Daca se folosesc amestecuri de gaz de calibrare a cilindrilor, trebuie analizate si certificate de producator sa fie in 2 procente si trebuie specificat un termen de valabilitate. Standardele cilindrilor trebuie sa fie reanalizate, fie inlocuite la sfarsitul duratei de valabilitate specificate.

IMAGISTICA OPTICA GAZE

In aceasta lucrare, se va discuta despre monitorizarea emisiilor fugitive cu ajutorul camerei termografice tip FLIR (Forward-looking InfraRed).

Camera termografica FLIR GF 320/306

Camerele cu imagini optice FLIR cu gaze optice (OGI) se pot folosi pentru detectarea fluidelor cum ar fi: metanul, hexafluorura de sulf și alte sute de gaze industriale intr-un mod rapid, precis și în siguranță – fără oprirea sistemelor. Cu camerele FLIR OGI, se pot scana rapid secțiuni largi ale echipamentelor și examina zonele greu accesibile cu instrumentele tradiționale de măsurare a echipamentelor. Camerele OGI pot detecta, de asemenea, scurgeri de la o distanță sigură, afișând aceste gaze invizibile ca nori de fum.

O cameră optică pentru imagistica pe gaz poate fi considerată o versiune extrem de specializată a unei camere de imagistică cu infraroșu sau termică. Există un obiectiv, un detector, unele elemente electronice pentru procesarea semnalului de la detector și un vizor sau ecran pentru ca utilizatorul să vadă imaginea produsă de aparatul foto. Detectoarele utilizate pentru camerele OGI sunt detectoare cuantice care necesită răcire la temperaturi criogenice (în jur de 70 K sau -203 ° C). Camerele de unde midwave care detectează gaze precum metanul funcționează în mod obișnuit în intervalul 3-5 μm și folosesc un detector de antimonidă indiu (InSb). Camerele cu undă lungă care detectează gaze precum hexafluorura de sulf tind să funcționeze în intervalul 8-12 μm și folosesc un fotodetector cu infraroșu cuantic (QWIP).

Atunci când materialele utilizate pentru detectoarele cuantice sunt la temperatura camerei, ele au electroni la diferite niveluri de energie. Unii electroni au suficientă energie termică pentru a fi în banda de conducere, ceea ce înseamnă că electronii de acolo sunt liberi să se miște și materialul poate conduce un curent electric. Majoritatea electronilor, însă, se găsesc în banda de valență, unde nu poartă curent, deoarece nu se pot mișca liber.

Când materialul este răcit la o temperatură suficient de scăzută, care variază cu materialul ales, energia termică a electronilor poate fi atât de scăzută încât niciunul nu poate atinge banda de conducere. Prin urmare, materialul nu poate transporta niciun curent. Când aceste materiale sunt expuse fotonilor incidente și fotonii au suficientă energie, energia stimulează electronii în banda de valență, determinându-i să se deplaseze în banda de conducere. Acum materialul (detectorul) poate transporta un fotocurent, care este proporțional cu intensitatea radiațiilor incidente.

Există un prag de energie foarte exact al fotonilor incidente care vor permite unui electron să sară din banda de valență în banda de conducere. Această energie este legată de o anumită lungime de undă: lungimea de undă tăiată. Deoarece energia fotonului este invers proporțională cu lungimea sa de undă, energiile sunt mai mari în banda cu undă scurtă / în miezul mediu decât în ​​banda cu undă lungă. De aceea, de regulă, temperaturile de funcționare pentru detectoarele cu undă lungă sunt mai mici decât pentru detectoarele cu undă scurtă / unde medii. Pentru un detector cu unde mid InSb, temperatura necesară trebuie să fie mai mică de 173 K (-100 ° C), deși poate fi acționată la o temperatură mult mai mică. În timp ce, un detector cu unde lungi QWIP trebuie să funcționeze de obicei la aproximativ 70 K (-203 ° C) sau mai mic. Lungimea de undă a fotonului incident și energia trebuie să fie suficiente pentru a depăși energia distanței de bandă, ΔE.

Normalizarea imaginii

Pentru a crea o imagine termografică utilă, diferitele câștiguri și compensări trebuie corectate la o valoare normalizată. Acest proces de calibrare în mai multe etape este realizat de software-ul camerei. Ultimul pas în proces este corectarea nonuniformității. În camerele de măsurare, această calibrare este efectuată automat de aparatul foto. În camera OGI, calibrarea este un proces manual. Acest lucru se datorează faptului că aparatul foto nu are un obturator intern care să prezinte detectorului o sursă de temperatură uniformă.

Rezultatul final este o imagine termografică care prezintă cu exactitate temperaturile relative pe obiectul sau scena vizată. Nu se face nicio compensație pentru emisivitate sau radiația de la alte obiecte care se reflectă din obiectul țintă înapoi în cameră (temperatura aparentă reflectată). Imaginea este o imagine adevărată a intensității radiației, indiferent de sursa radiației termice.

Adaptare spectrală

Camera OGI utilizează o metodă unică de filtrare spectrală care îi permite să detecteze un compus de gaz. Filtrul este montat în fața detectorului și răcit împreună cu acesta pentru a preveni orice schimb de radiații între filtru și detector. Filtrul restricționează lungimile de undă ale radiațiilor lăsate să treacă la detector la o bandă foarte îngustă, denumită banda de trecere. Această tehnică se numește adaptare spectrală.

Pentru majoritatea compușilor gazoși, caracteristicile de absorbție în infraroșu depind de lungimea de undă. În Figurile 3A și 3B, vârful de absorbție al propanului și metanului este demonstrat prin scăderea severă a liniilor de transmisie pe grafice. Regiunile galbene reprezintă un filtru spectral de probă utilizat într-o cameră OGI, care este proiectat să corespundă intervalului de lungime de undă în care cea mai mare energie infraroșie de fond ar fi absorbită de gazul de interes special.

fig. 3A: Caracteristici de absorbție în infraroșu pentru propan

fig. 3B: Caracteristici de absorbție în infraroșu pentru etilenă

Dacă aparatul foto este îndreptat către o scenă fără scurgeri de gaz, obiectele din câmpul vizual vor emite și vor reflecta radiațiile infraroșii prin obiectivul și filtrul camerei. Filtrul va permite doar anumite lungimi de undă ale radiației către detector și din acest aparat, camera va genera o imagine necompensată a intensității radiației. Dacă între obiecte și cameră există un nor de gaz și că gazul absoarbe radiații în intervalul de trecere a benzii din filtru, cantitatea de radiații care trece prin nor spre detector va fi redusă.

Prepararea proiectului

În general, la nivelul unei rafinării, procesele identificate ca fiind generatoare de emisii de poluanți atmosferici specifici activităților de rafinare a țițeiului și produselor petroliere, ce trebuie luate în considerare la elaborarea unui inventar de emisii corespunzător situațiilor de funcționare normală a instalațiilor, sunt următoarele:

arderea combustibililor în cuptoare de proces;

arderea combustibililor în instalații energetice: instalațiile pentru producerea energiei electrice, termice și aburului industrial, altele decât cuptoarele de proces (cazane, turbine cu gaz și motoare staționare);

procese tehnologice specifice activităților din cadrul unei rafinării:

o procese de separare (distilare atmosferică și în vid, etc.)

o procese de conversie (cracare catalitică, cocsare, reducerea viscozității, polimerizare, alchilare, izomerizare, reformare, etc.)

o procese de tratare (hidrodesulfurare, hidrofinare, dezasfaltare, etc.) o recuperarea sulfului; o producerea de hidrogen;

o suflarea asfaltului;

arderea gazelor la faclă;

arderea gazelor în incineratoare;

epurarea apelor uzate;

răcirea apei în turnurile de răcire;

transferul, stocarea, manevrarea produselor petroliere;

depozitarea deșeurilor petroliere în bataluri. Acestor procese specifice activităților din cadrul unei rafinării, le sunt asociate următoarele categorii de surse de emisie:

Principalii poluanți specifici activităților de rafinare a țițeiului sunt:

Compușii organici volatili nemetanici (COVnm) – generați în cea mai mare parte, ca emisii difuze, de: transferul, stocarea, manevrarea produselor petroliere, scurgerile prin neetanșeitățile echipamentelor și componentelor sub presiune, epurarea apelor uzate, răcirea apei în turnurile de răcire, bataluri. Sunt emiși și prin surse dirijate asociate proceselor tehnologice (evacuări din sistemele de ventilație și de purjare), și proceselor de ardere (inclusiv facle și incineratoare).

Benzenul (C6H6), Toluenul (C6H5CH3), Xileni – generați, ca emisii difuze, în principal de transferul, stocarea, manevrarea produselor petroliere, dar și de scurgerile prin neetanșeitățile echipamentelor și componentelor sub presiune, epurarea apelor uzate, răcirea apei în turnurile de răcire. Acești poluanți sunt emiși și din surse dirijate asociate proceselor de ardere (inclusiv facle) și de instalațiile de cracare catalitică și cocsare.

Hidrogenul sulfurat (H2S) – generat în special de instalațiile de recuperare a sulfului (DGRS).

Oxizii de sulf (SOx) – emisiile sunt generate de: cuptoarele de proces, instalațiile energetice, unitățile de recuperare a sulfului, regeneratoarele de la cracare catalitică, facle, incineratoare, unitățile de decocsare, bataluri. În absența tehnicilor de desulfurare a gazelor, emisiile de SOx sunt legate direct de conținutul de sulf din combustibil.

Oxizii de azot (NOx) – generați în principal de instalațiile de ardere (inclusiv facle) și de instalațiile de cracare catalitică.

Monoxidul de carbon (CO) – în afară de instalațiile de ardere (cuptoare de proces și instalații energetice), de incinerare și de facle, CO este generat și de regeneratoarele de catalizator aferente instalațiilor de cracare catalitică, reformare catalitică și cocsare fluidizată.

Hidrocarburile aromatice policiclice (HAP), în particular benzo(a)piren – generate de procesele de ardere (inclusiv arderea gazelor în incineratoare) și de instalațiile de cracare catalitică.

Particulele în suspensie – emisiile de particule din cadrul unei rafinării sunt asociate instalațiilor de ardere, precum și unora dintre procesele tehnologice: instalațiile de cocsare și cele de cracare/reformare catalitică.

Metalele – cele mai importante metale aflate în țiței sunt As, Hg, Ni și V. Emisiile de la instalațiile de ardere și de incinerare a gazelor, de la regeneratoarele instalațiilor de cracare catalitică și de la instalațiile de cocsare conțin și Cd, Cr, Cu, Pb și Zn. Nichelul și vanadiul tind să fie îmbogățite în reziduurile de la distilare.

In primul rand, pentru a depista emisiile si scaparile de gaze/fluide, este necesara cunoasterea in exactitate a rafinariei pe unitati/arii sau a echipamentelor ce urmeaza a fi masurate, de aceea este nevoie de Plot Plan.

[de ascuns numele clientului]

Exemplu de PLOT PLAN:

De asemenea, este necesara cunoasterea HBM-ului (Heat and Material Balance – echilibrul de caldura si masa) pentru a determina compozitiilor ce se transporta pe conducte si documentatia corecta: PFD (Process and Flow Diagram) si PID (Process and Instrumentation Diagram). [HBM]

Echilibrul de căldură și masă este un document produs de inginerii de proiectare pe parte de proces în timp ce proiectează o fabrică/rafinarie. Uneori, echilibrul de căldură și masă nu este un document separat, ci apare alături de diagrama fluxului de proces (PFD).

Exemplu de PFD

Un bilanț de căldură și masă reprezintă fiecare flux de proces din PFD-ul corespunzător în ceea ce privește condițiile procesului. În mod normal, un bilanț de căldură și masă raportează următoarele date pentru un flux de proces:

Temperatura și presiunea normală de funcționare.

Fluxul volumic sau masic normal. Dacă sunt implicate mai multe faze, trebuie raportat debitul pentru fiecare fază.

Densitate la temperatură normală și condiții de presiune. Dacă fluxul are mai multe faze, densitatea pentru fiecare fază trebuie raportată împreună cu densitatea totală.

Viscozitatea pentru fiecare fază din flux trebuie raportată separat.

Dacă sunt prezente gaze, trebuie raportată fracția de vapori.

Raportul de căldură specific Cp / Cv și factorul de compresibilitate trebuie raportate pentru faza gazoasă.

Greutatea moleculară pentru fiecare trebuie raportată separat.

Calculele echilibrului de căldură și masă pentru un proces sunt efectuate prin aplicarea ecuației echilibrului de masă și a echilibrului energetic la fiecare echipament. Aceasta oferă rezolvatorului un set de ecuații. Deasupra proprietăților menționate ale fiecărui flux sunt variabile necunoscute. Acest sistem are o soluție unică atunci când numărul de variabile necunoscute este egal cu numărul de ecuații. Prin urmare, unele variabile sunt rezolvate pentru a rezolva sistemul. Dacă fluxurile de intrare sunt complet cunoscute și definite, sistemul este rezolvat pentru a cunoaște fluxurile de ieșire. Dacă proprietățile necesare ale fluxurilor de ieșire sunt fixate, atunci sistemul poate fi rezolvat pentru a ști care ar trebui să fie intrarea pentru a obține fluxurile de ieșire necesare.

Determinarea compozitiilor:

Produsele ce se transporta pe conducte sunt primite de la client, de unde rezulta Stream-urile cu substante bifazice (gaz/lichid).

Ulterior, aceste produse sunt trecute intr-un program si o baza de data.

Dupa determinarea compozitiilor, se identifica stream-urile din PID-uri ce circula de la un echipament la altul. Pe tot traseul conductelor, se va face identificarea tuturor surselor de scurgere: robineti, flanse, pompe, compresoare, rezervoare, capace, condensatoare, schimbatoare de caldura etc.

Pentru ca identificarea tuturor surselor de scurgere posibile, operatorii primesc aceste PID-uri numerotate si inventariate. Fiecarei surse, se atribuie un numar care, ulterior, este trecut intr-un tabel excel pentru a facilita identificarea lor pe teren si pentru a stii numarul exact de surse pentru fiecare imbinare.

.

Ex din tabel excel cu un Level Transmitter si cu numarul de surse

Partea practica consta in deplasarea operatilor in rafinarie cu echipamentele speciale pentru detectarea emisiilor nocive. (TVA, camera OGI si, ocazional, cateii antrenati pentru depistarea scaparilor de gaze). Pe baza documentelor prelucrate si inventariate, se pot obtine imagini si filmari unde se observa cu exactitate daca exista scapari de fluide sau nu ce nu pot fi vizibile cu ochiul liber. Se fac doua masuratori.

Dupa prima masurare, se determina cantitatea de emisii masurate in kg/an si se raporteaza clientului numarul de surse de scurgere si se creeaza un raport cu grafice unde se indica ce echipament emite numarul cel mai mare de surse si ce fluid este cel care depaseste limitele impuse.

O prima scanare a relevat existenta a 225 surse de scurgere, conform Tab.3-1 de mai jos.

In graficul 3-1 de mai jos, este aratata pierderea per component dupa prima scanare.

In graficul 3-2 de mai jos sunt aratate pierdererile pe tip de sursa.

Cele 25 de surse se raporteaza clientului pentru a se remedia.

[metode de remediere]

Tab. 3-2 de mai jos reprezinta o imagine de ansamblu a surselor per tip-sursa, cu pierderile de emisie dupa prima incercare de remediere. Acest tabel are acelasi format ca si Tab. 3-1 de mai sus, in care este evidentiata prima scanare.

Tab. 3-3 de mai jos arata evolutia scurgerilor dupa prima incercare de remediere (R1).

Dupa prima scanare, s-au identificat 225 de surse de scurgere. Aceste scurgeri sunt responsabile pentru o emisie de 132,704 kg/an, calculata prin utilizarea factorilor de protocol EPA pentru imagistica optica gaze pentru o limita de detectare a camerei de 6 g/h.

Dupa prima incercare de remediere, raman 222 de scurgeri. Acestea reprezinta o emisie de 127,571 kg/an.

Dupa prima incercare de remediere, exista o modificare a pierderilor de 5,133 kg/an.