Kwestie środowiskowe mają obecnie bardzo silny oddźwięk wśród ogółu społeczeństwa, a od spółek oczekuje się formalnego rozliczania się z ich działalności środowiskowej, społecznej i ładu korporacyjnego w raporcie rocznym. Naciski ze strony rządów, organów regulacyjnych i grup nacisku na środowisko są szczególnie silne w przypadku podmiotów zaangażowanych w produkcję nawozów fosforowych, farmaceutyków, oczyszczanie ropy naftowej, barwników, wytapianie, galwanizację lub przetwarzanie zużytego paliwa jądrowego.
Wyzwaniem dla firm uczestniczących w tych procesach jest potrzeba przechowywania i transportu silnie żrących kwasów w potencjalnie złożonym systemie zbiorników i rurociągów napowietrznych lub podziemnych, z powiązanym zakresem potencjalnych punktów wycieku, takich jak gwintowane i kołnierzowe połączenia rurowe, pompy, zawory, kolektory, uszczelki, kolanka, trójniki, złączki itp.
Obliczeniowe systemy monitorowania rurociągów lub techniki kontroli nadzorczej i akwizycji danych (SCADA), choć praktyczne w wykrywaniu dużych wycieków związanych z poważnymi incydentami i rozszerzoną geografią rurociągów przesyłowych ropy i gazu, nie są wykonalne dla większości operacji związanych z transportem i przechowywaniem kwasów na krótszych dystansach i w przepływach wsadowych.
Większość firm radzi sobie z ryzykiem wycieku kwasu poprzez połączenie hermetyzacji i kontroli wizualnej. Dostępnych jest kilka technik zwiększających skuteczność kontroli wizualnej, takich jak użycie barwników fluorescencyjnych wraz z odpowiednimi lampami do kontroli wycieków lub farbą do wykrywania wycieków zmieniającą kolor. Oczywiście są one przydatne tylko tam, gdzie rurociągi są widoczne. Fizyczna inspekcja może być czasochłonna i podlega ludzkiej zawodności.
Co najmniej jedna firma stosuje nylonowe rurki do pobierania próbek oparów z ukrytych punktów wzdłuż linii do analizy. Podejrzewamy, że czas potrzebny na ponowne odwiedzenie każdego punktu próbkowania i ilość oparów, które muszą zostać przeanalizowane, sprawiają, że ogólna reakcja jest raczej powolna. Testowanie helem jest specjalną techniką lokalizacji wycieków, czasami stosowaną podczas uruchamiania, ale nie stanowi praktycznego rozwiązania dla działającej instalacji.
Techniki okablowania do wykrywania wycieków są bardzo skutecznie wykorzystywane do wykrywania wycieków wody i wodnych substancji chemicznych w pomieszczeniach, ale jak dotąd nie były praktyczne do wykrywania wycieków silnych kwasów mineralnych na zewnątrz. Starsze kable nie mogły być używane, ponieważ wykrywały i reagowały również na przypadkowe źródła wody, takie jak deszcz lub topniejący śnieg.
Przewód sensorowy do wykrywania wycieków silnie stężonych kwasów
Na początku roku 2010 TraceTek ogłosił wprowadzenie nowego przewodu sensorowego, który jest bezpośrednio skierowany do stężonych kwasów siarkowego i azotowego.
Przewody sensorowe TT7000-HUV są przeznaczone przede wszystkim do stosowania na rurociągach napowietrznych, rurach pionowych, zaworach i kolektorach oraz innych złączach, w których może dojść do wycieku stężonego kwasu siarkowego lub azotowego. Przewody sensorowe mogą być również używane na podłogach, w wannach ociekowych, w studzienkach, rowach i pod ziemią w szczelinach kablowych. Mogą być wciągane do rur lub zbiorników o podwójnych ściankach w celu monitorowania przestrzeni międzywęzłowej.
W przypadku użycia z powiązanym oprzyrządowaniem monitorującym, przewód wykrywa obecność kwasu, uruchamia alarm analityczny i wskazuje lokalizację kontaktu z kwasem z dokładnością do +/- 1 m. Został zaprojektowany tak, aby ignorować zwykłą wodę, czy to z kondensacji, wycieków z pionu, pęknięć w rurze ochronnej lub podobnych źródeł.
Przewód składa się z czterożyłowej wiązki nawiniętej spiralnie wokół centralnego rdzenia. Dwa przewody są izolowane izolacją fluoropolimerową wybraną ze względu na jej odporność na działanie kwasów. Zostały one zaprojektowane tak, aby pozostały nienaruszone i zaizolowane nawet po kontakcie z kwasem.
Dwa pozostałe przewody są pokryte materiałem izolacyjnym podobnym do lakieru, który wytrzyma działanie wody z dowolnego źródła, rozpuszczalników organicznych, paliw, rozcieńczonych i słabych kwasów oraz innych uciążliwych cieczy, które mogą występować w środowisku roboczym zakładu.
Jeśli jednak dojdzie do kontaktu ze stężonymi kwasami (siarkowym > 75% stężenia lub azotowym > 50% stężenia), materiał izolacyjny rozpuści się, odsłaniając znajdujące się pod nim przewody. Sam kwas jest następnie wykorzystywany jako przewodzący elektrolit przenoszący ładunek, który umożliwia przewodzenie jonów z jednej elektrody na drugą, umożliwiając wykrycie i zlokalizowanie wycieku kwasu.
Niewielkie napięcie wzbudzenia DC jest przykładane w kilku kombinacjach do czterech przewodów tworzących kabel, aby upewnić się, że kabel nie został odłączony lub uszkodzony. Kabel jest w pełni nadzorowany, a użytkownik jest powiadamiany o wystąpieniu jakichkolwiek uszkodzeń, które mogłyby ograniczyć zdolność systemu do wykrywania i lokalizowania wycieku kwasu.
Zewnętrzna warstwa liny z włókna poliestrowego zapewnia odprowadzanie wilgoci, aby zapewnić bliski kontakt między wszelkimi kwasami a rdzeniem kabla. Zapewnia również ochronę przed ścieraniem mechanicznym i wytrzymałość na rozciąganie podczas instalacji w podwójnych rurach osłonowych. Kluczową zaletą zewnętrznego oplotu Blackpolyester jest to, że zapewnia on odporną na promieniowanie UV „osłonę przeciwsłoneczną”, która zapewnia dodatkową ochronę rdzenia kabla przed promieniowaniem UV.
Środowisko działania
Przewód sensorowy TT700-HUV jest przeznaczony do wymagających środowisk wewnętrznych oraz zewnętrznych i został zaprojektowany tak, aby był trwale odporny na wodę podczas normalnego użytkowania. Testy kwalifikacyjne zostały przeprowadzone w słonej wodzie, gorącej wodzie i wodzie wodociągowej przez dłuższy czas i nie zaobserwowano degradacji kabla czujnikowego. Oprócz ochrony przed promieniowaniem UV, kabel może być wystawiony na działanie deszczu, śniegu, mgły, kondensacji, kurzu, wdmuchiwanego brudu i innych zanieczyszczeń bez powodowania fałszywego alarmu.
Oprzyrządowanie i lokalizacja wycieku
Oprzyrządowanie TTSIM-1 zapewnia napięcie wzbudzenia, które co kilka sekund próbuje przepuścić prąd z jednej elektrody do drugiej. Przepływ prądu nie jest możliwy, dopóki nie nastąpi wyciek kwasu. Dopiero gdy selektywna izolacja zostanie zaatakowana i rozpuszczona przez kwas, prąd może przepływać z jednej elektrody do drugiej. TTSIM-1 monitoruje nagły wzrost przepływu prądu, wnioskuje, że wykryto wyciek i ostrzega operatora o tym zdarzeniu. Dalszy zestaw pomiarów zarządzanych przez wbudowany mikroprocesor TTSIM umożliwia obliczenie lokalizacji wycieku.
Obliczenie lokalizacji wycieku następuje dopiero po potwierdzeniu wykrycia. Przewód jest produkowany z wąską tolerancją om/metr, dzięki czemu lokalizacja wycieku może być obliczona z precyzją. Typowa dokładność lokalizacji wynosi +/- 1 m dla obwodu 1000 m.
Instalacja przewodu sensorowego
W przypadku stosowania do monitorowania rur podwieszanych lub montowanych na stojakach, przewody sensorowy TT7000-HUV muszą być przymocowane do systemu rur w najniższym punkcie, w którym jakikolwiek wyciek kwasu najprawdopodobniej będzie kapał z systemu rur. Zwykle jest to pozycja godziny 6 na rurociągach poziomych, ale inne miejsca i techniki montażu mogą być konieczne, jeśli warunki w miejscu instalacji są nietypowe.
W szczególności należy zwrócić szczególną uwagę na wsporniki rur, złączki, trójniki, zawory i inne elementy armatury. Obowiązkiem instalatora jest umieszczenie przewodu w taki sposób, aby wszelkie wycieki kapały na przewód.
W niektórych instalacjach materiały lub struktury znajdujące się pod systemem rur mogą być na tyle krytyczne lub cenne, że oprócz czujnika należy rozważyć zastosowanie tacki ociekowej.
W przypadku rurociągów:
- Przewód powinien być poprowadzony wzdłuż dna rury, przy użyciu opasek zaciskowych w celu zabezpieczenia przewodu w pozycji na godzinie 6. Pozycja przewodu powinna być utrzymywana w odległości 6 mm od pozycji godziny 6.
- Jedna opaska zaciskowa powinna być używana co 300 do 450 mm wzdłuż rury, z dodatkowymi opaskami na złączkach lub zagięciach w razie potrzeby.
Ważne: Prawidłowe ułożenie przewodu czujnika należy do obowiązków instalatora. Przewód musi znajdować się w najniższym punkcie rury lub złączki, tak aby wszelkie kwasy wyciekające z rury lub złączki kapały na powierzchnię przewodu, gdy kapią z dna rury lub złączki. Przewód nie powinien być używany na górnej lub bocznej powierzchni rury. Nie powinien być używany do spiralnego zwijania rur poziomych.
Wyjątek: Jeśli przewód jest używany do śledzenia pionowej rury, przewód powinien być owinięty spiralnie wokół rury i zabezpieczony opaskami zaciskowymi.
W przypadku studzienek, wykopów zabezpieczających i zastosowań podpodłogowych należy zapewnić pętlę serwisową dla każdego złącza kabla. Należy uważać, aby nie przekroczyć maksymalnej siły ciągnięcia wynoszącej 100 kg.
Jednokierunkowy, jednoznaczny proces wykrywania wycieków
Gdy kwas o wystarczającym stężeniu atakuje przewód sensorowy, zewnętrzna warstwa izolacji elektrody ulega rozpuszczeniu. Wynikowy alarm detekcji i obliczenie lokalizacji są kompletne i jednoznaczne, ale proces detekcji jednokierunkowej narzuca pewne rozważania dotyczące testowania i konserwacji.
Przewód nie może być testowany z kwasem, ponieważ zniszczenie warstwy izolacyjnej specyficznej dla kwasu jest procesem jednokierunkowym.
Gdy dany odcinek przewodu zostanie wystawiony na działanie kwasu, należy go wymienić, aby przywrócić pełne zamierzone działanie. Jeśli przewód nie zostanie wymieniony, część przewodu, w której izolacja kwaso-selektywna uległa rozpuszczeniu, będzie działać jak przewód wykrywający wodę i może generować fałszywe alarmy z powodu kondensacji lub innych źródeł wody w zbiorniku.
Jeśli upłynie wystarczająco dużo czasu między wykryciem wycieku a rozpoczęciem operacji czyszczenia, istnieje duże prawdopodobieństwo, że same elektrody zostaną zniszczone, a oprzyrządowanie wykaże utratę ciągłości przewodu jako przerwanie przewodu lub przerwanie pętli.
Jeśli zakres aktywowanego przewodu jest ograniczony, sensowne może być połączenie krótkiego odcinka zastępczego za pomocą złączy lub połączeń doczołowych (dostępne są złącza i połączenia instalowane na miejscu). Jednak w wielu przypadkach bardziej ekonomiczna jest wymiana całego odcinka przewodu po przepłukaniu obszaru wycieku i naprawieniu źródła wycieku. Wybór będzie oparty na lokalnym poziomie umiejętności i presji czasu na przywrócenie operacji.
Wnioski
Do czasu opracowania przewodu wykrywającego silne kwasy, metody wykrywania wycieków były ograniczone i fragmentaryczne. Kontrola wizualna była najbardziej użyteczną strategią dla naziemnych i napowietrznych rurociągów transportowych i zbiorników, wspomaganą przez farby zmieniające kolor i pyły.
Pojawienie się przewodu wykrywającego kwasy, używanego w połączeniu z oprzyrządowaniem monitorującym w czasie rzeczywistym, zapewnia obecnie system wczesnego ostrzegania, który działa równie dobrze w całym szeregu środowisk. Obejmują one rurociągi górne, rury pionowe, zawory, kolektory i inne złącza, w których może dojść do wycieku stężonego kwasu siarkowego lub azotowego. Przewodu czujnikowe mogą być również stosowane na podłogach, w wannach ociekowych, w studzienkach, rowach i podziemnych kanałach kablowych. Można je przeciągnąć do rur lub zbiorników o podwójnych ściankach w celu monitorowania przestrzeni międzywęzłowej.
System zbudowany wokół silnego przewodu wykrywającego kwasy zapewnia tani, całodobowy monitoring, który pomaga w szybkiej reakcji, ograniczając narażenie na szkody środowiskowe, przerwy w świadczeniu usług i kosztowne czyszczenie.