Vad är reglerna för flyktiga utsläpp i kemiska och petrokemiska anläggningar?
När världen växer och ekonomierna utvecklas kommer framtida efterfrågan på energi att fortsätta växa dramatiskt. Internationella energiorganet och många andra förutspår att världens totala energibehov kommer att öka med 35% år 2030, högre än det är idag, och olja/naturgas förväntas stå för nästan 60% av den totala energin fram till 2030. Detta innebär att flyktiga utsläpp måste minimeras för att bevara begränsade resurser och hantera den globala klimatutmaningen.
Globalt sett bidrar flyktiga utsläpp från läckage i utrustning, såsom ventiler och pumpar, till över 1 miljon metriska ton flyktiga organiska föreningar/farliga luftföroreningar (VOC/HAP) per år. Pumpar/kompressorer står för 10%, flänsar 5%, tankar 10%, ventiler 60%, och avlastningsventiler 15%. Ventiler, som står för 60% av flyktiga utsläpp, utgör den största möjligheten att minska dessa utsläpp.
Vad är flyktiga utsläpp?
Flyktiga utsläpp, eller FEs, syftar på oavsiktliga utsläpp av miljöskadliga gaser eller ångor från industriella aktiviteter eller anläggningar. I en typisk anläggning kommer de flesta utsläppen från ventiler och kopplingar, de mest förekommande komponenterna, vilka ofta finns i tusentals. Fel på packningar eller tätningar på grund av normalt slitage eller otillräckligt underhåll är den främsta orsaken till dessa utsläpp från ventiler. Utöver att bidra till förlust av säljbara produkter utgör flyktiga utsläpp en risk för hälsan och säkerheten för arbetstagare samt för de omgivande samhällena.
Kort översikt av regler för flyktiga utsläpp (FE) för ventiler.
I oktober 1948 täcktes industristaden Donora, Pennsylvania av en giftig smog som oavsiktligt släpptes ut av lokala stålindustrifaciliteter. Efter fem dagar resulterade de giftiga gaserna i att tusentals människor blev sjuka och 20 personer avled i samhället. Nu betraktas händelsen som en av de värsta luftföroreningskatastroferna i nationens historia, och ”Donora-incidenten” visade på behovet av luftföroreningskontroll och ledde till skapandet av de första renluftsprogrammen i USA.
Som svar på försämrad industriell förorening introducerade den federala miljöskyddsmyndigheten (EPA) den amerikanska Clean Air Act, den första federala lagstiftningen om luftföroreningskontroll. Tyskland började också införa regler för luftföroreningskontroll 1964 med titeln ”Technical Instructions on Air Quality Control” (Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft), eller vanligtvis kallad TA Luft.
För att minska utsläppen av flyktiga organiska föreningar (VOC) och farliga luftföroreningar (HAP) införde EPA regler för läcksökning och reparation (Leak Detection and Repair, LDAR), och EPA konstaterade att många anläggningar rapporterade för låga utsläpp och inte genomförde Method 21 tillräckligt för att uppfylla utsläppsminskningsmålen. Nedan följer exempel på de mest kända och använda standarderna för ventiler för flyktiga utsläpp i världen:
Standarder från American Petroleum Institute (API)
- API 622 – ”Typtestning av tätning för ventiler för flyktiga utsläpp”. Detta är en test av ventiltätningen endast.
- API 624 – ”Typtestning av stigrörventiler utrustade med grafitpackning för flyktiga utsläpp”. Detta test utvärderar den totala prestandan för ventilen, inte bara ventiltätningen. Tätningen som används i ett API 624-test måste ha uppfyllt kraven enligt API 622.
- API 641 – ”Typtestning av kvartvarvsventil för flyktiga utsläpp”. Detta är typtestet för kvartvarvsventildesigner som utvärderar lågutsläppsprestanda över en accelererad livscykel. Tätningen som används i ett API 641-test måste ha uppfyllt kraven enligt API 622.
ISO-standarder (vanligast använda i Europa)
- ISO 15848-1 ”Typetestning av prototypventil”. Specificerar testprocedurer för utvärdering av extern ventil läckage.
- 2. ISO 15848-2 ”Produktionstestning av ventiler”. Specificerar testprocedurer för utvärdering av extern ventil läckage under massproduktion.
För det första är det bra att notera att direkt jämförelse av dessa standarder är utmanande, eftersom de alla förlitar sig på sina egna testprocedurer. De viktigaste variablerna är testvätskor, detektionsmetoder för läckage och läckagegränser.
Testvätskan kan i huvudsak vara antingen helium eller metan. Helium är en mycket permeabel och säker gas att använda, medan metan saknar dessa egenskaper. På grund av dessa skillnader och försiktighetsåtgärder vid användning av metan är resultaten från läcktest inte strikt jämförbara.
Ytterligare skillnader finns i procedurerna bland standarderna. Dessa inkluderar olika testtemperaturer, temperaturcykling och antalet driftscykler innan testdata samlas in. Dessutom tillåter vissa standarder mer tolkning av testresultaten och vissa mindre. För att göra det ännu mer komplicerat varierar de utsläppsgränser som anges av de olika standarderna också och använder olika enheter.
Allt ovan kräver att tillverkaren kontinuerligt övervakar förändringar i standarder och krav för flyktiga utsläpp, liksom noggrant närma sig valet av ventiltillverkare och leverantörer.
På grund av denna mycket dynamiska process har Bazan Group (Haifa petroleum group) utvecklat interna standarder för valet av ventiler och stjälkpaket enligt de senaste versionerna av standarder för flyktiga utsläpp. ”Våra höga krav på tätningssystem för ventilstjälkar och noggrann urval av leverantörer möjliggör för oss att skydda miljön från gasföroreningar, säkra produktionskostnader och undvika böter.”
Applikationer inom kemisk och petrokemisk industri
Regler för flyktiga utsläpp (FE) kräver att kemiska och petrokemiska anläggningar övervakar ventiler (samt annan utrustning) för läckage. Bristande efterlevnad av dessa regler kan leda till betydande böter.
Fram till en viss punkt i historien (sent 80-tal, tidigt 90-tal) fanns det ingen enda standard som definierade begränsningarna och testparametrarna för ventiltillverkare som uppfyller kraven för anläggningarna.
Dessa mycket stränga krav fick ventiltillverkare att vända sig till internationella standardiseringsorgan över hela världen för att utveckla ekvivalens och testmetoder för flyktiga utsläpp för ventiler. Som ett resultat finns det specifika FE-standarder för ventiltillverkare, där ISO 15848-1 och API 641 (se ovan) för närvarande är de mest efterfrågade för kulkranar.
Hantering av läckage från ventilens stjälktätning och komponenter
Huvudkällan till läckage från ventilen är dess stjälktätning, och för att uppnå kompatibilitet med ovanstående standarder för täthet, samarbetar många ventiltillverkare med utvecklare och producenter av stjälktätningar.
På Habonim har företaget utvecklat sin egen speciella design för att uppfylla FE-kraven. Designen inkluderar polymera delar som direkt ansvarar för tätheten, samt ventilkroppen och de metalliska delarna i stjälktätningen (se figur 1).
En särskild egenskap hos denna design är en tätning som kallas HermetiX, som har en symmetrisk design som påminner om bokstaven X och har utmärkt anpassningsförmåga till tätningssytor och olika externa krafter och tryck. Till exempel fungerar tätningen lika bra både när det finns inre tryck i ventilen och när operatören mekaniskt påverkar stjälken, vilket orsakar sidolaster (se figur 2).
Tack vare denna design och en hög nivå av anpassning till tätningssytor har Habonim-ventiler en hög täthetsnivå och har erhållit certifiering enligt ISO 15848-1 och API 641.
En annan egenskap hos denna design är den brandsäkra motståndskraften hos stjälken utan grafittätning. Denna egenskap uppnås genom att använda en speciell kombination av metalliska och polymera element och är oumbärlig i alla fall där renhetsgraden i processen som specificerats av kunden inte tillåter någon nivå av grafitt.
Som nämnts ovan är stjälktätningar den främsta bidragsgivaren till flyktiga utsläpp. Samtidigt kommer 20% av utsläppen från andra anslutningar och fogar, såsom ventilkomponenter: lock, kåpor, ändar, osv.
För att förbättra sådana anslutningar används en dubbel tätning. Den yttre tätningen (grafit) spelar en brandsäker roll medan den inre (polymer) skyddar processen från förorening. Den dubbla tätningen av komponentfogar tillsammans med HermetiX-typen av tätning utgör ett gemensamt och enhetligt koncept för alla företagets produkter som kallas Total HermetiX.
Detta koncept möjliggör tillverkning och leverans av en produkt som uppfyller de mest stränga kundkraven och globala standarder, vilket ger tillförlitligt skydd och förebyggande av utsläpp av flyktiga ämnen upp till 100 ppm genom stjälken och upp till 20 ppm genom ventilkomponenternas tätning. Konceptet Total HermetiX visas i figur 3.
Om FE begränsas till 50 ppm genom stjälken av anläggningen (motsvarande nivå för en bälgförsegling), kan företagets ventiler utrustas med en valfri enhet som fungerar som en andra barriär för utsläppen.
Den enhet som visas i figur 4 är en extra kåpa med en stjälk som överför rotation till huvudventilstjälken, hermetiskt fastsatt vid ventilen. Liksom med huvudstjälken skyddas stjälken på enheten av packningssystemet. Ytterligare 1/8-tums anslutningar möjliggör anslutning av olika utrustningar, som sensorer och tryckmätare som signalerar närvaron av läckage genom huvudstjälken.
Habonim och Bazan Group förenar sig med några av världens främsta innovatörer inom ventilområdet när företag fortsätter att utveckla sina egna interna standarder för valet av ventiler och stjälkpaket samt utvecklar designen av sådana komponenter för att hålla jämna steg med de ständigt föränderliga reglerna för kontroll av industriella flyktiga utsläpp.
