Monitorowanie jakości online wykrywa zanieczyszczenia w wodach procesowych

/ARTYKUŁ REKLAMOWY/

Analiza zanieczyszczeń całkowitą ilością węgla organicznego (TOC) pozwala zakładom przemysłowym szybko wykrywać zanieczyszczenia i podejmować działania mające na celu ochronę infrastruktury przemysłowej i jakość produktów.

W przemysłowych zastosowaniach wody użytkowej konieczne jest korzystanie z obiegów wodno-parowych, których medium użytkowym jest ultra czysta woda, wolna od zanieczyszczeń organicznych. W przemysłach rafineryjnych, chemicznych, w produkcji żywności i napojów lub w elektrowniach jakość wody musi być weryfikowana w określonych momentach, aby zapewnić spełnienie wymagań narzucanych przez normy. Główną przyczyną zanieczyszczeń wody są wycieki w systemie, prowadzące do przenikania zanieczyszczeń przez bariery ochronne i wymienniki ciepła, zagrażające systemom położonym poniżej miejsca wycieku. Może to doprowadzić do pogorszenia jakości produktu, jego wydajności lub zmniejszenia trwałości wybranych elementów, co z kolei ma znaczący wpływ na biznes.

Analiza TOC bieżących danych w czasie rzeczywistym

Stałe monitorowanie istotnych punktów obiegu wody i pary jest kluczowe dla zapewnienia wysokiej jakości i zgodności z normami. Istnieje szereg narzędzi monitorujących przeznaczonych do tego celu, a jednym z nich jest analiza całkowitej zawartości węgla organicznego (TOC, total organic carbon). Stanowi ona prostą metodę pomiaru zawartości wszystkich związków organicznych z naciskiem na szybkość i dokładność. Metoda ta umożliwia monitorowanie bieżących danych w czasie rzeczywistym, co ułatwia użytkownikom podejmowanie szybszych i lepszych decyzji, a rezultacie ułatwia optymalizację działania systemu, jednocześnie zwiększając wydajność i umożliwiając zmniejszenie kosztów.

Punkt kluczowy: wymiennik ciepła

Pierwszym etapem wdrażania programu monitorowania jest zidentyfikowanie kluczowych punktów procesu, w których należy monitorować zawartość TOC. Najczęstszym miejscem, w którym dochodzi do zanieczyszczenia, jest wymiennik ciepła, którego działanie ma wpływ na sprawność kotła.

Woda wprowadzana do kotła powinna pozostawać wolna od zanieczyszczeń organicznych z dwóch głównych powodów:

1. Wysoka jakość wody pozwala na ponowne wykorzystanie kondensatu powrotnego, umożliwiając oszczędzanie energii oraz zapewniając niższe koszty funkcjonowania układu.

2. W wodzie o wysokiej jakości nie będzie zachodziła korozja prowadząca do uszkodzenia kotła, co pozwoli zwiększyć jego trwałość.

Do kotła doprowadzana jest woda uzupełniająca oraz odzyskany kondensat, przy czym celem jest odzyskanie możliwie jak największej ilości kondensatu. Analiza TOC pozwala sprawdzić, czy doszło do wycieku oraz zapewnia dane umożliwiające określenie, czy kondensat może zostać użyty ponownie, czy powinien zostać odrzucony.

Wycieki mogą wystąpić w wymienniku podczas przekazywania ciepła do płynu wtórnego. Przekładami płynów wtórnych są chłodziwa, przetworzona woda chłodząca, paliwo diesel, materiały surowe, pośrednie lub nawet produkty końcowe. W fabryce chemicznej, płynem wtórnym może być związek chemiczny, który jest ogrzewany w celu przeprowadzenia określonej reakcji. Wyciek powstaje, gdy w wyniku korozji przerwane zostaną fizyczne bariery rozdzielające dwa strumienie. Nawet niewielkie wycieki mogą spowodować trwałe uszkodzenie kotłów lub systemów oczyszczania kondensatu. Jeżeli końcowym produktem jest strumień płynu odbierający ciepło z gorącego kondensatu, fabryka ryzykuje utratę produktu oraz obniżenie jego jakości.

Wady metod tradycyjnych

Wdrożenie programu monitorowania TOC do badania kondensatu wprowadzanego do kotła zapewnia wgląd w potencjalne zanieczyszczenia organiczne. Tradycyjne testy takie jak badania przewodności lub pH nie przedstawiają wystarczająco dokładnie poziomu zanieczyszczenia związkami organicznymi. Badania przewodności umożliwiają wykrywanie związków jonowych, lecz wiele związków organicznych nie posiada ładunku elektrycznego. Badania pH umożliwiają wykrywanie kwasów i zasad, jednak niektóre związki organiczne mają niewielki lub żaden wpływ na pH wody. W rezultacie związki organiczne mogą nie zostać wykryte metodami tradycyjnymi. Gdy trafią one do kotła, wysoka temperatura i ciśnienie spowodują ich reakcję i utworzenie żrących kwasów. Doprowadzi to do uszkodzenia kotła, przyspieszając korozję i zmniejszając trwałość urządzeń.

Określanie dopuszczalnych poziomów TOC

Wydane zostały światowe wytyczne dotyczące kontrolowania poziomu zanieczyszczeń organicznych w wodzie doprowadzanej do kotłów. Określają one pomiar TOC jako narzędzie referencyjne do sprawdzania poziomu zanieczyszczeń i zwykle zalecają utrzymywanie stężenia TOC niższego niż 200 ppb. Ponieważ są to wytyczne ogólne, podczas określania dopuszczalnych poziomów TOC należy uwzględnić wysokie ciśnienie panujące w kotle. Im jest ono wyższe, tym poziom TOC w wodzie zasilającej powinien być niższy.

Poniżej przedstawiono zalecenia różnych organizacji:

• The American Society of Mechanical Engineers (ASME) – Konsensus dotyczący kontroli wody zasilającej i jakości wody przeznaczonej dla nowoczesnych kotłów przemysłowych

Ciśnienie kotła	Psig 0-450 0-3.10 (MPa)	451-900 3.11 – 6.21	901-2000 6.22 – 10.79
Nielotne TOC (mg/L)	< 1	< 0.5	<0.2

• EN 12952 – Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze oraz EN 12952-12 Wymagania dotyczące jakości wody zasilającej i wody kotłowej

Parameter	Woda zasilająca	Woda demineralizowana/do iniekcji
Organiczne TOC ISO 9245 (mg/L)	< 0.5	< 0.2

• Electric Power Research Institute (EPRI) zaleca mniej niż 100ppb lub µg/L TOC

• VGB, europejskie stowarzyszenie techniczne uzyskiwania zasilania i ciepła, zaleca mniej niż 200 ppb

W zamkniętych lub otwartych systemach chłodzenia, monitorowanie zawartości TOC pomaga identyfikować wycieki. Pozwala to podjąć odpowiednie działania mające na celu zapewnienie właściwej jakości wody oraz ochronę urządzeń i środowiska, jak też uniknięcie przerwania pracy fabryki.

Rzeczywiste przykłady przydatności monitorowania zawartości TOC

Poniższe przykłady podkreślają przydatność stosowania programów monitorowania zawartości TOC:

Rafineria w Teksasie identyfikuje źródła zanieczyszczeń i przywraca produkcję

W rafinerii w Teksasie (USA) kondensat zanieczyszczony olejem doprowadził do zabrudzenia kotła

i przerwania pracy. Implikacje finansowe spowodowane przez nieplanowane naprawy i zatrzymanie produkcji doprowadziły do zrewidowania przez rafinerię programu monitorowania czystości kondensatu. Badania stosowanych do tej pory metod pomiaru poziomu zanieczyszczeń organicznych wykazały, że nie zapewniają one wystarczającego limitu detekcji. W rezultacie wprowadzono program monitorowania kondensatu z zastosowaniem urządzenia Sievers* InnovOx Online TOC Analyzer. Obecnie rafineria jest w stanie identyfikować wycieki, lokalizować ich źródła oraz podejmować stosowane działania zapobiegawcze. Dane uzyskane dzięki analizie TOC pozwalają na maksymalne wykorzystanie kondensatu i zmniejszenie kosztów produkcji.

Elektrociepłownia parowo-gazowa Tennessee Valley Authority’s (TVA) zapobiega niepożądanym uruchomieniom kotła i wynikającym z niego kosztom dzięki analizie TOC

Elektrociepłownia parowo-gazowa Tennessee Valley Authority’s (TVA) wdrożyła program monitorowania wycieków glikolu do zamkniętego systemu chłodzenia wody. Glikol jest trudny

do wykrycia za pomocą metod tradycyjnych, takich jak badania pH lub przewodności. Dzięki wdrożeniu planu monitorowania zawartości TOC, możliwe było uzyskanie standaryzacji procedur i dokładne wykrywanie wycieków. Gdy poziom TOC wzrośnie w kondensacie powyżej 200 ppb, przedstawiane jest ostrzeżenie dla pracowników, którzy mogą podjąć natychmiastowe działania zapobiegające uszkodzeniu kotła.

Analiza zawartości TOC zapewnia jakość wody chłodzącej

Duży producent chemiczny wymagał otwartego system chłodzenia wody wolnego od zanieczyszczeń organicznych. Zakład ten pobierał wodę z miejscowej rzeki i używał jej do różnych procesów chłodzących, następnie woda wracała do rzeki. Aby uniknąć kar wynikających z przepisów środowiskowych oraz aby osiągnąć cele zrównoważonego rozwoju, zakład zainwestował w wydajny program monitorowania zawartości TOC. Wdrożenie programu monitorowania zawartości związków organicznych w wodzie pobieranej i odprowadzanej było kluczowe dla spełnienia wymagań norm jakościowych. Wymagało to zastosowania analizatora wystarczająco czułego, aby był w stanie wykrywać niskie poziomy zanieczyszczeń organicznych i przedstawiać wyniki w czasie rzeczywistym. Idealnym rozwiązaniem okazało się urządzenie Sievers M5310 C TOC Analyzer. Analizatory zostały zainstalowane w 19 punktach pomiarowych, w tym w 14 strumieniach wody odprowadzanej, trzech stacjach pomp i dwóch miejscach przetwórczych. Wdrożony program umożliwił monitorowanie odprowadzanej wody chłodzącej, pozwolił na uniknięcie kar finansowych oraz na osiągnięcie celów zrównoważonego rozwoju.

Wniosek

Dzięki programom monitorowania zawartości związków organicznych obejmujących analizę TOC, zakłady przemysłowe mogą łatwiej identyfikować wycieki i zapewnić stałą, optymalną jakość wody pozbawionej zanieczyszczeń organicznych. Możliwość szybkiego identyfikowania problemów i podjęcia natychmiastowych działań zaradczych pozwala uniknąć uszkodzeń sprzętu, niepotrzebnych przerw w pracy oraz nieplanowanych kosztów.