Technieken voor het winterklaar maken van apparatuur voor instrumentatie-installaties met een kleine boring
Oplossingen voor de veilige aansluiting van instrumentatieleidingen in systemen.
Auteur: Spencer Nicholson, Product Manager, Parker Hannifin Manufacturing Ltd, Instrumentation Products Division, Europe
In de afgelopen jaren is het aantal grootschalige olie- en gasverwerkingsfabrieken op afgelegen locaties zoals de Arctische regio's aanzienlijk toegenomen. Naast uitzonderlijk lage temperaturen omvatten de extreme omgevingsomstandigheden in dergelijke gebieden sneeuw, ijs en hoge windsnelheden, vaak met bewegend zee-ijs. De complexiteit en risico's van het werken onder deze zware omstandigheden zijn aanzienlijk. Instrumentatie voor buitengebruik is hier een voorbeeld van; er moeten speciale maatregelen worden genomen om de regel- en meetapparatuur afdoende te beschermen om de veiligheid en betrouwbaarheid van de installatie te garanderen.
Producten van het merk Parker, zoals A-Lok-koppelingen en -buizen, hebben hun betrouwbaarheid in de loop der jaren bewezen in omgevingen met lage temperaturen. Vanwege de verschillen in omgevingstemperatuur besteden klanten echter meer aandacht aan de speciale materialen en oplossingen die nodig zijn om corrosieproblemen en verlies van apparatuur te voorkomen.
De behoefte aan een efficiënte overwintering van apparatuur is niet beperkt tot nieuwe locaties. Warmteverlies door slechte isolatie is ook vaak een probleem in bestaande fabrieken, wat leidt tot een onnodig hoog energieverbruik en extra bedrijfskosten. Veel van de raffinaderijen in Oost-Europa zijn bijvoorbeeld 50-60 jaar geleden gebouwd in de tijd van de Sovjet-Unie, en zijn nu verouderd en moeten worden gemoderniseerd. Bijna alle procesinstallaties beschikken over instrumentatie buiten. Welke maatregelen u moet nemen om uw installatie winterklaar te maken, hangt af van een aantal factoren, zoals de locatie van de installatie, de meest ongunstige omgevingsomstandigheden en het type verwarming (elektrisch of stoom) dat wordt gebruikt. Parker biedt een compleet assortiment aan winterklare producten, waaronder speciale spruitstukken, verwarming, geïsoleerde behuizingen en verwarmingsbuizen, waarmee instrumentatietechnici de optimale oplossing voor elk type toepassing kunnen implementeren.
De instrumentatieverdeelstukken van Parker zijn verkrijgbaar in versies die speciaal zijn ontworpen voor montage op de basis of achterin in beschermende behuizingen. Deze verdeelstukken bieden onbeperkte toegang tot proces-/ontluchtingsaansluitingen en nemen interne leidingaansluitingen weg om het aantal mogelijke lekkagepunten te minimaliseren. Ze bieden ook voldoende vrij oppervlak voor het bevestigen van een contactblokverwarming. Een contactblokverwarming voert warmte af door geleiding (wat veel efficiënter is dan convectie) en moet op het platte oppervlak van een geleidend materiaal, zoals metaal, worden gemonteerd. Eén bout is over het algemeen voldoende om de verwarming te bevestigen. De spruitstukken van Parker voor montage aan de onderzijde en achterzijde zijn geschikt voor verwarmingsblokken met stoom of elektrische verwarmingsblokken en geleiden voldoende warmte om bevriezing te voorkomen of om de procestemperatuur van de vloeistof of het gasmedium te behouden. Dit soort verdeelstukken helpt ook om warmte naar de instrumentatie te geleiden, evenals naar de proces- en ontluchtingsaansluitingen.
Een punt dat het vermelden waard is, betreft het type materiaal dat wordt gebruikt voor afdichtringen. Grafoil-afdichtingen tussen het verdeelstuk en de transmitter kunnen gevaar opleveren. Dit lijkt het gevolg te zijn van het risico dat het afdichtingsmateriaal door bevroren vloeistof uitzet, waardoor de afdichting kan verbreken. Tests hebben uitgewezen dat bij een temperatuur van -55 ˚C de afdichtingsringen gaan lekken. Daaropvolgende visuele inspectie toonde aan dat de schade werd veroorzaakt door vloeistof/ijs bij lage temperatuur, en niet door een onjuiste montage of een defect onderdeel. Als de temperatuur het toelaat, kan het probleem worden opgelost door de grafietafdichtingen te vervangen door PTFE-afdichtingen. Hoewel PTFE-afdichtingen mogelijk beschadigd raken door brand of hoge temperaturen, zijn ze veel minder vatbaar voor materiaalverandering bij lage temperaturen.
Beschermende behuizingen voor extreme kou
Het specificeren van een behuizing voor veldgebaseerde instrumentatie is geen onbelangrijke taak – de behuizing moet een robuuste structurele integriteit en een lange levensduur hebben – bij voorkeur met weinig of geen eigen onderhoud. De kosten voor het onderhoud van sommige soorten buitenbehuizingen en de gemonteerde componenten, met name op afgelegen of moeilijk bereikbare locaties, kunnen aanzienlijk zijn. Nog meer inspanning is vereist wanneer de omgevingsomstandigheden uitdagend zijn, zoals wanneer bescherming tegen extreme kou, vorst en condensatie vereist is.
Isolatie maakt een groot verschil voor de prestaties van de behuizing. Om dezelfde interne temperatuur te behouden, vereisen geïsoleerde behuizingen meestal slechts een zesde van het verwarmingsvermogen van niet-geïsoleerde behuizingen. Als componenten moeten worden beschermd tegen lage temperaturen, is een contactverwarming een ideale manier om de behuizing warm te houden en is deze goedkoper dan andere vormen van verwarming. Het belangrijkste criterium voor elke behuizing die is ontworpen om instrumentatie te beschermen tegen extreme kou, is de thermische geleidbaarheid. Hoe hoger de geleidbaarheid, hoe groter het warmteverlies naar de externe omgeving. Hoe groter het verschil tussen interne en externe temperaturen, hoe hoger de bedrijfskosten, die alleen worden beperkt door de thermische isolatiekwaliteit van de behuizing. Zelfs zwaar geïsoleerde metalen verbindingen fungeren als thermische snelkoppelingen, die de binnenkant van de behuizing effectief koppelen aan de externe omgeving. Parker heeft veel ervaring met het leveren van volledig gemonteerde behuizingen met vooraf geïnstalleerde componenten die betrouwbaarder zijn en eenvoudiger te monteren zijn in de juiste fabrieksomstandigheden in plaats van ter plaatse in een koude omgeving. Een optimale thermische isolatie bespaart veel energie.
Geprefabriceerde buisbundels
Buisbundels omvatten een of meer procesbuizen, stoom- of elektrische verwarming, isolatie en een mantel. Ze worden meestal gebruikt om te voorkomen dat stroperige materialen bevriezen, om gascondensatie te voorkomen en om procestemperaturen te handhaven in toepassingen zoals instrumentbemonstering en impulsleidingen. Geprefabriceerde buisbundels worden over het algemeen als veiliger en betrouwbaarder beschouwd dan handgemaakte oplossingen, maar sommige gebruikers denken dat ze duurder zijn vanwege de materiaalkosten. Geprefabriceerde bundels kunnen echter veel sneller worden geïnstalleerd.
Dit vermindert de hoeveelheid werk die in het veld moet worden verricht, wat betekent dat zelfs wanneer rekening wordt gehouden met materiaalkosten, geprefabriceerde buisbundels leiden tot lagere totale projectkosten. Hoewel het niet zo voor de hand liggend is, is corrosie een andere bedreiging waarmee rekening moet worden gehouden bij gebruik van handgemaakte isolatie. Een typisch voorbeeld is wanneer corrosie zich voordoet onder een losse isolatielaag. De ruimtes met 'gas/olie/chemicaliën' die kunnen ontstaan als gevolg van lekken tussen de handgemaakte isolatie en de buizen, kunnen ook corrosieproblemen veroorzaken. De belangrijkste voordelen van geprefabriceerde buisbundels ten opzichte van handgemaakte oplossingen zijn:
- Verbeterde transmitternauwkeurigheid en herhaalbaarheid door het elimeneren van impulsleidingen
- Kleinere afmetingen en minder gewicht, minder belasting van de procesleidingen
- Toepassingsspecifiek ontwerp zorgt voor betrouwbare en voorspelbare prestaties
- Geëxtrudeerde buitenmantel biedt superieure bescherming tegen weersinvloeden
- Eenvoudiger hanteren verkleint het risico op verminderde prestaties als gevolg van installatiefouten
- Kosteneffectiever dankzij kortere installatietijd
De geprefabriceerde buisbundels van Parker bieden het extra voordeel dat ze verkrijgbaar zijn met een keuze uit een bekabelde of parallelle constructie (veel fabrikanten bieden alleen de laatste aan). De belangrijkste voordelen van bekabelde buisbundels zijn:
- Verminderde spanning op buizen wanneer buigen vereist is
- Vereist minder ruimte in buis of kabelgoot
- Buizen blijven bij elkaar in bochten
- Ideaal voor projecten met meerdere lange oplagen en bochten met meerdere vlakken
Het systeem moet veilig worden aangesloten om vloeistoffen en gassen te transporteren, om een proces op temperatuur te houden of boven het dauwpunt te blijven, om personeel te beschermen tegen hete leidingen en om leidingen te beschermen tegen corrosie. Hierom worden meestal bundels met verwarmingsbuizen gebruikt voor verdeelstukken en ontlastventielen, en voorgeïsoleerde buizen worden gebruikt voor het traceren van grote leidingen en condensaatretourleidingen/-systemen.
De isolatie is meestal ontworpen voor extreem koude omgevingen en is doorgaans bestand tegen cryogene temperaturen tot -180 ˚C. Het is echter niet altijd duidelijk hoe de juiste isolatie moet worden gekozen, vooral niet wanneer de temperatuur in een koude omgeving over enige afstand moet worden gehandhaafd. Het warmteverlies is uiteraard het kleinst in het midden van de bundel en het grootst aan de rand van de isolatie. De belangrijkste criteria waarmee instrumentatietechnici rekening moeten houden voordat ze de isolatie specificeren, zijn de afstand die de vloeistof of het gas moet afleggen, de omgevings- en vloeistoftemperaturen en de buitendiameter en het materiaal van de leidingen. In het geval van elektrische verwarming is de bedrijfsspanning van de verwarmingskabel ook een belangrijke overweging.
Tegenwoordig zijn er veel verschillende soorten buisbundeltechnologie voor het winterklaar maken van instrumentatie, waardoor systeemontwerpers en installateurs een breed scala aan opties hebben. Het productassortiment van Parker omvat voorgeïsoleerde buizen en geprefabriceerde versies van alle hoofdcategorieën van bundels met verwarmingsbuizen, met een keuze uit acht verschillende soorten buismantelmaterialen die het beste bij de toepassing passen. Parker vervaardigt elke buis of buisbundel met behulp van een eigen isolatieproces, waarbij de eerste laag in één richting wordt gewikkeld met een overlappende laag en vervolgens de volgende laag in de tegenovergestelde richting wordt gewikkeld en overlapt. Als er een derde isolatielaag nodig is, wordt deze in de tegenovergestelde richting van de tweede laag gewikkeld.
Dit constructieproces betekent dat installateurs in staat zijn om de geïsoleerde buis of buisbundel rechtstreeks van een haspel door de kabel of buissteunbakken in de fabriek te trekken en met bochten en krommingen in elke richting zonder de mogelijkheid van de buis of verwarmingskabel die door de isolatielagen naar buiten komen. Dit helpt voorkomen dat er zich 'hot spots' of 'cold spots' vormen over de lengte van de installatie, die zich voordoen bij handgemaakte isolatie.
Een bijzonder belangrijk aspect betreft de eindafdichting van geprefabriceerde geïsoleerde buizen of buisbundels; het is van essentieel belang dat het isolatiemateriaal droog wordt gehouden om langdurige prestaties te garanderen. De installateur moet deze procedure zorgvuldig uitvoeren en de juiste afdichtingsproducten en -technieken gebruiken.
Levering vanaf één bron
Nu operators zich in een steeds grimmerige omgeving begeven, wordt het garanderen van een veilige en betrouwbare werking op lange termijn van olie- en gasverwerkingsfabrieken een nog grotere uitdaging. De behoefte aan het efficiënt winterklaar maken van apparatuur is nog nooit zo groot geweest en vereist innovatief denken en in de praktijk bewezen oplossingen. Het aanschaffen van de verschillende toepassingsspecifieke spruitstukken, geïsoleerde behuizingen en verwarmingsbuizen hoeft niet lastig te zijn. Hoewel corrosie een kleine bedreiging lijkt in koude omstandigheden, moet men rekening houden met temperatuurgradiënten: een aantal velden (bijv. Kasjagan in Kazachstan) kennen extreem koude winters (minus 50 °C) en extreem hete zomers (tot 40 °C).
Bij Parker bieden we producten die zijn vervaardigd van corrosiebestendige legeringen (bijv. 6Mo, 625) als aanvulling op standaard roestvrijstalen materialen, en we hebben ruime ervaring opgedaan met het produceren van niet-standaard oplossingen. Een voorbeeld van zo'n oplossing zijn Shell TAMAP 2-startventielen die kunnen werken binnen een temperatuurbereik van min 50 °C tot plus 150 °C, wat een belangrijk voordeel is ten opzichte van standaardventielen die bepaalde temperatuurlimieten hebben. Samenvattend: tegenwoordig kiezen steeds meer klanten voor Parker Hannifin omdat het de expertise en het uitgebreide productaanbod heeft om te helpen bij elke fase van het winterklaar maken van apparatuur; van eenmalige items tot complete onderdelensets of volledig geassembleerde systemen.
www.parker.com
