După toți acești ani în domeniu, am venit să vădrezervoare de stocare chimicăca una dintre cele mai înșelător de complexe echipamente din orice unitate industrială. Arata simplu-doar un container, într-adevăr. Dar specificarea, operarea și întreținerea corectă se bazează pe știința materialelor, mecanica fluidelor, ingineria coroziunii, instrumente și o încurcătură de reglementări de mediu și siguranță care par să se înmulțească în fiecare an.
Am văzut rezervoare care au funcționat timp de peste două decenii cu puțin mai mult decât înlocuiri de rutină a garniturii și retușări ocazionale de acoperire-. Am văzut, de asemenea, rezervoare care au dezvoltat fisuri de stres în trei ani de la instalare, scurgeri de substanțe chimice care au costat operatorul nu doar produse și amenzi, ci daune reputației care au durat ani de zile pentru a fi reparate.
De obicei, diferența nu este prețul de achiziție al rezervorului în sine-ci dacă echipa de ingineri a pus întrebările potrivite în timpul fazei de specificare. Acest articol este organizat în jurul acelor întrebări, extrase din proiecte la care am lucrat și greșeli pe care le-am văzut (și făcut).
Întrebarea întâi: Ce depozitați de fapt?
Știu că sună evident, dar am văzut mai mult de câteva proiecte călcând peste acest prim pas.
Cuvântul „chimic” acoperă o gamă enormă-de la floculanti pentru-apă-de băut la acid sulfuric fumos, de la uleiuri vegetale la temperatura ambiantă la soluții caustice fierbinți la 80 de grade, de la saramură complet inertă la monomeri care polimerizează la contactul cu aerul. Fiecare are cerințe diferite.
Regula mea este simplă: înainte de a specifica ceva, obțineți profilul chimic complet. Cel puțin, aveți nevoie de:
- Compoziția chimică și concentrația-aceasta determină compatibilitatea materialului
- Temperatura de funcționare și intervalul de temperatură-ratele de coroziune aproximativ duble pentru fiecare creștere cu 10 grade
- Greutatea specifică-determină sarcina hidrostatică pe carcasa rezervorului
- Presiunea vaporilor-vă indică dacă aveți nevoie de un design cu presiune-rată sau doar de o supapă de aerisire
- Profilul de impurități-urme de contaminanți sunt adesea mai agresivi decât componenta principală
Am lucrat la un proiect în care clientul a stocat acid sulfuric 98% într-un rezervor de FRP. Pe hârtie, compatibilitatea materialului arăta bine. La șase luni de la funcționare, peretele rezervorului a început să se înmoaie. Investigația a urmărit problema pentru a urmări contaminarea cu clorură în acid-foaia cu date despre coroziune a furnizorului acoperea „acid sulfuric pur”, dar nu a menționat interacțiunea clorurii și nimeni nu a surprins detaliile în timpul specificației.
Întrebarea a doua: Ce material ar trebui să utilizați?
Selectarea materialelor pentru rezervoarele de stocare chimică este unul dintre acele subiecte în care toată lumea are o părere și puțini sunt de acord. „Inoxidabilul este cel mai bun”, spun unii. „FRP vă oferă cel mai mult profit”, argumentează alții. „Oțelul carbon cu căptușeală este singura abordare fiabilă”, insistă un al treilea grup. Fiecare perspectivă are merite, dar niciuna nu spune întreaga poveste.
Iată defalcarea mea, pe baza a ceea ce am văzut de fapt lucrând în domeniu:
Oțel carbon cu căptușeală interioară
Aceasta este combinația clasică în depozitarea chimică. Oțelul oferă rezistență structurală; căptușeala-cauciuc, PE, PVDF sau sticlă-topită-cu-oțel-oferă bariera împotriva coroziunii. Costul este gestionabil, iar gama de aplicații este largă. Dezavantajul este că, odată ce căptușeala este spartă, substratul din oțel carbon se corodează rapid, iar reparațiile necesită de obicei scoaterea din funcțiune a rezervorului, golirea, curățarea, șlefuirea și reacoperirea-un proces lung și costisitor. Am văzut un proiect în care un rezervor căptușit-de cauciuc a dezvoltat o fisură la o cusătură de sudură după cinci ani de funcționare. Acidul s-a infiltrat și, în trei luni, placa de oțel de dedesubt a fost perforată.
Oţel inoxidabil
304 și 316 sunt calitățile pe care majoritatea le cunosc, dar pentru depozitarea chimică, aveți nevoie adesea de aliaje mai mari-904L, 2205 duplex sau 6% molibden super-austenitice. Marele avantaj este că inoxul nu are nevoie de o căptușeală separată; stratul de oxid pasiv se auto-vindecă atâta timp cât clorurile și temperatura rămân în limite acceptabile. Dar costul este de câteva ori mai mare decât cel al oțelului carbon și, dacă greșiți calitatea-să zicem, 304 într-o coroziune care prezintă clorură-conținând zgârieturi poate progresa mai repede decât coroziunea uniformă a oțelului carbon.
Plastic armat-fibră de sticlă (FRP)
FRP ocupă terenul de mijloc: temperaturi moderate, corozivitate moderată. Avantajele sunt construcția fără sudură, suprafața interioară netedă și rezistența bună la coroziune. Dezavantajele includ pierderea semnificativă a rezistenței peste 80 de grade și calitatea care depinde în mare măsură de munca manuală de așezare-două rezervoare din același magazin pot avea performanțe semnificativ diferite.
Polietilenă de înaltă densitate (HDPE)
Pentru stocarea la-temperatura ambientală, la-presiune atmosferică a substanțelor chimice ne-oxidante, HDPE este greu de depășit din punct de vedere al costului. Rezistă la majoritatea acizilor, bazelor și soluțiilor de sare. Dar nu poate face față la temperaturi ridicate (de obicei, nu peste 60 de grade), are o rezistență slabă la solvenții organici și, în caz de incendiu, un rezervor HDPE se va topi și se va prăbuși, eliberând fum toxic.
Întrebarea trei: atmosferă sau presiune{0}}evaluată?
Aceasta este una dintre acele întrebări care este subestimată tot timpul. Multe substanțe chimice au o presiune scăzută a vaporilor la temperatura camerei, așa că un rezervor atmosferic pare adecvat. Dar adăugați căldura de vară,rezervorrespirație și comprimarea spațiului de cap în timpul umplerii, iar presiunea reală poate fi mult peste cea ambientală.
Îmi amintesc un caz în care un client a stocat un solvent moderat volatil cu o presiune de vapori de doar 0,5 kPa la temperatura camerei. Au folosit un rezervor atmosferic cu o aerisire standard. Într-o zi de vară de 38 de grade, presiunea vaporilor din interior a urcat la 8 kPa. Orificiul de ventilație nu a putut ține pasul, iar acoperișul s-a bombat-din fericire fără să se rupă, dar carcasa a fost deformată permanent.
De la acel proiect, am tratat „atmosferic” cu prudență. Pentru orice substanță chimică cu o presiune a vaporilor de peste 1 kPa, recomand fie un design cu presiune-rată, fie, cel puțin, supape de aerisire de dimensiuni generoase și dispozitive de evacuare de urgență. API 620 acoperă presiuni de până la 15 psig (aproximativ 103 kPa); mai sus, vă aflați pe teritoriul ASME Secțiunea VIII.
Întrebarea a patra: care standard de proiectare se aplică?
Proiectarea și fabricarea rezervoarelor de stocare chimică implică mai multe standarde, iar alegerea este adesea determinată mai puțin de preferințele tehnice decât de cerințele de reglementare la locul de instalare.
În S.U.A., API 650 și API 620 sunt soluționarea-la standardele pentru stocarea atmosferică și la presiune joasă-. ASME Secțiunea VIII acoperă vasele sub presiune. Pentru rezervoarele mai mici, se face referire frecvent la UL 142. În Europa, EN 13445 oferă cadrul. Sistemul armonizat global (GHS) al ONU se adresează în primul rând clasificării și etichetării, dar influențează și selecția rezervoarelor și semnalizarea.
Iată o complicație cu care m-am confruntat de mai multe ori: proiecte multinaționale în care proprietarul specifică standardele SUA, dar fabricarea are loc în China-„designed to API, built in China”. În acest scenariu, codul de proiectare și codul de fabricație trebuie să se alinieze. Un rezervor proiectat API 650 construit în China încă trebuie să îndeplinească cerințele chineze pentru calificarea sudorului, procedurile NDT și retestarea materialelor. Diferențele dintre standarde necesită un inginer cu experiență pentru a rezolva; în caz contrar, ajungi cu conflicte precum „design API, inspecție chineză” care pot bloca un proiect săptămâni întregi.
Am lucrat la un proiect în care designul era specificat conform API 650, dar echipa de fabricație era obișnuită cu GB 50341, standardul chinezesc pentru rezervoarele de stocare verticale cilindrice din oțel. Cele două standarde diferă în calculele grosimii peretelui, coeficienții îmbinărilor de sudură și ratele de eșantionare NDT. Numai examinarea desenului a durat mai mult de o lună și a trebuit să chem un consultant terț-pentru a face o comparație--coală înainte de a putea găsi o soluție care să satisfacă ambele cadre.
Întrebarea cinci: Ce se întâmplă dacă se scurge?
O întrebare pe care nimănui nu îi place să o pună-pentru că recunoaște posibilitatea eșecului. Dar ingineria nu se bazează pe speranță; avem de a face cu „ce-ar fi dacă”.
Pentru depozitarea substanțelor chimice, izolarea secundară necesită o atenție serioasă. Instalațiile supraterane folosesc în mod obișnuit diguri de beton în jurul fermei de rezervoare, dimensionate pentru a susține cel puțin 110% din volumul celui mai mare rezervor (125% în unele jurisdicții). Podeaua digului are nevoie de o acoperire de reținere, un șanț de drenaj și o groapă de colectare cu o pompă de transfer, astfel încât orice substanță chimică eliberată să poată fi mutată rapid într-un rezervor de stocare de urgență sau într-un sistem de tratare.
Rezervoarele subterane-mai puțin obișnuite în fabricile chimice, dar încă acolo-utiliză de obicei construcție cu perete dublu-cu senzori de detectare a scurgerilor în spațiul interstițial. Dacă peretele interior se sparge, eliberarea este conținută în spațiul inelar și declanșează o alarmă înainte ca orice contaminare să ajungă în sol.
Am lucrat la un proiect de chimie fină în care proprietarul a luat în serios izolarea secundară-fiecare dig a rezervorului avea propriul senzor de nivel legat de sistemul central de alarmă din camera de control. La trei ani de la funcționare, un rezervor care conținea un intermediar acid a dezvoltat o fisură la nivelul cusăturii de sudură de jos. O cantitate mică de acid s-a infiltrat în dig. Senzorul a declanșat o alarmă când nivelul lichidului a crescut cu doar 2 mm. Echipa de operațiuni a transferat conținutul și a curățat digul în 20 de minute. Pierderea reală din acel incident, dacă senzorul nu ar fi fost acolo, ar fi fost probabil un rezervor plin de material, beton deteriorat de atacul cu acid și o investigație a agenției de mediu.
Întrebarea șase: Cine o întreține și cum?
Întreținerea rezervoarelor de stocare chimică nu este știință rachetă, dar diferența dintre bine și rău este în întregime în detalii.
Iată o listă de verificare de întreținere de bază pe care am dezvoltat-o de-a lungul anilor, aplicabilă majorității instalațiilor de rezervoare chimice:
- Săptămânal-Inspecție vizuală a exteriorului carcasei, a conexiunilor de conducte, a flanșelor, a supapelor și a digului. Ce să căutați: picături, decolorare, pete de rugină, acoperiri cu vezicule, șuruburi slăbite.
- Lunar-Verificați instrumentele și alarmele. Supapele de aerisire funcționează liber? Indicatorul de nivel este precis? Senzorii de temperatură citesc corect?
- Trimestrial-Verificați protecția catodă dacă este instalată. Măsurați potențialele și comparați cu citirile anterioare; cauta tendinte descendente.
- -Testarea anuală a grosimii cu ultrasunete la punctele selectate ale grilei de pe carcasă și placa de jos. Comparați grosimea rămasă cu valorile de proiectare; calcula viteza de coroziune.
- La fiecare 3-5 ani-Inspecție internă. Scurgeți, curățați și ventilați rezervorul; un inspector autorizat intră pentru a examina placa inferioară, carcasa, acoperișul și corturile de sudură. Inspecția internă găsește lucruri pe care UT le scapă, în special fisurarea prin coroziune sub tensiune în zonele afectate de căldură de sudură.
- Căptușeală/acoperire-După nevoie. Retușați semnele timpurii de degradare-cretărire, crăpare, sângerare de rugină la margini-înainte ca defecțiunea să devină larg răspândită.
- Îmi amintesc de un supervizor de întreținere la un loc, care era cunoscut pentru că era obsesiv. În fiecare dimineață, mergea prin ferma de rezervoare cu un caiet mic și nota orice „anomalie”-chiar și doar un fir de rugină pe un singur șurub. Oamenii au crezut că e peste cap. Dar cinci ani mai târziu, acea unitate nu a avut nici un incident de scurgere. Când alte plante au trimis oameni să învețe de la ele, el a rezumat-o într-un mod pe care nu l-am uitat niciodată: "Nu există niciun secret. Mă uit doar la ei în fiecare zi".
Monitorizare inteligentă: un instrument, nu un înlocuitor
În ultimul deceniu, tehnologia IoT a devenit din ce în ce mai comună în senzorii de nivel-de monitorizare a rezervoarelor chimice, senzorii de temperatură, transmițătoarele de presiune, chiar și monitorizarea emisiilor acustice. Costurile au scăzut, iar capacitățile s-au extins semnificativ.
E un lucru bun. Dar voi oferi o atenție: sistemele inteligente de monitorizare sunt instrumente, nu înlocuitori pentru raționamentul uman.
Am văzut un proiect în care proprietarul a investit masiv într-un sistem cuprinzător de monitorizare a IoT, apoi a decis că pot reduce inspecțiile manuale de la zilnic la săptămânal-, având încredere că sistemul va detecta orice important. Apoi, într-o zi, un senzor a semnalat o citire de nivel anormală. Operatorul s-a uitat la el în camera de comandă, a dat din umeri ca deplasarea senzorului și nu a făcut nimic. Două zile mai târziu, un miros chimic puternic s-a dezvoltat în zona rezervorului-câteva sute de litri se scursese printr-o cusătură de jos.
Ancheta a concluzionat că senzorul a fost precis. Problema a fost încrederea excesivă a-echipei de operare pe sistem și instruirea necorespunzătoare pentru răspuns. Prinseseră obiceiul de a respinge alarmele drept „false pozitive” fără un protocol de verificare adecvat.
În zilele noastre, recomandarea mea către clienți este simplă: instalați sistemul de monitorizare inteligent prin toate mijloacele, dar nu reduceți frecvența inspecțiilor manuale. Sistemul vă ajută să monitorizați 24/7, dar este nevoie de experiență umană pentru a decide dacă o anomalie este o alarmă falsă sau o amenințare reală.
Concluzie: selecția nu este sfârșitul{0}}Este începutul
În timp ce scriam acest articol, m-am tot întors la o întrebare: dacă aș putea da un singur sfat cuiva care lucrează la un proiect de rezervor de stocare chimică, care ar fi acesta?
După multă gândire, iată răspunsul meu: nu trata acest proiect ca pe o „achiziție de rezervor”.
Specificarea unui rezervor de stocare chimică nu înseamnă răsfoirea unui catalog de furnizori, compararea prețurilor și plasarea unei comenzi. Este un exercițiu de inginerie a sistemelor-care începe cu o analiză amănunțită a proprietăților substanței chimice, trecând prin selecția materialelor, determinarea codului de proiectare, supravegherea calității fabricării, instalare și punere în funcțiune, apoi se extinde în decenii de management operațional.
Proiectele pe care le-am văzut reușind au tratat toate rezervorul ca parte integrantă a sistemului de producție, nu doar „un loc pentru a pune lucruri”. În acele proiecte, inginerul de specificații și echipa de operațiuni s-au așezat împreună și au discutat despre fiecare scenariu-cum va intra și ieși materialul? Cum îl vom curăța? Cum îl vom inspecta? Cum o vom repara? Ce se întâmplă dacă se scurge? Odată ce ați rezolvat toate acestea, rezervorul pe care îl selectați va funcționa bine.
Valoarea contabilă a unui rezervor de stocare chimică poate fi de 20 sau 30 de ani. Dar durata de viață reală depinde de cât de mult ai gândit la etapa de specificare. Un rezervor care a fost specificat în mod corespunzător va funcționa în continuare fiabil în anul 30. Un rezervor care a fost ales întâmplător poate deveni cea mai mare durere de cap de siguranță a fabricii înainte de anul cinci.
Am scris acest articol pentru a împărtăși o parte din gândurile pe care le-am acumulat de-a lungul anilor, în speranța că îi ajută pe oamenii care fac această muncă să evite unele dintre greșelile pe care le-am văzut. Dacă găsești ceva util, atunci a meritat efortul.