Oxigénmérés inertizáláshoz és tartályvédelemhez

Mennyi oxigén a túl sok?

A vegyipari, petrolkémiai, gyógyszeripari és biotechnológiai folyamatokban már kis mennyiségű oxigén is befolyásolhatja a termékminőséget és a folyamatbiztonságot. Oxidálhatja az érzékeny köztitermékeket és hatóanyagokat, nemkívánatos mellékreakciókat indíthat el, gyúlékony anyagok jelenlétében pedig gyújtóképes elegy kialakulásához vezethet.

Erre ad megoldást az inertizálás és a takarógázas tartályvédelem (blanketing): a zárt rendszer légterét inert gázzal – jellemzően nitrogénnel – cserélik le, így az oxigénkoncentráció egy előre meghatározott, biztonságos szint alatt marad. A cél tehát nem feltétlenül az oxigén teljes kizárása, hanem a határérték megbízható betartása. Hogy ez a határérték pontosan hol van, az mindig az adott anyagtól, a technológiától és a kockázatértékeléstől függ.

Inertizálás és takarógázas védelem

Inertizálás

Az inertizálás során a zárt rendszerből – reaktorból, tartályból vagy csővezetékből – a folyamat indítása előtt eltávolítják a levegőt, és vele az oxigént és a nedvességet, jellemzően nitrogénes öblítéssel. Így megelőzhető az oxidáció, a korrózió, a termék bomlása és a gyulladás kockázata.

Az öblítés alatt a rendszer minden nyílását lezárják, hogy ne jusson be levegő, és egyenletes nitrogénáramot biztosítanak. Amikor a mért oxigénszint a kívánt érték alá csökken – sok alkalmazásban jellemzően 2–5 V/V% alá –, a nitrogénáram fokozatosan mérsékelhető, és a folyamat biztonságosan indulhat. Az eljárást szakaszos (batch) és folyamatos rendszerekben egyaránt alkalmazzák.

Takarógázas védelem (blanketing)

A takarógázas védelemnél (angolul blanketing vagy padding) a tárolótartályban vagy reaktorban lévő folyadék fölé inert gázpárnát képeznek. A nitrogénpárna kiszorítja az oxigént és csökkenti a páratartalmat, így védi a terméket az oxidációtól és a szennyeződéstől, gyúlékony anyagoknál pedig a gyulladás kockázatát is mérsékli.

A gáztér a tartály töltésekor és ürítésekor folyamatosan változik, ezért a nitrogénadagolást pontos szelepvezérléssel és folyamatos oxigénméréssel érdemes összehangolni. A Hamilton optikai szenzorai valós idejű visszajelzést adnak, így a nitrogénáram automatikusan a szükséges szinthez igazítható.

Meddig kell csökkenteni az oxigénszintet?

A legnagyobb megengedett oxigénkoncentráció (angolul MPOC, maximum permissible oxygen concentration) az a legmagasabb oxigénszint, amely mellett egy inertizált rendszer még biztonságosan üzemeltethető. Ezt a gyúlékony elegy kialakulásához szükséges oxigénszint alatt, megfelelő biztonsági tartalékkal határozzák meg; ez a határ anyagtól függően jellemzően 5–14 V/V% között van. Normál üzemben az oxigénszintet az MPOC-nál is jóval alacsonyabban tartják.

A pontos érték anyagonként és technológiánként eltér, és meghatározásában az iparági előírások, a vállalati szabályok és a telephelyi kockázatértékelés is szerepet játszik. A „mennyi oxigén a túl sok?” kérdésre ezért a szakmailag helyes válasz mindig az, hogy alkalmazásfüggő.

Hol használják?

Az oxigénszenzor közvetlenül vagy csatlakozó csővezetéken keresztül, inline építhető be többek között az alábbi berendezésekbe:

• reaktorok, keverős tartályok és kolonnák;

• centrifugák és vákuumszűrők;

• őrlő- és keverőüzemek;

• tartályparkok és konténerek;

• szárítók és silók;

• töltősorok;

• olaj- és üzemanyag-vezetékek.

Iparági példák

Vegyipar: a reaktorokban és tárolóedényekben a nitrogén kiszorítja az oxigént, így megelőzhetők a nemkívánatos reakciók, és megőrizhető a reaktív vegyületek minősége. Polimergyártásnál az inert atmoszféra egyenletes termékminőséget és biztonságosabb polimerizációt tesz lehetővé.

Gyógyszeripar: az oxidációra és nedvességre érzékeny hatóanyagok (API-k) gyártásánál és tárolásánál a nitrogénes inertizálás és takarás segít megőrizni a stabilitást és a hatásosságot. Steril töltősorokon a töltés előtti nitrogénes öblítés eltávolítja az oxigént és a nedvességet, ami javítja a készítmény eltarthatóságát.

Biotechnológia: anaerob folyamatoknál a bioreaktor nitrogénes inertizálása biztosítja a sejttenyészetek számára szükséges oxigénmentes környezetet.

Finomítók és petrolkémia: a nyersolaj-tárolótartályok nitrogénes takarása mérsékli az oxidációt, valamint a tűz- és robbanásveszélyt.

Tárolás és szállítás: gyúlékony folyadékok, oldószerek, éghető porok vagy étolajok tárolásánál és logisztikájánál az inert gázpárna védi a termék minőségét, és csökkenti a tűzkockázatot.

Élelmiszer- és italipar: étolajtartályoknál a nitrogénpárna lassítja az avasodást, a palackozósorokon az inert gázas öblítés megőrzi az ital frissességét, a kávé, az olajos magvak, az aszalt gyümölcsök vagy a fűszerek csomagolásánál pedig a nitrogén védi az ízeket és az aromákat.

Miért nem elég önmagában az inertizálás?

Az inertizálás hatékonysága sok esetben csak akkor ellenőrizhető megbízhatóan, ha az oxigénszintet valós időben, folyamatosan mérik. Visszajelzés nélkül nem derül ki, hogy a kívánt oxigénszint valóban fennáll-e, és mikor van szükség beavatkozásra.

A dinamikus vagy biztonságkritikus folyamatokban az időszakos mintavétel önmagában nem feltétlenül ad megfelelő időbeli felbontást: egy reaktív közegben percek alatt is bekövetkezhet olyan változás, amelyet egy offline mérés nem jelez időben. Az online, inline oxigénmérés ezért számos alkalmazásban fontos biztonsági eszköz – a megfelelő monitorozási megoldást azonban mindig az adott technológia és a kockázatértékelés határozza meg.

Hamilton optikai oxigénszenzorok A Hamilton Process Analytics több mint 30 éve fejleszt folyamatanalitikai szenzorokat. Optikai oxigénszenzorai lumineszcens elven mérnek: nincs bennük elektrolit, nem igényelnek polarizálást, ezért beépítés után gyorsan üzemkészek, és hosszú távon is kevés karbantartást igényelnek. Gáz- és folyadékfázisban egyaránt mérnek, így az inertizált gáztérben is alkalmazhatók. VisiFerm mA Optikai oxigénszenzor robbanásveszélyes környezetbe, kétvezetékes 4–20 mA kimenettel és digitális HART-kommunikációval. Az ODO H3 vagy H4 szenzorsapkával akár 80%-kal kevesebb kalibrálást igényel. VisiTrace mA A nyomnyi oxigénkoncentrációk mérésére optimalizált változat, ugyanazzal a robbanásvédett, 4–20 mA/HART kialakítással. Akkor jó választás, ha a folyamat nagyon alacsony oxigénszintet követel meg. Előnyök inertizálásnál és tartályvédelemnél Gyors válaszidő: a gyors szenzorválasz lehetővé teszi az oxigénszint változásainak gyors észlelését, támogatva az időben történő beavatkozást. Stabil mérés: a szenzorok ellenállnak a kémiai közegek hatásainak, és hosszú távon is stabil, pontos eredményt adnak. Öndiagnosztika: a beépített diagnosztika valós idejű visszajelzést ad a szenzor és a szenzorsapka állapotáról, segítve a nem tervezett leállások megelőzését. Csökkentett karbantartás: nincs elektrolitcsere, az ODO szenzorsapka állapota követhető, és szükség esetén egyszerűen cserélhető. Egyszerű integráció: a Hamilton Arc intelligens szenzorok integrált transmitterrel és digitális kommunikációs lehetőségekkel egyszerűsítik a folyamatirányító rendszerbe történő bekötést. VisiFerm mA – főbb műszaki adatok Mérési elv: oxigénfüggő lumineszcencia-kioltás, hőmérséklet-kompenzációval Mérési tartomány gázfázisban: 100–600 000 ppm (0,01–62,85 V/V%) Kimenet: kétvezetékes 4–20 mA, HART 7, Bluetooth Robbanásvédelem: ATEX, IECEx, UKEx, CSA Üzemi hőmérséklet: −20 … 140 °C (oxigénmérés 85 °C-ig) Nyomástartomány: −1 … 12 bar(g)

Gyakorlati példa: oxigénmérés ATEX-centrifugákban

A spanyol RIERA NADEU ipari szeparációs és szárítóberendezéseket gyárt vegyipari, gyógyszeripari, valamint olaj- és gázipari ügyfeleknek. ATEX-besorolású centrifugáinak szellőzőzónájában korábban külön transmitterrel működő amperometriás oxigénszenzorokat használt, amelyek sok karbantartást igényeltek, terjedelmesek voltak, és rövid volt az élettartamuk.

A Hamilton VisiFerm mA optikai szenzorokra (FlexiFit TC 1,5" házzal) való áttérés egyszerűsítette a rendszert: a külső transmitter elmaradt, a 4–20 mA-es jelkimenet megmaradt, a kompakt szenzor könnyebben elhelyezhető, az Arc-funkciók és a mobilról Bluetooth-on elérhető ArcAir szoftver pedig leegyszerűsítették a karbantartást. Megszűnt az elektrolitcsere és a hosszadalmas polarizálás, a kalibrálási igény jelentősen csökkent. A különösen korrozív közegekhez a Hamilton HASTELLOY® kivitelű OEM-változatot is készített.

Az eredmény pontosabb és stabilabb oxigénkontroll, biztonságosabb és költséghatékonyabb üzem. A gyártó a jó tapasztalatok alapján ATEX-környezetben működő szárítóinál is bevezeti a megoldást.

Mire érdemes figyelni a tervezésnél?

Robbanásvédelem: bizonyos inertizálási alkalmazások ATEX-besorolású térben működnek, ahol a mérőeszközök megfelelő robbanásvédelmi tanúsítása alapvető követelmény. A Hamilton VisiFerm mA ATEX-, UKEx- és IECEx-tanúsítással is elérhető, így megfelelő rendszertervezés és telepítés mellett robbanásveszélyes környezetben alkalmazható. Egy tanúsított szenzor önmagában még nem teszi a teljes mérőrendszert robbanásbiztossá: a leválasztót, a kábelezést és a telepítést is a zónabesoroláshoz kell igazítani.

Üzemi nyomás: az oxigén parciális nyomása az össznyomással együtt változik, ezért a mért értéket a tényleges üzemi nyomásra kompenzálni kell.

Oldószeres gáztér: szerves oldószergőzt tartalmazó atmoszférában a mérés stabilitását az adott alkalmazásban ellenőrizni kell, mert egyes oldószerek hatással lehetnek az optikai szenzorsapka membránjára.

Határértékek: az oxigén-határértékeket és a beavatkozási szinteket mindig a biztonsági adatlapok, az iparági előírások és a telephelyi kockázatértékelés alapján kell meghatározni.

Az oxigén mellett milyen paraméterek adhatnak további folyamatinformációt?

A Hamilton Process Analytics szenzorportfóliójával az oxigén mellett további paraméterek is mérhetők, amelyek a teljes folyamat kontrolljához hozzájárulhatnak:

pH: a közeg savasságának, lúgosságának és a reakciókörülményeknek a követésére.

Vezetőképesség: az iontartalommal, a koncentrációval és a vízminőséggel kapcsolatos változások monitorozására.

Zavarosság: lebegő részecskék, tisztasági változások vagy bizonyos fázisváltozások észlelésére.

A szükséges paraméterkészlet mindig az adott technológia és kockázatértékelés alapján határozható meg.

Hogyan segít a LOBA Kft.?

A LOBA Kft. a Hamilton Process Analytics magyarországi partnereként nemcsak a szenzorok szállítását vállalja, hanem a teljes folyamatban melletted áll: segítünk kiválasztani a folyamathoz és a zónabesoroláshoz illő szenzort, házat és tartozékokat, megtervezni az integrációt, és a beüzemelés után is ott vagyunk szervizzel és támogatással.

Inertizáláshoz vagy tartályvédelemhez keresel megbízható oxigénmérési megoldást? Vedd fel velünk a kapcsolatot!

Forrás: Hamilton Process Analytics alkalmazási anyagai és a Hamilton ATEX-centrifugás alkalmazási jegyzete. Az eredeti, angol nyelvű alkalmazási jegyzet a Hamilton oldalán érhető el.