Minimieren Sie die Kosten flüchtiger Emissionen mit Low-E-Ventilen

Minimieren Sie die Kosten flüchtiger Emissionen mit Low-E-Ventilen

Sean Hunsicker, Marktmanager

Flüchtige Emissionen sind ein neues Diskussionsthema in chemischen Verarbeitungs- und Raffinerieanlagen, aber ein wichtiges. Flüchtige Emissionen können sich negativ auf die Rentabilität Ihres Unternehmens auswirken, wenn sie nicht kontrolliert werden, und die Einhaltung der aktuellen Emissionsvorschriften kann Änderungen an Ihrer Lieferkette und Upgrade-Projekte erfordern. Da Regulierungsbehörden wie die Environmental Protection Agency (EPA) und Eigentümerunternehmen Vereinbarungen treffen, um flüchtige Emissionen zu reduzieren, gab es nie einen besseren Zeitpunkt, um Ihr Wissen in diesem Bereich zu erweitern.

Unabhängig davon, ob Ihnen die Idee der flüchtigen Emissionen neu ist oder Sie ein starkes Verständnis des Themas haben, aber Hinweise zur Minimierung der damit verbundenen Kosten benötigen, dieser Beitrag behandelt die Grundlagen dessen, was Sie wissen müssen.

Was sind flüchtige Emissionen?

Flüchtige Emissionen sind unkontrollierte Emissionen von Gasen aus Prozessanlagen, hauptsächlich aufgrund unerwünschter Leckagen. Flüchtige organische Verbindungen (VOCs) wie Benzol, Methan und Ethanol sind die wichtigsten Gase, die Anlass zur Sorge geben. VOCs können die Luftqualität gefährden und zur Bildung von Ozon beitragen. Infolgedessen legen Regierungsbehörden Grenzwerte für flüchtige Emissionen fest, und ein Verstoß gegen diese Vorschriften kann zu hohen Geldstrafen führen.

Dynamische und statische Dichtungen an Ventilen, Pumpen und Flanschverbindungen sind Hauptquellen für flüchtige Emissionen, wobei Ventile für schätzungsweise 62 % der gesamten unkontrollierten VOC-Emissionen in einer typischen Anlage verantwortlich sind. Der Einbau von emissionsarmen (Low-E) Ventilen, die durch Tests nachgewiesen wurden, um flüchtige Emissionen zu minimieren, ist eine gängige Lösung, die in der gesamten Branche eingesetzt wird. Der Kauf von Low-E-Ventilen für eine Anlage kann eine Anforderung von Zustimmungsdekreten sein, einer rechtlichen Vereinbarung zwischen einer Prozessanlage und der EPA in den Vereinigten Staaten, oft als Ergebnis eines Zivilverfahrens.

EPA-Zustimmungsverordnungen

Die EPA hat die Aufgabe, Unternehmen bei der Einhaltung aktueller Umweltauflagen, Gesetze und Vorschriften, wie dem Clean Water Act und dem Clean Air Act, zu unterstützen. Während die freiwillige Einhaltung bevorzugt wird, wird die EPA rechtliche Schritte einleiten, um die Einhaltung bei Bedarf sicherzustellen. Während der EPA verschiedene Arten von Durchsetzungsmaßnahmen zur Verfügung stehen, erfolgt die Maßnahme für Chemieanlagen und Raffinerien häufig in Form eines Zustimmungserlasses.

Ein typisches Zustimmungsdekret enthält Formulierungen, die bestimmte Maßnahmen auflisten, die in einem bestimmten Zeitrahmen vom Eigentümer eines Vermögenswerts zu ergreifen sind, um die Umweltvorschriften einzuhalten. Die Nichteinhaltung des Zustimmungserlasses kann zu zivilrechtlichen Sanktionen führen, einschließlich hoher Geldbußen. Eine Anhäufung von Bußgeldern stellt eine Nichteinhaltung der Zustimmungsverfügung dar, die zu weiteren rechtlichen Konsequenzen führen kann. Während es viele Methoden gibt, um flüchtige Emissionen zu reduzieren, ist eine Bedingung, die in einigen Genehmigungsverordnungen zu finden ist, die Anforderung, dass die Anlage ein erweitertes Leckerkennungs- und Reparaturprogramm (LDAR) einführt und nur Low-E-Ventile beschafft.

Verbesserte LDAR- und Low-E-Ventile

Verbesserte LDAR-Programme zielen darauf ab, die periodischen Leckerkennungs- und Überwachungsmethoden der EPA nachzuahmen. Bei Ventilen besteht ein EPA-Audit sowohl aus einem Papieraudit als auch aus Feldtests für Emissionen. Anlagen, die ein verbessertes LDAR-Programm implementieren, versuchen hauptsächlich, flüchtige Emissionen durch die folgenden Methoden zu senken:

• Einführung eines umfassenden Plans, bei dem Lecks durch In-situ-Tests von Ventilen und anderen Verbindungen unter Verwendung der EPA-Methode 21 identifiziert werden
• Identifizieren, Dokumentieren und Beheben von Lecks innerhalb eines definierten Zeitrahmens
• Senkung der zulässigen Leckgrenzen für Ventile, Verbindungen und Pumpen

Eine zusätzliche Anforderung ist, dass alle Ventile, die für zukünftige Wartung, Reparatur und Betrieb (MRO) sowie für neue Projekte beschafft werden, Low-E-Ventile sein müssen. Die Sprache in vielen EPA-Zustimmungsverordnungen überlässt die Methode zur Bestimmung, was ein Low-E-Ventil ausmacht, der Anlage. Typischerweise gibt es mehrere Methoden, mit denen ein Ventil als Low-E-Ventil klassifiziert werden kann. Es liegt im Ermessen des Werks, den Hersteller des Ventils zu akzeptieren, wenn einer der folgenden Punkte vorliegt:

• Eine schriftliche Garantie, dass das Ventil fünf Jahre lang nicht mehr als 100 ppm leckt
• Eine schriftliche Garantie, Zertifizierung oder gleichwertige Dokumentation, dass das Ventil gemäß allgemein anerkannter guter Ingenieurpraxis getestet wurde und bei nicht mehr als 100 ppm undicht festgestellt wurde

Da es für einen Ventilbenutzer schwierig sein kann, den Unterschied zwischen diesen beiden Optionen zu verstehen, finden Sie unten einen Überblick über die Vor- und Nachteile jeder Form der Low-E-Ventilvalidierung.

Schriftliche Garantie des Herstellers

Eine scheinbar einfache Lösung zur Dokumentation des Kaufs von Low-E-Ventilen besteht darin, Hersteller eine schriftliche Garantie geben zu lassen, dass ihr Ventil fünf Jahre lang nicht mehr als 100 Teile pro Million leckt. Ein Anlagenbetreiber sollte jedoch die Auswirkungen berücksichtigen, wenn die Ventile undicht sind. Welche Entschädigung ist verfügbar, wenn das Ventil undicht ist? Beschränkt sich die Garantie nur auf den Austausch des undichten Ventils? Sind die mit dem Austausch des Ventils verbundenen Kosten erstattungsfähig?

Es gibt oft Geldstrafen im Zusammenhang mit der Unfähigkeit einer Anlage, verschiedene Aspekte von Genehmigungsverordnungen einzuhalten, die berücksichtigt werden sollten. Bei Nichteinhaltung können Bußgelder von bis zu 10.000 US-Dollar pro Tag und Vorfall verhängt werden. Was ist, wenn das undichte Ventil eine EPA-Geldstrafe auslöst? Ist das Werk in der Lage, diese Kosten beim Ventilhersteller geltend zu machen?

Wenn Sie sich auf eine Herstellergarantie verlassen, besteht für eine Anlage die Möglichkeit, dass der Hersteller freiwillig oder nicht weiterhin Ventile liefert, die mehr als 100 Teile pro Million lecken. In den Köpfen vieler Anlagenbetreiber gibt es zu viele Unsicherheiten, sich nur auf eine Herstellergarantie zu verlassen, wenn Testmethoden verfügbar sind, um festzustellen, ob ein Ventil die erforderliche Leckrate erfüllt.

Niedrige Emissionstests

Der Wortlaut in EPA-Zustimmungsdekreten ermöglicht es Ventilherstellern, zu garantieren, dass das Ventil „gemäß allgemein anerkannter guter Ingenieurpraxis getestet wurde und bei nicht mehr als 100 ppm undicht festgestellt wurde“. Dies bedeutet, dass Anlagen- und Umweltingenieure entscheiden müssen, was „allgemein anerkannte gute Ingenieurpraxis“ darstellt, ob der Hersteller den Test in gutem Glauben durchgeführt hat und ob der Test Prozessbedingungen repliziert. Ein von einem Hersteller entwickelter und durchgeführter Test könnte eine Anlage potenziell gefährden und Unsicherheit für Fachleute schaffen, die versuchen festzustellen, ob es sich bei einem Ventil tatsächlich um ein Low-E-Ventil handelt.

Glücklicherweise gibt es vom American Petroleum Institute (API) und der International Standards Organization (ISO) Industrietests, um festzustellen, ob das Ventil als „emissionsarm“ eingestuft werden sollte.

• API 624, Typprüfung von Ventilen mit steigender Spindel, die mit Graphitpackungen für flüchtige Emissionen ausgestattet sind, umfasst die Prüfung von Ventilen mit steigender Spindel unter Verwendung von Methan als Prüfmedium. Das Ventil muss 310 Zyklen sowie drei thermische Zyklen (wenn das Ventil bei Umgebungstemperatur, erhöhter Temperatur und dann wieder bei Umgebungstemperatur getestet wird) mit einer Leckrate unter 100 Teilen pro Million (ppm) Methan durchführen.
• API 641, Prüfung von Schwenkventilen auf flüchtige Emissionen , beschreibt die Prüfung von Kugelhähnen mit Methan als Prüfmedium. Jedes getestete Ventil muss 610 Zyklen sowie drei thermische Zyklen mit einer Leckrate unter 100 ppm Methan durchführen.
• ISO 15848-1, Industrielle Ventile – Mess-, Test- und Qualifizierungsverfahren für flüchtige Emissionen , gibt die Verfahren und Anforderungen für die mechanische und thermische Wechselprüfung von Armaturen mit Dichtheitsprüfungen an verschiedenen Stellen an. Als Prüfmedien werden Methan oder Helium verwendet.

API-Tests liefern ein einfaches Pass-or-Fail-Ergebnis. Das Ventil ist entweder als Low-E-Ventil zertifiziert oder nicht. Käufer von Ventilen sollten sich jedoch darüber im Klaren sein, dass die ISO-Testmethodik verschiedene „Klassen“-Einstufungen von Ventilen in Bezug auf ihre Leistung während des Tests zulässt. ISO-Klassen können es ermöglichen, dass ein Ventil als „Low-E“ betrachtet und gekennzeichnet wird, aber die Leckratenanforderung „100 ppm oder weniger“ für die EPA nicht erfüllt. Die Dichtheitsklasse CM beschreibt beispielsweise ein „emissionsarmes“ Ventil, das mehr als 100 ppm Methan, aber weniger als 500 ppm Methan austritt.

Darüber hinaus ist laut ISO „keine Korrelation zwischen den Dichtheitsklassen vorgesehen, wenn das Prüfmedium Helium (Klassen AH, BH, CH) und Methan als Prüfmedium (Klassen AM, BM, CM) ist. Dies liegt teilweise daran, dass die gesammelten Testdaten für die verschiedenen Flüssigkeiten unterschiedlich sind. Wenn ein Ventil mit Helium statt mit Methan getestet wird, werden die Ergebnisse als Leckrate proportional zum Schaftdurchmesser angegeben. Diese Durchflussrate wird in atmosphärischen Kubikzentimetern pro Sekunde (atm-cm3/s) angegeben, und obwohl diese Metrik korrekter als Leckrate definiert ist als als eine gemessene Konzentration von Teilen pro Million (ppm), ist eine Methode zur Umrechnung von atm-cm3 /s zu einer beobachteten Konzentration von ppm existiert nicht. Dies macht es schwierig zu interpretieren, ob man beim Testen mit Helium die EPA-Sprache von „100 ppm oder weniger“ einhält.

Idealerweise sollten diese Tests in einem Drittlabor und nicht vom Ventilhersteller durchgeführt werden. Wenn ein Ventilhersteller die Prüfung von einem unabhängigen Dritten durchführen lässt, weist er die Bestätigung einer unparteiischen Stelle nach, dass die Ventile die Anforderungen der Prüfnorm erfüllen. Als Dokumentation sollte dann eine Armaturenzertifizierung vom Armaturenhersteller mit Siegel des Fremdlabors, der Prüfstelle und den Ergebnissen zur Verfügung gestellt werden.

Kommen Sie den Emissionsanforderungen einen Schritt voraus

Egal, ob Sie neue Systeme entwerfen oder Ihr LDAR-Programm verbessern möchten, wählen Sie Low-E-zertifizierte Ventile zur Bekämpfung flüchtige Emissionen. Proaktiv zu sein und zertifizierte emissionsarme Ventile zu spezifizieren, bevor Umweltmaßnahmen ergriffen werden, verhindert kostspielige Nachrüstungsprobleme und hilft Ihnen, die aktuellen Best Practices für den Umweltschutz einzuhalten. Klare Anweisungen und Verfahren dazu, welche Ventile für den VOC-Service zu bestellen sind, tragen auch zum Schutz der Umwelt und Ihrer Betriebsintegrität bei.

Wenn Sie daran arbeiten, bestehende Probleme mit flüchtigen Emissionen anzugehen oder einfach versuchen, zukünftige Lecks zu verhindern, lesen Sie unseren Blogbeitrag über die Bedeutung der Reduzierung von Lecks in Raffinerien. Um herauszufinden, welche Low-E-Lösungen für Ihren Betrieb geeignet sind, sollten Sie auch die Zusammenarbeit mit erfahrenen Fluidsystemexperten über die Bewertungs- und Beratungsdienste von Swagelok in Erwägung ziehen.

Schließlich bietet Swagelok eine breite Palette von Low-E-zertifizierten Prozess-, Instrumenten-, Kugel-, Nadel-, Steigstopfen- und Entlüftungsventilen an, die die anwendbaren API-Tests auf niedrige Emissionen ohne Konstruktionsänderungen bestanden haben und währenddessen nie mehr als 100 ppm Methan austreten testen. Wenn Sie vorhaben, eines dieser Produkte in Ihre Flüssigkeitssysteme zu integrieren, wenden Sie sich bitte an Ihr autorisiertes Vertriebs- und Servicezentrum, um anwendbare Low-E-Zertifikate oder andere Unterstützung zu erhalten, die Sie möglicherweise unterwegs benötigen.