Flüchtige Emissionskosten mit Low-E-Ventilen reduzieren

Kosten flüchtiger Emissionen mit Low-E-Ventilen minimieren

Sean Hunsicker, Marktmanager

Flüchtige Emissionen sind ein neues Diskussionsthema in chemischen Verarbeitungs- und Raffinerieanlagen, aber ein wichtiges. Flüchtige Emissionen können die Rentabilität Ihres Unternehmens negativ beeinflussen, wenn sie unkontrolliert bleiben, und die Einhaltung aktueller Emissionsvorschriften kann Änderungen an Ihrer Lieferkette und Upgrade-Projekten erfordern. Da Regulierungsbehörden wie die Environmental Protection Agency (EPA) und Eigentümerunternehmen Vereinbarungen zur Eindämmung flüchtiger Emissionen treffen, gab es nie einen besseren Zeitpunkt, Ihr Wissen in diesem Bereich zu stärken.

Ob Sie neu in der Idee flüchtiger Emissionen sind oder ein starkes Verständnis des Themas haben, aber Hinweise zur Minimierung der damit verbundenen Kosten benötigen – dieser Beitrag deckt die Grundlagen ab, die Sie wissen müssen.

Was sind flüchtige Emissionen?

Flüchtige Emissionen sind unkontrollierte Emissionen von Gasen aus Prozessequipment, hauptsächlich aufgrund unerwünschter Leckagen. Flüchtige organische Verbindungen (VOCs) wie Benzol, Methan und Ethanol sind die Hauptgase, die Anlass zur Sorge geben. VOCs können die Luftqualität gefährden und zur Ozonbildung beitragen. Als Ergebnis setzen Regierungsbehörden Grenzwerte für flüchtige Emissionen, und die Verletzung dieser Vorschriften kann zu hohen Geldstrafen führen.

Dynamische und statische Dichtungen an Ventilen, Pumpen und Flanschverbindungen sind Hauptquellen flüchtiger Emissionen, wobei Ventile für schätzungsweise 62 % der gesamten unkontrollierten VOC-Emissionen in einer typischen Anlage verantwortlich sind. Die Installation von Niedrigemissionsventilen (Low-E), die durch Tests nachgewiesen haben, flüchtige Emissionen zu minimieren, ist eine gängige Lösung in der gesamten Industrie. Der Kauf von Low-E-Ventilen für eine Anlage kann eine Anforderung von Consent Decrees sein, einer rechtlichen Vereinbarung zwischen einer Prozesseinrichtung und der EPA in den Vereinigten Staaten, oft als Ergebnis eines Zivilverfahrens.

EPA Consent Decrees

Die EPA ist damit beauftragt, Unternehmen bei der Einhaltung aktueller Umweltanforderungen, Gesetze und Vorschriften wie dem Clean Water Act und dem Clean Air Act zu unterstützen. Während freiwillige Compliance bevorzugt wird, wird die EPA rechtliche Schritte unternehmen, um Compliance sicherzustellen, wenn erforderlich. Obwohl es mehrere Arten von Durchsetzungsmaßnahmen gibt, die der EPA zur Verfügung stehen, nimmt die Maßnahme für Chemieanlagen und Raffinerien oft die Form eines Consent Decree an.

Ein typischer Consent Decree wird Sprache enthalten, die spezifische Aktionen auflistet, die innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens vom Anlagenbesitzer durchgeführt werden müssen, um in die Umwelt-Compliance zu kommen. Die Nichteinhaltung des Consent Decree kann zu zivilrechtlichen Strafen führen, einschließlich hoher Geldstrafen. Eine Anhäufung von Geldstrafen demonstriert Nichteinhaltung des Consent Decree, was zu zusätzlichen rechtlichen Konsequenzen führen kann. Obwohl es viele Methoden zur Reduzierung flüchtiger Emissionen gibt, ist eine in einigen Consent Decrees gefundene Bestimmung die Anforderung, dass die Anlage ein erweitertes Leckdetektions- und Reparaturprogramm (LDAR) einführt und nur Low-E-Ventile beschafft.

Erweitertes LDAR und Low-E-Ventile

Erweiterte LDAR-Programme suchen, die periodischen Leckdetektions- und Überwachungsmethoden der EPA nachzuahmen. Für Ventile besteht ein EPA-Audit aus sowohl einem Papier-Audit als auch Feldtests auf Emissionen. Anlagen, die ein erweitertes LDAR-Programm implementieren, suchen primär, flüchtige Emissionen durch folgende Methoden zu senken:

• Einführung eines umfassenden Plans, bei dem Leckagen durch In-situ-Tests von Ventilen und anderen Verbindungen mittels EPA-Methode 21 identifiziert werden
• Identifizierung, Dokumentation und Reparatur von Leckagen innerhalb eines definierten Zeitrahmens
• Senkung zulässiger Leckgrenzen für Ventile, Verbindungen und Pumpen

Eine zusätzliche Anforderung ist, dass alle für zukünftige Wartung, Reparatur und Betrieb (MRO) sowie neue Projekte beschafften Ventile Low-E-Ventile sein müssen. Die Sprache in vielen EPA Consent Decrees lässt die Methode der Bestimmung, was ein Low-E-Ventil ausmacht, der Anlage überlassen. Es gibt typischerweise mehrere Methoden, durch die ein Ventil als Low-E-Ventil klassifiziert werden kann. Es ist die Entscheidung der Anlage, die Bereitstellung eines der folgenden durch den Ventilhersteller zu akzeptieren:

• Eine schriftliche Garantie, dass das Ventil fünf Jahre lang nicht über 100 Teile pro Million lecken wird
• Eine schriftliche Garantie, Zertifizierung oder gleichwertige Dokumentation, dass das Ventil gemäß allgemein anerkannten guten Ingenieurpraktiken getestet wurde und mit nicht mehr als 100 ppm Leckage befunden wurde

Da es für einen Ventilnutzer schwierig sein kann, den Unterschied zwischen diesen beiden Optionen zu verstehen, folgt unten ein Überblick über die Vor- und Nachteile jeder Form der Low-E-Ventil-Validierung.

Schriftliche Garantie des Herstellers

Eine scheinbar einfache Lösung zur Dokumentation des Kaufs von Low-E-Ventilen ist, dass Hersteller eine schriftliche Garantie bereitstellen, dass ihr Ventil fünf Jahre lang nicht über 100 Teile pro Million lecken wird. Ein Anlagenbetreiber sollte jedoch die Konsequenzen bedenken, falls die Ventile doch lecken. Welche Entschädigung ist verfügbar, sollte das Ventil lecken? Ist die Garantie nur auf den Austausch des leckenden Ventils beschränkt? Sind die mit dem Austausch des Ventils verbundenen Kosten erstattungsfähig?

Es gibt oft finanzielle Strafen, die mit der Unfähigkeit einer Anlage verbunden sind, verschiedene Aspekte von Consent Decrees einzuhalten, die berücksichtigt werden sollten. Geldstrafen können bis zu 10.000 $ pro Tag pro Vorfall für Nichteinhaltung erreichen. Was, wenn das leckende Ventil eine EPA-Geldstrafe auslöst? Kann die Anlage den Ventilhersteller verfolgen, um diese Kosten zurückzufordern?

Sich auf die Garantie eines Herstellers zu verlassen, lässt eine Anlage der Möglichkeit offen, dass der Hersteller, ob gewollt oder nicht, weiterhin Ventile liefern könnte, die über 100 Teile pro Million lecken. In den Augen vieler Anlagenbetriebe gibt es zu viele Unsicherheiten, wenn man sich nur auf die Garantie eines Herstellers verlässt, wenn Testmethoden verfügbar sind, um zu bestimmen, ob ein Ventil die erforderliche Leckrate einhält.

Niedrigemissionstests

Die Sprache in EPA Consent Decrees erlaubt Ventilherstellern, eine Garantie zu geben, dass das Ventil „gemäß allgemein anerkannten guten Ingenieurpraktiken getestet wurde und mit nicht mehr als 100 ppm Leckage befunden wurde.“ Das bedeutet, dass Anlagen- und Umweltingenieure selbst bestimmen müssen, was „allgemein anerkannte gute Ingenieurpraktiken“ ausmacht, ob der Hersteller den Test in gutem Glauben durchgeführt hat und ob der Test Prozessbedingungen repliziert. Ein vom Hersteller entwickelter und durchgeführter Test könnte eine Anlage potenziell gefährden und Unsicherheit für Fachleute schaffen, die zu bestimmen versuchen, ob ein Ventil tatsächlich ein Low-E-Ventil ist.

Glücklicherweise gibt es Industriestests vom American Petroleum Institute (API) und der International Standards Organization (ISO) zur Bestimmung, ob das Ventil als „niedrige Emissionen“ klassifiziert werden sollte.

• API 624, Type Testing of Rising Stem Valves Equipped with Graphite Packing for Fugitive Emissions, deckt das Testen von Steigstangenventilen mit Graphitpackung auf flüchtige Emissionen ab, wobei Methan als Testmedium verwendet wird. Das Ventil muss 310 Zyklen sowie drei Thermozyklen (Test bei Umgebungstemperatur, erhöhter Temperatur, dann wieder bei Umgebungstemperatur) mit einer Leckrate unter 100 ppm Methan durchlaufen.
• API 641, Testing of Quarter-turn Valves for Fugitive Emissions, beschreibt das Testen von Kugelhähnen mit Methan als Testmedium. Jedes getestete Ventil muss 610 Zyklen sowie drei Thermozyklen mit einer Leckrate unter 100 ppm Methan durchlaufen.
• ISO 15848-1, Industrial Valves — Measurement, Test and Qualification Procedures for Fugitive Emissions, gibt Verfahren und Anforderungen für mechanische und thermische Zyklustests von Ventilen mit Lecktests an verschiedenen Punkten. Methan oder Helium wird als Testmedium verwendet.

API-Tests liefern ein einfaches Bestanden/Nicht-bestanden-Ergebnis. Das Ventil ist entweder als Low-E-Ventil zertifiziert oder nicht. Ventilkäufer sollten sich jedoch bewusst sein, dass die ISO-Testmethodik verschiedene „Klassen“-Bewertungen von Ventilen zulässt, die sich darauf beziehen, wie sie während des Tests abschneiden. ISO-Klassen können es erlauben, dass ein Ventil als „Low-E“ betrachtet und gekennzeichnet wird, aber die „100 ppm oder weniger“ Leckrate-Anforderung der EPA nicht erfüllt. Dichtheitsklasse CM beschreibt beispielsweise ein „niedrigemissions“-Ventil, das über 100 ppm Methan leckt, aber weniger als 500 ppm Methan.

Zusätzlich heißt es per ISO: „Es besteht keine beabsichtigte Korrelation zwischen den Dichtheitsklassen, wenn das Testfluid Helium ist (Klassen AH, BH, CH) und wenn das Testfluid Methan ist (Klassen AM, BM, CM). Dies liegt teilweise daran, dass die gesammelten Testdaten für die verschiedenen Fluide unterschiedlich sind. Wenn ein Ventil mit Helium statt Methan getestet wird, werden die Ergebnisse als Leckrate proportional zum Stangendurchmesser angegeben. Diese Durchflussrate wird als atmosphärische Kubikzentimeter pro Sekunde (atm-cm³/s) angegeben, und obwohl diese Metrik korrekter als Leckrate definiert ist als eine gemessene Konzentration in Teilen pro Million (ppm), existiert keine Methode, um atm-cm³/s in eine beobachtete Konzentration in ppm umzurechnen. Dies macht es schwierig, zu interpretieren, ob man der EPA-Sprache von „100 ppm oder weniger“ entspricht, wenn mit Helium getestet wird.

Idealerweise sollten diese Tests in einem Drittlabor und nicht vom Ventilhersteller durchgeführt werden. Wenn ein Ventilhersteller einen unabhängigen Dritten die Tests durchführen lässt, zeigt dies die Bestätigung durch eine unparteiische Stelle, dass die Ventile die Anforderungen des Teststandards erfüllen. Eine Ventilzertifizierung sollte dann vom Ventilhersteller als Dokumentation verfügbar gemacht werden, einschließlich eines Siegels des Drittlabors, des Teststandorts und der Ergebnisse.

Emissionsanforderungen vorbeugen

Ob Sie neue Systeme entwerfen oder Ihr LDAR-Programm verbessern möchten – wählen Sie Low-E-zertifizierte Ventile, um flüchtige Emissionen zu bekämpfen. Proaktiv zu sein und zertifizierte Niedrigemissionsventile vor jeglichen Umweltdurchsetzungsmaßnahmen zu spezifizieren, verhindert kostspielige Nachrüst-Kopfschmerzen und hilft Ihnen, konform mit aktuellen Umwelt-Best-Practices zu bleiben. Klare Anweisungen und Verfahren darüber, welche Ventile für VOC-Dienst bestellt werden sollen, schützen sowohl die Umwelt als auch Ihre betriebliche Integrität.

Während Sie daran arbeiten, bestehende flüchtige Emissionsprobleme anzugehen oder einfach zukünftige Leckagen zu verhindern, schauen Sie sich unseren Blogbeitrag zur Wichtigkeit der Leckreduzierung in Raffinerien an. Für Hilfe bei der Bestimmung, welche Low-E-Lösungen für Ihre Betriebsabläufe richtig sein könnten, erwägen Sie die Zusammenarbeit mit erfahrenen Fluidsystem-Profis durch Swageloks Evaluierungs- und Beratungsdienste.

Schließlich bietet Swagelok eine breite Palette an Low-E-zertifizierten Prozess-, Instrumenten-, Kugel-, Nadel-, Steigstangen- und Entlüftungsventilen an, die die anwendbaren API-Niedrigemissionstests ohne Designänderungen bestanden haben und während der Tests nie Methan in Überschreitung von 100 ppm leckten. Wenn Sie planen, eines dieser Produkte in Ihre Fluidsysteme zu integrieren, zögern Sie nicht, sich an Ihr autorisiertes Verkaufs- und Servicezentrum für anwendbare Low-E-Zertifikate oder andere Unterstützung zu wenden, die Sie auf dem Weg benötigen.