Zamarzanie układów zabezpieczeń pianowych: projektowanie na zimę

Układy związane z pianą w biogazowni, czyli czujniki wykrywające pianę, pułapki i syfony zatrzymujące ją przed przewodem gazowym oraz linie dozowania środków przeciwpiennych, zawierają ciecze, skropliny albo lepkie media. Zimą każde z tych miejsc może zamarznąć lub zgęstnieć, a awaria jest groźna tym, że nie daje się zauważyć w normalnej pracy: układ „stoi” w gotowości i okazuje się niesprawny dopiero wtedy, gdy piana się pojawi. Projektowanie na zimę polega więc na ograniczaniu liczby punktów narażonych na mróz i na zapewnieniu, że pozostałe są ogrzewane, izolowane i nadzorowane.

Dlaczego piana jest problemem bezpieczeństwa

Piana w komorze fermentacyjnej (przyczyny i zwalczanie opisuje tekst Pienienie w fermentorze) może wypełnić przestrzeń gazową i dotrzeć do przewodu gazowego, armatury, odwodnień i zabezpieczeń nad- i podciśnieniowych. Zatkane odpowietrzenie lub zablokowany zawór bezpieczeństwa to sytuacja o dużym znaczeniu bezpieczeństwa. Dlatego instalacje mają układy, które wykrywają pianę i ograniczają jej skutki.

Gdzie zamarza

Zasady projektowe

1. Ogranicz liczbę punktów z cieczą. Każdy martwy odcinek i każdy „worek” wodny zwiększa ryzyko. Układ powinien mieć spadki, które odprowadzają kondensat, oraz możliwie krótkie przewody impulsowe.

2. Przenieś wrażliwe elementy w ciepłe miejsce. Szafy sterownicze, pompy dozujące i zbiornik środka przeciwpiennego stoją w ogrzewanej obudowie lub kontenerze. To rozwiązanie tańsze i pewniejsze niż ogrzewanie przewodów na całej trasie.

3. Izoluj i ogrzewaj pozostałe punkty. Izolacja z osłoną przed wilgocią, przewód grzejny dobrany do najniższej temperatury projektowej i regulacja. Szczegóły doboru podaje tekst Czy przewód grzewczy ochroni układ przed mrozem.

4. Wybierz właściwe medium. Środki przeciwpienne różnią się lepkością i temperaturą krzepnięcia; kartę charakterystyki i zalecenia producenta traktuje się jako dane projektowe. Zmiana produktu na inny wymaga sprawdzenia zgodności z układem dozowania.

5. Stosuj redundancję. Dwa niezależne czujniki piany lub czujnik piany i niezależny pomiar poziomu pozwalają wykryć błąd jednego z nich. Bezpieczeństwo nie powinno zależeć od jednego punktu, który może zamarznąć.

6. Zapewnij zasilanie i alarmy. Obwody ogrzewania z monitoringiem poboru prądu i czujnik temperatury w najzimniejszym punkcie wysyłają alarm do sterowni. Sygnał o awarii ogrzewania musi dotrzeć do człowieka.

7. Uwzględnij strefy zagrożenia wybuchem. Elementy w strefach Ex (czujniki, przewody grzejne, silniki pomp) muszą mieć odpowiednią certyfikację i klasę temperaturową zgodnie z dokumentem zabezpieczenia przed wybuchem; zob. ATEX w biogazowni.

Utrzymanie i przeglądy

• Przegląd przed sezonem: izolacja, przewody grzejne, kalibracja czujników, stan środka przeciwpiennego.
• Test funkcjonalny: symulacja sygnału piany, sprawdzenie reakcji układu (zatrzymanie dozowania substratu, alarm, dozowanie środka).
• Okresowe sprawdzanie punktów odwodnień i drożności syfonów.
• Rejestr zdarzeń: jeśli układ zadziałał, kiedy i dlaczego; dane pozwalają ocenić skuteczność. Zabezpieczenie nad- i podciśnieniowe zbiornika, również narażone na zamarzanie, opisano w tekście o ogrzewaniu przeciwzamrożeniowym zabezpieczenia nadciśnieniowego.
• Szkolenie obsługi: kto reaguje na alarm zamarznięcia i co robi.

Co zrobić, gdy układ jest niesprawny

Niesprawny układ przeciwpienny w mrozie traktuje się jak ograniczenie zabezpieczeń: ogranicza się dozowanie substratów sprzyjających pienieniu, zwiększa nadzór obsługi i zgłasza problem serwisowi, zgodnie z instrukcją obiektu. Do prac przy zamarzniętych elementach, zwłaszcza wewnątrz strefy Ex lub w przestrzeniach zamkniętych, stosuje się pozwolenia i procedury; zob. Prace w przestrzeniach ograniczonych. Rozmrażanie otwartym ogniem lub niecertyfikowanymi grzałkami jest niedopuszczalne.

Podsumowanie

Zimowa niezawodność układów związanych z pianą wynika przede wszystkim z projektu: mało punktów z cieczą, ciepłe obudowy, izolacja i redundancja. Ogrzewanie jest uzupełnieniem, które trzeba monitorować. Ogólny obraz ciepła w obiekcie zimą daje tekst Bilans cieplny biogazowni zimą.

Przykład podejścia do analizy ryzyka

Dla każdego układu związanego z pianą warto sporządzić prostą tabelę: element, funkcja, skutek jego awarii, mechanizm zamarznięcia, sposób ochrony, sposób wykrycia awarii oraz częstotliwość przeglądu. Taka analiza pokazuje, które elementy są krytyczne (ich awaria nie jest zauważalna), a które tylko niewygodne. Dla pierwszej grupy wymagana jest redundancja lub niezależny nadzór, a dla drugiej wystarcza przegląd okresowy. Wnioski dołącza się do dokumentacji bezpieczeństwa obiektu i aktualizuje po każdej modyfikacji układu.