WYMAGANIA STAWIANE ARMATURZE O WYSOKIEJ SZCZELNOŚCI PRZEZNACZONEJ DO MEDIÓW NIEBEZPIECZNYCH WG ISO 15848 I API 624
Janusz Zajączek, Kierownik Laboratorium Badawczego SPETECH®
Niniejszy artykuł opisuje podejście prezentowane w normie ISO 15848-1 [3] i standardzie API 624 [6] w odniesieniu do kwalifikacji armatury pod względem szczelności zewnętrznej.
Norma ISO 15848-1 kwalifikuje armaturę pod względem szczelności na 3 kategorie dla medium wzorcowego helu oraz na 3 kategorie dla metanu.
W przypadku standardu API 624 kwalifikuje się armaturę jako szczelną (pod kątem emisji niezorganizowanych) na medium wzorcowym metanie w oparciu o jedno kryterium szczelnościowe. Armatura kwalifikowana wg API 624 jest wyposażona w uszczelnienie pakunkowe trzpienia, przy czym pakunek ten winien być kwalifikowany jako szczelny wg normy API 622 [5]. Należy tu zaznaczyć, że normy API 622 i API 624 poza szczelnością stawiają równocześnie wymagania dotyczące trwałości, odporności korozyjnej i ogólnie przydatności pakunku, a zatem i armatury wyposażonej w ten pakunek, do pracy w temperaturach –29 do +538°C w środowisku lotnych związków organicznych. Obie te normy są nakierowane na wykorzystanie w branży rafineryjnej i petrochemicznej.Dotyczą one armatury zaporowej o trzpieniu wznoszącym lub obrotowo-wznoszącym wyposażonej w pakunek dławnicowy, w praktyce wykonany na bazie tworzyw grafitowych.
Powyższe standardy pozwalają na określenie i sprawdzenie przydatności armatury do stosowania w obszarach wymagających szczególnie wysokiej szczelności zewnętrznej (a więc domyślnie armatura ta jest wykorzystywana na mediach niebezpiecznych).
Obecnie w zakresie emisji przemysłowych w UE obowiązują zapisy dyrektywy tzw. IED [7]. Określa ona szczegółowo dopuszczalne emisje poszczególnych związków chemicznych w różnych gałęziach przemysłu. Emisje niezorganizowane ze źródeł takich, jak dławnice armatury, czy połączenia są jednak nienazwane w dokumencie tej rangi.
Równocześnie w Niemczech od wielu dekad rozwijane są bardziej szczegółowe regulacje ochrony powietrza – Die Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft, w skrócie TA-Luft. Są to federalne regulacje określające ilościowo dopuszczalne emisje, wskazujące na konkretne rozwiązania techniczne w obszarze emisji przemysłowych uwalnianych do środowiska, w tym emisji z armatury, pomp, kompresorów i połączeń kołnierzowych. Dla branży uszczelnieniowej, w tym także dla operatorów instalacji przemysłowych, są one cenne, gdyż konkretyzują bardzo ogólne wymagania zawarte w dyrektywie IED. Chociaż przepisy TA-Luft są obowiązującym prawem tylko na terenie Niemiec, to jako wytyczne techniczne czy interpretacje są przyjmowane przez szereg zakładów chemicznych, petrochemicznych i rafineryjnych w Europie.
W swoim najnowszym wydaniu przyjętym w grudniu 2021 roku TA-Luft przywołuje normę ISO 15848-1 jako dokument opisujący metodę prowadzącą do kwalifikacji armatury działającej w instalacjach na media niebezpieczne. Nie jest to metodyka obowiązkowa wg TA-Luft, ale jako wskazana w tym dokumencie wydaje się, że zwiększy zasięg stosowania zarówno w Europie, jak i poza nią. Jednocześnie może ulec ograniczeniu stosowanie dokumentu VDI 2440 [2] (wytyczne techniczne stowarzyszenia naukowo-technicznego Verein Deutscher Ingenieure), który stanowił do niedawna podstawowy dokument kwalifikujący urządzenia takie, jak armatura, pompy, kompresory, uszczelki jako wysokoszczelne i stawiał ilościowe wymagania szczelnościowe. Natomiast sama metodyka badań szczelności jest opisana bardzo ogólnie. Skutek praktyczny jest taki, że certyfikacji na zgodność z wymaganiami VDI 2440 (a zatem na zgodność z wymaganiami TA-Luft) poddawane mogą być zarówno same uszczelnienia dławnicowe (badanie przebiega na stanowisku do badania uszczelnień) lub kompletna armatura. Dokument nie podaje bliższych wytycznych dotyczących czy to konstrukcji stanowiska, czy
samej procedury prowadzenia badania. Praktyka zatem jest taka, że certyfikat na zgodność z normą jest zawsze związany z raportem z badań, w którymzawarte są szczegóły konstrukcji, montażu uszczelnienia i przebiegu samego badania.
Norma ISO-15848-1 weszła w życie w 2006 roku. Zawiera procedury dotyczące badania szczelności zewnętrznej armatury przeznaczonej do lotnych związków organicznych oraz substancji niebezpiecznych. Badaniu podlega egzemplarz armatury zamocowany na stanowisku wraz z napędem. Medium badawczym jest hel lub metan i dla obu tych mediów można określić 3 stopnie szczelności. Norma narzuca przeprowadzenie odrębnego badania szczelności dławnicy (stąd wynikają klasy szczelności) i odrębnego sprawdzenia dopuszczalnej (50 ppm) szczelności korpusu.
Do badania szczelności dławnicy stosować należy metodę próżniową z użyciem spektrometru helowego lub metodę odsysania z komory wokół wylotu dławnicy. Tę drugą metodę można stosować zarówno do określenia szczelności na helu, jak i na metanie. Tu do określenia koncentracji wyciekającego medium w gazie nośnym wykorzystać można spektrometrię masową, absorpcję podczerwieni i skanowanie cząsteczkowe. Do określenia szczelności połączeń korpusu wykorzystuje się metodę opartą o standard EPA Method 21 [8]. Jest to zatem pomiar koncentracji wyciekającego medium (hel lub metan) z użyciem przenośnych mierników koncentracji gazu. Jako metodę pomiaru tej koncentracji proponuje się przykładowo spektrometrię masową, absorpcję podczerwieni lub skanowanie cząsteczkowe dla helu oraz utlenianie katalityczne, jonizację płomieniową, absorpcję podczerwieni lub fotojonizację dla metanu. Norma szczegółowo określa metodę kalibracji, dokładności przyrządów, procedury testowe. Odróżnia wymagania dla armatury regulacyjnej i odcinającej zarówno z trzpieniem wznoszącym jak i wałem obrotowym.
Do celów związanych z bieżącą kontrolą produkcji armatury pod kątem szczelności stworzono normę powiązaną, ISO 15848-2 [4], czyli drugą część normy o tym samym numerze. Norma API 624 [6] opisuje metodę oceny i kryteria akceptacji armatury o wymaganiach niskiej emisyjności pracującej w temperaturze od –29°C do 53°C. Ogranicza się do armatury zaporowej z trzpieniem wznoszącym lub obrotowo-wznoszącym. Wykaz armatur, które zaleca się badać wg tej normy jest w jej załączniku.
W tym wypadku medium wzorcowym jest metan. Warunkiem wstępnym badań wg API 624 jest zastosowanie w armaturze pakunków kwalifikowanych wcześniej wg API 622 [5] (niezbędny jest przynajmniej raport z tych badań). Użytkownikiem standardu jest przemysł rafineryjny i petrochemiczny, stąd zawężenie kryteriów akceptacji do wymagań tego właśnie przemysłu. Także dobór materiałowy pakunku (tzn. grafit) oraz stawiane wymagania temperaturowe sprawdzane w normie powiązanej API 622 są nakierowane na takie właśnie zastosowania. W standardzie zawarte są również wymagania związane z korozyjnością, zawartością smarów, inhibitory – są to typowe wymagania z branży rafineryjnej i petrochemicznej.
Pomiary są wykonywane zarówno w czasie postoju trzpienia lub wału, jak i w czasie jego ruchu (spoczynkowo i dynamicznie). Ciśnienie testu nie przekracza 600 psi, a temperatura wynosi 260°C. Metoda pomiaru przecieku to EPA metoda 21 [8], a więc tzw. „obwąchiwania”, wyznaczająca koncentrację lotnych związków organicznych w powietrzu w pobliżu badanych urządzeń.
Laboratorium SPETECH®: Laboratorium SPETECH®:
stanowisko do badan szczelności uszczelnień dławnicowych (TA-Luft) badanie szczelnosci zaworu wg ISO 15848-1
Podsumowanie
Norma ISO 15848-1 jest skonstruowana jako narzędzie pozwalające kwalifikować armaturę ze względu na szczelność wg kryteriów rozróżniających jakość szczelności, temperaturę pracy, trwałość szczelności. Norma może być wykorzystana w najszerszym spektrum zastosowań armatur zarówno zaporowych, jak i regulacyjnych, tak z trzpieniem wznoszącym, jak i z wałem obrotowym, przeznaczonych dla różnych gałęzi przemysłu i różnych mediów. Kwalifikacja pod kątem szczelności jest jedynym przedmiotem normy.
Standard API 624 został opracowany na potrzeby przemysłu rafineryjnego i petrochemicznego i jest to norma kwalifikująca wybrane typy armatury pod kątem ich zastosowania u finalnego odbiorcy. Kwalifikacja ta jest wieloaspektowa, poza określonymi wymaganiami szczelności stawia także wymagania takie, jak określona korozyjność, określone materiały użyte do konstrukcji pakunku oraz określona termoodporność.
Są to zatem normy przeznaczone dla różnych użytkowników i dla różnych celów. Z punktu widzenia badania szczelności norma ISO 15848-1 jest daleko bardziej rozwinięta. Obserwuje się też jej upowszechnianie.
Bibliografia
1. Sealing Technology BAT guidance note (European Sealing Association)
2. VDI 2440. Emissionsminderung Mineraloelraffinerien. Beuth Verlag 2000.
3. PN-EN ISO 15848-1:2015. Armatura przemysłowa Procedury pomiarów, badan I kwalifikacji dotyczące przecieków substancji szkodliwych
Część 1: System kwalifikacji I procedury kwalifikacji dla badań typu armatury
4. PN-EN ISO 15848-1:2015-10/A1 Armatura przemysłowa Procedury pomiarów, badan I kwalifikacji dotyczące przecieków substancji szkodliwych Część 1: System kwalifikacji I procedury kwalifikacji dla badań typu armatury Zmiana do normy […]
5. ISO 15848-2:2015. Industrial valves — Measurement, test and qualification procedures for fugitive emissions — Part 2: Production acceptance test of valves
6. API Standard 622. Second Edition 2011.Type Testing of Process Valve Packing for Fugitive Emissions.
7. API Standard 624. First Edition 2014. Type Testing of Rising Stem Valves Equipped with Graphite Packing for Fugitive Emissions.
8. Method 21 Determination of Volatile Organic Compound Leaks, 8-3-2017
9. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/75/UE z dnia 24 listopada 2010 r. w sprawie emisji przemysłowych (Dz. Urz. UE L 334 z 17.12.2010, s. 1)
10. https://www.epa.gov/emc/method-21-volatile-organic-compound-leaks