Dobra praktyka: Kontrola awaryjnych wypływów gazów niebezpiecznych, czyli neutralizacja chloru w SUW

Powszechnie znane jest, że przemysł chemiczny wytwarza, używa w różnych procesach oraz magazynuje duże ilości różnych gazów niebezpiecznych – trujących, wybuchowych, drażniących, parzących. Mniej znany jest fakt stosowania takich gazów w branżach nie kojarzonych z chemią, na przykład w przemyśle spożywczym (dwutlenek siarki jako środek grzybo- i bakteriobójczy), czy w uzdatnianiu wody (gazowy chlor do dezynfekcji wody, amoniak do wytwarzania chloramin, dwutlenek siarki do dechloracji). W takich przypadkach trudniej o personel posiadający kompetencje typowe dla operatorów instalacji chemicznych. Warto zatem podjąć działania w celu zminimalizowania ręcznej obsługi instalacji, zapewnienia automatyzacji procesów i kontroli bezpieczeństwa ludzi i otoczenia.

NEUTRALIZACJA CHLORU W STACJI UZDATNIANIA WODY
Nadal dość liczne w Polsce i na świecie zakłady uzdatniania wody stosujące chlor do dezynfekcji magazynują ciekły chlor w pojemnikach – butlach (50 kg) lub beczkach (500, 1000 kg). Pojemniki umieszczone są w wydzielonych magazynach i połączone są z instalacją dozowania chloru do wody systemem rurociągów, w których przepływa chlor gazowy. Część nadciśnieniowa instalacji (pojemniki z chlorem, rurociągi do punktu redukcji ciśnienia) stwarza duże zagrożenie dla ludzi i otoczenia przy niekontrolowanym wypływie chloru, gdy następuje rozszczelnienie pojemnika, rurociągu lub armatury.
Najczęściej taki przypadek zdarza się w efekcie mechanicznego uszkodzenia przy nieostrożnym obchodzeniu się z pojemnikami (rozładunek przy dostawie, wymiana pustej beczki na pełną). W takim przypadku zasadą numer jeden jest natychmiastowa ewakuacja ludzi z zagrożonego pomieszczenia, jego odcięcie i wytworzenie w nim lekkiego podciśnienia przez włączenie wentylacji awaryjnej, która odsysa powietrze skażone chlorem do instalacji neutralizacji.
Wentylacja awaryjna jest uruchamiana przez czujniki chloru zlokalizowane na poziomie podłogi (chlor jest cięższy od powietrza) w zagrożonych pomieszczeniach. Pomieszczeniami zagrożonymi awarią chlorową są magazyny pojemników z chlorem, pomieszczenia wyparek chloru i te, przez które przebiegają rurociągi z chlorem przy nadciśnieniu.

Czujniki chloru w pomieszczeniu

Sercem instalacji neutralizacji chloru jest aparat, w którym powietrze z chlorem kontaktuje się z medium selektywnie pochłaniającym chlor. Najczęściej (przynajmniej do tej pory) takim aparatem jest skruber z porowatym wypełnieniem zraszanym roztworem wodorotlenku sodu. Substancja ta ma jednak wiele wad: musi być wymieniana na świeżą co 6 do 12 miesięcy, ma tendencje do krystalizacji w zbiorniku, rurociągach i armaturze (instalacja większość czasu jedynie oczekuje na uruchomienie, więc roztwór nie przepływa), musi być przechowywana w ogrzewanych pomieszczeniach, produkt reakcji neutralizacji chloru (mieszanina podchlorynu sodu, soli i nadmiaru zasady sodowej) musi być oddawany do utylizacji specjalistycznej firmie. Stanowi to dla użytkownika dużą uciążliwość.

NOWA, LEPSZA METODA
Jedna ze spółek Grupy INTROL – i4tech sp. z o.o. zaproponowała klientom technologię bardziej przyjazną i jako pierwsza w kraju zaprojektowała, wybudowała i uruchomiła instalację z suchym sorbentem, którego zastosowanie ma zdecydowaną przewagę w aspektach eksploatacyjnych: jest trwały przez 30 lat magazynowania, odporny na niskie temperatury (więc adsorber może być zlokalizowany na zewnątrz budynku), a chlor z sorbentem reaguje nieodwracalnie, tworząc produkt neutralny chemicznie, który można bezpiecznie deponować na zwykłym składowisku odpadów. Instalacja takiego adsorbera (suchego skrubera) ma tylko jeden element z częściami ruchomymi – wentylator. Obsługa nie ma problemów z cieknącymi pompami, z zatykaniem się dysz zraszających wypełnienie skrubera mokrego, z kontrolą pH roztworu zraszającego.
Wyzwaniem w projektowaniu adsorbera jest takie zwymiarowanie aparatu i dobór prędkości przepływu, które w warunkach wydzielania się ciepła adsorpcji i reakcji chloru z alkalicznymi składnikami sorbentu, zapewni odpowiedni profil temperatury w złożu w całym czasie procesu pochłaniania chloru (przepisy amerykańskie czas ten ograniczają do 30
minut). Wszystko po to, aby nie narażać sorbentu na termiczną degradację, ścianki aparatu na przegrzanie i ograniczyć temperaturę czystego powietrza opuszczającego aparat i wpływającego do wentylatora. Pomocą w projektowaniu są wyniki badań temperatury na kilku poziomach złoża w laboratoryjnym reaktorze testowym (rys. 1).

Rysunek 1. Schemat instalacji testowej

W reaktorze zasymulowano warunki panujące w rzeczywistym aparacie. Stężenie chloru w strumieniu powietrza jakie występuje w czasie wycieku chloru ustawiono przez kontrolowane zmieszanie strumieni powietrza i chloru z butli. Prędkość przepływu przez złoże w reaktorze była taka, jak w rzeczywistym adsorberze. Test trwał 30 min. Wyniki uzyskane w teście – wartości temperatur na 6 różnych poziomach złoża w czasie – pokazuje rys. 2.

Rysunek 2. Rozkład temperatur w złożu Chlorosorbu

Na wykresie widzimy, że maksymalna temperatura złoża osiąga ok. 100oC. W przybliżeniu tyle samo ma powietrze w kontakcie z rozgrzanym złożem. Widać też, że strefa maksymalnej temperatury przemieszcza się w kierunku przepływu powietrza i po 25 – 30 min. dochodzi do końca złoża (termopara nr 6). Wtedy też wypływające czyste powietrze ma maksymalną temperaturę. Te informacje są istotne dla doboru materiału ścian aparatu, z którymi stykają się granulki sorbentu, jak też dla konstrukcji wentylatora, który musi pracować na gorącym powietrzu.
Test wybudowanej instalacji – tzw. próba chlorowa – polegał na sprawdzeniu działania systemów detekcji chloru i automatycznego zadziałania systemu awaryjnej wentylacji po kontrolowanym uwolnieniu kilkunastu kilogramów chloru w pomieszczeniu magazynowym beczek z chlorem. Instalacja zadziałała prawidłowo: czujniki chloru wykryły wyciek, wentylacja zwykła pomieszczenia została natychmiast przełączona na wentylację awaryjną. Automatycznie uruchomiony wentylator odessał powietrze z chlorem na zewnątrz pomieszczenia – do adsorbera, w którym chlor został pochłonięty na złożu Chlorosorbu. Po przejściu powietrza z chlorem przez adsorber wentylator zrzucił powietrze do atmosfery.
Przez cały czas trwania próby chlorowej czujnik chloru na wylocie powietrza do atmosfery wskazywał stężenie chloru 0 ppb. Przeprowadzona później analiza chemiczna próbek
sorbentu pobranych z różnych poziomów złoża nie wykazała obecności produktów reakcji chloru z sorbentem. Oznacza to, że cały uwolniony chlor został pochłonięty w cienkiej warstwie, przez którą przepływa powietrze zaraz po wlocie do adsorbera, przed dotarciem do pierwszego poziomu poboru próbki. Potwierdziła się w ten sposób wysoka zdolność sorpcyjna zastosowanego Chlorosorbu.

Instalacja neutralizacji chloru oparta na suchym sorbencie w SUW

Pierwsza w Polsce oddana do użytkowania instalacja neutralizacji chloru z suchym sorbentem dowiodła swej skuteczności i daje inwestorowi pewność, że ewentualne awaryjne wycieki chloru są pod kontrolą.