Flow meten van nafta

Ultrasoon flowmeters regelen verbranding

De chemie terminal van Vopak is een van de grootste ter wereld met plek voor 10 schepen tegelijk en een opslagcapaciteit van zo’n 4 miljoen m3 en er kan 5000 kuub per uur verpompt worden.

Bij het lossen van het schip word de ruimte die ontstaat in het ruim opgevuld met buitenlucht of de uitlaatgassen van het schip zelf. Maar als het schip geladen wordt is het ruim vol met gevaarlijke dampen. Als de lading instroomt verdringt die de damp die veel gevaarlijke stoffen zoals nafta bevat. En het laden van het schip is de verantwoordelijkheid van Vopak. Daarom vangt Vopak de damp op die het ruim verlaat.

Op verschillende locaties wereldwijd installeert men nu nieuwe Vapor Treatment Units (VTU's) om de opgevangen damp beter te verwerken en daarmee de uitstoot van schadelijke VOC's te verminderen. Onder zeer gecontroleerde omstandigheden worden de schadelijke stoffen behandeld. Het meten van flow moet in dat proces zo precies mogelijk. Teesing verzorgde de selectie en calculaties van de Transus ultrasoon flowmeters.

Het proces

VOC's zijn over het algemeen koolwaterstoffen uit de BTEX-groep. Die gassen zijn gevaarlijk de mens en milieubelastend als ze vrij komen in de atmosfeer. Dat zijn zware broeikas gassen en bovendien carcinogeen.

De grootste veroorzaker van damp is nafta omdat het erg vluchtig is. Nafta is een belangrijk halffabrikaat wat op veel plaatsen in de petrochemische industrie als grondstof wordt gebruikt. Maar nafta is zeer giftig, Vanaf 2ppm ruik je het, bij 10ppm wordt de geur niet meer waargenomen omdat het geurorgaan verlamd raakt en bij 20ppm ga je dood. Er zit 10.000ppm in 1 liter nafta.

Schip heeft een manifold. Voor verschillende producten zijn verschillende laadarmen, 1 arm voor afzuigen.
Grootste laadarm van Europa voor afzuiging: 36m hoog, zo hoog als een flatgebouw van 12 verdiepingen.

Nadat de laadarm de dampen opvangt is er op de vingerpier direct een flame arrester: als er op het schip brand komt, dan stopt dat aan het begin van de leiding.
De dampafvoerleiding is 16 duim dik: zo’n 40cm. Voor de flamearrester zit nog een dubbel uitgevoerd filter om vaste delen af te vangen. Dit filter is semi zelfreinigend: bij zware olieproducten is de vervuiling aanzienlijk, maar lichte producten zoals nafta lossen die weer op. Eens in de zoveel tijd moet het filter gereinigd worden. Dat is de reden dat het dubbel is uitgevoerd, zodat de doorvoer van damp kan blijven plaatsvinden terwijl een van de twee filters wordt schoongemaakt. Dit gebeurt bij Vopak zelf, met hoge druk stoom.
Op het terrein is de grootste leiding 36”: 91cm.
Per 2 pieren op 1 centrale buis aangesloten.
Druk -50mb max-1bar
Alternatief; compressor op boot, maar eigen controle.
Schip heeft pompen voor lossen en zuigt dan lucht naar binnen.
Bij laden ontsnapt er lucht en is verantwoordelijkheid van Vopak.

Leiding onder afschot. Op verschillende punten zit een waterscheider. Zodra het condensvat vol is: terug leiding in pompen.

Als de installatie gebruikt wordt om geur overlast te verminderen, moet de efficiency beter dan 99% zijn.

GRE leiding van schip naar VTU

De leiding is gemaakt van glasvezel versterkte epoxy (GRE). Die is ter plekke met de hand gemaakt, omdat de hoofdleiding van 38” te groot is om met machines te maken.
Het is een leiding die zeer chemisch resistent is, met name tegen zeewater. Daarnaast is het materiaal elektrisch geleidend, wat het gevaar van vonken door statische elektrische ontlading verminderd. Het is een materiaal dat ook steeds vaker aan boord van chemische tankschepen om die reden wordt gebruikt. Bijvoorbeeld in het ballast syteem van het schip.
Het nadeel is dat het mechanisch minder sterk en kan slechts een lage druk aan, maar voor dit soort systemen is dat geen probleem. Een andere beperking van GRE is dat appendages lastig te maken zijn. Daarom wordt in dit systeem GRE gebruikt voor de rechte leidingen en zodra er bochten en appendages nodig zijn gaat men over naar RVS. Dat geldt dus ook voor de ultrasone flowmeter van Transus die wij geleverd hebben.

Calorische meter: Wobbe-index

De calorische verbrandingswaarde van het gas wordt gemeten met een Wobbe-index meter.
De gassamenstelling varieert sterk per verlading en de toevoer van brandstof en zuurstof worden daarop geregeld. Een brander die is afgesteld voor een bepaald brandstofgas, zal bij omschakeling naar een andere gassamenstelling zijn thermisch vermogen slechts behouden als de Wobbe-index van het gas niet te veel verandert. Bij een te grote afwijking in Wobbe-index zal de brander niet goed meer functioneren, en moet hij opnieuw worden afgesteld. In de praktijk wordt een schommeling van 5% nog aanvaardbaar geacht (uiteraard zijn er nog andere factoren waar men rekening mee moet houden zoals vlamtemperatuur en zwavelgehalte).

Het doel is uiteindelijk om zo weinig mogelijk uitstoot te genereren. Daarom streeft men bij de verbranding naar een stochiometrische verbranding: de hoeveelheid toegevoerde lucht is precies in balans met de brandstof om te komen tot volledige verbranding. Die verbranding bestaat uit aardgas, de brander is al geschikt voor de verbranding van waterstof.

De Wobbe-index meter heeft circa 5-6 seconden nodig om de calorische waarde te bepalen, daarom staat de Wobbe-indexmeter zo'n 800-900 m voor de brander.
Daarmee creeer je meer tijd om de regellus goed te laten werken.

Foto: aanleg hoofdtransportleiding Gasunie, traject Beverwijk - Wijngaarden (bron: A. Hak)

Foto: het hoofdtransportnet van Gasunie (bron: Gasunie)

Flowmeter: ultrasoon

Voor deze applicatie is van de 9 gangbare flowmeetprincipes alleen ultrasone flowmeting geschikt:
• Volle doorlaat
• Gelijkblijvende nauwkeurigheid bij allerlei soorten gassen
• Grote turndown
• Kan vanaf een stroomsnelheid van 0m/s al meten.

Het is voor de selectie van een flowmeter vooral heel uitdagend om de enorme rangebillity te vinden waar deze applicatie om vraagt. De schepen die geladen worden leveren gasstromen op van 200 tot 1500 m3/h, waarbij het aantal schepen dat tegelijk wordt geladen kan varieren van 1 tot 10. Dat maakt dat er een turndown gevraagd wordt van 200 m3/h tot 15.000 m3/h.

De flowbody is uitgevoerd in RVS en heeft een doorlaat van 32”(DN800, 81cm)

Best duur (€80k), maar binnen een maand terugverdiend. Door de gasprijzen.

Er is gekozen voor een ultrasoon flowmeter met een enkel pad. Vaker leveren we flowmeters met 3 of 4 paden omdat die heel nauwkeurig zijn. Waarom was in dit geval een flowmeter met een enkel ultrasoon signaalpad voldoende:
1. Met een onderdruk van 50mBar waarmee de vent gases worden afgezogen zijn de snelheden niet zo hoog. Dat betekent dat een meetfout niet direct een grote hoeveelheid gas afwijking oplevert.
2. De leiding is heel groot.
3. Omdat de afstand tussen schip en VTU zo groot is heeft de flowmeter veel rechte lengte buis voor en na, dus dan is er sprake van een ontwikkeld flowprofiel en is 1 punt in leiding representatief.

Hoe werkt de VTU?

Het verbranden van deze gassen is alleen maar een kostenpost.
Daarom is het optimaal regelen en verminderen van aardgas en water en de verbruikte elektrische energie directe margeverbetering.
Het signaal gaat naar de VTU. Er zijn twee VTU, door meter kan je er misschien 1 uitzetten.
Deze VTU’s zijn 42m hoog.

De verwerking van het condensaat

Aan het begin van de installatie wordt het condensaat uit de leiding opvangen en wordt het eerder afgevangen condensaat verzameld. Dit water condensaat bevat erg veel zwavelverbingingen en is een interessante grondstof voor de chemische industrie elders in het Rotterdamse havengebied.
Het condensaat wordt gebruikt door rafinnaderijen. Willen het graag hebben. Claus proces: 1700 graden valt zwavel en waterstof uit elkaar.
Met twee katalytische stappen wordt doorgaans meer dan 97% van het zwavel uit de binnenkomende gasstroom verwijderd. Daarnaast wordt meer dan 2,6 ton stoom (ongeveer 140 m3) per ton zwavel geproduceerd.

Ook het watervat is uitgevoerd in duplex RVS, want daar zit het zure water wat langer in.

Wastegas blowers zuigen aan.
Flame arresters.
1. Vtm: 2 branders; two stage branders

Off the grid:
K1-k2 stoffen, je kan er niks mee.
K3 stookolie: geen co2 door elektrisch verwarmd bed.
Thermische olie gebruiken om warmte te gebruiken was duur, terugverdientijd 30 jaar.
Heel hoge kosten van warmte wisselaar door allerlei veiligheden door zelfontbranding bij 400.

Gasbranders zijn al geschikt voor verbranding van waterstof.

Eerste brander 800 graden voor de stikstof om te voorkomen dat stikstofoxiden ontstaan.
Tweede op 1000 graden.

Foto: voorbeeld thermal oxidizer unit

Scrubber zorgt voor een nagenoeg emissie vrije verbranding

Daarna een amine scrubber om zwavel af te vangen. Temp van het verbrandingsgas is dan al gedaald naar 80 graden.
Quench (?) om rookgassen af te koelen van 1000 naar 80.
Scrubber wil graag constante druk van het verbrandingsgas. Daarom in quench klep met zuiger om druk te regelen.
Vtm heeft heel veel water nodig. drinkWater: 90 kuub per uur.
Drukwatergebouw, naar 16bar.
Elke vervuiling breekt alles af. Vooral microbacterie.

Natronloog vat vangt water uit scrubber en dan naar waterzuivering.
Automatisch samplingsyteem.

Er is altijd 1vtu stand-by, obs planning van schepen bijzetten, want kost 12-14 uur om op te starten.
280kuub gas per uur voor de waakvlam
600-800 kuub gas per uur per vtu in vol bedrijf is.
250mva vermogen in speciaal onndnerstation 6000v
Gestuurde boring van 1km

Het hele proces levert genoeg warmte op om het nabij gelegen dorpje Geervliet in zijn geheel te voorzien van stadswarmte.

Foto: de montagewijze van de insteek ultrasoon transducers, ATEX approved.

Meer informatie?

Meer informatie over onze producten of op zoek naar een oplossing op maat? Neem contact op met onze sales engineers.

NL: +31 70 413 07 00
CN: +86-(0)10-60576210
USA: +(1) 973 383 0691
TW: +886-(0)3-5600560

Of gebruik ons contact formulier

Heeft u al contact met een sales engineer? Neem rechtstreeks contact op:

Vind uw sales engineer