Besparen met formeergas (2)

Formeergas blijkt een prijstechnisch interessant alternatief te zijn voor het kostbare helium bij het uitvoeren van emissietesten bij afsluiters in de olie- en gassector, de voedingsindustrie en de onderhoudswereld. En niet alleen prijstechnisch is formeergas een uitstekend alternatief, ook kan met dit medium de testtijd ten opzichte van testen met water fors worden gereduceerd. In deel 1 van deze 2-delige serie (editie 6, 2024 van Process Control) werd beschreven hoe machinebouwer Ventil bij toeval op deze vinding stootte en hoe Shell haar DEP’s (Shell-standaarden) hierop aanpaste. Inmiddels heeft ook de Gasunie dit voorbeeld gevolgd. In dit deel meer over wat deze vinding de komende jaren gaat betekenen voor onder andere waterstofafsluiters.

In gesprek met Emiel Lechevallier, SME Hydrogen, Engineered Solutions & CNC Pressure Testing bij Ventil vertelt hij hoe de ‘mindset’ in de sector, en zelfs bij normcommissies, zijns inziens niet juist is als het aankomt op het gebruik van helium bij emissietesten. “Als in de markt wordt gesproken over emissietesten, dan wordt vaak gezegd: ‘We gebruiken helium, want de molecuulgrootte is kleiner dan die van alle andere media, dus helium lekt het snelst.’ Ofwel als de resultaten van een emissietest met helium goed zijn, dan geldt dat ook voor alle andere media. Deze conclusie is niet juist aldus onze praktijktesten met formeergas. Neem waterstofafsluiters als voorbeeld”.

“Hoewel het lijkt alsof de testen met helium het ‘beste’ testresultaat opleveren, blijkt dit niet in het veld bij waterstofafsluiters. Deze blijken juist meer te lekken. De hele perceptie over hoe het écht werkt in de markt klopt dus niet en dat kan leiden tot zeer gevaarlijke situaties en niet alleen bij waterstof. Onder bepaalde omstandigheden is testen met helium namelijk ook niet representatief bij chemicaliën of aardgas. Als Ventil willen we daarom onze recent opgedane kennis zoveel mogelijk delen met eindgebruikers en andere afsluiterfabrikanten. Door te laten zien hoe het wel werkt, kunnen ook zij voortaan een meerwaarde halen uit de emissietesten om een weloverwogen kapitaalinvestering te doen voor de aanschaf van professionele apparatuur.”

Investeringen

Om bovenstaande emissietesten bij afsluiters uit te voeren op basis van formeergas, ontbreekt het veel afsluiterproducenten nog aan de juiste testmethodes en -apparatuur. Iets wat uiteindelijk wel cruciaal is om een nog beter kwalitatief resultaat te bereiken bij eindgebruikers zoals raffinaderijen.

Een andere sector waar nog niet of nauwelijks ervaring is met het uitvoeren van emissietesten op basis van formeergas, is de reparatie-industrie voor afsluiters aldus Lechevallier. “In deze branche worden afsluiters na revisie vaak alleen getest met water voordat ze weer worden teruggeplaatst in een chemisch proces. Zo kan echter geen enkele zekerheid worden geboden of de afsluiter emissies zal uitstoten. Dit rijmt niet met de te realiseren klimaatdoelstellingen en de vraag om emissies bij raffinaderijen en industrie structureel te verminderen. Hier is dus nog veel werk aan de winkel. Door kennis te delen kan de kwaliteit van het testen worden vergroot, het aantal operationele lekken worden teruggedrongen en kunnen vroegtijdige interventies zoveel mogelijk worden geëlimineerd. Een forse besparing dus op de onderhoudskosten.”

Toepassingen

Formeergas wordt vooralsnog hoofdzakelijk toegepast voor het uitvoeren van kwaliteitscontroles (lees: ‘Factory Acceptance Test’) op afsluiters met een kritische toepassing. Deze test wordt uitgevoerd na productie van een afsluiter, voordat deze de fabriek verlaat. Het is een essentiële stap om te valideren dat de kwaliteit van de afsluiter in lijn is met het oorspronkelijk geteste ontwerp. Essentieel daarbij is wel dat wordt gewerkt met formeergas met een kwaliteitscertificaat ofwel met de juiste waterstof/stikstof-verhouding.

Nieuwe omrekenmethode

Ventil heeft tijdens haar onderzoek naar formeergas eerst theoretisch bepaald hoe emissies zich gedragen, om er zeker van te zijn dat het gedrag van formeergas voldoende voorspelbaar is ten opzichte van de alternatieven 100% helium of een mengsel van 10% helium en 90% stikstof. Deze theorie is vervolgens gevalideerd met testen op basis van gekalibreerde lekken. Lechevallier: “Op basis van deze resultaten is daarna een praktische en betrouwbare conversiefactor bepaald, binnen het meetspectrum van ‘fugitive emissions’. Opvallend daarbij was de verandering van het gedrag van lekkages op het grensgebied van de metingen en daardoor dus ook de wijze waarop er aan gerekend kan worden. Voor Ventil waren deze bevindingen aanleiding om elke grootheid in het spectrum te valideren. Dit om na te gaan of de correlatie te generaliseren was binnen het spectrum. Hieruit bleek dat emissies zich significant anders gingen gedragen wanneer ze groter werden.”

Buiten het spectrum

Ook toen Ventil met het testen buiten het spectrum kwam, bleek dat de manier waarop het lek zich gedroeg veranderde. Daarbij viel het op dat helium niet meer geschikt was om representatieve testresultaten te verzamelen, specifiek voor afsluiters met emissieklasse CH. Dit bleek dus een onnodig dure vorm van testen te zijn. Dit gedrag heeft wederom alles te maken met de verkeerde aanname over de molecuulgrootte. Zo speelt alleen moleculaire massa een rol bij relatief kleine emissies, terwijl viscositeit deze rol overneemt wanneer het lek groter wordt. Helium heeft een gunstige moleculaire massa, maar een ongunstige viscositeit. Op papier kan een afsluiter met emissieklasse CH, getest met helium, dus volstaan voor een applicatie, terwijl de afsluiter in het veld juist een veelvoud meer zal lekken.

Acceptatie

Helium is dus niet altijd geschikt als testmedium. Daarom heeft Shell ervoor gekozen om alleen nog afsluiters in te kopen op basis van emissieklasse AH en BH, zodat de testresultaten representatief zijn voor de toepassing van de afsluiter.

Naar aanleiding van bovengenoemd onderzoek zijn ook de interne standaarden bijgewerkt. Dit heeft een noemenswaardige besparing opgeleverd, zonder concessies te doen aan de kwaliteit. Bedrijven als Gasunie volgen dit voorbeeld en hebben formeergas inmiddels geaccepteerd als alternatief. Ook zij hebben de intentie uitgesproken om, na een overgangsperiode van 2 tot 3 jaar, volledig over te gaan op het testen met formeergas. Deze stap is significant te noemen, kijkende naar de ontwikkelingen met betrekking tot de aanleg van een hoogwaardig waterstofnetwerk in Nederland en op de Noordzee. Voor deze projecten worden namelijk grote hoeveelheden waterstofafsluiters geleverd door verschillende leveranciers, waardoor het gebruik van formeergas direct een besparing kan opleveren op de projectkosten. Daar tegenover staat de relatief eenvoudige overstap voor de afsluiterfabrikant naar de methode op basis van formeergas.

Naast de lage kosten van het gas, is de investering in nieuwe apparatuur relatief laag en zijn de testprocedures eenvoudig te adopteren. Ventil krijgt dan ook steeds vaker de vraag welke testapparatuur ze hiervoor nodig hebben of hoe ze testen met formeergas moeten uitvoeren. Als expert is Ventil bij uitstek hét adres voor de juiste apparatuur, consultancy en training op dit gebied.

“Testtijd verkorten met formeergas”

Minder kritische applicaties

Formeergas is ook geschikt voor minder kritische applicaties, zoals waterafsluiters. Elke fabrikant van waterafsluiters heeft de wettelijke verplichting om alle geproduceerde afsluiters voor levering een bepaalde tijd te testen op lekkages in hun fabriek, conform de daarvoor geldende standaard. Dit kwaliteitscontroleproces, dat bestaat uit een aantal verschillende testen, is vaak een ‘bottle neck’ in een productie-omgeving omdat de testtijden zijn gespecificeerd. Deze mogen niet zondermeer worden verkort. Juist voor dit soort applicaties is formeergas dan ook een uitermate bruikbaar alternatief. De meeste standaarden laten het namelijk wel toe om testtijden te verkorten mits de methode van testen een equivalent resultaat oplevert.

Door gebruik te maken van de natuurkundige principes kan dit met formeergas worden bereikt. Met het hierboven beschreven onderzoek is namelijk aangetoond dat gas significant sneller lekt, dan wanneer getest wordt met water. Niet alleen kan het gas op lagere concentraties worden waargenomen, ook kunnen kleinere lekken sneller worden waargenomen en kan de testtijd aanzienlijk worden gereduceerd. Met behulp van formeergas kan dus veel kritischer worden gekeken of de waterafsluiter daadwerkelijk lekdicht is. Zeker als een fabrikant waterafsluiters in massa produceert, kan met dit nieuwe medium significant sneller worden getest, de testtijd worden verkort en het geheel is ook nog beter te automatiseren.

Productie-oplossing

Inspelend op bovengenoemde ontwikkelingen heeft Ventil ondertussen een eigen werkende universele productie-oplossing ontwikkeld op basis van formeergas, die steeds per project volledig wordt gebouwd op klantspecificatie. Een testoplossing die mogelijkheden biedt in uiteenlopende sectoren, zoals de voedingsindustrie en de waterwereld, om kosten te besparen en aanzienlijk minder energie uit te stoten. Speciaal voor de voedingssector zijn al ‘food grade’ formeergassen voorhanden. Dé ultieme oplossing dus, om na een onderhoudsbeurt in bijvoorbeeld een melkfabriek, na te gaan of alles écht lekdicht is. En dit geldt ook voor afsluiters die onder water zijn geïnstalleerd.

Normcommissie

Lechevallier heeft namens Ventil zitting genomen in de Amerikaanse normcommissie 6D van API (American Petroleum Institute) om mee te werken aan het schrijven van de nieuwe norm voor waterstofafsluiters (ofwel Annex M). Deze norm, inmiddels gepubliceerd, beschrijft hoe een waterstofafsluiter voor transportleidingen moet worden ontworpen, getest en geleverd. Samen met Shell heeft Ventil bij bovengenoemde commissie een voorstel neergelegd om formeergas te gaan gebruiken voor het testen van waterstofafsluiters. Dit voorstel is inmiddels unaniem aangenomen door de normcommissie en is daarmee onderdeel geworden van het testprotocol voor waterstofafsluiters.

Normen

API is een democratische normcommissie, gevestigd in Amerika, die stelt dat elk lid van API het recht heeft om deel te nemen aan het ontwikkelen en participeren van nieuwe standaarden. Als er geen consensus is, dan volgt er een stemming en geldt altijd de meerderheid van stemmen. Lechevallier vertelt: “Omdat er minder eindgebruikers dan fabrikanten deelnemen aan API, winnen fabrikanten in de regel altijd. Daarom maken eindgebruikers, zoals Shell en Gasunie, vaak gebruik van deze API-standaarden, aangevuld met eigen bedrijfsstandaarden. Deze standaarden worden dan op initiatief van de ‘International Association of Oil & Gas Producers’ (IOGP) zoveel mogelijk gelijk getrokken. Ventil is samen met Shell achter de schermen druk doende om het emissietesten met formeergas te laten beschrijven in de IOGP-standaarden, alsmede in de ISO-norm 15848. Een norm die bedoeld is om ongecontroleerde emissies van vluchtige organische stoffen (VOS) bij afsluiters terug te dringen.

Het magazine fysiek ontvangen? Klik hier om een kennismakingsabonnement af te sluiten.
Vacatures bekijk je via de vacaturepagina.