Leckagerisiko

verursachen, der niedrig ist und im großen Wasserdurchsatz kaum entdeckt werden kann. Größere Mengen an Leckage können entdeckt werden, aber im Allgemeinen bedeutet dies auch eine beträchtliche und bedeutende Emission. In rezirkulierenden Systemen von Kühltürmen werden mögliche leichtflüchtige Verbindungen ausgetrieben und die Leckage mit der Abflutung abgeleitet. Wegen des niedrigen Volumens des abgeleiteten Durchflusses ist die Enteckung leichter und die Abflutung kann behandelt werden, wenn dies erforderlich ist.

Das Ausmaß der Leckage wird im Allgemeinen als Ergebnis von Vorfällen bekannt und im begrenzten Maß durch Messungen in Durchlaufsystemen. Größere Leckagen werden entdeckt und sind in der Regel sofort von ziemlicher Bedeutung. Daten aus tatsächlichen Fällen haben gezeigt, dass Leckagen von 100 bis 3.000 kg/24 Stunden mit einer Austrittsströmung in mg/l bei großen Abflüssen (10.000 m³/Stunde und mehr) leicht möglich sind. Die Häufigkeit von Ausfällen bei verschiedenen Arten von Wärmetauschern weist große Schwankungen auf.

3.7.1.2 Verminderung von Leckagen

Wärmetauscher sollten hinsichtlich der Verhinderung von Leckagen ausgelegt werden. Verschiedene Organisationen haben Empfehlungen zur Art der Wartung abgegeben. Sie besteht aus einer Kombination von vorbeugender und fehlerbehebender Instandhaltung, da es sich gezeigt hat, dass mit der Vorbeugung allein die Probleme nicht vollständig kontrolliert werden können. Die vorbeugende Instandhaltung ist oft Teil eines Produktionsstopps, einmal in jeweils zwei Jahren. Bei der fehlerbehebenden Instandhaltung wird ein Kühler abgeschaltet und die Leckagen werden instandgesetzt, zum Beispiel durch Abdichten einer leckenden Röhre oder durch Austausch eines Rohrstücks. Bei Wärmetauschern, die aus produktionstechnischen Gründen nicht abgeschaltet werden können, ist es wichtig, dass ein zweiter Reservekühler verfügbar ist. Es wird zunehmend klarer, dass “Defekte” und Leckagen hauptsächlich durch einen Fehler in der Auslegung verursacht werden. In der Prozessindustrie werden die zusätzlichen Kosten für eine teuerere Konstruktion oder bessere Materialien durch die Kosten von Defekten in der Regel leicht mehr als wettgemacht. Die Investitionskosten sind niedrig, wenn man sie mit denen vergleicht, die ein Produktionverlust mit sich bringt. Die Auslegung von Wärmetauschern sollte deshalb auf der Grundlage der “vorhergesagten Verfügbarkeit” stattfinden.

Die folgenden allgemeinen Maßnahmen können angewandt werden, um das Auftreten von Leckagen zu vermindern:

• Für die Ausrüstung von Nasskühlsystemen Material in Übereinstimmung mit der angewandten Wasserqualität auswählen;

• das System in Übereinstimmung mit seiner Auslegung betreiben;

• falls die Kühlwasserbehandlung erforderlich ist, das richtige Programm für die Kühlwasserbehandlung auswählen;

• die Leckage in der Kühlwasserableitung von rezirkulierenden Nasskühlsystemen (Abflutung) überwachen.

Falls in der Praxis Probleme entstehen, gibt es eine Reihe von Optionen, die teilweise von der Ursache abhängig sind:

Auf der Ebene des Bauteils (der Wärmetauscher):

• Die Ursachen für Erosion, Korrosion überprüfen.

• Die Betriebsbedingungen im Vergleich mit den Auslegungsbedingungen überprüfen.

• Den Kühler durch einen verbesserten Typ ersetzen, die Konstruktion und das Material überprüfen.

• Die Abflutung des Hauptstroms ist durch die Leckage der Reinigung des Nebenstroms verschmutzt (die Reinigung des Nebenstroms ist betroffen).

• Rezirkulation des Kühlwassers des betroffenen Kühlers entweder über einen Luftkühler und/oder Einsatz einer indirekten Wasserkühlung (Diese Option behebt natürlich keine Produktionsfehler, die auf das Versagen des Kühlers zurückzuführen sind).

Auf einer Systemebene (das gesamte Kühlwassersystem oder Teile davon)

• Zwischen dem Kühlwasser und dem Prozesswasser einen möglichst kleinen Druckunterschied aufrechterhalten oder einen Überdruck im Kühlwasser erzeugen oder aufrechterhalten;

• auf ein indirektes System (Sekundärkühlung) umstellen oder, falls technisch möglich, auf ein rezirkulierendes System mit Kühlturm umstellen (dabei die potentielle Verdampfung von Stoffen berücksichtigen).

Das von der chemischen Industrie angewandte VCI-Sicherheitskonzept spricht von Leckage als dem zeitweiligen Abfluss von Stoffen, der langwierige schädliche Veränderungen an Gewässern verursacht. Um dies zu verhindern und zu bekämpfen werden die chemischen Prozess-Stoffe eingestuft (mit Hilfe der R-Phrasen) und die endgültige Einstufung ist verbunden mit den Anforderungen hinsichtlich der Auswahl des (indirekten) Kühlkonfigurationssystems und der Art und Weise, in der die Leckage überwacht wird (siehe Anlage VII).

Es ist offensichtlich, dass die Anwendung eines vollständig indirekten Systems (Sekundärkühlsystem) oder eines rezirkulierenden Systems mit einem Kühlturm die Leckage fast zu 100 % kontrollieren kann. Nur wenn der Systemdruck fällt, kann Schmutzwasser freigesetzt werden, aber diese Strömung ist gering und kontrollierbar. Die Anwendung beider Optionen erfordert jedoch, dass man sich der Anforderungen des zu kühlenden Prozesses bewusst ist. Eine indirekte Auslegung (Sekundärkühlsystem) oder die Anwendung eines Kühlturms steigert den Kühlgrenzabstand und erhöht die minimale Endtemperatur des Prozess-Stoffs. Falls der zu kühlende Prozess dies ertragen kann, dann können die Merkmale des Prozess-Stoffes / der Prozess-Stoffe eine indirekte Auslegung rechtfertigen, um das aufnehmende Oberflächengewässer gegen unerwünschte Emissionen aufgrund der Leckage zu schützen.

Einige Unternehmen verwenden bewusst ein Kühlsystem, in dem die Teile, die zur Leckage neigen, mit indirekter Kühlung (Sekundärkühlsystem) versehen werden und die Teile, die nicht zur Leckage neigen, werden nicht damit versehen. Da die Kontrolle der Leckage schwierig zu sein scheint, sollten in der Kühlung vorrangig Stoffe und andere, für die Umwelt gefährliche Produkte und Durchlaufsysteme vorzugsweise nicht verwendet werden, besonders auch im Hinblick auf die verfügbaren Alternativen.

Bei einem bestehenden Kühlsystem ist eine indirekte Auslegung (Sekundärkühlsystem) weder technisch noch wirtschaftlich die anwendbarste Lösung. Die praktische Erfahrung mit der Anwendung eines soliden Wartungs- und Kontrollprogramms bei einem großen Durchlaufkühlsystem, das Salzwasser verwendet, erbrachte gute Ergebnisse. Es waren einige Auswechslungen von Kühlern erforderlich, aber 90 % der Defekte der verschiedenen Wärmetauscher konnten durch die richtige Antiverschmutzungsbehandlung und betriebliche Sorgfalt (Überwachung von Schwingungen, Bedienungsweise der Pumpen und Vorsicht beim Einengen der Strömung) vermindert werden. Die Leckageentdeckung wird angewandt und durch die Entdeckung an den richtigen Stellen kann die Zeit zwischen der Leckage des Wärmetauschers und ihrer Entdeckung verkürzt werden.

Die Entdeckung von Leckagen in Durchlaufsystemen ist schwierig, aber ein empfohlener Ansatzpunkt ist die Identifizierung von Wärmetauschern, die anfällig für Leckagen sind und schädliche Stoffe kühlen. Dann wird eine selektivere und genauere Messung der Leckage möglich. Vorbeugende und fehlerbehebende Instandhaltung sind gemeinsam wichtig, um Leckageprobleme zu bewältigen, aber die richtige Auslegung neigt dazu, die rentabelste Lösung zu sein.

3.7.1.3 Verminderung durch vorbeugende Instandhaltung

Visuelle Inspektion, Wasserdruckprüfung und zusätzliche Untersuchung an herausgezogenen Röhren sind Beispiele für frühere Inspektionsmethoden. Die Einschränkungen dieser Methoden lagen darin, dass sich die Inspektion auf die direkt sichtbaren Teile der Röhren konzentrierte. Schmutz verdeckt oft die frühen Stufen von Defekten und einheitliche Korrosion ist mit dem bloßen Auge schwer zu erkennen. Die Wasserdruckprüfung entdeckt nur leckende Röhren. Die Frage ist, wie wählt man eine repräsentative Röhre für die weitere Untersuchung aus. Als Folge davon konnten die oben beschriebenen Methoden die Umweltverschmutzung aufgrund von unerwarteter Leckage, Ausfall, Verminderung der Kapazität und/oder dem Auftreten von nicht spezifizierten Produkten nicht verhindern. Andererseits musste eine große Anzahl von Ersatzröhren für den unerwarteten Austausch von Röhren auf Lager gehalten werden.

Die Erfahrungen mit einer neuen Art der Untersuchung von Wärmetauscherröhren (mittels Wirbelstromprüfung) haben gezeigt, dass die Zuverlässigkeit von Wärmetauscherröhren bedeutend erhöht und dass die Emissionen aufgrund von Leckage vermindert werden können. Da diese Methode in der Lage ist, eine einzelne Röhre zu prüfen und eine Voraussage über den Defekt einer einzelnen Röhre liefern kann, beruht die Häufigkeit der Inspektionen auf Fakten. Als Folge davon können Inspektionsmethoden, die in der Lage sind, das Defektrisiko einzelner Röhren eines Wärmetauschers vorauszusagen zu einer Verminderung des Röhrenverbrauchs, besserer Lagerverwaltung und zum frühzeitigen Wissen um das Korrosionsverhalten führen.

Dies ergibt eine Verminderung von unerwarteten Ausfällen aufgrund von leckenden Röhren mit dem Umweltnutzen einer Verminderung der Emissionen über das Kühlwasser.

Die Anwendung dieser Methode am Standort einer Chemiefabrik ergab eine Verminderung von mehr als 90 % des Prozentsatzes der Auswechslung von Röhren seit der Einführung dieser Methode im Jahr 1990 [Paping, Dow Chemical Benelux Terneuzen, 1999]. Dies führte auch zu einer Minderung der jährlichen Kosten. Die jährlichen Einsparungen aufgrund der Verminderung der Anzahl der Röhren, die auszutauschen waren, waren rund fünfmal so hoch wie die Inspektionskosten. Die Anzahl der unerwarteten Prozessausfälle aufgrund von leckenden Röhren wurde im Lauf der letzten 10 Jahre um 90 % vermindert.