Themabijeenkomst ‘Kwaliteit & Controle in vloeistoffen’ Inline en Offline metingen van kwaliteit Rol van Proces Analyse in Petro(Chemische) Industrie Door J(an) G.E.M. Beumers Freelance Consultant Instrumentation & Process Automation QMI Datum : 29 September 2015
Onderwerpen • Introductie • Typische raffinaderij met mogelijke processen • Proces Analyse versus Laboratorium Analyse • Definities • Analyse systemen • Kwaliteitscontrole toegepaste analysers • Valkuilen bij het ontwerpen van on line analyse systemen • Vragen
INTRODUCTIE
Typische Raffinaderij in ogen van management
Typische Raffinaderij in praktijk
Mogelijke processen binnen Raffinaderij
Proces Analyse versus Laboratorium Analyse Wanneer overweeg je een Proces Analyse ? Als de te meten proces parameter kritisch is voor • het proces • de gezondheid, veiligheid • het milieu • de productkwaliteit Als je goedkoper kunt produceren
Reasons for installing analysers Kritisch voor het proces • Proces Besturing, b.v. specificaties diesel en kero • Proces Beveiliging, b.v. katalysator die vergiftigd kan worden door vocht, zwavel, ammoniak • Proces Optimalisatie, b.v. verhogen energetisch rendement (= efficiency) fornuizen Kritisch voor gezondheid/veiligheid • Bewaken omgevingslucht op b.v. H2S, VC, CO • Geleidendheid van kerosine
Reasons for installing analysers Kritisch voor het proces Procesbesturing
Reasons for installing analysers Kritisch voor het proces Procesbeveiliging
Reason for installing analysers Kritisch voor het milieu (wetgeving/reputatie) • Operationele vergunning • Emissies naar lucht, b.v. SO2, NOx, CO2 • Emissies naar water, b.v. TC, TOC Kritisch voor kwaliteit • Produkt specificatie, gesteld door klant of overheid • Fiscale afrekening, b.v. LNG t.a.v. compositie en HHV
Reasons for installing analysers Kritisch voor het Milieu Emissies naar lucht én Kritisch voor het Proces Proces Optimalisatie
BRANDSTOF LUCHT
Een toename in efficiency van 2,3% verlaagt de brandstofkosten met 3,1%
Reason for installing analysers Lagere productiekosten • Sneller bereiken van product specificatie • Op specificatie blijven opereren en ‘off spec’ situatie voorkomen • Voorkomen van ‘quality give away’ • Product Quality release
Reason for installing analysers
Lagere productiekosten : ‘Off spec’ voorkomen
Definities • At Line Analyser • In Line / In situ / Cross stack Analyser • On Line Analyser
Definities : At Line Analyser De configuratie, waarbij de analyser nabij het proces staat opgesteld (b.v. in een plant laboratorium). De analyser is niet direct gekoppeld aan het proces
Definities : In Line Analyser Een analyser, waarbij het meetelement gesitueerd is in het proces (een leiding of een vat). Dit type analyser heeft geen monstername systeem en meet continu Als variant op de In Line Analyser kennen we ook de In Situ en de Cross Stack Analyser
In Line Analyser – voorbeeld 1
In Line Analyser – voorbeeld 2
In Situ Analyser – voorbeeld 1
In Situ Analyser – voorbeeld 2
Cross Stack Analyser – voorbeeld 1
Cross Stack Analyser – voorbeeld 1
Definities : On Line Analyser Een analyser, die gebruik maakt van een procesmonster, dat continu wordt afgenomen van een procesleiding of een procesvat m.b.v. een monsternamesysteem De meting gebeurt óf continu óf cyclisch
Definities : Continu On Line Analyser Een analyser, waarin het procesmonster continu aan het meetelement wordt aangeboden. Het uitgangssignaal van de analyser wordt continu “ververst”.
Definities : Cyclische On Line Analyser Een analyser, die kortstondig een procesmonster neemt van een procesleiding of een procesvat m.b.v. een monsternamesysteem De analyser voert op dit procesmonster een meting uit. Aan het eind van de meting wordt het uitgangssignaal van de analyser “ververst” en vastgehouden, tot het eind van de volgend uitgevoerde meting.
VARIATIE VAN HET PROCES
UITGANGSSIGNAAL CONTINU ANALYSER
UITGANGSSIGNAAL CYCLISCHE ANALYSER
Hoe krijgen we het procesmonster in de on-line analyser ?
m.b.v. een ANALYSE SYSTEEM
Doel van het Analyse Systeem: Een procesmonster nemen van een procesleiding of een procesvat en aanbieden aan een analyser Voorwaarden: • Het systeem moet veilig, betrouwbaar en “onderhoudsarm” zijn • Het procesmonster moet representatief blijven • De tijdvertraging moet acceptabel zijn • Geschikt voor ingangscondities van de analyser
PRODUCT : LNG FASE : VLOEIBAAR DRUK : 8,1 BARa TEMP. : -1600C
TE METEN COMPONENTEN C1 : 50-100% mol C2 : 0-15% mol C3 : 0-5% mol iC4 : 0-1% mol nC5 : 0-1% mol N2 : 0-1% mol C5+ : 0-1000 ppm mol WI : 0-2000 BTU/scf HHV : 0-1500 BTU/scf
DRUK : max 4 BARa FLOW : +/- 1000 l/h TEMP. : +/- 500C
FLOW : +/- 995 l/h
DRUK : +/- 1 BARa FLOW : +/- 5 l/h TEMP. : +/- 500C
FISCALE GASCHROMATOGRAAF
MONSTER NEMEN UIT PROCESLEIDING
MONSTER CONDITIONEREN – STAP 1
MONSTER TRANSPORT
MONSTER CONDITIONEREN – STAP 2
MONSTER INVOEREN IN ANALYSER
Hoe kunnen we beoordelen of de analyser goed presteert ?
Geheugensteun op rijm Om een meetmiddel te beoordelen op presteren Moet je de NEN 2649 definities hanteren De meetjuistheid controleren, door te calibreren en de meetfout minimaliseren, door te justeren Daarnaast kun je meetresultaten saboteren door onjuist te conditioneren of foutief te injecteren Knoop dat in uw oren, dames en heren !
Voor het justeren van een analyser kan gebruik worden gemaakt van: – een referentie monster • Gecertificeerd monster (controlled) • van gasleverancier • van VSL (vh NMI) t.b.v. correlatie schema • Lokaal gecertificeerd monster (uncontrolled) – een referentie meting – de proces monster methode – de filter methode
Van toepassing zijnde standaarden : • •
ASTM D3764 Validation of Process Stream Analyzers ASTM D6122 Validation of Multivariate Process IR Spectrophotometers
Wat doen we met de calibratie resultaten ? • Ieder meetmiddel vertoont bij herhaald gebruik een spreiding • Van het meetmiddel bepalen we de standaard deviatie σ , door 20x een analyse uit te voeren op één mengsel • We maken gebruik van statistiek (SPC) om te bepalen of een justering van het meetmiddel noodzakelijk is • We gebruiken daarbij een zgn. Control Chart, die is “voorzien” van een Warning Limit (= WL = 2 σ) en een Control Limit (= CL = 3 σ) • We voeren het calibratie resultaat in de Control Chart in en hanteren een aantal beslissingsregels om te bepalen of een justering van het meetmiddel noodzakelijk is
BESLISSINGSREGELS
VALKUILEN BIJ ON-LINE ANALYSE
VALKUILEN BIJ ON-LINE ANALYSE • KEUZE ONJUIST MEETPRINCIPE • TE HOGE EISEN AAN SNELHEID • TE HOGE EISEN AAN BESCHIKBAARHEID • TE HOGE EISEN AAN NAUWKEURIGHEID • ONJUISTE MONSTERCONDITIONERING
WAAROVER MOET JE GOED NADENKEN OM VALKUILEN TE VOORKOMEN ?
DE 4 W’s EN DE 5 HOE’s
DE 4 W’s W1 – WAT ? W2 – WAARVOOR ?
W3 – WAAROM ? W4 – WAAR ?
W1 – WAT ? DEFINIEER WAT ER GEMETEN MOET WORDEN b.v. ZUURSTOF IN ROOKGAS IN UITLAAT VAN VERBRANDINGSOVEN, IN MOL%
W2 – WAARVOOR ? DEFINIEER WAARTOE DE METING DIENT IN TERMEN VAN MONITOREN, REGELEN, ALARMEREN b.v. 1) ZUURSTOFPERCENTAGE WORDT GEBRUIKT OM EEN STOICHIOMETRISCH JUISTE VERBRANDING TE REALISEREN
2) ZUURSTOFPERCENTAGE MAG NIET > 3% ZIJN OM EXPLOSIEF MENGSEL IN ROOKGASKANAAL TE VOORKOMEN
W3 – WAAROM (1) ? DEFINIEER NOODZAAK VAN DE METING 1) NOODZAKELIJK VOOR PROCESVOERING UIT OOGPUNT VAN B.V. MILIEU OF VEILIGHEID 2) WETTELIJKE VERPLICHTING
3) EIS VAN DE KLANT 4) NOODZAKELIJK VOOR BEDRIJFSVOERING, B.V. OFF-SPEC PRODUCT GEEFT COMPLICATIES
W3 – WAAROM ? STEL DE VRAGEN : •
MOET ER ÜBERHAUPT GEMETEN WORDEN ?
•
KAN IK HETZELFDE RESULTAAT BEREIKEN MET B.V. EEN QUALITY ESTIMATOR, DIE IK UITRUST MET EEN ANALYSE UPDATE ?
W4 – WAAR ? DEFINIEER MEETLOCATIE BINNEN HET PROCES
ZOEK EEN REPRESENTATIEVE MEETPLAATS !
DE 5 HOE’s HOE 1 – HOE ? (VOLGENS WELK MEETPRINCIPE) ? HOE 2 – HOE SNEL ? HOE 3 – HOE VAAK ? HOE 4 – HOE GOED ? HOE 5 – HOE BLIJFT TE METEN PRODUCT REPRESENTATIEF ?
HOE 1 – DEFINIEER MEETPRINCIPE INDIEN ER MEERDERE MEETPRINCIPES ZIJN, KIES DAN 1)
MEETPRINCIPE DAT HET MEEST GESCHIKT IS VOOR UW APPLICATIE
2)
WAAR MOGELIJK, HETZELFDE MEETPRINCIPE WAT IN UW LABORATORIUM GEBRUIKT WORDT
3)
WAAR MOGELIJK, EEN MEETPRINCIPE CONFORM ASTM, DIN OF ANDERE GELDENDE NORM
HOE 2 – DEFINIEER HOE SNEL GEMETEN MOET WORDEN 1)
CONTINU, ZONDER VERTRAGING
2)
CONTINU, MET BEPAALDE GEACCEPTEERDE VERTRAGING
3)
DISCONTINU, MET BEPAALDE GEACCEPTEERDE VERTRAGING
HOE 3 – DEFINIEER HOE VAAK GEMETEN MOET WORDEN CONTINU (MET/ZONDER VERTRAGING) DISCONTINU : ÉÉNMAAL PER UUR/WACHT/DAG/CRUDEWISSEL
STEL DE VRAAG : “IS EEN LABORATORIUM ANALYSE NIET GOEDKOPER ?”
HOE 4 – DEFINIEER HOE GOED GEMETEN MOET WORDEN DEFINIEER IN TERMEN VAN BETROUWBAARHEID, BESCHIKBAARHEID, NAUWKEURIGHEID, HERHAALBAARHEID EN REPRODUCEERBAARHEID
STEL DE VRAGEN : •
HOEVEEL WORDT HET PRODUCT BETER
•
HOEVEEL PRODUCT WORDT ER MEER GEPRODUCEERD
HOE 5 – HOE BLIJFT TE METEN PRODUCT RESPRESENTATIEF (1)
BIJ MONSTERCODITIONERING WORDT HET TE METEN PRODUCT, DAT ONDER PROCESCONDITIES WORDT “GETAPT”, AANGEPAST AAN DE INGANGSCONDITIES VAN DE TOE TE PASSEN ANALYSER
HOE 5 – HOE BLIJFT TE METEN PRODUCT RESPRESENTATIEF (2) STEL DE VRAGEN : 1) BLIJFT HET PRODUCT REPRESENTATIEF DOOR TOEPASSEN VAN EEN POMP ? 2) BLIJFT HET PRODUCT REPRESENTATIEF DOOR TOEPASSEN VAN FILTERS ? 3) BLIJFT HET PRODUCT REPRESENTATIEF DOOR TOEPASSEN VAN EEN VERDAMPER/REDUCEER ? 4) BLIJFT HET PRODUCT REPRESENTATIEF DOOR ONDER ATMOSFERISCHE CONDITIES TE GAAN METEN ?
WAT DOEN WE MET DE 4 W’s EN DE 5 HOE’s ? VASTLEGGEN IN EEN ZGN. ANALYTICAL NARRATIVE, DIE TOT STAND KOMT IN OVERLEG MET TECHNOLOOG, LABORATORIUM, ONDERHOUD EN INSTRUMENT APPLICATIE ENGINEER
ANALYTICAL NARRATIVE BASIS DOCUMENT VOOR : 1) VERDERE ENGINEERING A) AL DAN NIET VIA INGENIEURSBUREAU B) AL DAN NIET VIA ZGN. SYSTEM INTEGRATOR C) AL DAN NIET VIA LEVERANCIER ANALYSER 2) AANKOOP ANALYSER EXTRA VALKUILEN : 1) INGENIEURSBUREAU BESCHIKT NIET ALTIJD OVER VOLDOENDE ANALYSER EN SYSTEEM EXPERTISE 2) LEVERANCIER BESCHIKT NIET ALTIJD OVER VOLDOENDE SYSTEEM EXPERTISE
ANDERE VALKUILEN : 1) STEM NAUWKEURIGHEID TESTGAS/VLOEISTOF AF OP EISEN DIE GESTELD WORDEN AAN DE ANALYSER 2) STEM PLAATS VAN TOEVOEREN TESTGAS/VLOEISTOF AF OP MOGELIJKE EISEN DIE ER B.V. VAN OVERHEIDSWEGE ZIJN 3) KIJK NAAR JUISTE CERTIFICERING ! ATEX, PED, EMC 4) JUSTEER ANALYSERS DOOR GEBRUIK TE MAKEN VAN STATISTIEK. JUSTEER NIET, OMDAT DE OPERATIONELE AFDELING DE ANALYSER-AANWIJZING NIET VERTROUWT
VRAGEN ?
DANK VOOR UW AANDACHT
