TUV Bevindingen

De installatiebouw en de petrochemie stellen bijzondere eisen waar het gaat om het veilig, snel en eenvoudig lektesten. Belangrijke reden zijn de technische eisen op het gebied van schone lucht (Vluchtige Organische Stoffen – VOS).

Afhankelijk van het soort lekdetectie kunnen er op grond van de waterstof lekdetectie methode betere en goedkopere oplossingen worden bereikt dan met andere traceergassen. Onlangs is voor het lektesten bij een petrochemisch bedrijf een waterstofhoudend testgas voor verschillende toepassingen ingezet. Daarbij werd gebruik gemaakt van een goedkoop standaardmengsel bestaande uit 95% stikstof en 5% waterstof (formeergas). Een gasmengsel dat milieuvriendelijk, niet explosief, niet giftig, niet brandbaar en niet corroderend is. De lekdetectie metingen zijn uitgevoerd met selectieve lekdetectieapparatuur van Sensistor Technologies.

De lekdetectie vond plaats met een waterstoflekzoeker, welke alleen op waterstof reageert. De achtergrondconcentratie van waterstof in de lucht is met 0,5 ppm maar heel gering zodat er lekwaarden tot maar liefst 5×10-7 mbarl/s kunnen worden aangetoond. Bij de lokalisering wordt de meetkop eenvoudig naar het lek geleid. In de lekdetectieapparatuur zitten geen onderhoudsintensieve onderdelen als pompen of filters. De lekzoekers zijn compact, handzaam, hebben geen netvoeding nodig en zijn daardoor ook zeer geschikt voor mobiel gebruik. De lekdetectie resultaten van onderdelen als bijvoorbeeld flenskoppelingen, armaturen en warmtewisselaars worden net zo goed weergegeven als wanneer de test met helium uitgevoerd zou worden.

Waterstof als testgas

Waterstof is door zijn fysieke eigenschappen uitermate geschikt als traceergas. De moleculaire snelheid is hoger en de viscositeit lager dan van welk ander gas dan ook. Waterstof kan veel sneller dan andere testgassen in onderdelen en installaties worden ingebracht, het mengt zich sneller met lucht dan andere gassen, heeft een hogere lekwaarde en is veel gemakkelijker te ontluchten.

Voor lekdetectie en lekdichtheidstesten wordt bij de waterstofmethode een standaardmengsel van stikstof en waterstof (formeergas) gebruikt in een verhouding van 5% waterstof (H2) en 95% stikstof (N2). Dit mengsel is in overeenstemming met de internationale normen (ISO 10156) als niet brandbaar geclassificeerd. Hierdoor bestaan er bij het gebruik van het gasmengsel geen veiligheidsrisico’s. Het mengsel wordt voornamelijk gebruikt als inert gas bij las- en soldeerwerkzaamheden. Het is bij leveranciers van technische gassen (b.v. Lindegas, Air Liquide of Air Products) uit voorraad verkrijgbaar in gasflessen (10 liter of 50 liter) van 200 of 300 bar en kost maar een fractie van helium.

De laatste tijd is de prijs van helium vanwege de toegenomen vraag weer aanzienlijk gestegen. Aangezien de voorraden helium wereldwijd beperkt zijn, kan een verdere prijsstijging worden verwacht. Waterstof daarentegen wordt vanwege het toenemend gebruik als energiebron steeds goedkoper aangeboden. In tegenstelling tot helium is waterstof een vervangbare grondstof, wat vooral met het oog op een milieu-audit volgens ISO 14001 belangrijk is. Bovendien is het niet giftig en niet corroderend. De verschillen in fysieke eigenschappen tussen helium en waterstof leiden ook tot verschillen en voordelen in de praktijk. Waterstof verspreidt zich beduidend sneller. Dit effect draagt ertoe bij dat er al na korte tijd in het binnenste van het te controleren onderdeel een gelijkmatige concentratie is bereikt. In het algemeen hoeft het te controleren onderdeel daarvoor niet vooraf te worden geleegd. Problemen die door een verhoogde achtergrondconcentratie worden veroorzaakt (“vervuiling”) zijn bij waterstof veel geringer. Bovendien hecht waterstof zich niet aan oppervlakken en kan het veel sneller worden ontlucht. Samenvattend kan men waterstof het ideale lekdetectie traceergas noemen.

Waterstof-lekdetectieapparaat

Voor de waterstof lekdetectie methode is een waterstof lekdetectieapparaat / lekzoeker nodig met een overeenkomstig meetbereik en een hoge selectiviteit.
De H2000C van Sensistor / Adixen is gebaseerd op een halfgeleidersensor, die op dezelfde manier is opgebouwd als een veldeffecttransistor. Op het oppervlak van het sensorelement hechten zich waterstofmoleculen die daar tot waterstofionen (protonen) uiteenvallen. Deze kunnen dan de roosterstructuur van het sensorelement passeren en veroorzaken zodoende een verandering in het elektrische veld. Het veroorzaakte elektrische signaal wordt verwerkt en zodoende op het lekdetectieapparaat weergegeven. Het sensorelement reageert selectief op waterstof, de indicatiegrens wordt bepaald door de natuurlijke achtergrondconcentratie van waterstof in de lucht (0,5 ppm). Detectie vindt plaats direct in de meetzonde door middel van diffusie. Hierdoor zijn er geen pompen nodig om het gas in het apparaat te zuigen. De meetzonde is alleen via een kabel met het lekdetectieapparaat verbonden. Voordeel: Er zijn ook geen filters en andere onderhoudsgevoelige onderdelen nodig. Een ander positief effect van directe meting is een zeer korte, niet van de kabellengte afhankelijke reactietijd en een eveneens korte hersteltijd. De lekdetectieapparaten zijn gebruiksvriendelijk en bij elke kalibratie wordt de actuele status van het sensorelement weergegeven, Als alternatief kan de kalibratie ook via een testlek plaatsvinden. Door de accugevoede variant van het apparaat is het mogelijk onafhankelijk van de netvoeding dagdeel lektesten uit te voeren.

De lekdetectie methode

Afhankelijk van de lektest worden er bij de waterstof methode in de praktijk twee hoofdmethodes gevolgd, via lokalisatie (snuffelen) of een testkamer.
Lokalisatie bestaat uit het zoeken van lekken. Soms is voor de aanvang van de metingen bekend dat er een lek aanwezig is. Zaak is dan om het lek met zo min mogelijk inspanning zo nauwkeurig mogelijk te lokaliseren. Bij lokalisatie of ‘snuffelcontrole’ (zie DIN EN 1779, methode B4) is het strikt genomen niet helemaal waar dat er voor de meting testgas moet worden opgezogen.(Bij onze unieke lekzoekers is dit niet nodig.) Bij het gebruik van 95/5 formeergas ligt de indicatiegrens voor het lekdetectieapparaat bij 5×10-7 mbarl/s. In de waterstoftechnologie wordt – bij voldoende veiligheidsvoorzieningen – voor een deel ook met hogere concentraties of met pure waterstof gewerkt. De indicatiegrens verschuift aan de hand van de concentratie ook naar lagere lekwaarden.

Net als bij de lokalisatie wordt in de testkamer het te controleren deel met testgas gevuld, waarna de toename van de waterstofconcentratie in de testkamer wordt gemeten. De duur van de lekdetectie meting hangt af van de toegestane lekwaarde en de grootte van de testkamer. Als testkamer kan, afhankelijk van de toepassing, een flexibele bekleding of een vaste kamer worden gebruikt (methode B3 volgens DIN EN 1779).

De in de inleiding genoemde lektesten zijn uitgevoerd tijdens de periodieke controle van een hydrokraker. In het kader van geplande onderhoudswerkzaamheden is de lekdichtheid van enkele honderden flensverbindingen gecontroleerd. Met dat doel werden testkamertjes (controlegedeeltes) om de flensen aangebracht, afgeplakt met een licht waterstofdoorlatend plakband. De meting vond plaats via een mobiele, door een accugevoed waterstof-lekdetectieapparaat van Sensistor (heden Inficon)

Vergelijkende metingen tussen helium en waterstof lekdetectie

De TÜV Süddeutschland heeft een aantal tests uitgevoerd om de lekwaarden bij dichtingen te bepalen. Men heeft daarvoor twee in de praktijk veel voorkomende dichtingen gekozen, een kogelafsluiter en een flenskoppeling. Er werden zowel met helium en een massaspectrometer als met waterstof en een waterstof-lekdetectieapparaat vergelijkende metingen uitgevoerd. De gemeten lekwaarden zijn in de tabel weergegeven. De weergave van de lekwaarde is overeenkomstig VDI 2440 in een op de dichtingslengte betrekking hebbende eenheid. Er is te zien dat de meetwaarden onafhankelijk zijn van het gebruikte traceergas en de lekdetector. De afwijkingen tussen de gemeten waarden worden veroorzaakt door de meetnauwkeurigheid van de gebruikte apparaten en kunnen daarom worden verwaarloosd. Dit resultaat was aanleiding voor TÜV Süddeutschland om het waterstof-lekdetectieapparaat van het type Sensistor H2000 voor metingen op basis van de technische eisen op het gebied van schone lucht (TA-Luft) te certificeren.