Lekdetectie helpt (veel) erger te voorkomen

De veiligheids-, milieu-, financiële en operationele voordelen zijn legio

Lekkage vormt voor de industrie een enorme schadepost, variërend van productieverlies en milieuschade tot reparaties, boetes, sancties en/of schadevergoedingen. Niet voor niets dus dat jaarlijks fors wordt geïnvesteerd in preventie en beheersing. Gaat het onverhoopt toch mis, dan voorkomt vroegtijdige detectie veel narigheid. Elk type lekkage beschikt weliswaar over specifieke kenmerken waarop de detectiemethode is geënt, maar dan nog is er (heel) veel te kiezen.

Lekdetectie foto 1 — Bij hydraulische lekkage gaat het doorgaans om het lekken van minerale, synthetische of biologische oliën dan wel water/glycol-mengsels of fosfaatestervloeistoffen (foto: New Pig Corporation)

Bedreiging

Industriële lekkage is een serieus probleem. Een indirect signaal daarvoor is het feit dat de parameters van een lekkend systeem in de regel verschillen van die in de normale situatie. Niet adequaat (genoeg) reageren brengt risico's met zich mee en kan ernstige gevolgen hebben. Die kunnen liggen op het gebied van veiligheid en milieu, maar kunnen ook operationeel en/of economisch van aard zijn.

De optredende schade is doorgaans aanzienlijk, en de daarmee gemoeide kosten – productieverlies, milieuherstel, reparaties – zijn navenant. Vaak onderschat in dat verband zijn de juridische consequenties, de boetes/sancties, schadevergoedingen en de reputatieschade door negatieve publiciteit en het daaruit voortvloeiend verlies van vertrouwen.

Criteria

Per detectiemethode worden lekspecifieke technieken ingezet. Primair van belang daarbij zijn:

het vermogen om zowel kleine als grote lekken te detecteren;
de nauwkeurigheid waarmee het lek kan worden gelokaliseerd;
de mate waarin de resultaten onder wisselende omstandigheden en in de tijd reproduceerbaar zijn (consistentie).

Verder spelen omgevingsfactoren (temperatuur, druk en toegang tot het gebied), de veiligheidsaspecten (mate van ontvlambaarheid, toxiciteit), de gevoeligheid van apparatuur voor valse alarmen (sensitiviteit en specificiteit) en uiteraard de kosten van installatie en onderhoud van het systeem hierbij een rol.

Typen lekkage en mogelijke oorzaken
Bij de inzet van detectieapparatuur is het cruciaal te weten welk type lekkage zich waar voordoet en waarom.
Chemische lekkage
- in opslag- en verwerkingsapparatuur door corrosie, slijtage en/of mechanische schade;
- in pijpleidingen en/of kleppen door slechte afdichtingen of beschadigingen.
Damp- en condensaatlekkage
- in stoomleidingen door defecte flensverbindingen of beschadigde leidingen;
- in warmtewisselaars door problemen met pakkingen en/of afdichtingen.
Gaslekkage
- in slecht of niet-functionerende afdichtingen, kleppen of verbindingen van compressoren en pompen, bijvoorbeeld door corrosie, slijtage, en/of mechanische schade;
- in pijpleidingen, tanks en vaten (zelfde oorzaken).
Hydraulische lekkages
- in hydraulische slangen en leidingen door beschadiging, slijtage en veroudering;
- in afdichtingen, fittingen, kleppen en pakkingen door onjuiste installatie of onvoldoende aanhaalmoment.
Olie- en brandstoflekkages
- in pijpleidingen en opslagtanks door corrosie, mechanische schade en/of slechte verbindingen;
- in generatoren en motoren door defecten in afdichtingen of leidingen.
Vloeistoflekkage
- in pijpleidingen en slangen door scheuren of slechte verbindingen;
- in pompen en/of kleppen door afdichtingsfouten of slijtage;
- in opslagtanks door corrosie of structurele defecten.

Lekdetectie foto 2 — Bij lekkage is de optredende schade – productieverlies, milieuherstel, reparaties – doorgaans aanzienlijk (foto: Onderzoeksraad voor de veiligheid)

Permanente monitoring

Deze term wordt gebruikt voor het continu infrastructureel beheren van (industriële) installaties, water-, gas-, en olieleidingen; de meest toegepaste vormen zijn verbruiks- en drukmonitoring. De modus operandi vertoont de nodige overeenkomsten. Beide gebruiken sensoren: bij verbruiksmonitoring zijn dit druk- en flowsensoren, bij drukmonitoring zijn deze afhankelijk van de toepassing: absolute, relatieve (manometrische) en differentiële druksensoren.

Per detectiemethode worden lekspecifieke technieken ingezet

Er is sprake van realtimegegevensverzameling en -overdracht: data worden via onder meer LoRaWAN, gsm of wifi verstuurd naar een centraal systeem voor verdere analyse. Ook gebruiken beide methodes geavanceerde analysetools om patronen te herkennen en abnormale situaties te detecteren. Automatische waarschuwingen, dashboards en visualisaties maken het mogelijk snel te reageren.

Risico's en gevolgen
Milieurisico's:
- bodem- en waterverontreiniging door chemische lekkage kan leiden tot schade aan lokale ecosystemen en de gezondheid van mensen en dieren in de omgeving;
- luchtverontreiniging door ontsnappende vluchtige organische stoffen (VOS) of andere schadelijke gassen met alle mogelijke gezondheids- en milieurisico's van dien.

Operationele en economische risico's:
- productieverlies doordat een installatie niet goed functioneert;
- hoge reparatiekosten voor de installatie, de apparatuur en/of de omringende infrastructuur;
- verlies van (dure) grondstoffen en/of half- of eindproducten waardoor de productiekosten stijgen en de winstgevendheid vermindert.

Veiligheidsrisico's:
- explosie- en brandgevaar;
- blootstelling aan giftige stoffen;
- vermindering van de structurele integriteit van installatie of infrastructuur.

Lekdetectie foto 3 — Elektrochemische sensoren detecteren een chemische verbinding – hier CO – door hiermee een chemische reactie of interactie aan te gaan (illustratie: Dräger)

Systeemonafhankelijke detectie

Hierbij wordt gebruik gemaakt van zogeheten systeemonafhankelijke detectie. Deze is gebaseerd op geplande inspecties en onderzoeken en is onafhankelijk van de infrastructuur. In het navolgende worden ze behandeld naar soort lekkage.

Chemische lekkage

Deze doet zich binnen het gehele industriële spectrum voor, maar ook tijdens het transport (weg-, spoor- en scheepsvervoer, transport via pijpleidingen) en op gebruikerslocaties (laboratoria, klinische centra, landbouwbedrijven). Ook hier is snelle detectie aangewezen teneinde (industriële) ongevallen en (milieu)calamiteiten te voorkomen. Dit gebeurt met:

detectoren voorzien van sensoren, waaronder elektrochemische, katalytische, optische en IR-sensoren;
detectoren zoals foto-ionisatie detectors (PID's), ultrasone en MPS-detectoren – MPS staat voor molecular property spectrometer – waarbij één apparaat ruim vijftien brandbare gassen kan detecteren en identificeren;
camerasystemen waaronder thermische en optische gas-imaging (OGI) camera's;
SCADA-systemen – systemen die automatisch anticiperen op een uit het gasdetectiesysteem afkomstig signaal, bijvoorbeeld het activeren van noodsystemen – waarbij sprake is van realtimemonitoring en geïntegreerde controle;
leidingspecifieke methoden via lekdetectiekabels en/of akoestische monitoring;
handheld apparatuur in de vorm van draagbare gas- of vloeistofdetectoren.

Lekdetectie foto 4 — Chemische lekkages kunnen onder meer worden opgespoord aan de hand van thermische en optische gas-imaging (OGI) camera's (foto: Apliter)

Condensaatlekkage

Deze doet zich voornamelijk voor bij ketel-, verdeel-, verwarmingssystemen en in stoomturbine-generatoren. Detectie vindt plaats via:

sensoren, waaronder:
- capacitieve sensoren (meten verandering in elektrische capaciteit);
- ultrasone sensoren (meten verandering van de terugkaatsing van ultrasone geluidsgolven, frequentie > 20 kHz);
- optische sensoren (meten verandering in lichtbreking of reflectie);
drijverschakelaars bestaande uit een drijvend element dat op en neer beweegt afhankelijk van het waterpeil en overschrijding van vooraf ingesteld niveau signaleert;
vlotterkleppen die zich, wanneer condensaat een bepaald niveau heeft bereikt, openen en het water verwijderen via een afvoersysteem.

Lekdetectie foto 6 — De opsporing van condensaatlekkage in condenspotten is gebaseerd op het meten van een verandering in de terugkaatsing van ultrasone geluidsgolven (foto: SDT Ultrasound Solutions)

Damplekkage

Deze treedt op bij hogedruk- en hogetemperatuursystemen; de detectie is vergelijkbaar met die bij een gaslek:

akoestische lekdetectie, waarbij ultrasone geluiden worden gedetecteerd die kenmerkend zijn voor ontsnappend stoom (sis- en/of pulserende geluiden);
infraroodcamera's, zie gaslekkage;
massastroomsensoren, in dit geval meten deze veranderingen in de hoeveelheid damp die per tijdseenheid door een bepaald punt in een systeem stroomt;
drones en robots, zie gaslekkage.

Gaslekkage

De detectiemethode moet vanwege de ontvlambaarheid en toxiciteit van het gas snel en nauwkeurig zijn:

akoestische lekdetectie waarbij voor gaslekken typerende ultrasone geluiden worden opgespoord;
elektrochemische sensoren die de aanwezigheid van een chemische verbinding signaleren door hiermee een chemische reactie of interactie aan te gaan;
detectoren met sensoren waaronder elektrochemische, katalytische, optische, IR- en MTCD-sensoren (MTCD staat voor multi thermal conductivity detector);
sensoren zoals foto-ionisatie detectors (PID's), ultrasone en MPS-detectoren (zie 'chemische lekkage');
camera's die stralingsverschillen waarnemen tussen gas en omgeving en deze visualiseren. Hiermee kunnen ook lekkages worden gedetecteerd waarbij niet of nauwelijks sprake is van drukverschil;
massastroomsensoren die de massastroom meten, een maat voor de hoeveelheid gas die per tijdseenheid door een bepaald punt in een systeem stroomt;
drones en/of robots uitgerust met infrarood-, elektrochemische PID- en/of MPS-sensoren; deze worden ingezet op moeilijk bereikbare locaties.

Lekdetectie foto 5 — De PID-sensortechnologie gebruikt uv-licht met een hoge energie om gasmoleculen te ioniseren. In een elektrisch veld creëren de gevormde ionen een meetbare elektrische stroom (foto: Hatech Gasdetectietechniek)

Hydraulische lekkage

Doorgaans gaat het hierbij om het lekken van minerale, synthetische of biologische oliën, water/glycol-mengsels of fosfaatestervloeistoffen. Detectie vindt plaats via:

visuele inspectie, al dan niet met behulp van fluorescerende additieven;
sensoren en detectoren waaronder druk-, akoestische en/of temperatuursensoren en ultrasone detectie;
gebruik van tracers en kleurstoffen:
- kleurstofadditieven, deze vergemakkelijken de visuele identificatie;
- de dye-penetrant test, waarbij de combinatie van een gekleurde vloeistof en een daaraan toegevoegde ontwikkelaar scheuren zichtbaar maakt als gekleurde lijnen of vlekken
thermografische technieken waaronder infraroodthermografie;
leidingdetectieapparatuur voor het opsporen van ondergrondse leidingen en de daarin optredende lekkages.

Lekdetectie foto 7 — Ultrasone camera met akoestische beeldvorming voor het opsporen van gaslekken (foto: SDT Ultrasound Solutions)

Olie- en brandstoflekkage

Dit type lekkage doet zich voornamelijk voor in de petrochemische industrie (offshore en onshore), bij (boven- en ondergrondse) tanks en tijdens het transport. De hiervoor gebruikte detectiemethoden vertonen veel overeenkomsten met die voor chemische lekkages. Een belangrijk verschil: terwijl chemische lekkages vaak een breed scala aan detectiemethoden en analysetools vereisen, zijn olie- en brandstoflekkages meer gericht op detectie van koolwaterstoffen, thermische verschillen en op maritieme monitoring.

Vroegtijdige lekdetectie biedt veiligheids-, milieu-, financiële en operationele voordelen

Vloeistoflekkage

Hierbij is een snelle lokalisatie van het lek aangewezen, zodat de verspreiding van de vloeistof beperkt blijft:

lekdetectiekabels die zijn gepositioneerd langs een pijpleiding of opslagtank, en in contact met een vloeistof dankzij capillaire werking en elektrische geleiding een alarm genereren;
massastroomsensoren, hier meten deze veranderingen in de hoeveelheid vloeistof die per tijdseenheid door een bepaald punt in een systeem stroomt;
infraroodcamera's, zie gaslekkage;
drones en robots, zie gaslekkage.

Lekdetectie foto 8 — Elektrische controle van de afdichting: deze test maakt het mogelijk eventuele microscopische defecten te lokaliseren (foto: ACEG)

Voordelen

Vroegtijdige lekdetectie biedt veiligheids-, milieu-, financiële en operationele voordelen; deels staan die op zichzelf, vaak gaan ze samen. Zo bevordert het terugdringen van waterverspilling/-overlast het behoud van natuurlijke hulpbronnen (milieu), zorgt het voor een aanzienlijk lagere waterrekening (financieel) en voorkomt het structurele schade aan gebouwen en/of infrastructuur (veiligheid/financieel/operationeel).

Vroegtijdige detectie van weglekkende gassen, dampen en/of chemicaliën vermindert explosie- en ongevalrisico's (veiligheid/operationeel), verontreiniging van het oppervlaktewater (milieu), boetes/sancties/schade-uitkeringen en productieverlies (financieel/operationeel). Verder vergemakkelijkt vroegtijdige detectie de onderhoudsplanning doordat gericht onderhoud mogelijk wordt (operationeel) en verlengt het de levensduur van machines en apparatuur (milieu/financieel).

Met medewerking van ACEG, Hatech Gasdetectietechniek, SDT Ultrasound Solutions en Thermal Focus