Acom CO detectie

1. EXPLOSIEVEILIGHEID
Edwin Reijnen
Smeulend product snel detecteren met behulp van CO-detectie
Brandgevaar bij sproeidrogers
Branden en explosies vormen bij sproeidrogen in de zuivelindustrie een reëel gevaar.
Incidenten uit het verleden leren dat in de meeste gevallen de oorzaak van de branden
rechtstreeks terug te voeren is op zelfontbrandingsprocessen van afzettingen binnen de
drooginstallatie. Meerdere procesbeheersende controlemaatregelen, zoals het bewaken
van het sproeibeeld van de nozzles, temperatuurbewaking en het proberen te voorkomen
van stoflagen, blijken niet afdoende om het risico naar een gewenst niveau te krijgen.
Explosies blijken veelal een gevolg van de brand te zijn, niet andersom. Dergelijke incidenten
kunnen echter toch worden voorkomen: met een methode die zelfontbranding detecteert
in een vroeg stadium, voordat het tot een open brand komt.
infrarood licht doorlaat. Een lichtstraal die
door de meetcel wordt geleid, zal zwak-
ker worden in het gebied van bepaalde
frequenties voordat deze de detector
bereikt. Deze absorptie komt overeen
met de CO-concentratie. Om de ver-
schilmeting te versnellen, wordt gebruik
gemaakt van ‘cross-flow modulation’:
het monster van de luchtinlaat van de
droger en van de uitlaatlucht worden af-
wisselend door de
meetcel geleid.
Zoals figuur 1 laat
zien, worden beide
monsters afwis-
selend met een
frequentie van 1
Hz met een be-
paalde stroomsnelheid naar de meetcel
verzonden, door het continu schakelen
van elektromagnetische kleppen. In het
geval van een smeulnest in de sproeidro-
ger zal het uitlaatgas meer CO bevat-
ten dan het inlaatgas. De lichtintensiteit
naar de infrarood detector wordt dan
dus gemoduleerd, waarbij de grootte
van de modulatie het resultaat van de
meting bepaalt. Wanneer er een verschil
is in geabsorbeerde energie tussen het
inlaatgas en het uitlaatgas veroorzaakt
dit een drukverandering in de optische
cel en dit wordt gedetecteerd door een
beweegbaar membraan. Het gemeten
verschil wordt versterkt en uitgestuurd
als een elektrisch signaal. Er zal geen
membraanverplaatsing zijn wanneer de
concentratie van het gemeten gas niet
verandert tijdens een cyclus.
Toepassing in de praktijk
De drooginstallatie en het droogproces
moeten goed worden bekeken om de
juiste gasinnamepunten vast te stellen
en een waarheidsgetrouw beeld van de
processtromen te krijgen. De luchtmon-
sters moeten immers representatief zijn
voor ‘alle lucht in = lucht uit’, gemeten
ten opzichte van het CO-gehalte.
Logischerwijs heeft de uitgaande lucht
40 41
dat het product is van de thermische
ontleding van zuivelproducten. Vanwege
de hoge luchtdoorzet in drooginstal-
laties wordt de geproduceerde koolmo-
noxide echter dusdanig sterk verdund
dat een uiterst gevoelige meting nodig
is om kleine smeulbranden in een vroeg
stadium op te kunnen sporen. Door de
enorme volumestromen, tot wel 150.000
m³/uur, kan een verhoging van het CO-
gehalte van de drooglucht met minder
dan 1 ppm al een aanwijzing zijn voor
een smeulnest. Echter, als gevolg van
contaminatie is het mogelijk dat de
luchtinlaat naar de drooginstallatie reeds
een aanzienlijk hogere concentratie
koolmonoxide bevat, hetgeen zou kun-
nen leiden tot een vals alarm van het
alarmsysteem.
Dit probleem is op te lossen door mid-
del van differentiële metingen tussen
de luchtinlaat en de uitlaat, waarbij het
verschil in de metingen resulteert in het in
de droger werkelijk geproduceerde CO-
gehalte.
Meetprincipe
De CO-meting is
gebaseerd op de
eigenschap dat
CO het infrarood
licht absorbeert op
specifieke frequen-
ties. Met NDIR (non
dispersive infra red)
is een meetprin-
cipe beschikbaar dat geschikt is voor het
detecteren van sporen koolmonoxide.
Kleine gasmonsters worden continu op
strategische plaatsen uit het droogpro-
ces naar een meetcel gepompt die
Inregelen
Na de installatie van de detectoren op
de juiste plaatsen is een zorgvuldige inre-
geling van de detectie cruciaal om tot
betrouwbare meetresultaten te komen.
Bij het inregelen worden dan ook eerst
de ingaande luchtstromen met hun re-
tentietijd in beeld gebracht en worden
de in- en uitlaat gesynchroniseerd. De
CO-detectie wordt ingesteld op drie
alarmniveaus, overeenkomstig de eisen
van de eindgebruiker en de grootte van
het droogproces.
Het eerste alarmniveau is een waarschu-
wing aan de operator: ongewoon sterke
toename CO-niveau. Het tweede niveau
stopt het proces: gecontroleerd afdraai-
en. Het hoogste alarmniveau initieert
automatische veiligheidsmaatregelen,
zoals bijvoorbeeld blussing en een uitge-
breide alarmering.
Voor verschillende recepturen met hun
bijbehorende luchtflows kan de CO-
detectie automatisch omschakelen naar
ingestelde waarden. Voor service op af-
stand kan er een communicatiemodule
worden ingebouwd. Naast de zuivelin-
dustrie wordt de CO-detectie ook bij het
sproeidrogen van koffie toegepast. ■
Edwin Reijnen is adviseur process safety
bij VDL Industrial Products
Afhankelijk van het vocht- en vetgehalte
en de luchtstroom vormen smeulnesten
solide en compacte structuren waar-
aan steeds nieuw product zal hechten.
Vanwege de slechte diffusie van zuurstof
door de poriën zal het smeulnest van bin-
nen naar buiten langzaam groter wor-
den. Diverse tests hebben uitgewezen
dat kleine smeulende brokjes van zuivel-
producten een relatief lage oppervlakte-
temperatuur hebben en dat ze daarom
niet erg effectief zijn als ontstekingsbron
voor een stof-luchtmengsel.
De lage oppervlaktetemperatuur maakt
dat deze brokjes lastig door infrarood
sensortechnologie te detecteren zijn
totdat ze uit elkaar breken en de hete
kern een ontstekingsbron kan worden.
In de regel zal een dergelijke compact
gloeiende afzetting slechts een ontste-
kingsbron worden wanneer deze loskomt
en onderin de toren of het fluidbed uit-
eenvalt. Dat uiteenvallen kan overigens
ook gebeuren in andere, secundaire
installatiedelen, bijvoorbeeld tijdens
transport. Het is
dan ook essenti-
eel om smeulend
product in een
vroeg stadium te
detecteren zodat
passende maatre-
gelen kunnen wor-
den genomen.
Uiterst gevoelig
Een vroege detectie van een smeul-
brand, in het allereerste stadium, is
mogelijk door de afvoerlucht van droog-
installaties te controleren op de aanwe-
zigheid van koolmonoxide (CO), een gas
een hoog dauwpunt, ofwel een hoog
vochtgehalte. Omdat water een be-
langrijke interferent is voor de meting,
moet dit vocht eerst worden verwijderd.
Daarom ondergaat het luchtmonster in
de kast diverse bewerkingen alvorens
het naar de analyser gaat. Zo krijgen we
een stabiel meetsignaal met minimale
interferentie-effecten.
Omdat luchtstromen die het droogpro-
ces ingaan ver-
schillende retentie-
tijden hebben en
er volumetrische
verschillen in de
diverse procesde-
len zijn, zijn er niet
alleen correcties
nodig op basis van flow control en flow
mixing, maar is er ook een volumetrische
compensatie. Dit garandeert dat de ver-
schilmeting op het relatief zelfde tijdspunt
wordt gedaan. Bovendien geeft dit een
betrouwbare meting omdat de lucht van
verschillende innamepunten niet altijd
hetzelfde is. Een verschil in koolmonoxide
in de innamelucht door externe bronnen
(denk aan verkeer buiten de fabriek)
wordt zo gecompenseerd omdat het
aangeboden monster voor de meting
gewogen is samengesteld.
Door gebruik te maken van snelle analy-
sers en op de achtergrond algoritmische
berekeningen uit te voeren, wordt een
stabiel ΔCO-signaal verkregen waaruit
verstoringen zijn weggefilterd.
‘Explosiesveelalhet
gevolgvanbrand,niet
andersom’
‘Smeulnestenzijnlastig
tedetecteren’
Figuur 1: meetprincipe van CO-detectie
In deze CO-detectie-
kast vindt de analyse
van de monsters plaats.
Deels zichtbaar zijn
de luchtslangetjes, de
gaskoeler, de PLC en
de analyser
Inlaatsonde
waarmee het gas
uit het proces
naar de kast
wordt gepompt
Uitlaatsonde met daarop een vlinderklep die de sonde afsluit voor
CIP-reiniging (= vocht!) en met een insitu (inwendig) filter
Dit artikel is afkomstig uit Solids Processing Benelux www.solidsprocessing.nl © Vezor Media
Solids Processing
Nr. 3 - juni 2016
Solids Processing
Nr. 3 - juni 2016