Vloeistofniveau in de vergister en de veiligheid van roerwerken

Het vloeistofniveau in de vergister bepaalt of de roerwerken werken onder de omstandigheden waarvoor ze zijn ontworpen. Bij een te laag niveau komen de rotoren bloot te liggen, wat trillingen en schade veroorzaakt, en een te hoog niveau belast de constructie en verkleint de gasruimte. Daarom behoren de niveaumeting en de koppeling daarvan aan een vergrendeling van de roerwerken tot de basiselementen van een veilige exploitatie. Deze tekst beschrijft de principes en criteria; de concrete grenswaarden worden vastgesteld door de fabrikant en de ontwerper van de installatie.

Wat er met het roerwerk gebeurt bij een laag niveau

Roerwerken in vergisters zijn doorgaans dompelroerwerken (met schroef), langas-roerwerken of centrale roerwerken, ontworpen voor gebruik in volledig ondergedompelde vloeistof. Wanneer het niveau daalt:

• komt de rotor dichter bij het oppervlak, zuigt hij gas en lucht aan of draait hij in schuim, waardoor de hydraulische belasting verandert,
• wordt de kracht op de bladen asymmetrisch, zodat as en lagers grotere en wisselende belastingen opnemen,
• komen in het uiterste geval de bladen boven de vloeistof uit, wat sterke trillingen en klappen veroorzaakt,
• lijden de mechanische afdichtingen en de asdoorvoeren, waardoor biogas kan ontsnappen,
• verspreiden draaiende onderdelen aan het oppervlak van de inhoud vloeistof en aerosol.

Het gevolg is versnelde slijtage, een storing die onderhoudswerkzaamheden aan de tank noodzakelijk maakt en in het slechtste geval een biogaslek. Het algemene basismechanisme wordt beschreven in het artikel Roerwerken in de vergister: typen en keuze.

Gevolgen van een te hoog niveau

Overvulling is niet alleen een procestechnisch probleem:

• de hydrostatische druk op wanden en bodem neemt toe,
• de gasruimte wordt kleiner, zodat de opslag van biogas en de drukbuffer beperkt zijn,
• bij tanks met een membraan neemt het risico toe dat het beschadigd raakt of in de vloeistof wordt gezogen,
• vloeistof kan de gasleidingen, veiligheidskleppen en appendages bereiken, wat hun werking in gevaar brengt,
• de inhoud kan via de overloop wegstromen, wat een milieu-incident is.

Daarom is de bovengrens van het niveau even belangrijk als de ondergrens en moet deze onafhankelijk van de ondergrens worden beveiligd.

Hoe het niveau te meten zodat men erop kan vertrouwen

Niveaumeting in een vergister is veeleisend. Het oppervlak van de inhoud is oneffen en er komen schuim, drijflagen en bezinksel voor. Er bestaat geen enkele methode die altijd werkt, daarom wordt een combinatie toegepast.

Een goede praktijk is het gebruik van twee methoden met een verschillend werkingsprincipe, het vergelijken van de aflezingen en een alarm bij afwijking. De eindschakelaar voor het lage niveau, die de aandrijvingen van de roerwerken uitschakelt, moet worden uitgevoerd als beveiliging die onafhankelijk is van de procesregeling.

Koppeling van het niveau aan vergrendelingen en besturing

De besturing moet het niveau onder meerdere voorwaarden in aanmerking nemen:

1. Startvergrendeling van het roerwerk onder de minimale onderdompeling.
2. Uitschakeling van het roerwerk na een daling van het niveau onder de drempel, met een vertraging die valse alarmen door golven tegengaat.
3. Alarm voor hoog niveau vóór overvulling en blokkering van verdere dosering.
4. Rekening houden met de historie: als het niveau in korte tijd aanmerkelijk sneller daalt dan uit de afvoer van digestaat volgt, is dat een signaal van een lek of een meetfout.

Drempels, hysteresen en vertragingen worden vastgelegd in de documentatie van de installatie. Ze mogen tijdens bedrijf niet worden gewijzigd zonder goedkeuring.

Niveau, onderhoudswerkzaamheden en risico voor mensen

De ernstigste gevaren doen zich voor tijdens het onderhoud aan roerwerken. De vergistertank en de omgeving ervan zijn een plek waar biogas (CH₄, CO₂, H₂S) kan voorkomen, en dus een explosieve en giftige atmosfeer. Werkzaamheden aan roerwerken, waaronder het vervangen van afdichtingen, demontage en vooral het betreden van de tank, worden uitsluitend uitgevoerd volgens een schriftelijke instructie, op basis van een risicobeoordeling en met inzet van bevoegde personen. Bijzondere betekenis hebben:

• de procedure voor het afscheiden en beveiligen van de aandrijving tegen onbedoeld starten,
• de beoordeling van het explosiegevaar overeenkomstig het explosieveiligheidsdocument en het gebruik van voor de zone geschikte apparatuur,
• de eisen voor besloten ruimten en werken in teamverband,
• metingen van gasconcentraties en de continue bewaking daarvan.

Dit artikel is geen instructie voor het uitvoeren van deze werkzaamheden. De gedetailleerde stappen, vereiste bevoegdheden en beschermingsmiddelen vloeien voort uit de instructie van de installatie, de fabrikant van de apparatuur en de regelgeving, waaronder richtlijn 1999/92/EG en de nationale wetgeving ter implementatie ervan. Voor het gevaar van waterstofsulfide, zie Waterstofsulfide H₂S: gevaar voor mensen, arbeidsveiligheid, detectoren, procedures.

Meest voorkomende oorzaken van een ongecontroleerde verandering van het niveau

Het niveau verandert niet alleen door beslissingen van de operator. Gebeurtenissen waarmee rekening moet worden gehouden:

• een onevenwicht tussen dosering en afvoer van digestaat (bijv. na een pompstoring),
• bevriezing of verstopping van leidingen,
• schuimvorming die het schijnbare niveau verhoogt,
• beschadiging van een doorvoer of klep die tot lekkage leidt,
• kalibratiefouten van de transmitter na een verandering van de dichtheid van de inhoud.

Voor elk van deze situaties moet de instructie de reactie van de operator vermelden, evenals de persoon die gebeld moet worden.

Checklist voor de installatiemanager

• Is het werkbereik van het niveau vastgelegd in de instructie en in overeenstemming met de documentatie van het roerwerk?
• Is de beveiliging van het lage niveau onafhankelijk van de procesregeling?
• Worden de niveaumetingen met elkaar vergeleken en periodiek gecontroleerd?
• Hebben de alarmen vastgelegde reacties en verantwoordelijken?
• Vallen werkzaamheden aan roerwerken onder een schriftelijke procedure met risicobeoordeling?
• Zijn na een verandering van substraat of inhoud de droge stof en de dichtheid in de kalibratie verwerkt?

Antwoorden “ja” op alle vragen dekken de eisen niet volledig, maar tonen dat de basislaag van beveiligingen bestaat en wordt onderhouden.

Niveau, schuim en drijflaag

Een bijzonder probleem is de schijnbare verandering van het niveau. Schuim en een dikke drijflaag aan het oppervlak zorgen ervoor dat contactloze sensoren een hogere waarde dan de werkelijke tonen, terwijl de vloeistof eronder lager kan staan dan de aflezing suggereert. Als het roerwerk dicht bij de minimumdrempel is ingesteld, kan het schijnbare niveau een werkelijke blootstelling van de rotor verbergen. Daarom moet daar waar een neiging tot schuimen of tot het vormen van een drijflaag bestaat, de hydrostatische meting een van de twee onafhankelijke metingen zijn, en moeten de oorzaken van het schuimen als afzonderlijk procesprobleem worden onderzocht.

Documentatie en training

De grenswaarden van het niveau, de werking van de vergrendelingen en de reacties op alarmen moeten in de instructie van de installatie zijn beschreven en bekend zijn bij ieder persoon die in een dienst werkt. Een goede praktijk is het periodiek controleren van de werking van de vergrendeling voor het minimumniveau op de door de fabrikant voorgeschreven wijze en het vastleggen van het resultaat. Wijzigingen van sensorinstellingen, kalibratie na vervanging en elk geval van het overbruggen van een beveiliging moeten worden goedgekeurd en genoteerd, zodat niemand de installatie na afloop van de onderhoudswerkzaamheden onbeschermd achterlaat.