Top 8 Nauwkeurigheidsuitdagingen in Procesanalyzers en Hoe Ze Te Oplossen

Bemonsteringssystemen: 8 Veelvoorkomende Nauwkeurigheidsuitdagingen voor Procesanalyzers

Tony Waters, Expert en Bemonsteringssystemen en Instructeur

Bemonsteringssystemen zijn onder de meest complexe systemen in een fabriek. Ze omvatten tal van componenten en processen die samen moeten werken om een analytische meting van de processtroomcondities te produceren. Die meting moet zowel nauwkeurig als tijdig zijn, aangezien dit belangrijke resultaat wordt gebruikt om de besturingsdoelstellingen van een fabriek te bereiken. Toch weten de ingenieurs en technici van een fabriek dat een bemonsteringssysteem moeizaam kan zijn. Elk element van het systeem heeft het potentieel om de nauwkeurigheid van de procesanalyzer te beïnvloeden. Om uw team te helpen de betrouwbaarheid van de analyzer te verbeteren, hebben Swagelok-veldingénieurs acht veelvoorkomende uitdagingen geïdentificeerd die de nauwkeurigheid van een systeem beïnvloeden.

Invloed op Analyzer-nauwkeurigheid

Ontwerpfouten in bemonsteringssystemen kunnen de integriteit van de monster dreigen door het volgende te beïnvloeden:

• Representativiteit:  Ontwerpfouten kunnen ertoe leiden dat het monster de proces niet nauwkeurig vertegenwoordigt en zelfs de chemische samenstelling van de procesvloeistof op een onvoorspelbare of onbedoelde manier vervormt. Het systeem vereist een representatief monster om te garanderen dat de meting voldoet aan de besturingsdoelstellingen.
• Tijdigheid:  Als er een extreme tijdsvertraging optreedt tussen het nemen van een monster en het verkrijgen van een analyzer-waarneming, loopt een fabriek het risico op verlies van product of dure herverwerking om een productiefout te corrigeren. Een standaard industriële reactietijd is één minuut.
• Compatibiliteit:  Als temperatuur, druk, stroom en/of toestand niet overeenkomen met de vereisten van de procesanalyzer, kan het monster de analyzer beschadigen of de nauwkeurigheid ervan compromitteren. Daarnaast helpen nauwkeurige analyzer-resultaten een veilige fabrieksomgeving te handhaven door potentiële gevaarlijke bedrijfscondities te signaleren.

Identificeren en Aanpakken van Veelvoorkomende Uitdagingen

Uitdaging 1: Onjuiste Taplocaties

Het kiezen van een taplocatie kan een genuanceerde beslissing zijn. Een doel is om tijdsvertraging te vermijden. Als de tap op een laag-strooms gedeelte van de procesleiding zit, duurt het langer voordat een verandering in de proceschemicaliën zichtbaar is in een analytisch resultaat. Mengvolumes, zoals een torenbodem, tank of vat, zijn ook een grote bron van vertraging. Daarnaast moeten systeemontwerpers een locatie kiezen waar het monster goed gemengd is, zoals stroomafwaarts van geïnduceerde turbulentie door een pompafvoering, stroomorifice of buigstuk in de leiding.

Uitdaging 2: Misbruik van Meetstaven

Bij het gebruik van een meetstaaf om een monster te nemen, zou deze idealiter lang genoeg moeten zijn om het middelste derde van de procesleiding te bereiken, zodat u een representatief monster trekt. U krijgt ook een tijdiger resultaat nabij het centrum van de procesleiding omdat de stroom daar sneller is. U moet echter altijd de maximaal toelaatbare lengte berekenen om ervoor te zorgen dat uw meetstaaf niet lijdt op resonantietrillingen. Soms is 15% invoeging in de leidingdiameter voldoende. De meetstaaf mag niet breder zijn dan nodig, want grote volumes leiden tot tijdsvertraging. Als alleen een toet wordt gebruikt, zonder meetstaaf, zal het systeem waarschijnlijk een veel groter volume hebben, wat leidt tot significante vertraging.

Uitdaging 3: Onjuiste Veldstation-ontwerpen

Bij een gasmonster willen systeemontwerpers de druk zo snel mogelijk verlagen (naar 0,7-1 bar, of zelfs 0,35 bar als het systeemontwerp dit toelaat). Hoogdruk gassen bewegen langzamer omdat de moleculen dicht op elkaar zitten, wat leidt tot tijdsvertraging. Ook lage druk vermindert het risico op condensatie, wat u wilt voorkomen omdat het niet compatibel is met veel gasprocesanalyzers en de representativiteit van het monster compromis. Een andere reden voor het handhaven van lage druk is de veiligheid voor operators en technici.

Een drukregelaar op het veldstation verlaagt de druk in het monster, waardoor het sneller naar de analyzer kan stromen.

Uitdaging 4: Het Weglaten van een Snelle Lus

Bij het verdampen van een vloeibaar monster, kan uw bemonsteringssysteem een snelle lus of bypass stroomopwaarts van de verdampingsregelaar nodig hebben. Anders kan het vloeibare monster te langzaam stromen, wat leidt tot tijdsvertraging omdat een klein volume vloeistof een groot volume gas oplevert. Zonder een snelle lus kan er meer dan 100 ml langzaam bewegend vloeibaar volume stroomopwaarts van de regelaar zijn, wat urenlange tijdsvertraging kan veroorzaken.

Uitdaging 5: Doodtakken

Doodtakken compromitteren de representativiteit van een monster door oude montermoleculen op te slaan en ze langzaam in het nieuwe monster te laten bloeden. Elke T-stuk of kruis in de monsterleiding is een doodtak, tenzij al zijn poorten stromen. Voorbeelden zijn manometers of schakelaars, overstroomkleppen of laboratorium-meetpunten. Doodtakken zijn meer geneigd een analytisch resultaat te compromitteren wanneer u schakelt naar een lage-concentratiestroom vanuit een hoge-concentratiestroom. Doodtakken zijn ook meer een probleem bij lage stroom. Doodtakken in een directe lijn naar de analyzer moeten worden verplaatst of verwijderd.

Uitdaging 6: Kruisverontreiniging tussen Stromen

Een enkele driekantklep is geen voldoende barrière tussen kalibratievloeistof en het monster. Met deze opstelling kan de kalibratievloeistof over de klepzitting lekken en het monster verontreinigen – of, waarschijnlijker, kan het processtroommonster lekken in de kalibratievloeistof. Beide scenario's bederven de analyse. Een betere configuratie is een dubbele-blok-en-blootstelling-opstelling, die ervoor zorgt dat elke lekkage van een geblokkeerde poort naar een blootstellings- of afvoerlijn gaat en niet in het monster.

Uitdaging 7: Onjuiste Temperatuur en Druk

Wees op uw hoede voor fasenveranderingen in uw monsters, want u wilt een partiële fasenverandering voorkomen. Gemengde-fase monsters zijn niet representatief en waarschijnlijk niet compatibel met uw analyzer. Het is niet moeilijk om te bepalen of uw monster van fase verandert. Een softwareprogramma kan een fasediagram produceren voor de chemische samenstelling van uw systeem. Als regel wilt u gasmonsters boven het dauwpunt houden (zodat ze niet condenseren) en vloeibare monsters onder hun kraampunt (zodat lichtere componenten niet verdampen). Als u uw leiding verwarmt, moet u deze volledig verwarmden, want zelfs een paar centimeters onverwarmde leiding zijn genoeg om de temperatuur te verlagen en condensatie te veroorzaken. Streef ernaar om gassen ongeveer 20°C boven het dauwpunt te houden.

Uitdaging 8: Onjuiste Monsterconditieering

In een monsterconditieeringssysteem wilt u vloeistoffen uit een gasmonster verwijderen, omdat ze uw procesanalyzer kunnen beschadigen en uw analytisch resultaat compromitteren. U kunt grote druppels in een gasmonster verwijderen met zwaartekracht (via een knockout pot of valbuis) of inertie (via een kinetische scheider of cycloon). Maar zeer fijn gedruppelde aerosolen vereisen een coalescer. Het is echter belangrijk te begrijpen dat coalescers geen grote druppels filteren. Bovendien, als de stroomsnelheid te hoog is, worden kleinere druppels door de elementen van de coalescer geduwd en druipen ze niet uit zoals ze horen. Ten slotte, wanneer uw monster de coalescer verlaat, zal het verzadigd zijn – nabij het dauwpunt en dicht bij opnieuw condenseren. Het helpt om van het dauwpunt af te komen door de temperatuur te verhogen of de druk te verlagen. U kunt een drukval creëren met een naaldklep.

Voor meer informatie over het identificeren en aanpakken van bedreigingen voor de nauwkeurigheid van procesanalyzers in bemonsteringssystemen, bekijk de praktijktrainingen van Swagelok voor bemonsteringssystemen of neem contact op met uw lokale Swagelok-verkoop- en servicecentrum voor een exemplaar van Industrial Sampling Systems, het leerboek waarop de trainingscursussen van Swagelok zijn gebaseerd.