Expertgids voor optimale mondstukplaatsing in vloeistof- en aardgassystemen

Hoe u mondstukken positioneert in uw vloeistof- en aardgassysteem

Karim Mahraz

In een vloeistof- of gasbemonsteringssysteem wordt een mondstuk op de kraanlocatie gebruikt om het monster aan de analyzer te leveren. Juiste plaatsing, positie en oriëntatie van dit mondstuk is cruciaal om tijdige, nauwkeurige analytische metingen te garanderen, dus u moet het goed doen. Slecht mondstukplaatsing kan leiden tot analysevertragingen, monsterverontreiniging en onnauwkeurige resultaten.

Ideaal zal een bemonsteringssysteemingenieur de pijplegouts en zelfs het procesvatontwerp dicteren om ervoor te zorgen dat het mondstuk correct is gesitueerd. Echter, vaak moet een ingenieur werken met bestaande schema's - zelfs als het mondstuk niet correct gelokaliseerd of georiënteerd is. Hieronder bespreken we belangrijke overwegingen voor ingenieurs belast met het lokaliseren en construeren van mondstukken voor zowel vloeistof- als gasbemonsteringssystemen. Bovendien raden we aan gekwalificeerde analyzer ingenieurs, procesingenieurs en chemici, en componentenleveranciers op verschillende stadia van het ontwerp te betrekken om ervoor te zorgen dat elke variabele overwogen wordt.

Mondstuklocatie kiezen

Mondstukken zijn doorgaans kort, met een kleinere diameter dan de hoofproceslijn waaruit ze vertakken. Ze huizen vaak een meetsteek, die in de eenvormigste vorm een metaal, glas of keramische snuit is die in de procesvloeistof uitsteekt en een continue stroom van vloeistof of gas voor analyse onttrekt.

Bij het bepalen waar het mondstuk in een pijpleiding of vat te positioneren, selecteer een locatie waar de procesvloeistof grondig gemengd is, zodat uw monster de procesomstandigheden nauwkeurig weerspiegelt. Indien mogelijk, installeer een inline statische menger in de proceslijn. Als dat geen optie is, lokaliseer de kraan downstream van een punt van geïnduceerde turbulentie zoals een pompafvoer, stroomorifice of pijpelleboog. De turbulentie zal helpen de procesvloeistof te mengen voordat bemonstering plaatsvindt.

Een bemonsteringskraan direct na een bron van turbulentie plaatsen is geen goede praktijk. De turbulentie zal drukfluctuaties en wervelstromen veroorzaken - beide kunnen de analytische metingen beïnvloeden.

Gasbemonstering

U wordt beter bediend door de kraan ten minste twee pijpdiameters downstream van de laatste stroomstoring te plaatsen. De Amerikaanse Environmental Protection Agency (EPA) beveelt deze praktijk aan. Het stelt twee locaties voor handmatige rookgasbemonstering voor:

1. Ten minste acht rookkanaal- of kanaaldiameters downstream en twee diameters upstream van enige stroomstoring; of
2. Ten minste twee rookkanaal- of kanaaldiameters downstream en een halve diameter upstream van enige stroomstoring.

De EPA beschouwt de eerste locatie als ideaal. Als de eerste regel niet gehaald kan worden, vereisen EPA-richtlijnen additionele bemonsteringspunten om te beschermen tegen de mogelijkheid van stratificatie.

Vloeistofbemonstering

Voor pijpleidingbemonstering, lokaliseer uw kraan ten minste twee pijpdiameters downstream van de laatste stroomstoring - overal waar het niet interfereert met een stroommeetelement. Echter, als het procesvloeistof een vloeistof is die dicht bij zijn bubbelpunt is, is het verstandig om meer conservatief te zijn. Om bellen in uw monster te vermijden, lokaliseer de kraan waar er ten minste vijf pijpdiameters vrije rechte pijp upstream en twee diameters downstream zijn.

Dampbemonstering

Wanneer de te bemonsteren stroom een damp is bij of nabij haar dauwpunttemperatuur, wordt de kraanlocatie kritischer. Enige condensatie kan optreden bij drukpunten nabij stroomstoringen; u wilt niet dat uw gasmonster vloeistofcondensaat bevat. Om dit potentieel te minimaliseren, vereist een Europese standaard (ISO 10715 1997, 13) voor het meten van aardgas de bemonsteringskraan ten minste 20 pijpdiameters downstream van de laatste stroomstoring; de relevante Amerikaanse standaard (API MPMS 14.1 2006, 15) vereist ten minste vijf pijpdiameters. Als de pijp een andere meetsteek bevat, zoals een thermowell, moet de bemonsteringsmeetsteek ten minste vijf thermowell-diameters van de thermowell entfernt zijn.

Nog grotere scheiding is nodig voor isokinetische bemonstering, wat eist dat de snelheid in de meetsteek overeenkomt met die in de proceslijn. Bijvoorbeeld, voor verzadigde stoom, beveelt de relevante Amerikaanse standaard (ASTM D1066) de bemonsteringskraan ten minste 35 pijpdiameters downstream en vier pijpdiameters upstream van een stroomstoring aan. Omdat deze scheiding moeilijk te bereiken kan zijn, stelt ASTM voor dat niet-compliant locaties een 9:1 verhouding van upstream tot downstream afstanden handhaven.

Een mondstuk construeren

Naarmate u in het ontwerpstadium gaat, zult u merken dat mondstukontwerp, inclusief oriëntatie, zeer afhangt van de behoeften van de meetsteek. Mondstuk, en daarmee meetsteek, locatie en oriëntatie kunnen beïnvloeden hoe deeltjes binnen een processtroom analyse beïnvloeden. De juiste mondstuk- en meetsteekplaatsing kan het potentieel voor deeltjes om in de meetsteek te komen waar ze het monster kunnen verontreinigen of verzamelen en uiteindelijk de meetsteek kunnen blokkeren, minimaliseren.

De eenvoudigste manier om een mondstuk te construeren is om een vrouwelijke gedraaide boss aan een pijpleiding te lassen en hem door te boren. Eerst, las een versterkingsplaat aan de pijpleiding, tenzij de wand voldoende dik is. Vervolgens selecteer een bossgrootte om de gedraaide meetsteek of klep te accommoderen. Een andere benadering is om een mannelijke gedraaide pijpnippel op de lijn te lassen.

Natuurlijk zullen noch een van deze eenvoudige methoden voldoen aan een procespijpspecificatie die gedraaide verbindingen bij de proceshuls verbiedt. Met deze beperkingen geconfronteerd, kunt u een klep op de nippel lassen of een geflanste pijpmondstuk gebruiken.

Een gasstroom aantappen

Wanneer mogelijk, kies een horizontale pijp voor procesgasbemonstering. De horizontale oriëntatie stelt het mondstuk in staat verticaal te zijn. Het is ook gemakkelijk om een lange, rechte run te vinden. Lokaliseer het mondstuk bovenop de lijn zodat eventuele vuil of vloeistof terugvalt in de procespijp. Als het procesgas schoon en droog is, kunt u een gasmondstuk aan de zijkant van een horizontale pijp lokaliseren. Echter, vermijd zo'n horizontale meetsteekoriëntatie voor vuile monsters omdat de gasstroom in de meetsteek niet turbulent kan zijn; vaste deeltjes kunnen uittellen en de meetsteek blokkeren.

De zelfde zorg voor blokkering geldt voor een horizontaal mondstuk op een verticale gaspijpleiding. Geneigde mondstukken laten ingeperkte vloeistoffen of vastestoffen terugvallen in het proces. Deze functie werkt goed voor vloeistofverwijdering maar misschien niet voor vastestoffen, die in de meetsteek kunnen kleven.

Voor verticale rookkanalen, moet het mondstuk horizontaal of licht geneigd zijn en veel groter - gedimensioneerd om speciale meetsteken te accommoderen. Hier is mondstuklocatie gebaseerd op de gastemperatuur: niet te heet (zodat materiaalkosten redelijk zijn) maar boven de zurendauwpunt temperatuur (zodat zwavelzuur niet in de meetsteek condenseert). Voor rookgasmonitoring, is de optimale gastemperatuur bij het mondstuk iets meer dan 600°C (1.112°F) om complete verbranding te garanderen.

Wanneer bemonsteren uit een procesdampstroom die druppels condensaat kan bevatten, zoals een verzadigd stoomsysteem, is de voorkeur kraanlocatie een lange, neerwaarts stromende procespijp. Echter, controleer altijd de lijndruk. Een neerwaartse lijn verbindt vaak met de zuigzijde van een procespomp en kan bij lage druk draaien. Een lage-druk bron is goed voor een gasmonster dat naar een fakkel geventileerd wordt, maar niet voor een die u wilt retourneren naar het proces via een fast loop. Met een fast loop, wilt u waarschijnlijk bemonsteren vanaf de procespompafvoer en het gas retourneren naar de zuigzijde.

Een vloeistofstroom aantappen

Een verticale pijpleiding die omhoog stroomt is vaak de beste locatie voor een vloeistofbemonsteringsmondstuk omdat u zeker kunt zijn dat de pijp vol zit. Voor deze opzet, kies een horizontaal mondstuk omdat het een kortere meetsteek toestaat die minder waarschijnlijk zal trillen. Een horizontaal mondstuk is prima voor een vloeistofmonster omdat de stroom in de meetsteek zeker turbulent is, wat sedimentatie van vastestoffen in de meetsteek uitsluit.

De vloeistofkolom in de pijpleiding boven de kraan zal wat extra druk bieden, wat kan garanderen dat de procesvloeistof bij de kraan boven haar bubbelpunt is. De extra druk helpt ook bij het transporteren van het monster. Vermijd het bemonsteren van een vloeistof uit een verticale procespijp die naar beneden stroomt - er is geen garantie dat de lijn vol zit.

Een vloeistofstroom bemonsteren vanuit een horizontale lijn is riskant omdat de procespijp niet vol kan zitten, wat resulteert in een twee-fasen monster. Als de procespijp na de horizontale run omhoog draait, kunt u zeker zijn dat de lijn vol zit; als het naar beneden draait, kan de horizontale sectie een statische laag gas huisvesten gevangen boven de stromende laag vloeistof.

Conventionele wijsheid zegt dat vloeistofkranen altijd aan de zijkant van een horizontale proceslijn moeten zijn; dit is goed advies bij bemonstering zonder meetsteek. Bemonstering vanaf een mondstuk aan de zijkant van de lijn vermindert het risico op het extraheren van ingeperkte damp aan de top van de pijp of slib aan de bodem.

In de praktijk is het meestal beter om een meetsteek te gebruiken die in het midden van de lijn reikt. Wanneer een meetsteek gebruikt wordt, is oriëntatie minder belangrijk. Meestal wordt een verticaal mondstuk bovenop de lijn bevorzugd omdat het zware vastestoffen toestaat terug te vallen in de procespijp. Over het algemeen moet het mondstuk niet in de bodem van een horizontale pijp zitten omdat vastestoffen erin zullen vallen en de moeilijkheid van monsterconditionering vergroten. Als u een bestaande bodemmondstuk moet gebruiken, installeer een meetsteek die in het midden een-derde van de pijpdiameter reikt.

Voordat u de kraanlocatie finaliseert

Voordat u kiest voor uw definitieve kraanlocatie, onthoud dat uw keuze van meetsteek de oriëntatie en diameter van het mondstuk en zijn eindfittingen zal bepalen. Eenmaal geselecteerd een meetsteek, herbezoek uw gekozen locatie om de fysieke ruimte beschikbaar voor installatie en onderhoudswerk te controleren. Verifieer dat er voldoende ruimte is voor het fabriceren van het mondstuk, het onderhouden van de procesisolatieklep en het intrekken van de meetsteek. Overweeg ook toegankelijkheid en verlichting. Een eenvoudige kraan en pijpmeetsteek vereist misschien alleen een klein platform en ladder, maar een veldstation heeft een vol platform en verlichting nodig.

Voor meer diepgang, gepersonaliseerde trainingsondersteuning die mondstukplaatsing en bemonsteringssysteemontwerp dekt, neem contact op met uw lokale Swagelok verkoop- en servicecentrum.