Einsatz eines Reglers zur Verringerung der Zeitverzögerung in einem analytischen Instrumentensystem

Verwendung eines Reglers zur Verringerung der Zeitverzögerung in einem Analysesystem

Mike Strobel, Außendienstleiter

Prozessmessungen sind augenblicklich, Analysatorreaktionen jedoch niemals. Vom Wasserhahn bis zum Analysator gibt es immer eine Zeitverzögerung. Leider wird diese Verzögerung oft unterschätzt oder missverstanden.

In analytischen Probenahmesystemen ist die Zeitverzögerung definiert als die Zeitspanne, die eine neue Probe benötigt, um das Analysegerät zu erreichen. Ein separater Blog-Artikel erklärt, wie die Zeitverzögerung funktioniert, und gibt Tipps, um sie auf hohem Niveau zu minimieren, aber in diesem Artikel konzentrieren wir uns darauf, wie man die Zeitverzögerung mit einem Druckregler steuert. Regler steuern den Druck, und der Druck in einem Analysesystem ist eng mit der Zeit verbunden. Bei Gasanlagen mit geregeltem Durchfluss gilt:Je niedriger der Druck, desto kürzer die Zeitverzögerung.

Eine Zeitverzögerung kann in jedem der Hauptteile eines analytischen Instrumentensystems auftreten, einschließlich der Prozessleitung, des Abgriffs und der Sonde, der Feldstation, der Transportleitung, des Probenaufbereitungssystems, des Stromumschaltsystems und des Analysators. Das folgende Diagramm ist ein Beispiel für ein typisches Prozessanalysator-Probenahmesystem.

Zeitverzögerung ist kumulativ. Sie besteht aus der Gesamtzeit, die die Flüssigkeit benötigt, um vom überwachten Prozess zum Analysator zu gelangen. Hier erfahren Sie mehr darüber, wie Sie die Zeitverzögerung messen können. Im Moment konzentrieren wir uns auf die Feldstation und die wichtige Rolle, die ein Regler bei der Verringerung der Zeitverzögerung dort spielt.

Vor der Feldstation

Die Minimierung der Zeitverzögerung beginnt mit der Position des Wasserhahns. Es ist am besten, den Abgriff so nah wie möglich am Prozessanalysator zu platzieren, aber auch stromaufwärts von Quellen von Prozesszeitverzögerungen wie Fässern, Tanks, Toträumen, stagnierenden Leitungen und redundanten oder veralteten Geräten.

Bei der Probenahme einer Flüssigkeit sollte der Druck am Zapfhahn ausreichen, um die Probe ohne Pumpe durch die Transportleitungen oder den Schnellkreislauf zu befördern – eine teure Komponente, die zusätzliche Leistungsvariablen einführt.

In vielen Fällen können Sie die Position des Wasserhahns möglicherweise nicht diktieren. Möglicherweise müssen Sie sich mit einem vorhandenen Abgriffsort und häufig auch mit einem vorhandenen Analysatorschuppenstandort begnügen. Wenn der Wasserhahn weit vom Analysator entfernt ist, wird eine schnelle Schleife empfohlen, um schnell Flüssigkeit zum Analysator zu liefern und den nicht verwendeten Teil in den Prozess zurückzuführen.

Bei den meisten analytischen Instrumentensystemen ist die Sonde eine weitere Quelle für Zeitverzögerungen. Je größer das Volumen der Sonde, desto größer die Verzögerung. Das Volumen wird sowohl von der Länge als auch von der Breite der Sonde beeinflusst. Wenn Sie versuchen, die Zeitverzögerung zu minimieren, wählen Sie eine Sonde mit geringem Volumen.

Auf der Feldstation

In Fällen, in denen der Prozessanalysator eine flüssige Probe benötigt, wird ein Regler in der Feldstation nicht verwendet. Es ist besser, Flüssigkeiten unter hohem Druck zu halten, um die Bildung von Blasen zu vermeiden. Im Falle einer Gasprobe dient eine Feldstation als Mittel zum Druckabbau in den Transportleitungen.

Die Zeitverzögerung nimmt direkt proportional zum absoluten Druck ab. Bei halbem Druck erhalten Sie die halbe Zeitverzögerung. Die Feldstation befindet sich so nah wie möglich am Wasserhahn. Je früher der Druck abgebaut wird, desto besser. Betrachten wir drei mögliche Anwendungen für einen Regler in einer Feldstation. Bei jedem ist der Regler etwas anders konfiguriert.

Regulierungsantrag Nr. 1

In der ersten Anwendung ist das Ziel, den Gasdruck zu reduzieren. Es ist nicht zu erwarten, dass der Druckabfall zu Kondensation führt. Daher kann ein einfacher Druckminderer verwendet werden. Ein Druckminderer hält den Druck am Ausgang konstant. Ein Sensorelement, typischerweise eine Membran oder ein Kolben, bewegt sich als Reaktion auf den nachgeschalteten Druck, wodurch das Steuerelement, meistens ein kegelförmiger Teller, die Strömungsfläche der Öffnung, durch die das Gas strömt, ändern kann. Wenn das Sensorelement als Reaktion auf höheren Druck nach oben gedrückt wird, bewegt sich das Steuerelement näher an den Reglersitz und die Öffnungsfläche wird kleiner. Wenn sich das Messelement mit geringerem Druck nach unten bewegt, wird die Öffnung größer. Bei den meisten analytischen Reglern ermöglicht ein Griff am Regler dem Bediener, den Ausgangsdruck einzustellen, indem er eine Stellfeder zusammendrückt oder entspannt, die die Bewegungen des Sensorelements gegen den Ausgangsdruck antreibt.

Eine Metallmembran ist ideal für Anwendungen, bei denen der Eingangsdruck nicht stark variiert oder bei denen die chemische Kompatibilität wichtig ist. Bei Anwendungen, bei denen der Druck ungleichmäßig oder sprunghaft sein kann, kann jedoch ein Kolbenregler besser geeignet sein.

Regulierungsantrag Nr. 2

In unserer zweiten Regleranwendung wird erwartet, dass der Druckabfall Kondensation verursacht. Bei einem Druckabfall verlieren fast alle Gase Energie, bekannt als Joule-Thomson-Effekt, was zu einer Abkühlung führt. Wenn das Gas nahe an seinem Taupunkt ist, könnte diese Abkühlung zu Kondensation führen. In einigen Fällen kann der Wärmeverlust groß genug sein, um Kondensation zu verursachen, wodurch möglicherweise der Regler einfriert. Aufgrund des Joule-Thomson-Effekts kann ein beheizter Regler erforderlich sein, um die Temperatur des Gases über dem Taupunkt zu halten. Ein beheizter Regler ist ein Druckminderer, bei dem die Systemflüssigkeit über ein beheiztes Element strömt. Eine Heizpatrone ist erforderlich.

Sie können die Energiemenge (oder Wattleistung) berechnen, die von der Heizpatrone benötigt wird, damit Sie eine im richtigen Leistungsbereich angeben können. Jedes Gas hat einen Joule-Thomson-Koeffizienten, der zusammen mit dem Druckabfall und der Durchflussrate in eine Formel eingesetzt wird, um die erforderliche Wattzahl zu erzeugen.

Regulierungsantrag Nr. 3

In unserer dritten Regleranwendung muss eine Flüssigkeit zu einem Gas werden, bevor sie von einem Gaschromatographen oder einem anderen Analysator analysiert werden kann. In diesem Fall wird ein Verdampfungsregler verwendet. Die Auswahl von Verdampfungsreglern kann schwierig sein, sie können jedoch ein zuverlässiges Mittel zur Vorbereitung einer Flüssigkeitsprobe sein, wenn sie richtig dimensioniert und installiert sind. Das Ziel eines Verdampfungsreglers besteht darin, die gesamte Probe sofort in ein Gas zu versetzen, um sicherzustellen, dass die verdampfte Probe repräsentativ für den Flüssigprozess ist.

Bei Verdampfungsreglern muss man genau auf Temperatur und Dampfdurchfluss achten. Wenn der Durchfluss zu groß ist, wird die Probe nur teilweise verdampft und Flüssigkeiten fließen durch den Regler und zum Analysator. Wenn die Verdampfertemperatur zu hoch ist, wird die vorgeschaltete flüssige Probe verdampft. Hier erfahren Sie mehr über das Management der Verdampfung in Probenahmesystemen.

Stellen Sie schließlich sicher, dass Sie Ihren Verdampfungsregler richtig einstellen, um eine erhebliche Zeitverzögerung zu vermeiden. Wenn sich das Fluid von flüssig zu gasförmig ändert, nimmt das Volumen dramatisch zu. Die Höhe der Erhöhung hängt vom Molekulargewicht der Flüssigkeit ab. Typischerweise beträgt der gemessene Dampfdurchfluss nach dem Regler das>300-fache des Flüssigkeitsdurchflusses vor dem Verdampfungsregler.

Zum Beispiel mit einem Dampfstrom von 600 cm ³ /min. darf der Flüssigkeitsdurchfluss weniger als 2 cm ³ betragen /Mindest. In diesem Fall benötigt die Flüssigkeit 25 Minuten, um durch 3 Meter (ca. 10 Fuß) 6 mm (1/4 Zoll) Schlauch zu fließen. Um diese Zeit zu verkürzen, müssen wir das Volumen des Schlauchs vor dem Regler reduzieren. Bei einem 3,2 mm (1/8 Zoll) Schlauch mit nur 30,5 cm (1 Fuß) Länge würde es beispielsweise nur 30 Sekunden dauern, bis die Flüssigkeit den Regler erreicht. Zu dieser Zeit müssen wir jedoch eine Zeitverzögerung in der Sonde hinzufügen. Je schmaler die Sonde, desto schneller die Reaktion.

Ein weiteres Mittel, um eine schnellere Reaktion zu erreichen, besteht darin, den Verdampfer mit Hilfe einer schnellen Flüssigkeitsschleife näher an den Analysator zu bringen. In der Abbildung unten befindet sich der Regler hinter dem Schnellschleifenfilter mit einer zweiten langsamen Flüssigkeitsumleitungsschleife, die sicherstellt, dass ein guter Flüssigkeitsfluss bis zum Verdampfungsregler anhält. Das Ziel besteht darin, das langsam fließende Flüssigkeitsvolumen zu minimieren, das zu einem Verdampfungsregler gelangt.

Treffen Sie die richtigen Regulierungsentscheidungen, um Verzögerungen zu verringern

Ein Regler ist ein entscheidendes Werkzeug, um Zeitverzögerungen in einem Analysesystem zu beheben. Je niedriger der Druck in einem Gassystem ist, desto schneller ist die Reaktionszeit. Im Allgemeinen gilt:Je früher der Druck in einem Gassystem abgebaut werden kann, desto besser. In Fällen, in denen eine Flüssigkeit verdampft wird, ziehen Sie eine schnelle Flüssigkeitsschleife in Betracht, um die Flüssigkeit bis zum Verdampfungsregler in Bewegung zu halten. Die Feldstation ist ein Ort in einem komplexen analytischen Instrumentensystem, an dem die Zeitverzögerung erheblich reduziert werden kann, aber der Ansatz zur Zeitverzögerung muss immer umfassend sein. Um die Zeitverzögerung zu reduzieren, müssen alle potenziellen Verzögerungsursachen im System untersucht werden.

Wenn Sie mit Zeitverzögerungen in Ihren Analysesystemen zu kämpfen haben, gibt es neben der Befolgung der obigen Ratschläge zur Reglerauswahl noch mehrere andere Stellen, an die Sie sich wenden können. Wir bieten verschiedene Probenahmesystem-Schulungskurse an, die von Probenahmeexperten geleitet werden, wir bieten vorgefertigte analytische Subsysteme an, die nach Best Practices entwickelt wurden, und unser Außendiensttechnikerteam kann auch vor Ort kommen, um Ihnen bei der Identifizierung und Behebung von Problemen mit Ihren Analysesystemen zu helfen. Um mehr zu erfahren oder ein Gespräch über die Reduzierung von Verzögerungen in Ihrem Analysesystem zu beginnen, klicken Sie auf die Schaltfläche unten.