4 Schlüsselbereiche zur Evaluierung präziser Zeitverzögerungsmessung in Probenahmesystemen

4 Bereiche zur Inspektion bei der Zeitverzögerungsmessung in Probenahmesystemen

Karim Mahraz, Product Manager

In einem Prozessanalysator-Probenahmesystem gibt es immer eine Verzögerung zwischen dem Moment der Probenentnahme und dem Erhalt eines Messwerts.

Zeitverzögerung ist kumulativ und berücksichtigt die Gesamtzeit, die eine Probe benötigt, um vom Entnahmepunkt in der Prozessleitung zum Prozessanalysator zu gelangen – wo Ergebnisse gewonnen werden. Diese Zeitverzögerung kann länger sein, als Sie denken, und ihre Unterschätzung kann zu inferiorer Prozesskontrolle führen. Wenn Sie annehmen, Ihre Zeitverzögerung betrage eine Minute, sie aber tatsächlich zwei Stunden beträgt, sind Ihre Analysatorwerte möglicherweise nicht mehr relevant oder zweckdienlich. Sie sollten diese Verzögerung minimieren, mit dem gängigen Ziel von einer Minute oder weniger vom Entnahmepunkt bis zum Analysatorwert.

Ursachen für Zeitverzögerung finden Sie in Ihrem gesamten analytischen Instrumentierungssystem. Hier sind vier Hauptbereiche, die Sie untersuchen sollten, um die Zeitverzögerung Ihres Systems zu reduzieren:

1. Verzögerung in der Lanze
2. Verzögerung im Probentransport (inkl. Feldstation und Transportleitungen)
3. Verzögerung in der Probenkonditionierung (inkl. Stromumschaltung)
4. Verzögerung im Analysator

1. Zeitverzögerung in der Lanze

Vermeiden Sie überdimensionierte Probenlanzen. Die Lanze sollte lang genug sein, um das mittlere Drittel des Prozessleitungsdurchmessers zu erreichen, wo der Strom am schnellsten fließt und die sauberste, repräsentativste Probe liefert. Sie sollte nicht länger – oder breiter – als nötig sein, da je größer das Volumen der Lanze, desto größer die Verzögerung.

Die Entnahmepunktlage im Prozessrohr ist ein weiteres damit zusammenhängendes Thema. Platzieren Sie die Lanze nahe einem Niedrigstromabschnitt des Prozessrohrs, müssen Sie länger warten, bis sich Prozesschemieänderungen zeigen. Beispiel: Neue Moleküle, die in ein großes Volumen eines Tanks oder Fasses eintreten, erzeugen ein „Mischvolumen“, in dem sowohl neue als auch alte Moleküle am Ausgang auftauchen, bis das Volumen vollständig gespült ist. Zur Reduzierung der Zeitverzögerung sollten Sie den Entnahmepunkt nicht stromabwärts eines Mischvolumens platzieren. Positionieren Sie den Entnahmepunkt stattdessen stromaufwärts solcher Quellen für In-Prozess-Zeitverzögerung, einschließlich Fässer, Tanks, Tote Beine und stagnierende Leitungen.

2. Zeitverzögerung im Probentransport

• Entfernte Entnahmepunkte: Je weiter eine Probe zur Analyse reisen muss, desto länger die Zeitverzögerung. Platzieren Sie den Entnahmepunkt so nah wie möglich am Analysator. Für längere Transportleitungen erwägen Sie einen Fast Loop, um den Durchfluss zu beschleunigen und Ihrem Analysator eine aktuellere Probe zu liefern.
• Leitungslänge und -durchmesser: Je weiter die Probe reisen muss und je größer das interne Volumen der Transportleitungen, desto länger die Zeitverzögerung. Um diese Verzögerung zu reduzieren, berechnen und passen Sie Leitungslänge und -durchmesser entsprechend an, um Genauigkeit zu gewährleisten.
• Niedriger Druck in Flüssig-Probentransportleitungen: Bei Flüssigproben sollte der Entnahmepunkt genug Druck liefern, um die Probe durch Transportleitungen oder Fast Loop ohne Pumpe zu befördern. Vermeiden Sie kostspielige zusätzliche Variablen wie eine Pumpe, da diese Zeitverzögerung erhöhen.
• Hoher Druck in Gas-Probentransportleitungen: Bei Gas gilt: Je höher der Druck, desto langsamer der Fluss. Um den Fluss zu beschleunigen – und damit die Zeitverzögerung zu reduzieren – senken Sie den Druck. Beispiel: Bei halbem Druck erhalten Sie die halbe Zeitverzögerung.

3. Zeitverzögerung in Probenkonditionierungssystemen

• Ungespülte T-Stücke als Tote Beine: Ein Totes Bein ist ein ungespültes Seitenvolumen, das Moleküle in das strömende Systemmedium hinein und hinaus diffundieren lässt. Jedes T- oder Kreuzstück in der analysierten Probenleitung ist ein Totes Bein, sofern nicht alle seine Anschlüsse durchströmt werden. Häufige Tote Beine sind Anschlussstellen für Druck- und Temperatursensoren, Spül- und Entlüftungsventile, Kalibriermanifolde und Laborprobenahmepunkte. Sie müssen diese Bereiche vor Probenanalysen spülen, da die Spülperiode zur Zeitverzögerung beiträgt. Das Verlegen des Toten Beins (z. B. eines Sensors) ist manchmal die einfachste Lösung.
• Adsorption von Proben an Rohrwänden und Filtern: Wenn eine Probe die Wände von Rohren oder andere feste Oberflächen berührt, haften einige Moleküle daran. In einer ppm-Analyse (parts per million) kann der Molekülverlust durch Adsorption (oder Gewinn durch Desorption) signifikant sein. Der Verlust ist nur statistisch signifikant bei Gasproben. Bei Flüssigproben nur bei Messungen unter 1 ppm relevant. Für Gasproben planen Sie ausreichende Wartezeiten beim Quellenwechsel ein, damit vorherige Gasmoleküle sich verflüchtigen.
• Hohe interne Komponentenvolumen: Um eine repräsentative Probe – und genaue Analysatorwerte – zu gewährleisten, muss das gesamte Volumen jedes Geräts im Strömungspfad gespült werden. Haben Sie ein Großvolumengerät wie Filter oder Koaleszer, lassen Sie genug Zeit für gründliches Spülen. Ein allgemeiner Leitfaden: Spülen Sie das Gerät mit dem dreifachen Volumen. Minimieren Sie die Größe dieser Komponenten, wo möglich.

4. Zeitverzögerung im Analysator

• Diskontinuierliche Analysator-Antwortzeiten: Bestimmte Analysatoren benötigen mehr Zeit aufgrund interner Prozesse. Beispiel: Ein Kolorimeter muss seine gemessene Farbe entwickeln, bevor die Analyse abgeschlossen ist; ein Gaschromatograph muss seine gemessenen Komponenten trennen, bevor er sie analysiert.
• Kontinuierliche Analysator-Antwortzeiten: Manche Analysatoren laufen kontinuierlich, aber auch diese liefern kein sofortiges Ergebnis – es gibt immer eine gewisse Verzögerung.
• Manuelle Bediener-Reaktionszeiten: Bei manueller Steuerung des Analyseprozesses planen Sie die unvermeidliche Zeitverzögerung ein, die entsteht, bevor der Bediener notwendige Systemanpassungen bemerkt und darauf reagiert.

Kennen Sie Ihre Zeitverzögerung für präzise Systemantworten

Es ist wichtig zu erkennen, wie viel Zeit zwischen dem Moment verstreicht, in dem die Probe erstmals am Entnahmepunkt aus der Prozessleitung genommen wird, bis sie den Analysator erreicht und Sie Ihr Ergebnis erhalten. Eine falsche Annahme über diesen Zeitverlauf bedeutet, dass Sie die Beziehung zwischen dem, was in der Prozessleitung ist, und dem analytischen Ergebnis nicht verstehen. Das Verständnis der in diesem Artikel besprochenen, verzögerungsanfälligen Elemente Ihres Probenahmesystems (Lanze, Probentransport, Probenkonditionierung, Analysator) führt zu Schlussfolgerungen darüber, wo Zeitverzögerung in Ihrem System auftritt, und verbessert die gesamte Prozesskontrolle.