4 zu prüfende Bereiche bei der Messung der Zeitverzögerung in Probenahmesystemen

4 zu prüfende Bereiche bei der Messung der Zeitverzögerung in Probenahmesystemen

Karim Mahraz, Produktmanager

In einem Probenahmesystem eines Prozessanalysators gibt es immer eine Verzögerung zwischen dem Moment, in dem Sie die Probe nehmen, und dem Zeitpunkt, an dem Sie einen Messwert erhalten.

Die Zeitverzögerung ist kumulativ und berücksichtigt die Gesamtzeit, die eine Probe benötigt, um vom Abgriff in der Prozessleitung zum Prozessanalysator zu gelangen – wo die Ergebnisse erzielt werden. Diese Zeitverzögerung kann länger sein, als Sie denken, und eine Unterschätzung kann zu einer schlechteren Prozesskontrolle führen. Wenn Sie davon ausgehen, dass Ihre Zeitverzögerung eine Minute beträgt, es sich aber tatsächlich um zwei Stunden handelt, sind Ihre Analysatormesswerte möglicherweise nicht mehr relevant oder zweckdienlich. Sie möchten diese Verzögerung minimieren, mit einem gemeinsamen Ziel von einer Minute oder weniger vom Wasserhahn bis zum Analysatorwert.

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

1. Verzögerung der Sonde
2. Verzögerung beim Probentransport (einschließlich Feldstation und Transportleitungen)
3. Verzögerung bei der Probenkonditionierung (einschließlich Stromumschaltung)
4. Verzögerung im Analysator

1. Zeitverzögerung in der Sonde

Vermeiden Sie zu große Probensonden. Die Sonde sollte lang genug sein, um bis zum mittleren Drittel des Durchmessers der Prozessleitung zu reichen, wo sich der Strom am schnellsten bewegt und die sauberste, repräsentativste Probe liefert. Sie sollte nicht länger – oder breiter – als nötig sein, denn je größer das Volumen der Sonde ist, desto größer ist die Verzögerung.

Die Position des Abgriffs im Prozessrohr ist ein weiteres relevantes Problem. Wenn Sie die Sonde in der Nähe eines Abschnitts des Prozessrohrs mit geringem Durchfluss platzieren, müssen Sie länger warten, bis Änderungen in den Prozesschemikalien angezeigt werden. Beispielsweise erzeugen neue Moleküle, die in einen großvolumigen Tank oder eine Trommel eintreten, ein „Mischvolumen“, bei dem sowohl neue als auch alte Moleküle am Ausgang auftauchen, bis das Volumen vollständig gespült ist. Um die Zeitverzögerung zu reduzieren, sollten Sie den Hahn nicht stromabwärts eines Mischvolumens anordnen. Positionieren Sie den Wasserhahn stattdessen stromaufwärts von solchen Quellen von prozessinternen Zeitverzögerungen, einschließlich Fässern, Tanks, toten Beinen und stagnierenden Leitungen.

2. Zeitverzögerung beim Probentransport

• Remote Sample Tap Locations: Je weiter eine Probe zur Analyse transportiert werden muss, desto länger ist die Zeitverzögerung. Platzieren Sie den Wasserhahn so nah wie möglich am Analysator. Ziehen Sie bei längeren Transportleitungen die Verwendung einer schnellen Schleife in Betracht, um den Fluss zu beschleunigen und Ihr Analysegerät mit einer neueren Probe zu versorgen.
• Linienlänge und -durchmesser: Je weiter die Probe bewegt werden muss und je größer das Innenvolumen der Transportleitungen ist, desto länger ist die Zeitverzögerung. Um diese Verzögerung zu reduzieren, berechnen und passen Sie die Leitungslänge und den Durchmesser entsprechend an, um die Genauigkeit zu gewährleisten.
• Niederdruck in einer Flüssigkeitsproben-Transportleitung: Bei flüssigen Proben sollte die Entnahmestelle genügend Druck liefern, um die Probe ohne Pumpe durch die Transportleitungen oder die Schnellschleife zu fördern. Vermeiden Sie das Hinzufügen kostspieliger zusätzlicher Variablen, wie z. B. einer Pumpe, da diese die Zeitverzögerung erhöhen.
• Hochdruck in einer Gasprobentransportleitung: Bei einem Gas gilt:Je höher der Druck, desto langsamer die Strömung. Um den Durchfluss zu beschleunigen – und damit die Zeitverzögerung zu verringern – verringern Sie den Druck. Beispielsweise erhalten Sie bei halbem Druck die halbe Zeitverzögerung.

3. Zeitverzögerung in Probenaufbereitungssystemen

• Ungesäuberte T-Stücke verursachen tote Beine: Ein Totraum ist ein ungereinigtes Seitenvolumen, das es Molekülen ermöglicht, in und aus den fließenden Systemmedien zu diffundieren. Jedes T-Stück oder Kreuz in der analysierten Probenleitung ist ein totes Bein, es sei denn, alle seine Anschlüsse fließen. Häufige Toträume sind Anschlusspunkte für Druck- und Temperaturmessgeräte, Spül- und Entlüftungsventile, Kalibrierverteiler und Laborprobenahmepunkte. Sie müssen diese Bereiche spülen, bevor Sie Probenanalysen durchführen, da die Spülzeit zur Zeitverzögerung beiträgt. Manchmal ist es die einfachste Lösung, das tote Bein (z. B. ein Messgerät) zu versetzen.
• Adsorption von Proben an Röhrchenwänden und Filtern: Wenn eine Probe die Wände eines Schlauchs oder einer anderen festen Oberfläche berührt, bleiben einige ihrer Moleküle an dieser Oberfläche haften. Bei einer Analyse von Teilen pro Million (ppm) kann der Verlust von Molekülen aufgrund der Adsorption (oder der Gewinn aus der Desorption) erheblich sein. Der Verlust ist jedoch nur bei Gasproben statistisch signifikant. Sorgen Sie sich nur dann um die Adsorption einer flüssigen Probe, wenn Sie weniger als 1 ppm messen. Bauen Sie bei Gasproben ausreichende Wartezeiten zwischen den Quellenwechseln ein, damit sich die vorherigen Gasmoleküle lösen können.
• Hohe interne Komponentenvolumina: Um eine repräsentative Probe zu gewährleisten – und genaue Analysatormesswerte zu erhalten – muss das gesamte Volumen jedes Geräts im Flussweg gespült werden. Wenn Sie ein großvolumiges Gerät haben, z. B. einen Filter oder Koaleszer, lassen Sie genügend Zeit, um es gründlich zu spülen. Eine allgemeine Richtlinie wäre, das Gerät mit dem dreifachen Volumen zu spülen. Minimieren Sie die Größe dieser Komponenten, wenn möglich.

4. Zeitverzögerung im Analysator

• Diskontinuierliche Antwortzeiten des Analysators: Bestimmte Analysatoren benötigen aufgrund von Prozessen, die innerhalb des Analysators stattfinden, mehr Zeit als andere, um ihre Analysen durchzuführen. Beispielsweise muss ein Kolorimeter seine gemessene Farbe entwickeln, bevor eine Analyse abgeschlossen werden kann, und ein Gaschromatograph muss seine gemessenen Komponenten trennen, bevor er sie analysiert.
• Antwortzeiten des kontinuierlichen Analysegeräts: Einige Analysatoren laufen kontinuierlich, aber auch diese liefern kein sofortiges Ergebnis, sodass es immer zu Verzögerungen kommt.
• Antwortzeiten des manuellen Systembedieners: Berücksichtigen Sie bei der manuellen Verwaltung des Probenanalyseprozesses unbedingt die unvermeidliche Zeitverzögerung, die auftritt, bevor der Bediener die erforderlichen Systemanpassungen bemerkt und darauf reagiert.

Kennen Sie Ihre Zeitverzögerung, um genaue Systemreaktionen zu ermöglichen

Es ist wichtig zu erkennen, wie viel Zeit zwischen der ersten Entnahme der Probe aus der Prozessleitung am Zapfhahn, dem Eintreffen der Probe im Analysator und dem Erhalt Ihres Ergebnisses vergangen ist. Eine falsche Annahme über diesen Zeitablauf bedeutet, dass Sie die Beziehung zwischen dem, was sich in der Prozessleitung befindet, und dem Analyseergebnis nicht verstehen. Das Verständnis der in diesem Artikel besprochenen Elemente Ihres Probenahmesystems, die für Verzögerungen anfällig sind (Sonde, Probentransport, Probenaufbereitung und Analysator), wird zu Schlussfolgerungen darüber führen, wo in Ihrem System Zeitverzögerungen auftreten, und die gesamte Prozesskontrolle verbessern.