8 häufige Herausforderungen bei der Genauigkeit von Prozessanalysatoren

Probenahmesysteme:8 häufige Herausforderungen bei der Genauigkeit von Prozessanalysatoren

Tony Waters, Experte und Ausbilder für Probenahmesysteme

Probenahmesysteme gehören zu den komplexesten Systemen in einer Anlage. Sie verfügen über zahlreiche Komponenten und Prozesse, die zusammenarbeiten müssen, um eine analytische Messung der Prozessstrombedingungen zu ermöglichen. Dieser Messwert muss sowohl genau als auch zeitnah sein, da dieses wichtige Ergebnis verwendet wird, um die Kontrollziele einer Anlage zu erreichen. Die Ingenieure und Techniker einer Anlage wissen jedoch, dass ein Probenahmesystem heikel sein kann. Jedes Element des Systems kann die Genauigkeit des Prozessanalysators beeinflussen. Um Ihr Team bei der Verbesserung der Analysatorzuverlässigkeit zu unterstützen, haben Swagelok Außendiensttechniker acht allgemeine Herausforderungen identifiziert, die sich auf die Genauigkeit eines Systems auswirken.

Auswirkung auf die Genauigkeit des Analysegeräts

Konstruktionsfehler in Probenahmesystemen können die Probenintegrität gefährden, indem sie Folgendes beeinträchtigen:

• Repräsentativität: Konstruktionsfehler können dazu führen, dass die Probe den Prozess nicht genau wiedergibt und sogar die chemische Zusammensetzung der Prozessflüssigkeit auf unvorhergesehene oder unbeabsichtigte Weise verfälscht. Das System erfordert eine repräsentative Stichprobe, um sicherzustellen, dass die Messung den Kontrollzielen entspricht.
• Aktualität: Wenn zwischen der Entnahme einer Probe und dem Erhalt eines Analysatormesswerts eine übermäßige Zeitverzögerung auftritt, kann eine Anlage einen Produktverlust oder eine kostspielige Wiederaufbereitung riskieren, um einen Produktionsfehler zu korrigieren. Eine branchenübliche Antwortzeit beträgt eine Minute.
• Kompatibilität: Wenn Temperatur, Druck, Durchfluss und/oder Zustand nicht den Anforderungen des Prozessanalysators entsprechen, kann die Probe den Analysator beschädigen oder seine Genauigkeit beeinträchtigen. Darüber hinaus tragen genaue Analyseergebnisse zur Aufrechterhaltung einer sicheren Anlagenumgebung bei, indem potenziell gefährliche Betriebsbedingungen angezeigt werden.

Allgemeine Herausforderungen identifizieren und angehen

Herausforderung 1:Falsche Tap-Standorte

Die Wahl eines Tap-Standorts kann eine nuancierte Entscheidung sein. Ein Ziel ist es, Zeitverzögerungen zu vermeiden. Befindet sich der Wasserhahn in einem Abschnitt der Prozessleitung mit geringem Durchfluss, dauert es länger, bis sich Änderungen in den Prozesschemikalien in einem Analyseergebnis zeigen. Mischvolumina wie ein Turmboden, ein Tank oder eine Trommel sind ebenfalls eine große Verzögerungsquelle. Darüber hinaus sollten Systemdesigner einen Ort wählen, an dem die Probe gut gemischt wird, z. B. stromabwärts von induzierten Turbulenzen von einem Pumpenauslass, einer Durchflussöffnung oder einem Rohrbogen.

Herausforderung 2:Sondenmissbrauch

Wenn Sie eine Probe zur Entnahme einer Probe verwenden, sollte diese idealerweise lang genug sein, um das mittlere Drittel des Prozessrohrs zu erreichen, sodass Sie eine repräsentative Probe entnehmen. Außerdem erhalten Sie in der Nähe der Mitte des Prozessrohrs ein schnelleres Ergebnis, da der Durchfluss dort schneller ist. Sie sollten jedoch immer die maximal zulässige Länge berechnen, um sicherzustellen, dass Ihre Sonde keinen Resonanzschwingungen ausgesetzt wird. Manchmal reicht es aus, nur 15 % Einzug in den Rohrdurchmesser zu bekommen. Die Sonde sollte nicht breiter als nötig sein, da große Volumina zu Zeitverzögerungen führen. Wenn nur eine Düse ohne Sonde verwendet wird, hat das System wahrscheinlich ein viel größeres Volumen, was zu einer erheblichen Verzögerung führt.

Herausforderung 3:Falsche Feldstationsdesigns

Mit einer Gasprobe sollten Systemdesigner den Druck so schnell wie möglich reduzieren (auf 10-15 psig oder sogar 5 psig, wenn Ihr Systemdesign dies zulässt). Hochdruckgase bewegen sich langsamer, weil die Moleküle dicht gepackt sind, was zu einer Zeitverzögerung führt. Außerdem verringert ein niedriger Druck das Kondensationsrisiko, was Sie vermeiden möchten, da es mit vielen Gasprozessanalysatoren nicht kompatibel ist und die Repräsentativität der Probe beeinträchtigt. Ein weiterer Grund für die Aufrechterhaltung eines niedrigen Drucks ist die Sicherheit für Bediener und Techniker.

Ein Regler an der Feldstation reduziert den Druck in der Probe, sodass sie schneller zum Analysator fließen kann.

Herausforderung 4:Überspringen einer schnellen Schleife

Beim Verdampfen einer flüssigen Probe benötigt Ihr Probenahmesystem möglicherweise eine schnelle Schleife oder einen Bypass stromaufwärts vom Verdampfungsregler. Andernfalls kann die Flüssigkeitsprobe zu langsam fließen, was zu einer Zeitverzögerung führt, da ein kleines Flüssigkeitsvolumen ein großes Gasvolumen ergibt. Ohne eine schnelle Schleife können sich über 100 ml langsam fließendes Flüssigkeitsvolumen stromaufwärts des Reglers befinden, was zu einer Zeitverzögerung von vielen Stunden führen kann.

Herausforderung 5:Deadlegs

Deadlegs beeinträchtigen die Repräsentativität einer Probe, indem sie alte Probenmoleküle speichern und langsam in die neue Probe einschleusen. Jedes T-Stück oder Kreuz in der Probenleitung ist ein Totweg, es sei denn, alle seine Anschlüsse fließen. Einige Beispiele sind Messgeräte oder Schalter, Druckentlastungsventile oder Probenentnahmestellen im Labor. Toträume beeinträchtigen mit größerer Wahrscheinlichkeit ein Analyseergebnis, wenn Sie von einem hochkonzentrierten Strom zu einem niedrig konzentrierten Strom wechseln. Toträume sind auch eher ein Problem bei niedrigem Durchfluss. Totstrecken in direkter Linie zum Analysator sollten verlegt oder entfernt werden.

Herausforderung 6:Cross-Stream-Kontamination

Ein einzelnes Dreiwegeventil ist keine ausreichende Barriere zwischen der Kalibrierflüssigkeit und der Probe. Bei dieser Anordnung kann die Kalibrierflüssigkeit über den Ventilsitz lecken und die Probe kontaminieren – oder, was wahrscheinlicher ist, die Prozessstromprobe könnte in die Kalibrierflüssigkeit lecken. Jedes Szenario wird die Analyse verderben. Eine bessere Konfiguration ist ein Double-Block-and-Bleed-Aufbau, der sicherstellt, dass jede Leckage aus einem blockierten Anschluss in eine Entlüftungs- oder Entlüftungsleitung und nicht in die Probe gelangt.

Herausforderung 7:Ungeeignete Temperatur und Druck

Achten Sie auf Phasenänderungen in Ihren Proben, da Sie eine teilweise Phasenänderung verhindern möchten. Mischphasenproben sind nicht repräsentativ und wahrscheinlich nicht mit Ihrem Analysator kompatibel. Es ist nicht schwer festzustellen, ob Ihre Probe Phasen wechselt. Ein Softwareprogramm kann ein Phasendiagramm für die chemische Zusammensetzung Ihres Systems erstellen. In der Regel möchten Sie Gasproben über dem Taupunkt halten (damit sie nicht kondensieren) und Flüssigkeitsproben unterhalb ihres Siedepunkts (damit leichtere Komponenten nicht verdampfen). Wenn Sie Ihre Leitung beheizen, müssen Sie sie vollständig beheizen, da selbst wenige Zentimeter unbeheizter Leitung ausreichen, um die Temperatur zu senken und Kondensation zu verursachen. Versuchen Sie, die Gase etwa 20 °C über dem Taupunkt zu halten.

Herausforderung 8:Unsachgemäße Probenkonditionierung

In einem Probenahmesystem möchten Sie Flüssigkeiten aus einer Gasprobe entfernen, da sie Ihr Prozessanalysegerät beschädigen und Ihr Analyseergebnis beeinträchtigen können. Sie können große Tröpfchen in einer Gasprobe durch Schwerkraft (über einen Knockout-Behälter oder ein Fallback-Rohr) oder Trägheit (über einen kinetischen Abscheider oder Zyklon) entfernen. Aber sehr feine Tröpfchen, die als Aerosol suspendiert sind, erfordern einen Coalescer. Es ist jedoch wichtig zu verstehen, dass Koaleszer keine großen Tröpfchen herausfiltern. Wenn die Durchflussrate zu hoch ist, werden außerdem kleinere Tröpfchen durch die Elemente des Koaleszers gedrückt und tropfen nicht so heraus, wie sie sollten. Wenn Ihre Probe schließlich den Koaleszer verlässt, ist sie gesättigt – nahe dem Taupunkt und kurz davor, wieder zu kondensieren. Es ist hilfreich, den Taupunkt zu verlassen, indem man die Temperatur erhöht oder den Druck senkt. Mit einem Nadelventil können Sie einen Druckabfall erzeugen.

Weitere Informationen zum Identifizieren und Beheben von Bedrohungen für die Genauigkeit von Prozessanalysatoren in Probenahmesystemen finden Sie in den praktischen Schulungskursen zu Probenahmesystemen von Swagelok oder wenden Sie sich an Ihr lokales Swagelok Vertriebs- und Servicezentrum, um eine Kopie von Industrielle Probenahmesysteme zu erhalten , das Lehrbuch, auf dem die Schulungskurse von Swagelok basieren.