Probenahmesonde, Kalibrierungs- und Umschaltmodule zur Vereinfachung der Probenahme

Probesondenmodule und weitere Möglichkeiten zur Vereinfachung der Probenahme mit Standardsubsystemen

Karim Mahraz, Swagelok Produktmanager, analytische Instrumente

Vorkonfigurierte Standard-Subsysteme können einen Betrieb effizienter machen, indem sie das Design von Fluidprobenahme- und Kontrollsystemen vereinfachen. Die Verwendung von Standardsystemen hat den zusätzlichen Vorteil, dass die Installationskosten, Ausfallzeiten und die allgemeine Wartung erheblich reduziert werden, sodass Werks- und Einrichtungsmanager Teile beschaffen und zusammenbauen können, während gleichzeitig die Einheitlichkeit in allen Einrichtungen gewährleistet wird – sogar über Kontinente hinweg.

Letztendlich sparen Werks- und Facility Manager Zeit, Mühe und Energie, die zur Verbesserung der Effizienz und zur Reduzierung der Kosten in anderen Bereichen des Werks wiederverwendet werden können.

Im Folgenden sind gängige Arten von Subsystemen aufgeführt, die die Leistung Ihrer Probenahmesysteme verbessern können, und wie jedes funktionieren kann, um die Effizienz in Ihrem Probenahmesystem zu verbessern.

Kalibrierungs- und Schaltmodule (CSM)

Die Hauptfunktion des CSM besteht darin, Prozessströme zu konditionieren und auszuwählen oder einen Kalibrierungsstrom für die Analyse auszuwählen. Jedes System muss mindestens zwei Einlässe haben – zwei Prozessstromeinlässe oder einen Prozessstromeinlass und einen Kalibrierungsstromeinlass. Das System wählt als Reaktion auf ein pneumatisches Drucksignal von einer externen Quelle, typischerweise dem Analysator, ein Fluid zur Analyse aus. Das Signal öffnet eines der doppelten Block-and-Bleed-Ventilmodule der Stromauswahlventile (SSV), das dem Strom entspricht, der das zu analysierende Fluid enthält. Die Verwendung eines CSM, wie das von Swagelok angebotene, bietet mehrere zusätzliche Vorteile, darunter:

• Eine Vielzahl von Probenkonditionierungskonfigurationen sind verfügbar, um die Anwendungsanforderungen zu erfüllen.
• Eine manuelle Kalibrierungsoption, die es dem Bediener ermöglicht, das Analysegerät jederzeit zu kalibrieren.
• Farbcodierte Stromkennzeichnung – Prozessstromeinlässe sind immer blau, Kalibrierungsströme orange, Bypass grün und Auslass weiß.
• Ein integriertes Flow-Loop-Design, um konsistente Lieferzeiten zum Analysator über alle Ströme sicherzustellen und Toträume oder die Möglichkeit einer Cross-Stream-Kontamination zu eliminieren.
• Ein belüfteter Luftspalt, der die gefährliche Möglichkeit des Mischens pneumatischer Luft mit Systemflüssigkeit unter Druck verhindert.
• Ein modulares Design, das eine einfache Wartung ermöglicht. Einzelne Komponenten können aus der Baugruppe entfernt werden, indem vier Schrauben gelöst werden, die von der Oberseite der Platte zugänglich sind. Es besteht kein Risiko, versehentlich die gesamte Einheit zu zerlegen oder andere Fluidverbindungen zu stören.
• Eine Bypass-Option, die einen hohen Durchfluss – und eine daraus resultierende reduzierte Probenzeitverzögerung – zum CSM ermöglicht.

Je nach Anwendung kann ein Fast-Loop-Modul (weiter unten ausführlicher erläutert) das CSM mit Durchfluss von einem Bypass-Fast-Loop-Filter versorgen, um die Reaktionszeit zum Analysator zu verbessern. Das CSM kann zusätzliche Bypässe enthalten, die in die Prozesslinie zurückgeführt werden können – durch den schnellen Kreislauf oder separat – oder an ein Entsorgungssystem gesendet werden. Die Anzahl der Einlässe wird durch die Anzahl der Proben und Kalibrierungslinien bestimmt, die an ein einzelnes Analysegerät gesendet werden.

Beispielsondenmodule (SPM)

Die Verwendung von Probensondenmodulen in Verbindung mit Probensondenventilen (SPV) kann die Sicherheit sowie die Reinheit und Aktualität der Proben verbessern. Eine Sonde sorgt für eine schnellere Reaktion des Analysators, indem das Volumen des Probensystems reduziert wird. Das Düsenvolumen kann erheblich sein und das erforderliche Spülvolumen des gesamten Probensystems erhöhen. Außerdem ermöglicht die Sonde, dass die Probe aus der Mitte des Prozessrohrs entnommen wird, wodurch das Absaugen von Schlamm entlang der Rohrwände eliminiert wird. Darüber hinaus wird durch die Verwendung von 45°-Winkelschnitten von der Sonde die in das Probensystem extrahierte Partikelmenge stark reduziert. Beide Funktionen tragen dazu bei, dass die Sonde eine repräsentative Probe aus dem Prozess extrahiert.

Aus diesen Gründen wird empfohlen, eine Sonde in Rohren zu verwenden, die größer als 2 Zoll (50 mm) sind. Dies ist besonders wichtig für Rohre mit einem Durchmesser von mehr als 100 mm (4 Zoll). Sondendesigns können in Länge, Durchmesser, Wandstärke und Konstruktionsmaterialien variieren. Diese Parameter wirken sich auf die Stärke, die Filterfähigkeit und die interne Strömungsgeschwindigkeit der Sonde aus. Dickere, größere geschweißte Sonden halten stärkeren Stößen durch hohe Prozessströme stand, bieten jedoch langsamere Strömungsgeschwindigkeiten durch den größeren Innendurchmesser. Diese langsamere Strömungsgeschwindigkeit ermöglicht es jedoch, dass mehr Partikel aus der Sonde herausfallen, anstatt weiter in das Probensystem zu gelangen. Kleinere einziehbare Sonden sind nicht so stark wie geschweißte Sonden, aber ihr kleineres Innenvolumen sorgt für schnellere Strömungsgeschwindigkeiten zum Analysator. Erfahren Sie hier mehr über Swagelok Sample Probe Modules.

Fast-Loop-Module (FLM)

Fast-Loop-Module sind für hohe Durchflüsse in Probentransportleitungen ausgelegt, um Zeitverzögerungen für Online-Analysesysteme zu reduzieren. Das Fast-Loop-Modul (FLM) befindet sich im Analysator-Shelter und bietet einen Bypass. Es kann das Probensystem isolieren und ein Spülgas zur Systemreinigung einleiten. Der FLM von Swagelok entnimmt eine Probe durch einen Filter und nutzt dabei die hohe Durchflussrate des Bypasses, um das Filterelement sauber zu halten.

Eine schnelle Schleife benötigt zwei Prozessabgriffe:einen für die Probenzufuhr und einen für die Probenrückführung. Um die Kosten einer Probenahmepumpe zu vermeiden und die Zuverlässigkeit des Probenahmesystems zu verbessern, wählen Sie einen Rücklaufpunkt, der einen niedrigeren Druck als der Versorgungshahn hat. Wählen Sie Positionen für Prozessanschlüsse, die so nah wie möglich am Analysator liegen. Wenn die Probe ein kondensierbares Gas enthält, heizen Sie die schnellen Schleifenleitungen und den FLM über die Taupunkttemperatur der Probe bei Prozessdruck auf. Eine flüssige Probe muss nur erhitzt werden, wenn sie vor dem Gefrieren geschützt werden muss.

Feldstationsmodule (FSM)

Ein Feldstationsmodul (FSM) reduziert den Prozessgasdruck, bevor es zu einem Analysator transportiert wird. Der Transport einer Gasprobe bei niedrigem Druck bietet drei wesentliche Vorteile:

• Schnellere Antwortzeit des Analysators: In einer Hochdruckleitung mit nachgeschalteter Durchflussregelung sind die Gasmoleküle dichter besetzt, was zu einer langsameren Strömungsgeschwindigkeit und längeren Spülzeiten führt. Das Senken des Drucks einer Gasprobe bedeutet weniger Moleküle in der Probentransportleitung und den Probenaufbereitungskomponenten; Daher ist es einfacher, das System zu spülen, und der Analysator kann schneller auf Prozessänderungen reagieren. Die in der Transportleitung enthaltene Gasmenge ist proportional zu ihrem absoluten Druck. Bei halbem Absolutdruck befinden sich halb so viele Gasmoleküle in der Leitung, sodass es unter sonst gleichen Bedingungen nur halb so lange dauert, bis eine frische Probe den Analysator erreicht. Typischerweise wird ein FSM verwendet, wenn der Prozessdruck 3 bar (Überdruck) (43,5 psig) oder mehr beträgt.
• Weniger Kondensation: Die relative Feuchtigkeit eines Gases ist direkt proportional zum Partialdruck des Wasserdampfes in der Mischung. Eine relative Feuchtigkeit (oder Sättigung) von 100 % stellt den maximal möglichen Wasserdampfpartialdruck bei einer Arbeitstemperatur dar. Wenn also Wasserdampf in einem Gasgemisch 100 % seiner Sättigungsgrenze erreicht, beginnt Wasserdampf in einer Probentransportleitung zu kondensieren. Um Kondensation bei der Gasprobenahme zu vermeiden, reduziert der FSM den Partialdruck jedes Gases im Probengemisch. Eine Möglichkeit, den Partialdruck jedes Gases zu senken, besteht darin, den Gesamtsystemdruck zu verringern; der Partialdruck jedes Gases fällt proportional zur Gesamtdruckänderung. Wenn beispielsweise der absolute Druck einer Probe halbiert wird, halbiert sich auch der Partialdruck jedes Gases in der Mischung, was zu einer halbierten Wassersättigung in der Probe führt. Durch die Verwendung eines FSM wird die Wahrscheinlichkeit der Kondensation in der Probentransportleitung erheblich verringert.
• Sicherere Umgebung: Wenn ein System beschädigt wird, dehnt sich das unter Druck stehende Gas schnell auf atmosphärischen Druck aus und kann Systemschäden oder Verletzungen verursachen. Das volumetrische Expansionsverhältnis ist direkt proportional zur absoluten Druckabnahme. In Hochdrucksystemen ohne Feldstationsmodule kann die Ausdehnung so groß sein, dass das Ergebnis explosiver Natur ist. Die Installation eines FSM am Prozessprobenahmepunkt bedeutet, dass ein kleinerer Abschnitt des Probenahmesystems hohem Druck ausgesetzt ist, was zu einer sichereren Gesamtumgebung führt.

Flüssigkeitsverteilungsköpfe (FDH)

Flüssigkeitsverteilungsverteiler sind übliche Baugruppen, die in einer Vielzahl von Gas- und Flüssigkeitsanwendungen verwendet werden. Ein FDH bietet einen Strömungsweg und ermöglicht gleichzeitig mehrere Auslässe, die ähnlich wie eine große Abzweigarmatur wirken. Ein Flüssigkeitsverteiler ist gekennzeichnet durch einen Einlass an einem Ende und einen Ablauf am anderen Ende mit mehreren Auslässen an den Seiten. Typische Flüssigkeitsverteiler werden aus einem Stück Rohr oder einer Stange hergestellt und verfügen über geschweißte oder mit Gewinde versehene Endanschlüsse.

Als Verteiler oder Sammelleitung verbindet ein FDH mehrere Verbraucher mit der Quelle eines Versorgungsmediums. Typische Anwendungen sind:

• Kühlwasser
• Dampf
• Druckluft
• Pflanzen Sie Stickstoff

In einem typischen Analysehaus ist beispielsweise ein FDH ein Instrumentenluftverteiler, ein anderer FDH ist der Anlagenstickstoffverteiler und noch ein weiterer FDH ist der Niederdruckdampfverteiler. Bei Bedarf können mehrere FDH-Subsysteme Ende an Ende miteinander verschraubt werden, um längere Erntevorsätze zu ermöglichen.

Typischerweise hat ein FDH ein Hauptabsperrventil und mehrere Ausgänge – jeder mit seinem eigenen Absperrventil. Bei potenziell feuchten Gasen wie Druckluft oder Dampf wird der FDH am besten vertikal mit einem Ablassventil unten installiert. Für den Flüssigkeitsbetrieb ist es am besten, den FDH vertikal zu installieren, wobei die Versorgung unten eintritt und das obere Ventil als Entlüftung zum Entfernen eingeschlossener Luft oder zum Einlassen von Luft zum Entleeren des FDH während der Wartung dient.

Wenden Sie sich für Anfragen oder weitere Informationen zu vorgefertigten Standard-Untersystemen von Swagelok oder anderen Flüssigkeitsbewertungs- und Beratungsdiensten an Ihr lokales Vertriebs- und Servicezentrum.