Probenahme optimieren mit vorkonfigurierten Probenahme-, Kalibrier- & Umschaltmodulen

Probenahmemodule & mehr Wege zur Vereinfachung der Probenahme mit Standardsubsystemen

Karim Mahraz, Swagelok Produktmanager, analytische Instrumentierung

Standardmäßige vorkonfigurierte Subsysteme können Effizienz in einen Betrieb bringen, indem sie das Design von Fluid-Probenahme- und Steuerungssystemen vereinfachen. Die Verwendung von Standardsystemen bietet den zusätzlichen Vorteil, Installationskosten, Ausfallzeiten und Gesamtwartung erheblich zu reduzieren, wodurch Anlagen- und Facility-Manager Teile erwerben und montieren können, während sie Konsistenz über Anlagen hinweg sicherstellen – sogar über Kontinente hinweg.

Letztendlich sparen Anlagen- und Facility-Manager Zeit, Aufwand und Energie, die für die Verbesserung von Effizienz und Kostensenkung in anderen Bereichen der Anlage umgeleitet werden können.

Nachfolgend sind gängige Subsystemtypen aufgeführt, die die Leistung Ihrer Probenahmesysteme verbessern können, und wie jeder dazu beitragen kann, die Effizienz in Ihrem Probenahmesystem zu steigern.

Kalibrier- und Umschaltmodule (CSM)

Die Hauptfunktion des CSM besteht darin, Prozessströme zu konditionieren und auszuwählen oder einen Kalibrierstrom für die Analyse auszuwählen. Mindestens muss jedes System zwei Einlässe haben – zwei Prozesseinlässe oder ein Prozesseinlass und ein Kalibriereinlass. Das System wählt einen Fluidstrom für die Analyse in Reaktion auf ein pneumatisches Drucksignal von einer externen Quelle, typischerweise dem Analysator. Das Signal öffnet eines der Strömungswähler-Ventile (SSV) Double-Block-and-Bleed-Ventilmodule, das dem Strom entspricht, der das zu analysierende Fluid enthält. Die Verwendung eines CSM, wie dem von Swagelok angebotenen, bietet mehrere zusätzliche Vorteile, darunter:

• Eine Vielzahl von Probenkonditionierungskonfigurationen, um Anwendungsanforderungen zu erfüllen.
• Eine manuelle Kalibrieroption, die es dem Bediener ermöglicht, den Analysator jederzeit zu kalibrieren.
• Farbcodierte Stromidentifikation – Prozesseinlässe sind immer blau, Kalibrierströme orange, Bypass grün und Auslass weiß.
• Ein integriertes Umlaufdesign, um konsistente Lieferzeiten zum Analysator über alle Ströme zu gewährleisten und tote Volumen oder Querstromkontamination zu eliminieren.
• Ein belüfteter Luftspalt, der die gefährliche Möglichkeit verhindert, dass pneumatische Luft unter Druck mit Systemfluid vermischt wird.
• Ein modulares Design, das einfache Wartung ermöglicht. Einzelne Komponenten können durch Lösen von vier Schrauben, die von der Oberseite des Paneels zugänglich sind, aus der Baugruppe entfernt werden. Es besteht keine Gefahr, die gesamte Einheit versehentlich zu demontieren oder andere Fluidverbindungen zu stören.
• Eine Bypass-Option, die hohen Durchfluss – und damit reduzierte Probenzeitverzögerung – zum CSM ermöglicht.

Je nach Anwendung kann ein Fast-Loop-Modul (nachfolgend detaillierter erklärt) das CSM mit Durchfluss aus einem Bypass-Fast-Loop-Filter für verbesserte Ansprechzeit zum Analysator versorgen. Das CSM kann zusätzliche Bypasses einbeziehen, die zur Prozessleitung zurückgeführt werden – durch den Fast Loop oder separat – oder an ein Entsorgungssystem geschickt werden. Die Anzahl der Einlässe wird durch die Anzahl der Proben und Kalibrierleitungen bestimmt, die an einen einzelnen Analysator gesendet werden.

Probenahmemodule (SPM)

Die Verwendung von Probenahmemodulen in Verbindung mit Probenahmeventilen (SPV) kann Sicherheit sowie Probenreinheit und -zeitlichkeit verbessern. Eine Sonde sorgt für eine schnellere Analysatorantwort, indem sie das Volumen des Probenahmesystems reduziert. Das Düsenvolumen kann signifikant sein und das erforderliche Spülvolumen des gesamten Probenahmesystems erhöhen. Außerdem ermöglicht die Sonde die Entnahme der Probe aus der Mitte des Prozessrohrs, was die Extraktion von Schlamm an den Rohrwänden eliminiert. Darüber hinaus reduziert die Verwendung von 45°-Winkelschnitten an der Sonde die Menge an Partikeln, die in das Probenahmesystem extrahiert werden, erheblich. Beide Merkmale helfen sicherzustellen, dass die Sonde eine repräsentative Probe aus dem Prozess extrahiert.

Aus diesen Gründen wird empfohlen, eine Sonde in Rohren größer als 2 Zoll (50 mm) zu verwenden. Dies ist besonders kritisch für Rohre größer als 4 Zoll (100 mm). Sondendesigns können in Länge, Durchmesser, Wandstärke und Konstruktionsmaterialien variieren. Diese Parameter beeinflussen die Festigkeit der Sonde, die Filterfähigkeit und die interne Strömungsgeschwindigkeit. Dickere, größere geschweißte Sonden halten mehr Schlag von hohen Prozessströmen stand, bieten aber langsamere Strömungsgeschwindigkeiten durch den größeren Innendurchmesser. Diese langsamere Strömungsgeschwindigkeit ermöglicht jedoch, dass mehr Partikel aus der Sonde ausfallen, anstatt in das Probenahmesystem fortzufahren. Kleinere einziehbare Sonden sind nicht so stark wie geschweißte Sonden, aber ihr kleineres internes Volumen bietet schnellere Strömungsgeschwindigkeiten zum Analysator. Erfahren Sie mehr über Swagelok Probenahmemodule hier.

Fast-Loop-Module (FLM)

Fast-Loop-Module sind darauf ausgelegt, hohe Durchflüsse in Probenahmetransportleitungen zu bewältigen, um Zeitverzögerungen für Online-Analysatorsysteme zu reduzieren. Am Analysator-Unterstand positioniert und einen Bypass bietend, kann das Fast-Loop-Modul (FLM) das Probenahmesystem isolieren und ein Spülgas für die Systemreinigung einführen. Das FLM von Swagelok extrahiert eine Probe durch einen Filter, während es den hohen Durchfluss des Bypasses nutzt, um das Filterelement sauber zu halten.

Ein Fast Loop benötigt zwei Prozessanschlüsse: einen für Probenzufuhr und einen für Probenrückführung. Um die Kosten einer Probenpumpe zu vermeiden und die Zuverlässigkeit des Probenahmesystems zu verbessern, wählen Sie einen Rückführpunkt, der niedrigeren Druck als der Zufuhranschluss hat. Wählen Sie Prozessanschlussstandorte, die so nah wie möglich am Analysator sind. Wenn die Probe ein kondensierbares Gas enthält, heizen Sie die Fast-Loop-Leitungen und das FLM über den Taupunkttemperatur der Probe bei Prozessdruck. Eine flüssige Probe muss nur erhitzt werden, wenn es notwendig ist, um ein Einfrieren zu verhindern.

Feldstationsmodule (FSM)

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

• Schnellere Analysatorantwortzeit: In einer Hochdruckleitung mit nachgeschalteter Durchflusssteuerung sind Gasmoleküler dichter besiedelt, was langsamere Strömungsgeschwindigkeit und längere Spülzeiten erzeugt. Die Senkung des Drucks einer Gasprobe bedeutet weniger Moleküle in der Probenahmetransportleitung und den Probenkonditionierungskomponenten; daher ist es einfacher, das System zu spülen, und der Analysator kann schneller auf Prozessänderungen reagieren. Die Menge des in der Transportleitung gehaltenen Gases ist proportional zu seinem absoluten Druck. Bei halbem absoluten Druck sind halb so viele Gasmoleküle in der Leitung, sodass – alle anderen Dinge gleich – es halb so lange dauert, bis eine frische Probe den Analysator erreicht. Typischerweise wird ein FSM verwendet, wenn der Prozessdruck 3 bar (Ü) (43,5 psig) oder höher ist.
• Weniger Kondensation: Die relative Luftfeuchtigkeit eines Gases ist direkt proportional zum Partialdruck von Wasserdampf im Gemisch. Eine relative Luftfeuchtigkeit (oder Sättigung) von 100 % repräsentiert den maximal möglichen Partialdruck von Wasserdampf bei einer Arbeitstemperatur. Daher beginnt Wasserdampf, in einer Probenahmetransportleitung zu kondensieren, wenn Wasserdampf in einem Gasgemisch 100 % seines Sättigungslimits erreicht. Um Kondensation in der Gasprobenahme zu vermeiden, reduziert das FSM den Partialdruck jedes Gases in der Probemischung. Eine Möglichkeit, den Partialdruck jedes Gases zu senken, ist die Reduzierung des Gesamtsystemdrucks; der Partialdruck jedes Gases sinkt proportional zur Gesamtdruckänderung. Wenn beispielsweise der absolute Druck einer Probe halbiert wird, wird der Partialdruck jedes Gases im Gemisch ebenfalls halbiert, was zu halb so viel Wassersättigung in der Probe führt. Die Verwendung eines FSM verringert die Chance der Kondensationsbildung in der Probenahmetransportleitung erheblich.
• Sicherere Umgebung: Wenn ein System kompromittiert wird, expandiert das unter Druck stehende Gas schnell auf Atmosphärendruck und kann Systemschäden oder Personenschäden verursachen. Das volumetrische Expansionsverhältnis ist direkt proportional zur absoluten Druckabnahme. In Hochdrucksystemen ohne Feldstationsmodule kann die Expansion so groß sein, dass das Ergebnis explosiver Natur ist. Die Installation eines FSM am Probenahmepunkt bedeutet, dass ein kleinerer Abschnitt des Probenahmesystems hohem Druck ausgesetzt ist, was zu einer sichereren Gesamtumgebung führt.

Fluide-Verteilerköpfe (FDH)

Fluide-Verteilerköpfe sind gängige Komponentenbaugruppen, die in einer Vielzahl von Gas- und Flüssiganwendungen verwendet werden. Ein FDH bietet einen Strömungspfad, während er mehrere Auslässe ermöglicht und fungiert ähnlich wie eine große Abzweigverschraubung. Ein Fluide-Verteilerkopf ist durch einen Einlass an einem Ende und einen Ablass am anderen Ende mit mehreren Auslässen an den Seiten charakterisiert. Typische Fluide-Verteilerköpfe werden aus einem Rohrstück oder Stab gefertigt und verfügen über geschweißte oder gewindete Endverbindungen.

Als Verteiler oder Header verbindet ein FDH mehrere Nutzer mit der Quelle eines Versorgungsfluids. Typische Anwendungen umfassen:

• Kühlwasser
• Dampf
• Druckluft
• Anlagenstickstoff

In einem typischen Analysatorhaus ist beispielsweise ein FDH ein Instrumentenluft-Header, ein anderer FDH der Anlagenstickstoff-Header und ein weiterer der LP-Dampf-Header. Bei Bedarf können mehrere FDH-Subsysteme Ende-an-Ende verschraubt werden, um längere Header-Läufe zu erstellen.

Typischerweise hat ein FDH ein Hauptabsperrventil und mehrere Auslässe – jeder mit seinem eigenen Absperrventil. Für potenziell nasse Gase wie Druckluft oder Dampf ist es am besten, den FDH vertikal mit einem Ablassventil unten zu installieren. Für Flüssigkeitsbetrieb ist es am besten, den FDH vertikal mit dem Zufluss unten und dem oberen Ventil als Entlüftung für das Entfernen eingeschlossener Luft oder das Einlassen von Luft zum Entleeren des FDH während der Wartung zu installieren.

Für Anfragen oder weitere Informationen zu Swagelok Standard vorkonfigurierten Subsystemen oder anderen Fluidevaluierungs- und Beratungsdiensten kontaktieren Sie Ihr lokales Vertriebs- und Servicecenter.