So positionieren Sie Düsen in Ihrem Flüssigkeits- und Erdgasprobenahmesystem

So positionieren Sie Düsen in Ihrem Flüssigkeits- und Erdgas-Probenahmesystem

Karim Mahraz

In einem Flüssigkeits- oder Gasprobenahmesystem wird eine Düse an der Entnahmestelle verwendet, um die Probe dem Analysator zuzuführen. Die richtige Platzierung, Position und Ausrichtung dieser Düse ist entscheidend, um zeitnahe, genaue analytische Messungen zu gewährleisten, also müssen Sie es richtig machen. Eine schlechte Düsenplatzierung kann zu Analyseverzögerungen, Probenkontamination und ungenauen Ergebnissen führen.

Im Idealfall diktiert ein Techniker des Probenahmesystems die Rohrleitungslayouts und sogar das Design des Prozessbehälters, um sicherzustellen, dass die Düse richtig positioniert ist. Oft muss ein Ingenieur jedoch mit vorhandenen Schaltplänen arbeiten – selbst wenn die Düse nicht richtig positioniert oder ausgerichtet ist. Im Folgenden gehen wir wichtige Überlegungen für Ingenieure durch, die mit der Lokalisierung und Konstruktion von Stutzen für Flüssigkeits- und Gasprobenahmesysteme beauftragt sind. Darüber hinaus empfehlen wir, qualifizierte Analysetechniker, Verfahrenstechniker und Chemiker sowie Komponentenlieferanten in verschiedenen Phasen des Designs einzubeziehen, um sicherzustellen, dass jede Variable berücksichtigt wird.

Auswählen der Düsenposition

Düsen sind typischerweise kurz und haben einen kleineren Durchmesser als die Hauptprozessleitung, von der sie abzweigen. Sie beherbergen oft eine Sonde, die in ihrer einfachsten Form ein Metall-, Glas- oder Keramikrüssel ist, der in die Prozessflüssigkeit ragt und einen kontinuierlichen Flüssigkeits- oder Gasstrom zur Analyse abzieht.

Wenn Sie bestimmen, wo die Düse in einer Rohrleitung oder einem Behälter positioniert werden soll, wählen Sie eine Stelle aus, an der sich die Prozessflüssigkeit gründlich vermischt hat, damit Ihre Probe die Prozessbedingungen genau widerspiegelt. Installieren Sie nach Möglichkeit einen statischen Inline-Mischer in der Prozessleitung. Wenn dies nicht möglich ist, platzieren Sie den Hahn stromabwärts von einem Punkt mit induzierten Turbulenzen, wie z. B. einem Pumpenauslass, einer Durchflussöffnung oder einem Rohrbogen. Die Turbulenz trägt dazu bei, die Prozessflüssigkeit vor der Probenahme zu mischen.

Es ist keine gute Praxis, einen Probenahmehahn unmittelbar nach einer Turbulenzquelle zu platzieren. Die Turbulenzen verursachen Druckschwankungen und Wirbelströme – beides kann die analytischen Messungen beeinflussen.

Gasprobenahme

Besser ist es, den Zapfhahn mindestens zwei Rohrdurchmesser hinter der letzten Strömungsstörung zu platzieren. Die U.S. Environmental Protection Agency (EPA) empfiehlt diese Praxis. Es lässt zwei Stellen für die manuelle Rauchgasprobenahme zu:

1. Mindestens acht Schornstein- oder Kanaldurchmesser stromabwärts und zwei Durchmesser stromaufwärts von Strömungsstörungen; oder
2. Mindestens zwei Schornstein- oder Kanaldurchmesser stromabwärts und einen halben Durchmesser stromaufwärts von jeder Strömungsstörung.

Die EPA hält den ersten Standort für ideal. Wenn die erste Regel nicht erfüllt werden kann, verlangen die EPA-Richtlinien zusätzliche Probenahmepunkte, um die Möglichkeit einer Schichtung zu verhindern.

Flüssigkeitsprobenahme

Platzieren Sie Ihren Wasserhahn für Pipeline-Probenahmen mindestens zwei Rohrdurchmesser stromabwärts von der letzten Durchflussstörung – überall dort, wo er nicht mit einem Durchflussmesselement kollidiert. Wenn es sich bei dem Prozessmedium jedoch um eine Flüssigkeit handelt, die nahe an ihrem Siedepunkt liegt, ist es ratsam, konservativer vorzugehen. Um Blasenbildung in Ihrer Probe zu vermeiden, platzieren Sie den Zapfhahn an einer Stelle, an der sich mindestens fünf Rohrdurchmesser klares gerades Rohr stromaufwärts und zwei Rohrdurchmesser stromabwärts befinden.

Dampfprobenahme

Wenn der entnommene Strom ein Dampf bei oder nahe seiner Taupunkttemperatur ist, wird die Entnahmestelle kritischer. An Druckpunkten in der Nähe von Strömungsstörungen kann etwas Kondensation auftreten; Sie möchten nicht, dass Ihre Gasprobe flüssiges Kondensat enthält. Um dieses Potenzial zu minimieren, fordert eine europäische Norm (ISO 10715 1997, 13) zur Messung von Erdgas, dass sich der Probenahmehahn mindestens 20 Rohrdurchmesser stromabwärts von der letzten Strömungsstörung befinden muss; die einschlägige amerikanische Norm (API MPMS 14.1 2006, 15) fordert mindestens fünf Rohrdurchmesser. Wenn das Rohr eine andere Sonde enthält, z. B. ein Schutzrohr, sollte die Probenahmesonde mindestens fünf Schutzrohrdurchmesser vom Schutzrohr entfernt angeordnet sein.

Eine noch größere Trennung ist für die isokinetische Probenahme erforderlich, die eine Anpassung der Geschwindigkeit in der Sonde an die in der Prozessleitung erfordert. Beispielsweise empfiehlt die relevante amerikanische Norm (ASTM D1066) für Sattdampf, dass der Probenahmehahn mindestens 35 Rohrdurchmesser stromabwärts und 4 Rohrdurchmesser stromaufwärts von einer Strömungsstörung sein sollte. Da diese Trennung schwierig zu erreichen sein kann, schlägt ASTM vor, dass nicht konforme Standorte ein Verhältnis von 9:1 von stromaufwärts zu stromabwärts gelegenen Entfernungen einhalten.

Bau einer Düse

Wenn Sie in die Designphase eintreten, werden Sie feststellen, dass das Düsendesign, einschließlich der Ausrichtung, stark von den Anforderungen der Sonde abhängt. Düse und damit Sonde, Ort und Ausrichtung können beeinflussen, wie Partikel in einem Prozessstrom die Analyse beeinflussen. Die richtige Platzierung von Düse und Sonde kann das Risiko minimieren, dass Partikel in die Sonde eindringen, wo sie die Probe kontaminieren oder sich ansammeln und schließlich die Sonde blockieren können.

Die einfachste Art, einen Stutzen zu konstruieren, besteht darin, einen Innengewindeansatz an eine Rohrleitung zu schweißen und durchzubohren. Schweißen Sie zuerst eine Verstärkungsplatte an die Rohrleitung, es sei denn, ihre Wand ist ausreichend dick. Wählen Sie als Nächstes eine Anschlussgröße für die verwendete Gewindesonde oder das verwendete Ventil aus. Ein anderer Ansatz besteht darin, einen Rohrnippel mit Außengewinde auf die Leitung zu schweißen.

Natürlich erfüllt keines dieser einfachen Verfahren eine Prozessrohrleitungsspezifikation, die Schraubverbindungen an der Prozesshülle verbietet. Angesichts dieser Einschränkungen können Sie ein Ventil an den Nippel schweißen oder stattdessen einen geflanschten Rohrstutzen verwenden.

Anzapfen eines Gasstroms

Wählen Sie nach Möglichkeit ein horizontales Rohr für die Probenahme von Prozessgas. Die horizontale Ausrichtung ermöglicht eine vertikale Ausrichtung der Düse. Es ist auch einfacher, eine lange, gerade Strecke zu finden. Positionieren Sie die Düse oben auf der Leitung, sodass Schmutz oder Flüssigkeit zurück in das Prozessrohr fällt. Wenn das Prozessgas sauber und trocken ist, können Sie eine Gasdüse an der Seite eines horizontalen Rohrs anbringen. Vermeiden Sie jedoch eine solche horizontale Sondenausrichtung für verschmutzte Proben, da der Gasfluss in der Sonde möglicherweise nicht turbulent ist; Feststoffpartikel könnten herausfallen und die Sonde blockieren.

Die gleiche Sorge um eine Verstopfung gilt für eine horizontale Düse an einer vertikalen Gasleitung. Geneigte Düsen lassen mitgerissene Flüssigkeiten oder Feststoffe in den Prozess zurückfallen. Diese Funktion eignet sich gut zum Entfernen von Flüssigkeiten, jedoch möglicherweise nicht für Feststoffe, die in der Sonde haften bleiben können.

Bei vertikalen Stapeln sollte die Düse horizontal oder leicht geneigt und viel größer sein – so bemessen, dass sie spezielle Sonden aufnehmen kann. Hier richtet sich die Düsenposition nach der Gastemperatur:nicht zu heiß (damit die Materialkosten angemessen sind), aber über der Säuretaupunkttemperatur (damit Schwefelsäure nicht in der Sonde kondensiert). Für die Rauchgasüberwachung beträgt die optimale Gastemperatur an der Düse etwas mehr als 600 °C (1.112 °F), um eine vollständige Verbrennung zu gewährleisten.

Bei der Probenahme aus einem Prozessdampfstrom, der Kondensattröpfchen enthalten kann, wie z. B. in einem Sattdampfsystem, ist die bevorzugte Entnahmestelle ein langes, nach unten fließendes Prozessrohr. Überprüfen Sie jedoch immer den Leitungsdruck. Eine nachgeschaltete Leitung ist oft mit der Saugseite einer Prozesspumpe verbunden und kann mit niedrigem Druck betrieben werden. Eine Niederdruckquelle ist gut für eine Gasprobe, die zum Abfackeln entlüftet wird, aber nicht für eine, die Sie über eine schnelle Schleife in den Prozess zurückführen möchten. Bei einer schnellen Schleife möchten Sie wahrscheinlich Proben aus dem Auslass der Prozesspumpe nehmen und das Gas zur Saugseite zurückführen.

Anzapfen eines Flüssigkeitsstrahls

Eine vertikale Rohrleitung, die nach oben fließt, ist oft der beste Ort für einen Flüssigkeitsprobenahmestutzen, da Sie sicher sein können, dass die Rohrleitung gefüllt ist. Entscheiden Sie sich für dieses Setup für eine horizontale Düse, da dies eine kürzere Sonde ermöglicht, die weniger wahrscheinlich vibriert. Eine horizontale Düse ist für eine flüssige Probe in Ordnung, da die Strömung in der Sonde mit Sicherheit turbulent ist, wodurch eine Sedimentation von Feststoffen in der Sonde ausgeschlossen wird.

Die Flüssigkeitssäule in der Rohrleitung über dem Zapfhahn sorgt für zusätzlichen Druck, der sicherstellen kann, dass die Prozessflüssigkeit am Zapfhahn über ihrem Siedepunkt liegt. Der zusätzliche Druck hilft auch beim Transport der Probe. Vermeiden Sie es, eine Flüssigkeit aus einem vertikal nach unten fließenden Prozessrohr zu entnehmen – es gibt keine Garantie dafür, dass die Leitung voll ist.

Die Probenahme eines Flüssigkeitsstroms aus einer horizontalen Leitung ist riskant, da das Prozessrohr möglicherweise nicht voll ist, was zu einer zweiphasigen Probe führt. Wenn sich das Prozessrohr nach dem horizontalen Verlauf nach oben dreht, können Sie sicher sein, dass die Leitung gefüllt ist; Wenn es sich nach unten dreht, könnte der horizontale Abschnitt eine statische Gasschicht beherbergen, die über der fließenden Flüssigkeitsschicht eingeschlossen ist.

Herkömmliche Weisheit besagt, dass Flüssigkeitshähne immer an der Seite einer horizontalen Prozesslinie sein sollten; Dies ist ein guter Rat bei der Probenahme ohne Sonde. Die Probenahme aus einer Düse an der Seite der Leitung verringert das Risiko, mitgerissenen Dampf oben am Rohr oder Schlamm unten abzusaugen.

In der Praxis ist es meist besser, mit einer Sonde in die Mitte der Leitung zu greifen. Bei der Verwendung einer Sonde ist die Orientierung weniger wichtig. Normalerweise wird eine vertikale Düse oben auf der Leitung bevorzugt, da schwere Feststoffe zurück in das Prozessrohr fallen können. Im Allgemeinen sollte sich die Düse nicht am Boden eines horizontalen Rohrs befinden, da Feststoffe hineinfallen und die Probenkonditionierung erschweren. Wenn Sie eine vorhandene Bodendüse verwenden müssen, installieren Sie eine Sonde, die bis in die Mitte eines Drittels des Rohrdurchmessers reicht.

Bevor Sie den Standort abschließen

Bevor Sie sich für die endgültige Position des Hahns entscheiden, denken Sie daran, dass Ihre Wahl der Sonde die Ausrichtung und den Durchmesser der Düse und ihrer Endanschlüsse bestimmt. Nachdem Sie eine Sonde ausgewählt haben, besuchen Sie den ausgewählten Standort erneut, um den physischen Platz zu überprüfen, der für Installations- und Wartungsarbeiten verfügbar ist. Stellen Sie sicher, dass genügend Freiraum vorhanden ist, um die Düse herzustellen, das Prozessabsperrventil zu warten und die Sonde herauszuziehen. Berücksichtigen Sie auch Zugänglichkeit und Beleuchtung. Eine einfache Wasserhahn- und Rohrsonde erfordert möglicherweise nur eine kleine Plattform und Leiter, aber eine Feldstation benötigt eine vollständige Plattform und Beleuchtung.

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