Auswahl des richtigen Probenvorbereitungsmoduls

So wählen Sie das richtige Probenvorbereitungsmodul aus

Randy Rieken

Beim Durchführen einer Probenanalyse in einem analytischen Probenahmesystem muss ein Bediener die Probe möglicherweise zuerst vorkonditionieren, bevor sie das Probenkonditionierungssystem in der Nähe des Analysators erreicht. Wenn dieser Schritt für die Probenanalyse erforderlich ist, wird die Auswahl des richtigen Probenvorbereitungsmoduls zu einer kritischen Entscheidung.

Die Wahl des Vorkonditionierungsmoduls hängt von der Art des verwendeten Probentransportsystems und der aktuellen Phase der Probe – einem Gas oder einer Flüssigkeit – ab. Abhängig von diesen Umständen gibt es zwei gängige Designoptionen für die Probenvorkonditionierung:

1. Ein Feldstationsmodul, das in der Nähe des Wasserhahns installiert ist
2. Ein Fast-Loop-Modul, das in der Nähe des Analysators installiert ist

Probentransportsysteme

Zunächst muss festgelegt werden, welches Probentransportsystem in Ihrem Probenahmesystem verwendet wird. Es gibt zwei übliche Probentransportsysteme, die in analytischen Instrumentierungsanwendungen verwendet werden.

Ein Einstrangsystem transportiert eine Probe zum Standort des Analysegeräts und weiter zur endgültigen Entsorgungsstelle. Einleitungs-Transportsysteme werden üblicherweise mit Gasproben verwendet. Ein Einstrangsystem mit einem Feldstationsmodul wird höchstwahrscheinlich benötigt, wenn Gasproben vorkonditioniert werden, bevor sie in die Probentransportleitung gelangen.

Ein Fast-Loop-System hingegen transportiert eine Probe zu den Analysatorstandorten, wo nur eine kleine Menge des Durchflusses durch den Analysator fließt und der Rest zum Prozessrücklaufhahn zurückkehrt. Fast-Loop-Systeme sind für flüssige Proben üblich, aber es gibt Situationen, in denen ein Fast-Loop verwendet werden sollte, um eine gasförmige Probe sicher zu transportieren. Typischerweise verwenden Fast-Loop-Systeme ein Fast-Loop-Modul, um die Probe vorzukonditionieren, nachdem sie den Analyseort erreicht hat.

Feldstationsmodule vs. Fast-Loop-Module

Sobald das Probentransportsystem bestimmt ist, muss eine Auswahl hinsichtlich des richtigen Probenvorbereitungsmoduls getroffen werden. Sie können sich entscheiden, ein Feldstationsmodul, ein Fast-Loop-Modul oder keines von beidem zu verwenden. Der Hauptunterschied zwischen den beiden Modulen besteht darin, wann die Probe vorkonditioniert wird – entweder bevor sie in die Probentransportleitung (Feldstationsmodul) eintritt oder nachdem sie am Analyseort ankommt (Fast-Loop-Modul). Es ist wichtig zu beachten, dass ein Probenahmesystem selten beide Module verwendet.

Abbildung 1:Ein Feldstationsmodul, das in einem einspurigen Transportsystem montiert ist.

Feldstationsmodule sind oft als Baugruppen erhältlich, die Geräte enthalten, die die Probe filtern, eine flüssige Probe verdampfen oder den Druck einer Gasprobe reduzieren. Wie oben in Abbildung 1 zu sehen ist, wird ein Feldstationsmodul eine Probe vorkonditionieren, bevor sie in die Probentransportlinie geleitet wird. Feldstationsmodule können:

• Entfernen Sie unerwünschte Feststoffe oder Flüssigkeiten aus dem Strom.
• Ändern Sie den Druck oder die Temperatur der Probe.
• Ändern Sie den Zustand der Probe durch Verdampfung oder Kondensation.
• Einlass des Kalibriergases zulassen.

Abbildung 2:Ein in einem Fast-Loop-System montiertes Fast-Loop-Modul.

Die meisten Fast-Loop-Module werden für flüssige Proben verwendet, obwohl Fast-Loops auch für Gasproben immer beliebter werden. In den meisten Fällen sind Fast-Loop-Module als Unterbaugruppen erhältlich, die Geräte enthalten, die die Durchflussrate steuern und die analysierte Probe filtern. Abbildung 2 zeigt, wie ein Fast-Loop-Modul die Probe vorkonditioniert, nachdem sie am Standort des Analysators ankommt.

Da eine schnelle Schleife Proben im Feld fast nie vorkonditioniert, wird keine Feldstation benötigt. Nur eine kleine Flussmenge wird zum Analysator geleitet, der Rest des Flusses bleibt unkonditioniert und wird zurück zur Probenrückleitung geleitet.

Überlegungen zur Vorkonditionierung flüssiger Proben

Flüssige Proben werden am häufigsten mit einem Fast-Loop-Modul vorkonditioniert, einfach weil Flüssigkeiten oft zu schwierig zu entsorgen oder zu zerstören sind. Aufgrund von Umweltbedenken im Zusammenhang mit der Entsorgung von Proben helfen Fast-Loop-Module bei der Lösung potenziell gefährlicher Abfälle. Flüssigkeiten enthalten auch mehr Masse pro Volumenstrom, wodurch diese Proben wertvoller sind als die meisten Gasproben. Mit Fast-Loop-Modulen werden häufig nicht kontaminierte Flüssigkeiten in das Probenahmesystem zurückgeführt.

Überlegungen zur Vorkonditionierung von Gasproben

Wie oben erläutert, können Gasproben entweder mit einem Feldstationsmodul oder einem Fast-Loop-Modul vorkonditioniert werden. Traditionell wird ein Feldstationsmodul nicht nur dazu verwendet, die Gasprobe vorzukonditionieren, sondern auch ihren Druck vor dem Transport zum Analyseort zu reduzieren. Das Reduzieren des Gasdrucks verbessert die Reaktionszeit, wodurch sich das Gas doppelt so schnell bewegen kann. Eine gasförmige Probe, die bei einem niedrigeren Druck transportiert wird, ist sicherer.

Es kann jedoch Situationen geben, in denen ein hoher Druck aufrechterhalten werden muss. Die Probenmessung muss möglicherweise bei vollem Prozessdruck erfolgen, oder der Analysator benötigt einen hohen Probendruck, um die ppm- oder ppb-Werte der gasförmigen Probe zu messen. Unter diesen Umständen muss die Frage der Entsorgung im Vordergrund stehen – insbesondere, wenn diese gasförmigen Proben Kohlenstoff oder Schwefel enthalten. Solche Samples sollten stattdessen eine schnelle Schleife verwenden, um den Großteil des Samples zurück zur Rückleitung zu senden.

Wenn Sie die Bedingungen Ihres Probenahmesystems und Ihrer Probe verstehen, können Sie leichter bestimmen, welches Probenvorbereitungsmodul für Ihren Systembetrieb geeignet ist. Um sicherzustellen, dass Ihr Werk oder Ihre Einrichtung durchgängig repräsentative Proben und genaue Analyseergebnisse erhält, sollten Sie sich für den Subsystem-Schulungskurs Process Analyzer Sampling System (PASS) von Swagelok anmelden. Erfahrene Ingenieure für Probenahmesysteme und Branchenexperten lernen, wie man komplexe Systemunterbaugruppen, wie z. B. Probenvorbereitungsmodule, versteht.