Das ideale Probenvorbereitungsmodul für präzise Analysen auswählen

So wählen Sie das richtige Probenvorbereitungsmodul

Randy Rieken

Bei der Probenanalyse in einem analytischen Probenahmesystem muss der Bediener die Probe möglicherweise zunächst vorbehandeln, bevor sie das Probenkonditionierungssystem in der Nähe des Analysators erreicht. Wenn dieser Schritt für die Probenanalyse notwendig ist, wird die Auswahl des richtigen Probenvorbereitungsmoduls zu einer kritischen Entscheidung.

Die Wahl des Vorbereitungsmoduls hängt von der Art des verwendeten Proben-Transportsystems und der aktuellen Phase der Probe ab – Gas oder Flüssigkeit. Je nach diesen Umständen gibt es zwei gängige Designoptionen für die Probenvorbereitung:

1. Ein Feldstationen-Modul, in der Nähe des Entnahmepunkts installiert
2. Ein Schnellkreislauf-Modul, in der Nähe des Analysators installiert

Proben-Transportsysteme

Zunächst muss bestimmt werden, welches Proben-Transportsystem in Ihrem Probenahmesystem verwendet wird. In analytischen Instrumentenanwendungen werden zwei gängige Proben-Transportsysteme eingesetzt.

Ein Einleitungs-System transportiert eine Probe zum Analysatorstandort und weiter zum endgültigen Entsorgungspunkt. Einleitungs-Systeme werden häufig mit Gasproben verwendet. Ein Einleitungs-System mit einem Feldstationen-Modul wird höchstwahrscheinlich benötigt, wenn Gasproben vor dem Eintritt in die Proben-Transportleitung vorbehandelt werden.

Ein Schnellkreislauf-System hingegen transportiert eine Probe zu den Analysatorstandorten, wo nur ein kleiner Teil des Durchflusses durch den Analysator strömt und der Rest zum Prozess-Rücklaufanschluss zurückkehrt. Schnellkreislauf-Systeme sind bei Flüssigproben üblich, aber es gibt Situationen, in denen ein Schnellkreislauf auch zum sicheren Transport gasförmiger Proben verwendet werden sollte. Typischerweise verwenden Schnellkreislauf-Systeme ein Schnellkreislauf-Modul, um die Probe nach ihrer Ankunft am Analysatorstandort vorzubereiten.

Feldstationen-Module vs. Schnellkreislauf-Module

Sobald das Proben-Transportsystem festgelegt ist, muss eine Auswahl bezüglich des richtigen Probenvorbereitungsmoduls getroffen werden. Sie können sich für ein Feldstationen-Modul, ein Schnellkreislauf-Modul oder keines von beiden entscheiden. Der Hauptunterschied zwischen den beiden Modulen liegt darin, wann die Probe vorbehandelt wird – entweder bevor sie in die Proben-Transportleitung eintritt (Feldstationen-Modul) oder nachdem sie am Analysatorstandort angekommen ist (Schnellkreislauf-Modul). Es ist wichtig zu beachten, dass ein Probenahmesystem selten beide Module verwendet.

Abbildung 1: Ein Feldstationen-Modul in einem Einleitungs-Transportsystem montiert.

Feldstationen-Module sind oft als Baugruppen erhältlich, die Geräte enthalten, die die Probe filtern, eine Flüssigprobe verdampfen oder den Druck einer Gasprobe reduzieren. Wie in Abbildung 1 zu sehen, behandelt ein Feldstationen-Modul eine Probe vor dem Eintritt in die Proben-Transportleitung vor. Feldstationen-Module können:

• Unerwünschte Feststoffe oder Flüssigkeiten aus dem Strom entfernen.
• Den Druck oder die Temperatur der Probe ändern.
• Den Aggregatzustand der Probe durch Verdampfung oder Kondensation ändern.
• Kaligas-Eintritt ermöglichen.

Abbildung 2: Ein Schnellkreislauf-Modul in einem Schnellkreislauf-System montiert.

Die meisten Schnellkreislauf-Module werden für Flüssigproben verwendet, obwohl Schnellkreisläufe auch für Gasproben immer beliebter werden. In den meisten Fällen sind Schnellkreislauf-Module als Baugruppen erhältlich, die Geräte zur Steuerung der Durchflussrate und Filterung der analysierten Probe enthalten. Abbildung 2 zeigt, wie ein Schnellkreislauf-Modul die Probe nach ihrer Ankunft am Analysatorstandort vorbehandelt.

Da ein Schnellkreislauf Proben fast nie im Feld vorbehandelt, wird keine Feldstation benötigt. Nur ein kleiner Durchfluss wird zum Analysator geschickt, der Rest des Durchflusses bleibt unbehandelt und wird zurück zur Proben-Rücklaufleitung geschickt.

Überlegungen zur Vorbereitung von Flüssigproben

Flüssigproben werden am häufigsten mit einem Schnellkreislauf-Modul vorbehandelt, einfach weil Flüssigkeiten oft zu schwierig zu entsorgen oder zu vernichten sind. Aufgrund von Umweltbedenken bezüglich Probenentsorgung helfen Schnellkreislauf-Module, potenziell gefährliche Abfälle zu lösen. Flüssigkeiten enthalten auch mehr Masse pro volumetrischem Durchfluss, wodurch diese Proben wertvoller sind als die meisten Gasproben. Mit Schnellkreislauf-Modulen werden unverunreinigte Flüssigkeiten oft wieder in das Probenahmesystem zurückgeführt.

Überlegungen zur Vorbereitung von Gasproben

Wie oben erläutert, können Gasproben entweder mit einem Feldstationen-Modul oder einem Schnellkreislauf-Modul vorbehandelt werden. Traditionell wird ein Feldstationen-Modul verwendet, um nicht nur die Gasprobe vorzubereiten, sondern auch ihren Druck vor dem Transport zum Analysatorstandort zu reduzieren. Die Reduzierung des Gasdrucks verbessert die Ansprechzeit – das Gas bewegt sich doppelt so schnell. Eine gasförmige Probe, die bei niedrigerem Druck transportiert wird, ist sicherer.

Es kann jedoch Situationen geben, in denen ein hoher Druck beibehalten werden muss. Die Probenmessung muss möglicherweise bei vollem Prozessdruck erfolgen, oder der Analysator benötigt hohen Probendruck, um ppm- oder ppb-Werte der Gasprobe zu messen. In diesen Fällen muss die Entsorgungsproblematik im Vordergrund stehen – insbesondere wenn diese Gasproben Kohlenstoff oder Schwefel enthalten. Solche Proben sollten stattdessen einen Schnellkreislauf verwenden, um den Großteil der Probe zurück zur Rücklaufleitung zu senden.

Das Verständnis der Bedingungen sowohl Ihres Probenahmesystems als auch Ihrer Probe hilft Ihnen, das richtige Probenvorbereitungsmodul für Ihre Systemoperationen zu bestimmen. Um sicherzustellen, dass Ihre Anlage oder Ihr Standort kontinuierlich repräsentative Proben und genaue analytische Ergebnisse erhält, sollten Sie eine Registrierung für Swageloks Process Analyzer Sampling System (PASS) Subsystem-Training in Betracht ziehen. Erfahrene Probenahmesystem-Ingenieure und Branchenexperten lernen, komplexe System-Unterbaugruppen wie Probenvorbereitungsmodule zu verstehen.