Vermeidung von Fehlern bei klassischen Flüssigkeits- und Gasprobenahmesystemen

Vermeidung klassischer Fehler bei Flüssigkeits- und Gasprobenahmesystemen

Karim Mahraz, Swagelok Produktmanager, Analytical Instrumentation

Das Design von Probenahmesystemen ist ein heikler Prozess; Jeder kleine Fehltritt kann zu einem unzuverlässigen Systembetrieb führen. Viele Fehler, die heute passieren, haben Designer auch in der Vergangenheit geplagt. Jetzt ist es an der Zeit zu lernen, wie man Fehler im Zusammenhang mit Flüssigkeits- und Gasprobenahmesystemen vermeidet.

Bessere Gasproben erhalten

Gase verhalten sich unterschiedlich bei Druck- und Temperaturschwankungen, die beide in einem Probenahmesystem wahrscheinlich auftreten. Diese Schwankungen können zu Kondensation oder Zeitverzögerung führen und die Analyseergebnisse beeinträchtigen. Um diese Probleme zu vermeiden, versuchen Sie, den Druck einer Gasprobe so schnell wie möglich so weit wie möglich zu reduzieren. Dadurch wird die Temperatur der Probe gesenkt, was dazu beiträgt, das Kondensationspotential zu minimieren, wenn das Gas durch das Probenahmesystem fließt. Durch die Reduzierung des Drucks wird auch der Heizbedarf in der gesamten Linie minimiert. Sie können den Gasprobendruck an Reglern und Begrenzern wie Nadelventilen, Öffnungen oder Kapillarrohren absenken. Kondensation wird eher auf der Hochdruckseite dieser Komponenten auftreten.

Niemals beim Entwerfen eines Gasprobenentnahmesystems

• Transportieren Sie ein Gas bei seiner Taupunkttemperatur: Ein Gas ist bei seiner Taupunkttemperatur gesättigt und kann jederzeit kondensieren. Reduzieren Sie den Druck oder heizen Sie die Leitung auf. Sie haben möglicherweise den größten Erfolg beim Erhitzen der Leitung; Der Druckabfall verhindert möglicherweise keine weitere Kondensation, wenn das Gas irgendwo in der Leitung abkühlt.
• Gehen Sie davon aus, dass die Isolierung eine Gasleitung warm hält: Eine Isolierung kann helfen – jedoch verringern alle Druckabfälle innerhalb des Systems die Gastemperatur. Schließlich kann das Gas seine Taupunkttemperatur erreichen und kondensieren. Verwenden Sie daher Begleitheizungen, um bei Bedarf eine gleichmäßige Erwärmung entlang der Leitung zu gewährleisten.
• Haben Sie eine unbeheizte Leitung stromaufwärts eines Druckabfalls, wenn Sie die stromabwärtige Seite beheizen: Denken Sie daran, dass die Temperatur der Gasprobe am Punkt des Druckabfalls sinkt. Die resultierende Temperaturdifferenz wird in diesem Szenario noch höher sein, was ein größeres Kondensationspotential bedeutet.
• Fehler beim Aufheizen eines Reglers, der um mehr als 20 bar abfällt: Wenn ein Gas einen drastischen Druckverlust erfährt, erfährt es auch einen drastischen Temperaturverlust – so stark, dass der Regler vereisen kann. Dies ist auf den Joule-Thomson-Effekt zurückzuführen. Durch Erhitzen des Reglers und wahrscheinlich der angrenzenden Schläuche und anderer Komponenten können Sie diesen Effekt mildern.
• Lassen Sie unbeheizte Rohre in einem klimatisierten Shelter laufen, wenn die Außenleitungen beheizt sind: Der schnelle Temperaturabfall – von warm nach kühl – führt zu einem unerwünschten Kondensationspotential sowie zu einem Druckabfall. Setzen Sie die Begleitheizung auf der Leitung innerhalb des Schutzraums fort.

Bessere Flüssigkeitsproben erhalten

Wo Gasproben eine deutliche Druckreduzierung erfordern, erfordern Flüssigkeitsproben dagegen eine möglichst lange Druckerhöhung. Dies liegt daran, dass Flüssigkeiten beim Durchlaufen langer Rohre oder Durchflussbegrenzer einen Druckabfall erleiden. Ein höherer Druck am Frontend trägt dazu bei, die Flüssigkeit mit einem höheren Druck weiter durch das System zu bewegen, wodurch möglicherweise die Notwendigkeit einer nachgeschalteten Pumpe entfällt und die Zeitverzögerung reduziert wird.

Niemals beim Entwerfen eines Flüssigprobenahmesystems

• Transport einer Flüssigkeit bei ihrer Blasenpunkttemperatur: Die Siedepunkttemperatur ist der anfängliche Siedepunkt der Flüssigkeit und kann viel niedriger als erwartet sein, insbesondere wenn die Flüssigkeit gelöstes Gas enthält. Versuchen Sie, den Druck während des gesamten Analysators so hoch wie möglich zu halten.
• Flüssigkeitsdruck am Hahn ablassen: Ein Abfall des Flüssigkeitsdrucks direkt am Punkt des Zapfhahns kann zu einer erheblichen Zeitverzögerung oder der Notwendigkeit führen, Pumpen stromabwärts zu installieren. Denken Sie daran, dass Sie vom Wasserhahn über alle Zwischenkomponenten bis zum Analysator genügend Druck aufrechterhalten möchten.
• Installieren Sie ein Nadelventil vor einem Analysator oder Durchflussmesser: Der durch ein Nadelventil oder eine andere einschränkende Vorrichtung verursachte Druckabfall setzt wahrscheinlich Dampfblasen in den Flüssigkeitsstrom frei, die die Analyseergebnisse beeinträchtigen können. Sie möchten den Druck hoch und die Temperatur niedrig halten (aber nicht unter dem Stockpunkt der Flüssigkeit), um Blasenbildung zu vermeiden.
• Installieren Sie ein Nadelventil vor einem Verdampfer: Zeitverzögerung ist in vielen Teilen von Flüssigkeitsprobenahmesystemen üblich, aber die Einlassleitung eines Verdampfers ist der häufigste Schuldige. Es ist schwierig, eine Fünf-Minuten-Antwort des Analysators zu erhalten, wenn ein Verdampfer involviert ist. Die Installation eines Nadelventils vor dem Verdampfer verlangsamt den Prozess weiter.

Stellen Sie sich auf den Erfolg ein

Das Design von Probenahmesystemen ist eine heikle Kunst – jedes System unterscheidet sich vom anderen. Die oben genannten Ratschläge werden Ihnen helfen, Ihren Sampling-Erfolg zu verbessern, und dem nächsten Systemdesigner, der Ihr Design verwendet, das Leben erleichtern.

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