Как использовать регулятор для уменьшения временной задержки в системе аналитического оборудования

Как использовать регулятор для уменьшения временной задержки в аналитической системе

Майк Стробел, руководитель полевой инженерии

Измерения процесса мгновенны, но ответы анализатора никогда не бывают мгновенными. От крана до анализатора всегда идет временная задержка. К сожалению, эта задержка часто недооценивается или понимается неправильно.

В системах аналитического отбора проб временная задержка определяется как количество времени, которое требуется новой пробе для достижения анализатора. В отдельной статье в блоге объясняется, как работает временная задержка, и даются советы по минимизации ее на высоком уровне, но в этой статье мы сосредоточимся на том, как управлять временной задержкой с помощью регулятора давления. Регуляторы управляют давлением, а давление в аналитической системе тесно связано со временем. В случае газовых систем с регулируемым расходом чем ниже давление, тем короче время задержки.

Временная задержка может возникнуть в любой из основных частей системы аналитического оборудования, включая технологическую линию, кран и зонд, полевую станцию, транспортную линию, систему подготовки проб, систему переключения потоков и анализатор. На приведенной ниже диаграмме показан пример типичной системы отбора проб для анализатора процессов.

Задержка по времени суммируется. Он состоит из общего количества времени, необходимого жидкости для прохождения от контролируемого процесса до анализатора. Вы можете узнать больше о том, как измерить временную задержку здесь. Сейчас мы сосредоточимся на полевых станциях и на той важной роли, которую регулятор играет в сокращении временных задержек.

До полевой станции

Минимизация временной задержки начинается с расположения крана. Лучше всего располагать отвод как можно ближе к анализатору технологического процесса, но также и перед источниками временной задержки технологического процесса, такими как бочки, резервуары, тупиковые участки, застойные линии и избыточное или устаревшее оборудование.

При отборе проб жидкости давление на кране должно быть достаточным для доставки пробы по транспортным линиям или быстрой петле без насоса — дорогостоящего компонента, который вносит дополнительные переменные в производительность.

Во многих случаях вы не можете указать местоположение крана. Возможно, вам придется обойтись существующим расположением ответвления, а часто и существующим местоположением анализатора. Если кран находится на большом расстоянии от анализатора, рекомендуется использовать быструю петлю как средство быстрой подачи жидкости в анализатор и возврата неиспользованной части в процесс.

В большинстве систем аналитического оборудования еще одним источником временной задержки является датчик. Чем больше объем зонда, тем больше задержка. Объем будет зависеть как от длины, так и от ширины зонда. Пытаясь свести к минимуму временную задержку, выберите датчик малого объема.

На полевой станции

В тех случаях, когда анализатору процесса требуется жидкая проба, регулятор в полевой станции не используется. Жидкости лучше держать под высоким давлением, чтобы избежать образования пузырьков. В случае пробы газа полевая станция используется как средство снижения давления в транспортных линиях.

Время задержки уменьшается прямо пропорционально абсолютному давлению. При половинном давлении вы получите половину временной задержки. Полевая станция расположена как можно ближе к крану. Чем быстрее снизится давление, тем лучше. Давайте рассмотрим три возможных применения регулятора на полевой станции. С каждым регулятор настраивается несколько по-разному.

Заявка регулятора №1

В первом приложении целью является снижение давления газа. Падение давления не приведет к образованию конденсата. Поэтому можно использовать простой редукционный регулятор давления. Регулятор давления поддерживает постоянное давление на выходе. Чувствительный элемент, обычно диафрагма или поршень, перемещается в ответ на давление ниже по потоку, позволяя управляющему элементу, чаще всего конусообразной тарелке, изменять проходное сечение отверстия, через которое проходит газ. По мере того, как чувствительный элемент выталкивается вверх в ответ на более высокое давление, управляющий элемент перемещается ближе к седлу регулятора, и площадь отверстия становится меньше. По мере того, как чувствительный элемент движется вниз с меньшим давлением, отверстие становится больше. В большинстве аналитических регуляторов ручка на регуляторе позволяет оператору устанавливать давление на выходе, сжимая или расслабляя установочную пружину, которая приводит в движение чувствительный элемент в зависимости от давления на выходе.

Металлическая диафрагма идеальна в тех случаях, когда давление на входе не изменяется резко или когда важна химическая совместимость. Однако в тех случаях, когда давление может быть непостоянным или резким, более подходящим может быть поршневой регулятор.

Заявка регулятора №2

Ожидается, что во втором применении регулятора падение давления вызовет конденсацию. При падении давления почти все газы теряют энергию, что известно как эффект Джоуля-Томсона, что приводит к охлаждению. Если газ близок к точке росы, это охлаждение может вызвать конденсацию. В некоторых случаях потеря тепла может быть достаточно большой, чтобы вызвать конденсацию, что может привести к замерзанию регулятора. Из-за эффекта Джоуля-Томсона может потребоваться регулятор с подогревом, чтобы поддерживать температуру газа выше точки росы. Регулятор с подогревом представляет собой редукционный регулятор, в котором жидкость системы течет по нагреваемому элементу. Требуется нагревательный элемент.

Вы можете рассчитать количество энергии (или мощность), требуемой от нагревательного картриджа, чтобы указать его в правильном диапазоне мощности. У каждого газа есть коэффициент Джоуля-Томсона, который подставляется в формулу вместе с перепадом давления и расходом для получения требуемого количества ватт.

Заявка регулятора №3

В нашем третьем приложении регулятора жидкость должна стать газом, прежде чем ее можно будет проанализировать с помощью газового хроматографа или другого анализатора. В этом случае используется испарительный регулятор. Регуляторы испарения могут быть сложными в выборе, но могут быть надежным средством подготовки жидкой пробы, если они правильно подобраны и установлены. Задача испарительного регулятора состоит в том, чтобы мгновенно преобразовать всю пробу в газ, чтобы убедиться, что испаренная проба является репрезентативной для жидкостного процесса.

При использовании испарительных регуляторов необходимо уделять пристальное внимание температуре и расходу пара. Если поток слишком велик, проба будет испаряться лишь частично, а жидкости будут течь через регулятор к анализатору. Если температура испарителя слишком высока, жидкий образец выше по потоку будет испаряться. Вы можете узнать больше об управлении испарением в системах отбора проб здесь.

Наконец, не забудьте правильно настроить регулятор испарения, чтобы избежать значительной временной задержки. По мере перехода жидкости из жидкого состояния в газообразное объем резко увеличивается. Величина увеличения будет зависеть от молекулярной массы жидкости. Как правило, измеренный расход пара после регулятора более чем в 300 раз превышает расход жидкости перед регулятором испарения.

Например, при расходе пара 600 см ³ /мин., расход жидкости может быть менее 2 см ³ /мин. В этом случае жидкости потребуется 25 минут, чтобы пройти через 3 метра (приблизительно 10 футов) трубки диаметром 6 мм (1/4 дюйма). Чтобы уменьшить это время, мы должны уменьшить объем трубки, предшествующей регулятору. Например, при длине всего 30,5 см (1 фут) и 3,2 мм (1/8 дюйма) трубки жидкость достигнет регулятора всего за 30 секунд. К этому времени, однако, мы должны добавить временную задержку в зонде. Чем уже зонд, тем быстрее ответ.

Другим средством достижения более быстрого отклика является перемещение испарителя ближе к анализатору с помощью жидкостной быстрой петли. На приведенной ниже схеме регулятор расположен после фильтра быстрого контура со вторым контуром медленного байпаса жидкости, обеспечивающим продолжение хорошего потока жидкости вплоть до испарительного регулятора. Цель состоит в том, чтобы свести к минимуму объем медленно движущейся жидкости, поступающей в испарительный регулятор.

Выберите правильный регулятор, чтобы уменьшить задержку

Регулятор является важным инструментом для решения проблемы временной задержки в аналитической системе. Чем ниже давление в газовой системе, тем быстрее время отклика. Как правило, чем раньше удастся сбросить давление в газовой системе, тем лучше. В случаях, когда жидкость испаряется, рассмотрите вариант быстрого контура жидкости, чтобы жидкость двигалась прямо к регулятору испарения. Полевая станция является одним из мест в сложной аналитической приборной системе, где временная задержка может быть значительно уменьшена, но подход к временной задержке всегда должен быть комплексным. Чтобы уменьшить временную задержку, необходимо тщательно изучить все потенциальные причины задержки в системе.

Если вы боретесь с временной задержкой в ​​своих аналитических системах, помимо следования приведенным выше советам по выбору регулятора, есть еще несколько мест, куда вы можете обратиться за помощью. Мы предлагаем несколько учебных курсов по системам отбора проб, проводимых экспертами по отбору проб, мы предлагаем предварительно спроектированные аналитические подсистемы, разработанные в соответствии с передовым опытом, и наша группа выездных инженеров также может приехать на место, чтобы помочь вам выявить и устранить проблемы с вашими аналитическими системами. Чтобы узнать больше или начать разговор о сокращении задержек в вашей аналитической системе, нажмите кнопку ниже.