Понимание и измерение временной задержки в системе аналитического оборудования

Понимание и измерение временной задержки в системе аналитического оборудования

Карим Махраз

Временная задержка в системах отбора проб является наиболее распространенной причиной неверных результатов анализаторов процессов. Измерения процесса являются мгновенными, а отклики анализатора – нет. Всегда есть временная задержка от крана до анализатора. Потенциальная временная задержка существует в следующих частях системы аналитической аппаратуры (ИИ), показанной на изображении ниже:технологическая линия, кран и зонд, полевая станция, транспортная линия, система подготовки проб, система переключения потоков и анализатор.

Важно понимать, что задержка суммируется. Он состоит из общего времени жидкости требуется для перемещения от технологической линии к анализатору, включая время, необходимое для окончательного анализа. Например, если газовому хроматографу требуется пять минут для анализа пробы, то эти пять минут необходимо добавить не только к временной задержке в системе подготовки пробы и системе переключения потоков, но и к временной задержке в транспортных линиях, полевой станции. , коснитесь и исследуйте. Затем этот промежуточный итог необходимо добавить к количеству времени, которое требуется жидкости для прохождения от контролируемой технологической установки до крана. Учитывается общее время от контролируемой технологической единицы до анализатора .

К сожалению, временная задержка часто недооценивается, не учитывается или неправильно понимается. Во многих случаях временная задержка незаметна специалистам по анализаторам и техническим специалистам, которые сосредоточены на том, чтобы сделать образец пригодным для анализатора. Специалисты по анализаторам могут предположить, что аналитическое измерение является мгновенным. Однако системам отбора проб часто не удается достичь отраслевого стандарта отклика в одну минуту, что создает широкие возможности для временной задержки. Всегда лучше свести временную задержку к минимуму, даже при длительном цикле, но задержки, выходящие за рамки отраслевого стандарта, не обязательно являются проблемой. Инженер-технолог должен определить приемлемое время задержки на основе динамики процесса.

Задержки времени становятся проблемой, когда они превышают ожидания проектировщика системы. Плохая оценка или неправильное предположение о временной задержке приведет к ухудшению управления процессом. Понимание причин временной задержки и умение вычислять или аппроксимировать задержку с разумной погрешностью может как уменьшить задержку, так и улучшить общую реакцию системы.

Размещение технологических линий, кранов, быстрых циклов и транспортных линий для максимальной эффективности

Чтобы уменьшить временную задержку, как правило, лучше всего расположить ответвитель ближе всего к анализатору, хотя это не всегда возможно. Водоразборный кран должен располагаться перед источниками задержек, такими как бочки, резервуары, застойные участки, застойные трубопроводы или избыточное или устаревшее оборудование (которое следует устранить для улучшения потока). В некоторых случаях невозможно указать расположение крана рядом с анализатором процессов из-за ранее упомянутых переменных. Если кран находится на большом расстоянии от анализатора, рекомендуется использовать быструю петлю для быстрой подачи жидкости к анализатору. При правильном проектировании поток в быстром контуре будет намного быстрее, чем поток в линиях анализатора.

Снижение давления для уменьшения временной задержки

При использовании с газом полевая станция является средством снижения давления в транспортных линиях или быстром контуре. При одинаковом расходе время задержки в транспортных линиях уменьшается прямо пропорционально снижению абсолютного давления. При половинном давлении задержка вдвое меньше. Полевая станция должна располагаться как можно ближе к крану. Чем быстрее снизится давление, тем лучше.

При работе с жидким образцом регулирующая полевая станция не используется. Жидкости лучше держать под высоким давлением, чтобы избежать образования пузырьков. Когда жидкий образец анализируется как газ, на полевой станции можно использовать испарительный регулятор. Однако это приведет к значительной задержке во времени. По мере перехода жидкости из жидкого состояния в газообразное объем резко увеличивается. Скорость 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 500 см3/мин расход жидкости может быть менее 2 см3/мин. Следовательно, жидкости потребуется 25 минут, чтобы пройти через 10 футов трубы диаметром 1/4 дюйма. Чтобы уменьшить это время, мы должны уменьшить объем трубки, предшествующей регулятору. Например, при использовании всего лишь одного фута трубки диаметром одна восьмая дюйма жидкости потребуется всего 30 секунд, чтобы достичь регулятора. К этому времени, однако, мы должны добавить временную задержку в зонде. Чем уже зонд, тем быстрее ответ.

Другим способом достижения более быстрого отклика является размещение испарительного регулятора ближе к месту расположения анализатора. Установите регулятор после фильтра быстрой петли со второй быстрой петлей для жидкости, чтобы гарантировать, что положительный поток продолжается вплоть до испарительного регулятора. Цель состоит в том, чтобы свести к минимуму объем медленно движущейся жидкости, поступающей в регулятор.

Переключение потоков

Чтобы максимально избежать временных задержек, узлы переключения потоков должны работать быстро, быстро удаляя старый материал пробы при перемещении нового потока в анализатор. Конфигурации клапанов с двойной блокировкой и выпуском (DBB), которые доступны сегодня в виде обычных компонентов или миниатюрных модульных конструкций, обеспечивают средства переключения потоков с минимальными тупиками и отсутствием перекрестного загрязнения из-за негерметичных клапанов.

Традиционной конфигурацией DBB является каскадная конфигурация DBB, показанная на схеме ниже. Каскадный DBB устраняет тупиковые ситуации за счет использования второго запорного клапана вместо тройника.

При использовании каскадной конфигурации DBB необходимо учитывать путь потока, поскольку эта конфигурация может привести к падению давления и замедлению потока. Падение давления можно оценить, взглянув на Cv продукта, который является мерой сопротивления потоку. Чем ниже Cv, тем больше перепад давления, что приводит к снижению скорости потока.

В каскадной конфигурации DBB первичный поток — Поток 1 — не вызывает чрезмерного перепада давления, а Поток 2, Поток 3 и т. д. создают увеличивающийся перепад давления и более длинный путь потока, что приводит к постепенному увеличению времени прохождения до выхода. . Результатом является несогласованное время доставки из разных потоков, что затрудняет установку одинакового времени очистки для всех потоков.

Конфигурация DBB со встроенным контуром потока, показанная на диаграмме ниже, обеспечивает все преимущества каскадной конфигурации DBB, одновременно обеспечивая минимальное падение давления во всех потоках. Cv для каждого потока — и, следовательно, время доставки для каждого потока — будет одинаковым. Обратите внимание, что компонент с Cv 0,3 вызовет падение давления в три раза меньше, чем компонент с Cv 0,1.

Системы кондиционирования проб

Система кондиционирования проб подготавливает пробу к анализу, фильтруя ее, обеспечивая правильную фазу и регулируя давление, расход и температуру. Чтобы сделать это в небольшом форм-факторе, в системе используется множество относительно небольших компонентов, включая манометры, регуляторы, расходомеры с переменным сечением, регуляторы расхода, обратные клапаны, регулирующие клапаны и шаровые краны. Часто миниатюрные модульные компоненты также используются в качестве компактного решения для ограниченного пространства. Эти устанавливаемые сверху компоненты производятся в соответствии со стандартом ANSI/ISA 76.00.02 в соответствии с инициативой New Sampling/Sensor Initiative (NeSSI). Как и в случае клапанов переключения потока, внутренний объем не так важен, как перепад давления. При выборе комплектующих следует сравнивать Cv, предоставленный производителем.

Другие компоненты, используемые в системах кондиционирования проб, такие как фильтры, выбивные сосуды и коалесцирующие фильтры, могут вызвать значительную временную задержку, поскольку они позволяют поступающим пробам смешиваться со старыми пробами. Улучшите временную задержку, очистив фильтр или выбивной потенциометр, чтобы 95 % старого образца исчезло. К сожалению, для этого требуется в три раза больше объема компонента. Это при условии, что вход и выход расположены рядом, как показано на схеме ниже.

Рассмотрим фильтр с входом и выходом, настроенными на схеме. При скорости потока 100 см3/мин и объеме фильтра 100 см3 потребуется три минуты, чтобы обеспечить вымывание 95% старой пробы. Поэтому, чтобы обеспечить точность выборки, необходимо добавить три минуты к расчету временной задержки для этой системы искусственного интеллекта. Эти же формулы могут быть применены к объемам смешивания в технологической линии.

Анализатор

Как правило, газовому хроматографу требуется от пяти до 10 минут для анализа образца. Инфракрасные и ультрафиолетовые анализаторы работают намного быстрее, выполняя анализ за считанные секунды. Специалист по анализаторам, техник или инженер должен знать время, необходимое анализатору для обработки пробы. Это время будет добавлено к рассмотренным выше оценкам общего времени задержки от касания до анализатора.

В заключение

Общая временная задержка, рассчитанная с помощью описанных инструментов, должна давать оценку с разумной погрешностью. Помните, что важно общее время от контролируемого процесса до анализатора, и что все компоненты, составляющие эту задержку, должны быть добавлены к общему количеству. Задержка времени — это вопрос, который заслуживает пристального внимания специалиста по анализатору. Неверные предположения о времени выборки, особенно для типичных проблемных зон, таких как датчик или регулятор испарения на полевой станции, сведут на нет всю тяжелую работу специалиста по анализатору и сделают анализатор неэффективным. Специалисты по анализаторам в сотрудничестве со своим поставщиком жидкостных систем или консультантом могут уменьшить временные задержки, делая разумный выбор компонентов и конфигураций с учетом расположения крана, настройки быстрого контура, соответствующих диаметров трубок и конфигураций переключения потоков.