8 основных проблем точности процессных анализаторов и способы их решения

Системы отбора проб: 8 распространенных проблем, влияющих на точность процессных анализаторов

Тони Уотерс, эксперт по системам отбора проб и инструктор

Системы отбора проб относятся к наиболее сложным системам на производстве. Они включают множество компонентов и процессов, которые должны работать согласованно для получения аналитического показателя условий процессового потока. Этот показатель должен быть точным и своевременным, поскольку он используется для достижения целей управления производством. Однако инженеры и техники знают, что система отбора проб может быть капризной. Каждый элемент системы может повлиять на точность процессного анализатора. Чтобы помочь вашей команде повысить надежность анализатора, полевые инженеры Swagelok выявили восемь распространенных проблем, влияющих на точность системы.

Влияние на точность анализатора

Ошибки проектирования систем отбора проб могут угрожать целостности пробы, влияя на следующее:

• Представительность: ошибки проектирования могут привести к тому, что проба не будет точно отражать процесс, а даже исказит химический состав процессовой жидкости непредсказуемым или нежелательным образом. Система требует представительной пробы, чтобы обеспечить соответствие измерения целям управления.
• Своевременность: если между взятием пробы и получением показаний анализатора возникает чрезмерная задержка по времени, предприятие рискует потерять продукцию или нести затраты на переработку для исправления производственной ошибки. Стандартная отраслевая норма времени отклика — одна минута.
• Совместимость: если температура, давление, расход и/или агрегатное состояние не соответствуют требованиям процессного анализатора, проба может повредить анализатор или ухудшить его точность. Кроме того, точные результаты анализатора помогают поддерживать безопасную производственную среду, сигнализируя о потенциально опасных режимах работы.

Выявление и устранение распространенных проблем

Проблема 1: Неправильное расположение точек отбора

Выбор точки отбора — это нюансированное решение. Одной из целей является избежание задержки по времени. Если точка отбора находится на участке трубопровода с низким расходом, изменение химического состава процесса будет отражаться в аналитическом результате с большей задержкой. Объемы смешивания, такие как низ башни, бак или бочка, также являются крупным источником задержки. Кроме того, проектировщики должны выбирать место, где проба будет хорошо перемешана, например, вниз по течению от индуцированной турбулентности за выгрузкой насоса, диафрагмы расхода или поворота трубопровода.

Проблема 2: Неправильное использование зонда

При использовании зонда для взятия пробы он должен быть достаточно длинным, чтобы достигать средней трети диаметра процессной трубы, чтобы отбирать представительную пробу. Вы также получите более своевременный результат ближе к центру трубы, так как там расход выше. Однако всегда нужно рассчитывать максимально допустимую длину, чтобы зонд не подвергался резонансным вибрациям. Иногда достаточно вставки зонда на 15 % диаметра трубы. Зонд не должен быть шире необходимого, так как большие объемы приводят к задержке по времени. Если используется только сопло без зонда, система, вероятно, будет иметь гораздо больший объем, что приведет к значительной задержке.

Проблема 3: Неправильное проектирование полевых станций

При отборе проб газа проектировщики системы должны снижать давление как можно быстрее (до 0,7–1,0 бар, или даже 0,35 бар, если конструкция системы позволяет). Газы под высоким давлением движутся медленнее, так как молекулы сжаты плотно, что приводит к задержке по времени. Низкое давление также снижает риск конденсации, которого нужно избегать, так как она несовместима с многими газовыми процессными анализаторами и ухудшает представительность пробы. Еще одна причина поддержания низкого давления — безопасность операторов и техников.

Редуктор на полевой станции снижает давление в пробе, обеспечивая ее более быстрое перемещение к анализатору.

Проблема 4: Отказ от быстрого цикла

При испарении жидкой пробы вашей системе отбора может потребоваться быстрый цикл или байпас вверх по течению от испарительного редуктора. Иначе жидкая проба может течь слишком медленно, что приведет к задержке по времени, потому что небольшой объем жидкости даст большой объем газа. Без быстрого цикла вверх по течению от редуктора может находиться более 100 мл медленно движущегося объема жидкости, что может привести к задержке в несколько часов.

Проблема 5: Тупики (Deadlegs)

Тупики ухудшают представительность пробы, накапливая старые молекулы пробы и медленно смешивая их с новой пробой. Любой тройник или крестовина в линии пробы является тупиком, если не все его отверстия участвуют в потоке. Примеры: манометры или прессостаты, предохранительные клапаны или точки лабораторного отбора. Тупики чаще ухудшают аналитический результат при переключении на поток с низкой концентрацией с потока с высокой концентрацией. Тупики также чаще становятся проблемой при низком расходе. Тупики в прямой линии к анализатору должны быть перенесены или устранены.

Проблема 6: Перекрестное загрязнение потоков

Один трехходовой клапан не является достаточным барьером между калибровочной жидкостью и пробой. При такой конструкции калибровочная жидкость может просачиваться через седло клапана и загрязнять пробу — или, что более вероятно, проба процессового потока может просачиваться в калибровочную жидкость. Любой из сценариев испортит анализ. Лучшая конфигурация — схема «двойная блокировка и слив», которая гарантирует, что любая утечка из любого заблокированного порта попадет в сливную или вентильную линию, а не в пробу.

Проблема 7: Неправильная температура и давление

Будьте осторожны с фазовыми переходами в пробах, так как необходимо предотвратить частичный фазовый переход. Смешанно-фазные пробы не являются представительными и, вероятно, несовместимы с вашим анализатором. Не трудно определить, меняет ли проба фазу. Программное обеспечение может построить фазовую диаграмму для химического состава вашей системы. Как правило, нужно держать газовые пробы выше точки росы (чтобы они не конденсировались), а жидкие — ниже точки кипения (чтобы легкие компоненты не испарялись). Если вы нагреваете линию, нужно нагревать всю её, потому что даже несколько дюймов ненагретой линии достаточно, чтобы снизить температуру и вызвать конденсацию. Старайтесь держать газы примерно на 20 °C выше точки росы.

Проблема 8: Неправильная подготовка пробы

В системе подготовки пробы нужно удалять жидкости из газовой пробы, так как они могут повредить процессный анализатор и ухудшить аналитический результат. Крупные капли в газовой пробе можно удалить гравитацией (через сепаратор-отстойник или обратную трубу) или инерцией (через кинетический сепаратор или циклон). Но очень мелкие капли, взвешенные в виде аэрозоля, требуют коалесцента. Однако важно понимать, что коалесценты не фильтруют крупные капли. Кроме того, если расход слишком высок, мелкие капли протолкнут элементы коалесцента и не выпадут, как должно быть. Наконец, когда проба выходит из коалесцента, она будет насыщенной — близкой к точке росы и к повторной конденсации. Полезно отдалиться от точки росы, повысив температуру или снизив давление. Падение давления можно создать игольчатым клапаном.

Для получения дополнительной информации о выявлении и устранении угроз точности процессных анализаторов в системах отбора проб изучите практические обучающие курсы Swagelok по системам отбора проб или свяжитесь с вашим местным центром продаж и сервиса Swagelok для получения копии учебника Industrial Sampling Systems, на котором основаны обучающие курсы Swagelok.