50 лет обучения процессным анализаторам: 5 ключевых уроков

5 самых частых открытий, к которым приходят участники обучения по системам отбора проб для процессных анализаторов

Тони Уотерс, эксперт по системам отбора проб, инструктор

Система отбора проб для процессного анализатора — одна из самых сложных систем на производстве. Не только ее проектирование затруднено, но и точное управление ею также представляет сложность. Если вы вносите небольшую корректировку в одном месте, возможно, придется сделать серьезную в другом. Неудивительно, что на курсах обучения системам отбора проб для процессных анализаторов (PASS) компании Swagelok поступает много хороших вопросов, а слушатели проявляют высокое внимание. За 50 лет преподавания я наблюдал за множеством эпифансий студентов. Вот топ-5 моментов «Ага!» от моих слушателей за эти годы:

«Задержка по времени часто оказывается дольше, чем я ожидал»

Большинство слушателей не учитывают важность устранения задержки по времени в системе аналитической инструментации и часто удивляются, насколько поздно получаются некоторые измерения анализатора. Отраслевой стандарт — около одной минуты времени отклика — от взятия пробы до получения показания. Этот короткий временной интервал обеспечивает практически в реальном времени показания условий процесса, позволяя немедленно вносить корректировки и минимизировать потерю продукции.

Однако в некоторых случаях время получения показания может быть значительным — даже когда анализатор установлен всего в нескольких футах от точки отбора. Эти задержки становятся проблемой, когда они превышают ожидания проектировщика системы отбора. Неточная оценка или ошибочное предположение о задержке по времени могут привести к неадекватному управлению процессом.

Единственный способ сократить задержку по времени — изменить конструкцию системы. На наших курсах мы проводим практическое упражнение по расчету задержки в типичной системе отбора. В исходной конструкции задержка составляла более пяти часов. Но после быстрых модификаций мы сократили её до отраслевого стандарта в одну минуту. Слушатели в восторге от этого процесса и возвращаются на свои предприятия для внедрения изменений.

«Моя проба может не быть представительной условий процесса»

Задержка по времени — критическая проблема, потому что она влияет на «представительность» показаний пробы. То есть, насколько проба отражает жидкость в процессной трубе в момент получения показания анализатора. Например, система с задержкой более пяти часов. Если получено отрицательное показание, оператор исправит проблему качества и посчитает, что вопрос решен. Однако оператор, скорее всего, не знает, что показание задержалось более чем на пять часов. За это время значительное количество некондиционной продукции прошло через систему и, возможно, уже отгружено клиенту.

Даже при правильном отборе пробы и ограничении задержки по времени она может стать непредставительной из-за конструкции системы отбора. Например, тупики или мертвые объемы в системе анализатора могут задерживать старые пробы, которые затем смешиваются с новой, создавая смешанную пробу, не соответствующую реальным условиям процесса.

Проба также может быть загрязнена из-за утечек — не утечек из самой системы отбора, а утечек в систему из окружающего воздуха. Например, кислород может просочиться в систему, содержащую 100 % азота при 100 psi abs, потому что парциальное давление кислорода снаружи системы выше, чем внутри. Такую утечку можно устранить, повысив парциальное давление в системе отбора, чтобы избежать непреднамеренного загрязнения атмосферным воздухом.

«Мне нужно уделить больше внимания своим коалесцентам»

На обучении по подготовке проб большинство участников считают, что коалесцент — это устройство для разделения и удаления жидкостей из газовой пробы. Это верно лишь отчасти: это справедливо только для жидкостей, взвешенных в аэрозольной форме. Аэрозоль присутствует во многих газовых пробах, потому что ускоряющие устройства, такие как циклоны или гравитационные сепараторы, не могут отделить жидкие капли. Коалесцент, установленный в системе отбора, позволяет мелким каплям сходиться и объединяться в крупные капли, которые легче отделяются гравитацией.

Слушатели удивляются, узнавая, что два условия обычно делают коалесцент неэффективным. Во-первых, свободная жидкость (не в аэрозольном виде) проходит через коалесцент почти без разделения из-за огромного размера капель. Во-вторых, когда расход через коалесцент слишком высок, мелкие аэрозольные капли проталкиваются сквозь элементы и не удаляются из потока. Оба сценария увеличивают вероятность попадания аэрозольных капель в анализатор и снижают надежность показаний — делая коалесцент бесполезным.

«Испарение жидкости может быть проблематичным»

Многие считают испарение жидкой пробы простым — но многое может пойти не так. Цель — мгновенно превратить жидкость в пар путем быстрого снижения давления. Однако вместо мгновенного перехода всей пробы в пар можно случайно создать фракционированную пробу через сочетание испарения и выпарения. После фракционирования проба больше не подходит для анализа.

В таком сценарии легкие газовые молекулы испаряются первыми и движутся вниз по течению к анализатору, в то время как тяжелые остаются в жидкой фазе. В результате проба, поступающая в анализатор, больше не точно представляет продукт, взятый из процессной линии. Понимая процессы при испарении и изучая управление испарением в аналитической системе, можно предотвратить это в будущем.

«Конденсация может быть сложной — но исправление её простое»

Конденсация — пожалуй, самая распространенная проблема с газовыми пробами. Слушатели удивляются, как быстро газы остывают (и как медленно — жидкости). Но они также рады узнать, что легко предсказать, когда возникнет конденсация, и какая температура нужна для её предотвращения.

Рассмотрим систему, снижающую давление газовой пробы на полевой станции, которая должна быть как можно ближе к точке отбора. Помните, почти все газы теряют тепло при падении давления (феномен Джоуля-Томсона). Если падение давления незначительно, можно использовать простой редуктор давления без риска конденсации. Однако значительное падение давления газа вызовет конденсацию из-за значительной потери тепла. Это еще более вероятно, когда газ близок к своей точке росы.

Проектирование систем отбора проб для процессных анализаторов — это жизненный путь открытий. Всегда есть что-то новое для понимания. После 50 лет опыта я всё ещё учусь — и время от времени испытываю свои моменты «Ага!». Обучение — ключ к улучшению навыков и открытию того, чему вы ещё не научились. Даже в полевых условиях вы, вероятно, испытаете свои эпифании, которые приведут к более точным и надежным показаниям систем процессных анализаторов для всех.

Об авторе

Тони Уотерс — отраслевой эксперт и консультант Swagelok. С более чем 50-летним опытом работы с процессными анализаторами и их системами отбора проб он работал в инженерных и маркетинговых ролях у производителя анализаторов, конечного пользователя и системного интегратора. Он основал три компании для предоставления специализированных услуг анализаторов процессам и является экспертом в применении процессных анализаторов на НПЗ и химических заводах.