Как расположить сопла в системе отбора проб жидкости и природного газа

Как расположить сопла в системе отбора проб жидкости и природного газа

Карим Махраз

В системе отбора проб жидкости или газа в месте отвода используется сопло для подачи пробы в анализатор. Правильное размещение, положение и ориентация этого сопла имеют решающее значение для обеспечения своевременных и точных аналитических измерений, поэтому вы должны сделать все правильно. Неправильное размещение сопла может привести к задержке анализа, загрязнению образца и неточным результатам.

В идеале инженер по системе отбора проб должен диктовать схемы трубопроводов и даже конструкцию технологического сосуда, чтобы убедиться, что штуцер расположен правильно. Однако часто инженеру приходится работать с существующими схемами, даже если сопло расположено или ориентировано неправильно. Ниже мы рассмотрим важные соображения для инженеров, занимающихся поиском и изготовлением патрубков для систем отбора проб как жидкости, так и газа. Кроме того, мы рекомендуем привлекать квалифицированных инженеров-анализаторов, инженеров-технологов и химиков, а также поставщиков компонентов на различных этапах проектирования, чтобы обеспечить учет всех переменных.

Выбор местоположения сопла

Сопла обычно короткие, с меньшим диаметром, чем основная технологическая линия, от которой они ответвляются. В них часто помещается зонд, который в своей простейшей форме представляет собой металлический, стеклянный или керамический хоботок, который выступает в технологическую жидкость и отбирает непрерывный поток жидкости или газа для анализа.

При определении места для размещения форсунки в трубопроводе или сосуде выберите место, где технологическая жидкость тщательно перемешалась, чтобы ваша проба точно отражала условия процесса. Если возможно, установите встроенный статический смеситель в технологическую линию. Если это невозможно, разместите кран ниже по потоку от точки индуцированной турбулентности, такой как нагнетание насоса, напорное отверстие или колено трубопровода. Турбулентность поможет перемешать технологическую жидкость перед отбором проб.

Размещение пробоотборного крана сразу после источника турбулентности не является хорошей практикой. Турбулентность вызовет колебания давления и вихревые токи, что может повлиять на аналитические измерения.

Отбор проб газа

Лучше разместить кран как минимум на два диаметра трубы ниже по течению от последнего возмущения потока. Агентство по охране окружающей среды США (EPA) рекомендует эту практику. Он допускает два места для ручного отбора проб дымовых газов:

1. Не менее восьми диаметров дымовой трубы или воздуховода ниже по течению и двух диаметров выше по течению от любого возмущения потока; или
2. Не менее чем на два диаметра дымовой трубы или воздуховода ниже по течению и на половину диаметра выше по течению от любого возмущения потока.

Агентство по охране окружающей среды считает первое место идеальным. Если первое правило не может быть соблюдено, в соответствии с руководящими принципами EPA требуются дополнительные точки отбора проб, чтобы предотвратить возможность расслоения.

Отбор проб жидкости

Для отбора проб из трубопровода расположите отвод как минимум на два диаметра трубы ниже по течению от последнего возмущения потока — в любом месте, где он не мешает расходомерному элементу. Однако, если технологическая среда представляет собой жидкость, близкую к температуре кипения, разумно быть более консервативным. Чтобы избежать образования пузырьков в пробе, расположите кран так, чтобы перед ним было не менее пяти диаметров чистой прямой трубы и два диаметра после него.

Отбор проб паров

Когда отбираемый поток представляет собой пар с температурой точки росы или близкой к ней, расположение крана становится более важным. Некоторая конденсация может возникнуть в точках давления вблизи возмущений потока; вы не хотите, чтобы проба газа содержала жидкий конденсат. Чтобы свести к минимуму этот потенциал, один европейский стандарт (ISO 10715 1997, 13) для измерения природного газа требует, чтобы кран для отбора проб располагался как минимум на 20 диаметров трубы ниже по течению от последнего возмущения потока; соответствующий американский стандарт (API MPMS 14.1 2006, 15) требует не менее пяти диаметров трубы. Если в трубе имеется другой зонд, например защитная гильза, пробоотборный зонд должен располагаться на расстоянии не менее пяти диаметров защитной гильзы от защитной гильзы.

Еще большее разделение необходимо для изокинетического отбора проб, что требует, чтобы скорость в зонде соответствовала скорости в технологической линии. Например, для насыщенного пара соответствующий американский стандарт (ASTM D1066) рекомендует, чтобы кран для отбора проб располагался не менее чем на 35 диаметров трубы ниже по потоку и на четыре диаметра трубы выше по потоку от возмущения потока. Поскольку этого разделения может быть трудно достичь, ASTM предлагает, чтобы в местах, не соответствующих требованиям, сохранялось соотношение расстояний вверх по течению и вниз по течению 9:1.

Создание сопла

Когда вы перейдете к этапу проектирования, вы заметите, что конструкция сопла, включая ориентацию, сильно зависит от потребностей датчика. Сопло и, следовательно, зонд, расположение и ориентация могут влиять на то, как частицы в технологическом потоке влияют на анализ. Правильное размещение насадки и зонда может свести к минимуму возможность попадания частиц в зонд, где они могут загрязнить образец или собраться и в конечном итоге заблокировать зонд.

Самый простой способ изготовления патрубка — приварить бобышку с внутренней резьбой к трубопроводу и просверлить ее. Сначала приварите к трубопроводу усиливающую пластину, если ее стенка не имеет достаточной толщины. Затем выберите размер бобышки, соответствующий используемому резьбовому зонду или клапану. Другой подход состоит в том, чтобы приварить трубный ниппель с наружной резьбой к трубопроводу.

Конечно, ни один из этих простых методов не будет удовлетворять спецификации технологического трубопровода, которая запрещает резьбовые соединения в технологической оболочке. Столкнувшись с этими ограничениями, вы можете приварить клапан к ниппелю или вместо него использовать патрубок с фланцевой трубой.

Наблюдение за потоком газа

По возможности выбирайте горизонтальную трубу для отбора проб технологического газа. Горизонтальная ориентация позволяет насадке быть вертикальной. Также легче найти длинную прямую трассу. Расположите насадку в верхней части линии, чтобы грязь или жидкость попадали обратно в технологическую трубу. Если технологический газ чистый и сухой, газовое сопло можно расположить сбоку горизонтальной трубы. Однако избегайте такой горизонтальной ориентации зонда для грязных образцов, поскольку поток газа в зонде может быть нетурбулентным; твердые частицы могут выпасть и заблокировать зонд.

Такая же забота о закупорке относится и к горизонтальному патрубку на вертикальном газопроводе. Наклонные сопла позволяют любым увлеченным жидкостям или твердым веществам попадать обратно в процесс. Эта функция хорошо работает для удаления жидкости, но не для твердых частиц, которые могут застрять в датчике.

Для вертикальных штабелей сопло должно быть горизонтальным или слегка наклонным и иметь гораздо больший размер для размещения специальных зондов. Здесь расположение сопла зависит от температуры газа:не слишком высокой (поэтому материальные затраты разумны), но выше температуры точки росы кислоты (поэтому серная кислота не конденсируется в зонде). Для контроля дымовых газов оптимальная температура газа на сопле составляет немногим более 600°C (1112°F), чтобы обеспечить полное сгорание.

При отборе проб из потока технологического пара, который может содержать капли конденсата, например, из системы насыщенного пара, предпочтительным местом отвода является длинная технологическая труба с нисходящим потоком. Однако всегда проверяйте давление в линии. Нисходящая линия часто соединяется со стороной всасывания технологического насоса и может работать при низком давлении. Источник низкого давления подходит для пробы газа, которая будет сброшена на факел, но не для пробы, которую вы хотите вернуть в процесс по быстрому циклу. При использовании быстрой петли вы, вероятно, захотите взять пробу из нагнетания технологического насоса и вернуть газ на сторону всасывания.

Касание потока жидкости

Вертикальный трубопровод, идущий вверх, часто является лучшим местом для насадки для отбора проб жидкости, потому что вы можете быть уверены, что труба заполнена. Для этой установки выберите горизонтальное сопло, поскольку оно позволяет использовать более короткий зонд, который с меньшей вероятностью будет вибрировать. Горизонтальное сопло подходит для жидких проб, поскольку поток в зонде обязательно будет турбулентным, что предотвращает осаждение твердых частиц в зонде.

Напор жидкости в трубопроводе над краном создаст некоторое дополнительное давление, которое может гарантировать, что технологическая жидкость в кране будет выше точки кипения. Дополнительное давление также помогает при транспортировке образца. Избегайте отбора проб жидкости из вертикальной технологической трубы, текущей вниз — нет гарантии, что линия заполнена.

Отбор проб потока жидкости из горизонтальной линии сопряжен с риском, поскольку технологическая труба может быть не заполнена, что приведет к получению двухфазной пробы. Если технологическая труба поворачивает вверх после горизонтального участка, вы можете быть уверены, что линия заполнена; если он повернется вниз, в горизонтальной секции может находиться статический слой газа, захваченный над текущим слоем жидкости.

Здравый смысл гласит, что краны для жидкости всегда должны располагаться сбоку от горизонтальной технологической линии; это хороший совет при отборе проб без зонда. Отбор проб из патрубка сбоку от линии снижает риск извлечения уносимого пара в верхней части трубы или шлама в нижней части.

На практике обычно лучше использовать щуп, чтобы проникнуть в центр линии. При использовании зонда ориентация менее важна. Обычно предпочтительнее вертикальное сопло в верхней части линии, поскольку оно позволяет тяжелым твердым частицам падать обратно в технологическую трубу. Как правило, сопло не должно располагаться на дне горизонтальной трубы, так как в него будут попадать твердые частицы, что усложнит подготовку пробы. Если вы должны использовать существующую донную насадку, установите датчик, который достигает середины диаметра трубы на одну треть.

Перед завершением настройки местоположения касания

Прежде чем определиться с окончательным расположением крана, помните, что выбор зонда будет определять ориентацию и диаметр сопла и его концевых фитингов. После выбора датчика повторно посетите выбранное место, чтобы проверить физическое пространство, доступное для установки и обслуживания. Убедитесь, что имеется достаточный зазор для изготовления сопла, технического обслуживания запорного клапана и извлечения зонда. Также учитывайте доступность и освещение. Для простого крана и зонда трубы может потребоваться только небольшая платформа и лестница, но для полевой станции потребуется полноценная платформа и освещение.

Для получения более подробной персонализированной помощи по обучению размещению форсунок и проектированию системы отбора проб обратитесь в местный центр продаж и обслуживания Swagelok.