8 défis courants en matière de précision des analyseurs de processus

Systèmes d'échantillonnage :8 défis courants liés à la précision des analyseurs de processus

Tony Waters, expert en systèmes d'échantillonnage et instructeur

Les systèmes d'échantillonnage sont parmi les systèmes les plus complexes d'une usine. Ils comportent de nombreux composants et processus qui doivent fonctionner ensemble pour produire une lecture analytique des conditions du flux de processus. Cette lecture doit être à la fois précise et opportune, car ce résultat important sera utilisé pour atteindre les objectifs de contrôle d'une usine. Pourtant, les ingénieurs et techniciens d'une usine savent qu'un système d'échantillonnage peut être capricieux. Chaque élément du système peut avoir un impact sur la précision de l'analyseur de processus. Pour aider votre équipe à améliorer la fiabilité de l'analyseur, les ingénieurs de terrain Swagelok ont ​​identifié huit défis courants ayant un impact sur la précision d'un système.

Impact sur la précision de l'analyseur

Les erreurs de conception dans les systèmes d'échantillonnage peuvent menacer l'intégrité de l'échantillon en affectant les éléments suivants :

• Représentativité : Les défauts de conception peuvent conduire à ce que l'échantillon ne représente pas avec précision le procédé et même à déformer la composition chimique du fluide de procédé de manière imprévue ou involontaire. Le système nécessite un échantillon représentatif pour s'assurer que la mesure répond aux objectifs de contrôle.
• Police : Si un délai excessif se produit entre la capture d'un échantillon et l'obtention d'une lecture d'analyseur, une usine peut risquer de perdre du produit ou de procéder à un retraitement coûteux pour corriger une erreur de production. Un temps de réponse standard de l'industrie est d'une minute.
• Compatibilité : Si la température, la pression, le débit et/ou l'état ne correspondent pas aux exigences de l'analyseur de processus, l'échantillon peut endommager l'analyseur ou compromettre sa précision. De plus, les résultats précis de l'analyseur aident à maintenir un environnement d'usine sûr en signalant les conditions de fonctionnement potentiellement dangereuses.

Identifier et relever les défis communs

Défi 1 :Emplacements de prise incorrects

Choisir un emplacement de robinet peut être une décision nuancée. Un des objectifs est d'éviter les retards. Si le robinet se trouve sur une section à faible débit du tuyau de procédé, il faudra plus de temps pour que tout changement dans les produits chimiques de procédé apparaisse dans un résultat d'analyse. Les volumes de mélange, tels qu'un fond de tour, un réservoir ou un tambour, sont également une source importante de retard. De plus, les concepteurs de système doivent choisir un emplacement où l'échantillon sera bien mélangé, comme en aval de la turbulence induite par une décharge de pompe, un orifice d'écoulement ou un coude de tuyauterie.

Défi 2 :Utilisation abusive de la sonde

Lorsque vous utilisez une sonde pour capturer un échantillon, elle doit idéalement être suffisamment longue pour atteindre le tiers médian du tuyau de traitement, de sorte que vous prélevez un échantillon représentatif. Vous obtiendrez également un résultat plus rapide près du centre du tuyau de traitement car le débit y est plus rapide. Cependant, vous devez toujours calculer la longueur maximale autorisée pour vous assurer que votre sonde ne subira pas de vibrations résonnantes. Parfois, il suffit d'obtenir seulement 15 % d'insertion dans le diamètre du tuyau. La sonde ne doit pas être plus large que nécessaire car de grands volumes entraînent un retard. Si vous utilisez uniquement une buse, sans sonde, le système aura probablement un volume beaucoup plus important, ce qui entraînera un retard important.

Défi 3 :conceptions de stations de terrain incorrectes

Avec un échantillon de gaz, les concepteurs de système voudront réduire la pression dès que possible (à 10-15 psig, ou même 5 psig si la conception de votre système le permet). Les gaz à haute pression se déplacent plus lentement parce que les molécules sont serrées, ce qui entraîne un retard. De plus, la basse pression réduit le risque de condensation, ce que vous voulez éviter car elle n'est pas compatible avec de nombreux analyseurs de processus de gaz et compromet la représentativité de l'échantillon. Une autre raison de maintenir une basse pression est la sécurité des opérateurs et des techniciens.

Un régulateur à la station de terrain réduit la pression dans l'échantillon, lui permettant de s'écouler plus rapidement vers l'analyseur.

Défi 4 :sauter une boucle rapide

Lors de la vaporisation d'un échantillon liquide, votre système d'échantillonnage peut avoir besoin d'une boucle rapide ou d'une dérivation en amont du régulateur de vaporisation. Sinon, l'échantillon liquide peut s'écouler trop lentement, ce qui entraîne un retard car un petit volume de liquide produira un grand volume de gaz. Sans boucle rapide, il peut y avoir plus de 100 ml de volume de liquide lent en amont du régulateur, ce qui peut entraîner plusieurs heures de retard.

Défi 5 : Des jambes mortes

Les deadlegs compromettent la représentativité d'un échantillon en stockant les anciennes molécules d'échantillon et en les saignant lentement dans le nouvel échantillon. Tout té ou croix dans la ligne d'échantillonnage est une voie morte, à moins que tous ses orifices ne coulent. Certains exemples incluent des jauges ou des interrupteurs, des soupapes de surpression ou des points d'échantillonnage de laboratoire. Les zones mortes sont plus susceptibles de compromettre un résultat analytique lorsque vous passez d'un flux à faible concentration à un flux à forte concentration. Les jambes mortes sont également plus susceptibles d'être un problème à faible débit. Les bras morts en ligne directe avec l'analyseur doivent être déplacés ou retirés.

Défi 6 :Contamination inter-flux

Une seule vanne à trois voies ne constitue pas une barrière suffisante entre le fluide d'étalonnage et l'échantillon. Avec cet agencement, le fluide d'étalonnage peut fuir à travers le siège de la vanne et contaminer l'échantillon - ou, plus probablement, l'échantillon du flux de processus peut fuir dans le fluide d'étalonnage. L'un ou l'autre scénario gâchera l'analyse. Une meilleure configuration est une configuration à double blocage et purge, qui garantit que toute fuite provenant de tout port bloqué ira vers une ligne de purge ou de ventilation et non dans l'échantillon.

Défi 7 :Température et pression incorrectes

Méfiez-vous des changements de phase dans vos échantillons, car vous voulez empêcher un changement de phase partiel. Les échantillons à phases mixtes ne sont pas représentatifs et ne sont probablement pas compatibles avec votre analyseur. Il n'est pas difficile de déterminer si votre échantillon change de phase. Un logiciel peut produire un diagramme de phases pour la composition chimique de votre système. En règle générale, vous souhaitez conserver les échantillons de gaz au-dessus du point de rosée (afin qu'ils ne se condensent pas) et les échantillons liquides en dessous de leur point de bulle (afin que les composants plus légers ne bouillent pas). Si vous chauffez votre ligne, vous devez la chauffer en entier car même quelques centimètres de ligne non chauffée suffisent à faire baisser la température et provoquer de la condensation. Essayez de maintenir les gaz à environ 20 °C au-dessus du point de rosée.

Défi 8 :Conditionnement incorrect des échantillons

Dans un système de conditions d'échantillonnage, vous souhaitez éliminer les liquides d'un échantillon de gaz car ils peuvent endommager votre analyseur de processus et compromettre votre résultat analytique. Vous pouvez éliminer les grosses gouttelettes dans un échantillon de gaz par gravité (via un pot knock-out ou un tube de secours) ou par inertie (via un séparateur cinétique ou un cyclone). Mais de très fines gouttelettes en suspension sous forme d'aérosol nécessitent un coalesceur. Cependant, il est important de comprendre que les coalesceurs ne filtreront pas les grosses gouttelettes. De plus, si le débit est trop élevé, des gouttelettes plus petites seront poussées à travers les éléments du coalesceur et ne s'égoutteront pas comme elles le devraient. Enfin, lorsque votre échantillon quitte le coalesceur, il sera saturé - proche du point de rosée et proche de se condenser à nouveau. Il est utile de s'éloigner du point de rosée en augmentant la température ou en abaissant la pression. Vous pouvez créer une chute de pression avec une vanne à pointeau.

Pour plus d'informations sur l'identification et la résolution des menaces pesant sur la précision des analyseurs de processus dans les systèmes d'échantillonnage, explorez les cours de formation pratique sur les systèmes d'échantillonnage de Swagelok ou contactez votre centre de vente et de service Swagelok local pour obtenir un exemplaire des Systèmes d'échantillonnage industriels , le manuel sur lequel se basent les formations Swagelok.