Sonde d'échantillonnage, modules d'étalonnage et de commutation pour simplifier l'échantillonnage

Modules de sonde d'échantillonnage et autres moyens de simplifier l'échantillonnage avec des sous-systèmes standard

Karim Mahraz, chef de produit Swagelok, instrumentation analytique

Les sous-systèmes standard préfabriqués peuvent apporter de l'efficacité à une opération en simplifiant la conception des systèmes d'échantillonnage et de contrôle des fluides. L'utilisation de systèmes standard présente l'avantage supplémentaire de réduire considérablement les coûts d'installation, les temps d'arrêt et la maintenance globale, permettant aux responsables d'usines et d'installations d'acquérir et d'assembler des pièces tout en garantissant la cohérence entre les installations, même sur les continents.

En fin de compte, les responsables d'usines et d'installations économisent du temps, des efforts et de l'énergie qui peuvent être réutilisés pour améliorer l'efficacité et réduire les coûts dans d'autres zones de l'usine.

Vous trouverez ci-dessous les types courants de sous-systèmes qui peuvent améliorer les performances de vos systèmes d'échantillonnage et comment chacun peut fonctionner pour améliorer l'efficacité de votre système d'échantillonnage.

Modules d'étalonnage et de commutation (CSM)

La fonction principale du CSM est de conditionner et de sélectionner les flux de processus, ou de sélectionner un flux d'étalonnage pour l'analyse. Au minimum, chaque système doit avoir deux entrées :deux entrées de flux de processus ou une entrée de flux de processus et une entrée de flux d'étalonnage. Le système sélectionne un fluide pour analyse en réponse à un signal de pression pneumatique provenant d'une source externe, généralement l'analyseur. Le signal ouvre l'une des vannes de sélection de flux (SSV) doubles modules de vannes d'isolement et de purge correspondant au flux contenant le fluide à analyser. L'utilisation d'un CSM, comme celui proposé par Swagelok, offre plusieurs avantages supplémentaires, notamment :

• Une variété de configurations de conditionnement d'échantillons disponibles pour répondre aux exigences des applications.
• Une option d'étalonnage manuel qui permet à l'opérateur d'étalonner l'analyseur à tout moment.
• Identification du flux par code couleur :les entrées du flux de processus seront toujours bleues, les flux d'étalonnage orange, le contournement vert et la sortie blanche.
• Une conception de boucle d'écoulement intégrée pour garantir des délais de livraison constants à l'analyseur sur tous les flux et éliminer les zones mortes ou les risques de contamination croisée.
• Un intervalle d'air ventilé qui empêche la possibilité dangereuse de mélange d'air pneumatique avec le fluide du système sous pression.
• Une conception modulaire qui permet une maintenance facile. Les composants individuels peuvent être retirés de l'ensemble en desserrant quatre vis accessibles depuis le haut du panneau. Il n'y a aucun risque de démonter accidentellement l'ensemble de l'unité ou de perturber d'autres connexions de fluide.
• Une option de dérivation qui permet un débit élevé (et un délai d'échantillonnage réduit par la suite) vers le CSM.

En fonction de l'application, un module de boucle rapide (expliqué plus en détail ci-dessous) peut fournir au CSM un débit provenant d'un filtre de boucle rapide de dérivation pour un temps de réponse amélioré à l'analyseur. Le CSM peut incorporer des dérivations supplémentaires qui peuvent être renvoyées à la ligne de traitement - via la boucle rapide ou séparément - ou envoyées à un système d'élimination. Le nombre d'entrées sera déterminé par le nombre d'échantillons et de lignes d'étalonnage envoyés à un seul analyseur.

Modules de sonde d'échantillon (SPM)

L'utilisation de modules de sonde d'échantillonnage en conjonction avec des vannes de sonde d'échantillonnage (SPV) peut améliorer la sécurité ainsi que la pureté et la rapidité de l'échantillon. Une sonde fournit une réponse plus rapide de l'analyseur en réduisant le volume du système d'échantillonnage. Le volume de la buse peut être important, augmentant le volume de purge requis de l'ensemble du système d'échantillonnage. De plus, la sonde permet d'extraire l'échantillon du centre du tuyau de traitement, ce qui élimine l'extraction des boues le long des parois du tuyau. De plus, l'utilisation de coupes à angle de 45° à partir de la sonde réduit considérablement la quantité de particules extraites dans le système d'échantillonnage. Ces deux fonctions permettent de s'assurer que la sonde extrait un échantillon représentatif du processus.

Pour ces raisons, il est recommandé d'utiliser une sonde dans les tuyaux de plus de 2 po (50 mm). Ceci est particulièrement critique pour les tuyaux de plus de 4 po (100 mm). Les conceptions de sonde peuvent varier en longueur, diamètre, épaisseur de paroi et matériaux de construction. Ces paramètres affecteront la résistance de la sonde, sa capacité de filtrage et la vitesse d'écoulement interne. Des sondes soudées plus épaisses et plus grandes résisteront à plus d'impact des débits de processus élevés mais offrent des vitesses d'écoulement plus lentes à travers le diamètre interne plus grand. Cependant, cette vitesse d'écoulement plus lente permet à davantage de particules de tomber de la sonde au lieu de continuer dans le système d'échantillonnage. Les sondes rétractables plus petites ne sont pas aussi résistantes que les sondes soudées, mais leur plus petit volume interne fournit des vitesses d'écoulement plus rapides vers l'analyseur. En savoir plus sur les modules de sonde d'échantillon Swagelok ici.

Modules de boucle rapide (FLM)

Les modules de boucle rapide sont conçus pour gérer des débits élevés dans les lignes de transport d'échantillons afin de réduire les délais pour les systèmes d'analyse en ligne. Situé à l'abri de l'analyseur et offrant une dérivation, le module de boucle rapide (FLM) peut isoler le système d'échantillonnage et introduire un gaz de purge pour le nettoyage du système. Le FLM de Swagelok extrait un échantillon à travers un filtre tout en utilisant le débit élevé de la dérivation pour maintenir la propreté de l'élément filtrant.

Une boucle rapide nécessite deux prises de processus :une pour l'alimentation en échantillon et une pour le retour de l'échantillon. Pour éviter le coût d'une pompe d'échantillonnage et améliorer la fiabilité du système d'échantillonnage, sélectionnez un point de retour dont la pression est inférieure à celle du robinet d'alimentation. Choisissez des emplacements de prise de procédé aussi proches que possible de l'analyseur. Si l'échantillon contient un gaz condensable, chauffer les lignes de boucle rapide et le FLM au-dessus de la température du point de rosée de l'échantillon à la pression du procédé. Un échantillon liquide n'aura besoin d'être chauffé que s'il est nécessaire de l'empêcher de geler.

Modules de station de terrain (FSM)

Un module de station de terrain (FSM) réduit la pression du gaz de procédé avant de le transporter vers un analyseur. Le transport d'un échantillon de gaz à basse pression offre trois avantages majeurs :

• Temps de réponse de l'analyseur plus rapide : Dans une ligne haute pression avec contrôle du débit en aval, les molécules de gaz sont plus densément peuplées, ce qui crée une vitesse d'écoulement plus lente et des temps de purge plus longs. L'abaissement de la pression d'un échantillon de gaz signifie moins de molécules dans la ligne de transport d'échantillon et les composants de conditionnement d'échantillon ; par conséquent, il est plus facile de rincer le système et l'analyseur peut réagir plus rapidement aux changements de processus. La quantité de gaz retenue dans la conduite de transport est proportionnelle à sa pression absolue. À la moitié de la pression absolue, il y a deux fois moins de molécules de gaz dans la ligne, donc, toutes choses étant égales par ailleurs, il faut deux fois moins de temps pour qu'un nouvel échantillon atteigne l'analyseur. Généralement, un FSM est utilisé lorsque la pression du procédé est de 3 bar (manomètre) (43,5 psig) ou plus.
• Moins de condensation : L'humidité relative d'un gaz est directement proportionnelle à la pression partielle de vapeur d'eau dans le mélange. Une humidité relative (ou saturation) de 100 % représente la pression partielle maximale de vapeur d'eau possible à une température de travail. Par conséquent, si la vapeur d'eau dans un mélange gazeux atteint 100 % de sa limite de saturation, la vapeur d'eau commencera à se condenser dans une ligne de transport d'échantillon. Pour éviter la condensation lors de l'échantillonnage de gaz, le FSM réduit la pression partielle de chaque gaz dans le mélange échantillon. Une façon de réduire la pression partielle de chaque gaz consiste à réduire la pression globale du système ; la pression partielle de chaque gaz chute proportionnellement à la variation de pression globale. Par exemple, si la pression absolue d'un échantillon est réduite de moitié, la pression partielle de chaque gaz dans le mélange est également réduite de moitié, ce qui entraîne la moitié de la saturation en eau de l'échantillon. L'utilisation d'un FSM réduit considérablement le risque de formation de condensation dans la ligne de transport d'échantillons.
• Environnement plus sûr : Si un système est compromis, le gaz sous pression se dilate rapidement à la pression atmosphérique et peut endommager le système ou blesser quelqu'un. Le taux d'expansion volumétrique est directement proportionnel à la diminution de pression absolue. Dans les systèmes haute pression sans modules de station de terrain, la dilatation peut être si importante que le résultat est de nature explosive. L'installation d'un FSM au point d'échantillonnage du processus signifie qu'une section plus petite du système d'échantillonnage est exposée à une pression élevée, ce qui se traduit par un environnement global plus sûr.

En-têtes de distribution de fluide (FDH)

Les collecteurs de distribution de fluides sont des ensembles de composants courants utilisés dans une variété d'applications de gaz et de liquides. Un FDH fournit un chemin d'écoulement tout en permettant plusieurs sorties, agissant un peu comme un grand raccord de dérivation. Un collecteur de distribution de fluide est caractérisé par une entrée à une extrémité et un drain à l'autre extrémité avec de multiples sorties sur les côtés. Les collecteurs de distribution de fluide typiques sont fabriqués à partir d'un morceau de tuyau ou de barre et comportent des raccords d'extrémité soudés ou filetés.

En tant que collecteur ou collecteur de distribution, un FDH relie plusieurs utilisateurs à la source d'un fluide utilitaire. Les applications typiques incluent :

• Eau de refroidissement
• Vapeur
• Air comprimé
• Azote végétal

Dans une maison d'analyseur typique, par exemple, un FDH est un collecteur d'air d'instrument, un autre FDH est le collecteur d'azote de l'usine, et encore un autre FDH est le collecteur de vapeur BP. Si nécessaire, plusieurs sous-systèmes FDH peuvent être vissés ensemble, bout à bout, pour effectuer des en-têtes plus longs.

En règle générale, un FDH a une vanne d'isolement principale et plusieurs sorties, chacune avec sa propre vanne d'isolement. Pour les gaz potentiellement humides, tels que l'air comprimé ou la vapeur, il est préférable d'installer le FDH verticalement avec une vanne de vidange en bas. Pour le service liquide, il est préférable d'installer le FDH verticalement avec l'alimentation entrant par le bas et la vanne supérieure agissant comme un évent pour éliminer l'air emprisonné ou laisser entrer l'air pour vidanger le FDH pendant la maintenance.

Pour toute demande ou plus d'informations sur les sous-systèmes standard préfabriqués Swagelok ou sur d'autres services d'évaluation et de conseil des fluides, contactez votre centre de vente et de service local.