Comment positionner les buses dans votre système d'échantillonnage de gaz liquide et naturel

Comment positionner les buses dans votre système d'échantillonnage de gaz liquide et naturel

Karim Mahraz

Dans un système d'échantillonnage de liquide ou de gaz, une buse est utilisée à l'emplacement du robinet pour fournir l'échantillon à l'analyseur. Le placement, la position et l'orientation appropriés de cette buse sont essentiels pour garantir des mesures analytiques précises et en temps opportun, vous devez donc bien faire les choses. Un mauvais placement des buses peut entraîner des retards d'analyse, une contamination des échantillons et des résultats inexacts.

Idéalement, un ingénieur du système d'échantillonnage dictera les dispositions de la tuyauterie et même la conception de la cuve de traitement pour s'assurer que la buse est correctement située. Cependant, un ingénieur doit souvent travailler avec des schémas existants, même si la buse n'est pas située ou orientée correctement. Ci-dessous, nous passerons en revue les considérations importantes pour les ingénieurs chargés de localiser et de construire des buses pour les systèmes d'échantillonnage de liquide et de gaz. De plus, nous recommandons d'impliquer des ingénieurs d'analyseurs qualifiés, des ingénieurs de procédés et des chimistes, ainsi que des fournisseurs de composants à différentes étapes de la conception pour garantir que chaque variable est prise en compte.

Choix de l'emplacement de la buse

Les buses sont généralement courtes, avec un diamètre plus petit que la ligne de traitement principale à partir de laquelle elles se ramifient. Ils abritent souvent une sonde qui, dans sa forme la plus simple, est une trompe en métal, en verre ou en céramique qui fait saillie dans le fluide de traitement et prélève un flux continu de liquide ou de gaz pour analyse.

Lors de la détermination de l'emplacement de la buse dans une canalisation ou une cuve, sélectionnez un emplacement où le fluide de procédé s'est parfaitement mélangé, afin que votre échantillon reflète avec précision les conditions de procédé. Si possible, installez un mélangeur statique en ligne dans la ligne de traitement. Si ce n'est pas une option, placez le robinet en aval d'un point de turbulence induite tel qu'un refoulement de pompe, un orifice d'écoulement ou un coude de tuyauterie. La turbulence aidera à mélanger le fluide de procédé avant l'échantillonnage.

Placer un robinet d'échantillonnage immédiatement après une source de turbulence n'est pas une bonne pratique. La turbulence provoquera des fluctuations de pression et des courants de Foucault - qui peuvent affecter les mesures analytiques.

Échantillonnage de gaz

Vous êtes mieux servi en plaçant le robinet à au moins deux diamètres de tuyau en aval de la dernière perturbation d'écoulement. L'Environmental Protection Agency (EPA) des États-Unis recommande cette pratique. Il permet deux emplacements pour l'échantillonnage manuel des gaz de cheminée :

1. Au moins huit diamètres de cheminée ou de conduit en aval et deux diamètres en amont de toute perturbation de l'écoulement ; ou
2. Au moins deux diamètres de cheminée ou de conduit en aval et un demi-diamètre en amont de toute perturbation de l'écoulement.

L'EPA considère que le premier emplacement est idéal. Si la première règle ne peut pas être respectée, les directives de l'EPA exigent des points d'échantillonnage supplémentaires pour se prémunir contre la possibilité de stratification.

Échantillonnage de fluide

Pour l'échantillonnage de pipeline, placez votre robinet à au moins deux diamètres de tuyau en aval de la dernière perturbation de débit - partout où il n'interfère pas avec un élément de mesure du débit. Cependant, si le fluide de procédé est un liquide proche de son point de bulle, il est sage d'être plus prudent. Pour éviter d'avoir des bulles dans votre échantillon, placez le robinet là où il y a au moins cinq diamètres de tuyau droit clair en amont et deux diamètres en aval.

Échantillonnage de vapeur

Lorsque le flux échantillonné est une vapeur à ou près de sa température de point de rosée, l'emplacement du robinet devient plus critique. Une certaine condensation peut se produire aux points de pression à proximité des perturbations d'écoulement ; vous ne voulez pas que votre échantillon de gaz contienne du condensat liquide. Pour minimiser ce potentiel, une norme européenne (ISO 10715 1997, 13) pour la mesure du gaz naturel exige que le robinet d'échantillonnage soit au moins à 20 diamètres de tuyau en aval de la dernière perturbation d'écoulement ; la norme américaine pertinente (API MPMS 14.1 2006, 15) exige au moins cinq diamètres de tuyau. Si le tuyau contient une autre sonde, telle qu'un puits thermométrique, la sonde d'échantillonnage doit être située à au moins cinq diamètres de puits thermométrique du puits thermométrique.

Une séparation encore plus grande est nécessaire pour l'échantillonnage isocinétique, qui nécessite que la vitesse dans la sonde corresponde à celle dans la ligne de traitement. Par exemple, pour la vapeur saturée, la norme américaine pertinente (ASTM D1066) recommande que le robinet d'échantillonnage soit au moins à 35 diamètres de tuyau en aval et à quatre diamètres de tuyau en amont d'une perturbation d'écoulement. Étant donné que cette séparation peut être difficile à réaliser, l'ASTM suggère que les emplacements non conformes maintiennent un rapport de 9:1 entre les distances en amont et en aval.

Construire une buse

Au fur et à mesure que vous avancez dans la phase de conception, vous remarquerez que la conception de la buse, y compris l'orientation, dépend fortement des besoins de la sonde. La buse, et donc la sonde, l'emplacement et l'orientation peuvent influencer la façon dont les particules dans un flux de processus affectent l'analyse. Le placement correct de la buse et de la sonde peut minimiser le risque que des particules pénètrent dans la sonde où elles peuvent contaminer l'échantillon ou s'accumuler et éventuellement bloquer la sonde.

La façon la plus simple de construire une buse consiste à souder un bossage fileté femelle à une canalisation et à le percer. Tout d'abord, soudez une plaque de renfort à la canalisation, à moins que sa paroi ne soit suffisamment épaisse. Ensuite, sélectionnez une taille de bossage pour s'adapter à la sonde filetée ou à la vanne utilisée. Une autre approche consiste à souder un mamelon de tuyau fileté mâle sur la ligne.

Bien sûr, aucune de ces méthodes simples ne satisfera à une spécification de tuyauterie de procédé qui interdit les joints filetés au niveau de l'enveloppe de procédé. Face à ces contraintes, vous pouvez souder une vanne sur le mamelon ou utiliser à la place un piquage à bride.

Appuyer sur un flux de gaz

Dans la mesure du possible, choisissez un tuyau horizontal pour l'échantillonnage du gaz de procédé. L'orientation horizontale permet à la buse d'être verticale. Il est également plus facile de trouver une longue course droite. Placez la buse sur le dessus de la ligne afin que toute saleté ou liquide retombe dans le tuyau de traitement. Si le gaz de procédé est propre et sec, vous pouvez placer une buse de gaz sur le côté d'un tuyau horizontal. Cependant, évitez une telle orientation horizontale de la sonde pour les échantillons sales car le flux de gaz dans la sonde peut ne pas être turbulent ; des particules solides pourraient tomber et bloquer la sonde.

Le même souci de colmatage s'applique à une buse horizontale sur un gazoduc vertical. Les buses inclinées permettent à tous les liquides ou solides entraînés de retomber dans le processus. Cette fonction fonctionne bien pour l'élimination des liquides, mais pas pour les solides, qui peuvent rester coincés dans la sonde.

Pour les piles verticales, la buse doit être horizontale ou légèrement inclinée et beaucoup plus grande - dimensionnée pour accueillir des sondes spéciales. Ici, l'emplacement de la buse est basé sur la température du gaz :pas trop chaud (donc les coûts des matériaux sont raisonnables) mais au-dessus de la température du point de rosée acide (pour que l'acide sulfurique ne se condense pas dans la sonde). Pour la surveillance des gaz de cheminée, la température optimale des gaz à la buse est d'un peu plus de 600 °C (1 112 °F) pour assurer une combustion complète.

Lors de l'échantillonnage à partir d'un flux de vapeur de procédé pouvant contenir des gouttelettes de condensat, comme un système de vapeur saturée, l'emplacement de robinet préféré est un long tuyau de procédé s'écoulant vers le bas. Cependant, vérifiez toujours la pression de la ligne. Une ligne descendante se connecte souvent au côté aspiration d'une pompe de traitement et peut fonctionner à basse pression. Une source à basse pression est bonne pour un échantillon de gaz qui sera évacué vers la torche, mais pas pour celui que vous souhaitez renvoyer au processus via une boucle rapide. Avec une boucle rapide, vous souhaiterez probablement échantillonner à partir du refoulement de la pompe de traitement et renvoyer le gaz du côté aspiration.

Appuyer sur un flux liquide

Une conduite verticale s'écoulant vers le haut est souvent le meilleur emplacement pour une buse d'échantillonnage de liquide, car vous pouvez être sûr que la conduite est pleine. Pour cette configuration, optez pour une buse horizontale car elle permet une sonde plus courte qui est moins susceptible de vibrer. Une buse horizontale convient pour un échantillon liquide car le débit dans la sonde est sûr d'être turbulent, empêchant la sédimentation des solides dans la sonde.

La tête de liquide dans la tuyauterie au-dessus du robinet fournira une certaine pression supplémentaire, ce qui peut garantir que le liquide de traitement au robinet est au-dessus de son point de bulle. La pression supplémentaire aide également au transport de l'échantillon. Évitez d'échantillonner un liquide à partir d'un tuyau de traitement vertical qui coule vers le bas - il n'y a aucune garantie que la ligne soit pleine.

L'échantillonnage d'un flux liquide à partir d'une ligne horizontale est risqué car le tuyau de traitement peut ne pas être plein, ce qui entraîne un échantillon à deux phases. Si le tuyau de traitement tourne vers le haut après la course horizontale, vous pouvez être sûr que la ligne est pleine ; s'il tourne vers le bas, la section horizontale pourrait abriter une couche statique de gaz emprisonnée au-dessus de la couche de liquide en écoulement.

La sagesse conventionnelle dit que les robinets de liquide doivent toujours se trouver du côté d'une ligne de traitement horizontale ; c'est un bon conseil lors d'un prélèvement sans sonde. L'échantillonnage à partir d'une buse sur le côté de la ligne réduit le risque d'extraction de vapeur entraînée en haut du tuyau ou de boue en bas.

En pratique, il est généralement préférable d'utiliser une sonde pour atteindre le centre de la ligne. Lors de l'utilisation d'une sonde, l'orientation est moins importante. Habituellement, une buse verticale en haut de la ligne est préférée car elle permet aux solides lourds de retomber dans le tuyau de traitement. En règle générale, la buse ne doit pas être au fond d'un tuyau horizontal, car des solides y tomberont et augmenteront la difficulté de conditionnement de l'échantillon. Si vous devez utiliser une buse de fond existante, installez une sonde qui atteint le tiers central du diamètre du tuyau.

Avant de finaliser l'emplacement du robinet

Avant de choisir l'emplacement de votre robinet final, n'oubliez pas que votre choix de sonde déterminera l'orientation et le diamètre de la buse et de ses raccords d'extrémité. Une fois que vous avez sélectionné une sonde, revenez à l'emplacement choisi pour vérifier l'espace physique disponible pour les travaux d'installation et de maintenance. Vérifiez qu'il y a suffisamment d'espace pour fabriquer la buse, maintenir la vanne d'isolement du procédé et retirer la sonde. Pensez également à l'accessibilité et à l'éclairage. Une simple sonde de robinet et de tuyau peut ne nécessiter qu'une petite plate-forme et une petite échelle, mais une station de terrain aura besoin d'une plate-forme complète et d'un éclairage.

Pour une assistance de formation personnalisée plus approfondie couvrant le placement des buses et la conception du système d'échantillonnage, contactez votre centre de vente et de service Swagelok local.