50 ans de formation aux analyseurs de process : 5 leçons clés révélées

Les 5 révélations les plus fréquentes lors des formations sur les systèmes d'échantillonnage d'analyseurs de process

Tony Waters, expert en systèmes d'échantillonnage, instructeur

Un système d'échantillonnage d'analyseur de process est l'un des systèmes les plus difficiles au sein de votre usine. Non seulement sa conception est complexe, mais son exploitation précise l'est tout autant. Si vous effectuez un léger ajustement ici, vous risquez de devoir en faire un majeur ailleurs. Il n'est pas étonnant que Swagelok reçoive tant de bonnes questions et accueille des stagiaires attentifs lors de ses formations sur les systèmes d'échantillonnage d'analyseurs de process (PASS). Au cours des 50 dernières années d'enseignement, j'ai observé de nombreuses révélations chez les étudiants. Voici les cinq principaux moments « eurêka » de mes stagiaires sur les systèmes d'analyseurs de process au fil des ans :

« Le délai temporel est souvent plus long que je ne l'imaginais »

La plupart des stagiaires ne considèrent pas l'importance de traiter le délai temporel dans un système d'instrumentation analytique et sont souvent étonnés de constater à quel point certaines mesures d'analyseur sont reçues tardivement. La norme industrielle est d'environ une minute pour un temps de réponse – du prélèvement de l'échantillon à l'obtention d'une lecture. Ce court laps de temps fournit des lectures en quasi temps réel des conditions de process, vous permettant d'effectuer des ajustements immédiats et de minimiser le gaspillage de produit.

Cependant, dans certains cas, le temps pour obtenir une lecture peut être considérable – même lorsque l'analyseur est monté à seulement quelques pieds du point de prélèvement du process. Ces délais deviennent problématiques lorsqu'ils dépassent les attentes du concepteur du système d'échantillonnage. Une estimation inexacte ou une mauvaise hypothèse sur le délai temporel peut entraîner un contrôle de process inadéquat.

La seule façon de réduire le délai temporel est d'ajuster la conception de votre système. Nous réalisons un exercice pratique lors de nos formations sur les systèmes d'analyseurs de process au cours duquel nous calculons le délai temporel dans un système d'échantillonnage typique. Dans l'exercice, notre conception initiale présente un énorme délai de plus de cinq heures. Mais après quelques modifications rapides du système, nous ramenons ce délai à la norme industrielle d'une minute. Les stagiaires sont émerveillés par ce processus et retournent dans leurs propres installations pour l'appliquer.

« Mon échantillon n'est peut-être pas représentatif des conditions de process »

Le délai temporel est un problème si critique à corriger car il affecte la « représentativité » de votre lecture d'échantillon. En d'autres termes, cela reflète dans quelle mesure l'échantillon est représentatif du fluide dans la ligne de process au moment où vous obtenez votre lecture d'analyseur. Par exemple, un système d'analyseur de process avec un délai de cinq heures ou plus. Si une lecture négative survient, l'opérateur du système corrigera le problème de qualité et croira le problème résolu. Cependant, l'opérateur n'est probablement pas conscient que la lecture était retardée de plus de cinq heures. Pendant ce temps, beaucoup de produit défectueux a traversé le système et a peut-être déjà été expédié à un client.

Même lorsque vous prélevez un échantillon correct et limitez le délai temporel, celui-ci peut encore devenir non représentatif en raison de la conception de votre système d'échantillonnage d'analyseur. Par exemple, les jambes mortes ou espaces morts dans le système d'analyseur de process peuvent piéger d'anciens échantillons qui peuvent s'infiltrer dans le nouveau, créant un échantillon mélangé qui n'est pas fidèle aux conditions de process en temps réel.

Votre échantillon peut également être contaminé par des fuites – non pas des fuites du système d'échantillonnage lui-même, mais des fuites vers l'intérieur du système depuis l'air ambiant environnant. Par exemple, l'oxygène peut fuir dans un système contenant 100 % d'azote à 100 psia car la pression partielle d'oxygène à l'extérieur du système est supérieure à sa pression partielle à l'intérieur. Ce type de fuite peut être résolu en augmentant la pression partielle du système d'échantillonnage pour éviter toute contamination non intentionnelle par l'air ambiant.

« Je dois accorder plus d'attention à mes coalesceurs »

En formation sur le conditionnement d'échantillon, la plupart des participants pensent qu'un coalesceur est un dispositif utilisé pour séparer et éliminer les liquides d'un échantillon gazeux. Si cela est partiellement vrai, cette croyance n'est exacte que pour les liquides en suspension sous forme d'aérosol. L'aérosol est présent dans de nombreux échantillons gazeux car les dispositifs d'accélération comme les cyclones ou séparateurs par gravité ne parviennent pas à séparer les gouttelettes liquides. Un coalesceur installé dans le système d'échantillonnage permet aux petites gouttelettes de se réunir et de se combiner en grosses gouttes qui se séparent plus facilement par gravité.

Les stagiaires sont surpris d'apprendre que deux conditions rendront généralement un coalesceur inefficace. Premièrement, le liquide libre (c.-à-d. le liquide qui n'est pas sous forme d'aérosol) traversera un coalesceur avec à peine une séparation en raison de la taille massive des gouttelettes liquides. Deuxièmement, lorsque le débit à travers un coalesceur est trop élevé, les fines gouttelettes d'aérosol seront poussées au-delà des éléments du coalesceur et ne seront pas retirées du trajet d'écoulement. Les deux scénarios augmentent le potentiel de gouttelettes d'aérosol atteignant l'analyseur et réduisant la fiabilité de vos lectures – rendant le coalesceur inutile.

« La vaporisation d'un liquide peut être problématique »

De nombreux stagiaires pensent que vaporiser un échantillon liquide est facile – mais beaucoup de choses peuvent mal tourner. L'objectif est de convertir le liquide en état vapeur instantanément en faisant chuter rapidement la pression du liquide. Cependant, au lieu de faire flasher tout l'échantillon en vapeur, vous pourriez involontairement créer un échantillon fractionné par une combinaison de vaporisation et d'évaporation. Une fois un échantillon fractionné, il n'est plus adapté à l'analyse.

Dans un tel scénario, les molécules de gaz plus légères s'évaporent en premier et se déplacent en aval vers l'analyseur, tandis que les molécules plus lourdes restent en phase liquide. En conséquence, l'échantillon atteignant l'analyseur ne représente plus fidèlement le produit prélevé sur la ligne de process. En comprenant ce qui se produit lors de la vaporisation et en apprenant à gérer la vaporisation dans un système analytique, vous pouvez empêcher cette occurrence à l'avenir.

« La condensation peut être difficile – mais la corriger est simple »

La condensation est peut-être le problème le plus courant rencontré avec les échantillons gazeux. Les stagiaires sont surpris d'apprendre à quelle vitesse les gaz se refroidissent (et à quelle lenteur les liquides le font). Cependant, ils sont également ravis d'apprendre qu'il est facile de prédire quand la condensation se produira et quelle température est requise pour l'empêcher.

Considérez un système qui réduit la pression d'un échantillon gazeux dans une station de terrain, qui devrait être située aussi près que possible du point de prélèvement. Rappelez-vous, presque tous les gaz perdent de la chaleur lors d'une chute de pression (un phénomène connu sous le nom d'effet Joule-Thomson). Si votre chute de pression est minime, vous pouvez probablement utiliser un simple détendeur de pression sans craindre de produire de la condensation. Cependant, une chute de pression significative du gaz provoquera de la condensation en raison de la perte de chaleur importante. Cela est encore plus probable lorsque le gaz est proche de sa température de point de rosée.

La conception des systèmes d'échantillonnage d'analyseurs de process est un voyage de découverte à vie. Il y a toujours quelque chose de nouveau à comprendre. Après 50 ans d'expérience avec les systèmes d'échantillonnage, j'apprends encore moi-même – et j'ai même encore un moment « eurêka » personnel de temps en temps. La formation est la clé pour améliorer vos compétences et découvrir ce qu'il vous reste à apprendre. Même lorsque vous êtes sur le terrain, vous ferez probablement l'expérience de vos propres révélations qui pourront conduire à des lectures de systèmes d'analyseurs de process plus précises et fiables pour tous.

À propos de l'auteur

Tony Waters est un expert et consultant de l'industrie pour Swagelok. Avec plus de 50 ans d'expérience avec les analyseurs de process et leurs systèmes d'échantillonnage, il a travaillé dans des rôles d'ingénierie et de marketing pour un fabricant d'analyseurs, un utilisateur final et un intégrateur de systèmes. Il a fondé trois entreprises pour fournir des services d'analyseurs spécialisés aux industries de process et est un expert dans l'application des analyseurs de process dans les raffineries et usines chimiques.