Rationaliser l'échantillonnage avec modules de sonde, étalonnage et commutation pré-conçus

Modules de sonde d'échantillonnage et plus : Simplifier l'échantillonnage avec des sous-systèmes standard

Karim Mahraz, Responsable Produit Swagelok, Instrumentation Analytique

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

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

Voici les types courants de sous-systèmes qui peuvent améliorer la performance de vos systèmes d'échantillonnage, et comment chacun peut travailler 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 sélectionner les flux de process, ou de sélectionner un flux d'étalonnage pour l'analyse. Au minimum, chaque système doit avoir deux entrées — deux entrées de flux de process, ou une entrée de flux de process et une entrée de flux d'étalonnage. Le système sélectionne un fluide pour l'analyse en réponse à un signal de pression pneumatique d'une source externe, généralement l'analyseur. Le signal ouvre l'un des modules de vanne à double blocage et purge (DBB) du sélecteur de flux (SSV) correspondant au flux contenant le fluide à analyser. L'utilisation d'un CSM, comme celui offert par Swagelok, offre plusieurs avantages supplémentaires, notamment :

• Une variété de configurations de conditionnement d'échantillon disponibles pour répondre aux exigences de l'application.
• Une option d'étalonnage manuel qui permet à l'opérateur d'étalonner l'analyseur à tout moment.
• Identification des flux codée par couleur — les entrées de flux de process seront toujours bleues, les flux d'étalonnage orange, le bypass vert et la sortie blanche.
• Une conception de boucle de débit intégrée pour assurer des temps de livraison constants à l'analyseur à travers tous les flux et éliminer tout pied mort ou chance de contamination croisée entre flux.
• Un espace 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'assemblage en desserrant quatre vis accessibles depuis le haut du panneau. Il n'y a aucun risque de démonter accidentellement l'unité entière ou de perturber d'autres connexions fluides.
• Une option de bypass qui permet un débit élevé — et un délai d'échantillonnage réduit par la suite — vers le CSM.

Selon l'application, un module de boucle rapide (expliqué plus en détail ci-dessous) peut alimenter le CSM avec un flux provenant d'un filtre de boucle rapide de bypass pour un temps de réponse amélioré vers l'analyseur. Le CSM peut incorporer des bypass supplémentaires qui peuvent être retournés à la ligne de process — à travers la boucle rapide ou séparément — ou envoyés vers un système de disposal. 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'échantillonnage (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 d'analyseur plus rapide en réduisant le volume du système d'échantillonnage. Le volume de la buse peut être significatif, 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 process, ce qui élimine l'extraction de boues le long des parois du tuyau. De plus, l'utilisation de coupes à 45° depuis la sonde réduit considérablement la quantité de particules extraites dans le système d'échantillonnage. Les deux caractéristiques aident à garantir que la sonde extrait un échantillon représentatif du process.

Pour ces raisons, il est recommandé d'utiliser une sonde dans les tuyaux de plus de 2 pouces (50 mm). Cela est particulièrement critique pour les tuyaux de plus de 4 pouces (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 filtration et sa vitesse d'écoulement interne. Des sondes soudées plus épaisses et plus grandes résisteront à plus d'impact des flux de process élevés mais offriront des vitesses de flux plus lentes à travers le diamètre interne plus grand. Cependant, cette vitesse de flux plus lente permet à plus de particules de tomber hors de la sonde au lieu de continuer dans le système d'échantillonnage. Les sondes rétractables plus petites ne sont pas aussi solides que les sondes soudées, mais leur volume interne plus petit fournit des vitesses de flux plus rapides vers l'analyseur. En savoir plus sur les modules de sonde d'échantillonnage 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'échantillonnage pour réduire les délais pour les systèmes d'analyseurs en ligne. Situés au niveau de l'abri d'analyseur et offrant un bypass, 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 du bypass pour maintenir l'élément de filtre propre.

Une boucle rapide a besoin de deux prises de process : une pour l'alimentation en échantillon et une pour le retour d'échantillon. Pour éviter le coût d'une pompe d'échantillonnage et améliorer la fiabilité du système d'échantillonnage, sélectionnez un point de retour qui a une pression plus basse que la prise d'alimentation. Choisissez des emplacements de prises de process qui sont aussi proches que possible de l'analyseur. Si l'échantillon contient un gaz condensable, chauffez les lignes de boucle rapide et le FLM au-dessus de la température du point de rosée de l'échantillon à la pression de process. Un échantillon liquide n'aura besoin d'être chauffé que s'il est nécessaire d'éviter le gel.

Modules de station terrain (FSM)

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

• Temps de réponse de l'analyseur plus rapide : Dans une ligne à haute pression avec contrôle de débit en aval, les molécules de gaz sont plus densément peuplées ce qui crée une vitesse de flux plus lente et des temps de purge plus longs. Réduire 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 purger le système, et l'analyseur peut répondre plus rapidement aux changements de process. La quantité de gaz maintenue dans la ligne 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 égales par ailleurs — il faut la moitié du temps pour qu'un échantillon frais atteigne l'analyseur. Typiquement, un FSM est utilisé quand la pression de process est de 3 bar (jauge) (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 condenser dans une ligne de transport d'échantillon. Pour éviter la condensation dans l'échantillonnage de gaz, le FSM réduit la pression partielle de chaque gaz dans le mélange d'échantillon. Une façon de réduire la pression partielle de chaque gaz est de réduire la pression globale du système ; la pression partielle de chaque gaz diminue en proportion du changement de pression global. Par exemple, si la pression absolue d'un échantillon est divisée par deux, la pression partielle de chaque gaz dans le mélange est également divisée par deux, ce qui résulte en une saturation en eau divisée par deux dans l'échantillon. L'utilisation d'un FSM réduit significativement la chance de formation de condensation dans la ligne de transport d'échantillon.
• Environnement plus sûr : Si un système est compromis, le gaz sous pression se dilatera jusqu'à la pression atmosphérique rapidement et peut causer des dommages au système ou des blessures personnelles. Le rapport d'expansion volumétrique est directement proportionnel à la diminution de la pression absolue. Dans les systèmes à haute pression sans modules de station terrain, l'expansion peut être si grande que le résultat est explosif par nature. L'installation d'un FSM au point d'échantillonnage de process signifie qu'une plus petite section du système d'échantillonnage est exposée à la haute pression, résultant en un environnement global plus sûr.

En-têtes de distribution de fluides (FDH)

Les en-têtes de distribution de fluides sont des assemblages de composants courants utilisés dans une variété d'applications gaz et liquides. Un FDH fournit un chemin d'écoulement tout en permettant plusieurs sorties, agissant un peu comme un gros raccord de branchement. Un en-tête de distribution de fluides est caractérisé par une entrée à une extrémité et un drain à l'autre extrémité avec plusieurs sorties sur les côtés. Les en-têtes de distribution de fluides typiques sont fabriqués à partir d'un morceau de tube ou de barre et comportent des raccords d'extrémité soudés ou filetés.

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

• Eau de refroidissement
• Vapeur
• Air comprimé
• Azote d'usine

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

Typiquement, un FDH a une vanne d'isolement principale et plusieurs sorties — chacune avec sa propre vanne d'isolement. Pour les gaz potentiellement humides, comme l'air comprimé ou la vapeur, il est préférable d'installer le FDH verticalement avec une vanne de drain en bas. Pour le service liquide, il est préférable d'installer le FDH verticalement avec l'alimentation entrant par le bas et la vanne du haut agissant comme un évent pour éliminer l'air piégé ou permettre l'air pour vider le FDH pendant la maintenance.

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