Sichere, repräsentative Gasprobenahme

Best Practices für die Probenahme von Gasen und flüchtigen Flüssigkeiten

Matt Dixon, Senior Principal Design Engineer, Swagelok

Um die Kosten chemischer Verfahren zu optimieren und eine hohe Produktqualität zu gewährleisten, müssen regelmäßig repräsentative Proben der Prozessmedien entnommen und im Labor analysiert werden. Die Entnahme von Proben – auch als Stichprobenahme, Probenahme an der Anlage oder einfach nur Probenahme bezeichnet – hilft bei der Validierung der Prozessbedingungen und stellt sicher, dass die Produkte den internen bzw. Kundenanforderungen entsprechen. Durch die Probenahme können auch die Messergebnisse von Online-Analysegeräten verifiziert werden. Diese werden immer beliebter, da sie in Echtzeit Einblicke in Prozesse liefern.

Bei der Gasprobenahme stellen sich einige Herausforderungen, die es für eine unverfälschte Darstellung der Prozessbedingungen zu überwinden gilt. Im Folgenden gehen wir auf diese Herausforderungen näher ein und erläutern, wie sie sich mit den richtigen Methoden meistern lassen.

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Grundregeln der Probenahme

Bei Gasen und flüchtigen Flüssigkeiten müssen Temperatur und Druck berücksichtigt werden, um etwaige Phasenänderungen mit potenziellen Auswirkungen auf die Zusammensetzung der Proben zu vermeiden. Es gelten die folgenden Grundregeln:

1. Die Probe muss für den Prozess repräsentativ sein. Verwenden Sie Sonden, mit denen sich Proben aus der Mitte der Prozessrohrleitung ziehen lassen. Vermeiden Sie, dass es während des Transports der Probe zu einem Phasenwechsel kommt.
2. Die Probe muss zügig entnommen werden. Halten Sie die Transportzeit von der Entnahmestelle zum Labor möglichst kurz, damit die Probe die Prozessbedingungen korrekt darstellt.
3. Die Probe muss rein sein. Vermeiden Sie Toträume stromaufwärts des Probenbehälters. Planen Sie eine angemessene Spülung des Probenahmesystems ein, um mögliche Verunreinigungen weitestgehend auszuschließen.
4. Die Probenahme muss sicher sein. Bei der Probenahme kommen Bediener zwangsläufig mit den Prozessmedien in Kontakt. Bei direktem Kontakt drohen oft gesundheitsschädliche Auswirkungen. Somit ist es sowohl für die Probengenauigkeit als auch die Sicherheit der Bediener unerlässlich, Best Practices einzuhalten und gut ausgelegte Probenahmesysteme einzusetzen.

Bei der Probenahme von Gasen und flüchtigen Flüssigkeiten müssen andere Überlegungen angestellt werden als bei der Probenahme nichtflüchtiger Flüssigkeiten. In diesem Artikel wird die Probenahme von Gasen und flüchtigen Flüssigkeiten behandelt. Strategien zur Probenahme bei nichtflüchtigen Flüssigkeiten finden Sie im Blog zu Strategien für die kostenkontrollierte Probenahme flüssiger Medien.

Die Auswahl des geeigneten Probenahmezylinders

Da Gase und flüchtige Flüssigkeiten stärker zu Phasenänderungen neigen und für eine präzise Analyse unter Druck gehalten werden müssen, müssen die Proben mithilfe von Probenahmezylindern (anstelle der kostengünstigeren drucklosen Probenflaschen) entnommen werden. Nur so erhält man eine repräsentative Probe. Die Probenahmezylinder schützen zudem Mitarbeiter und Umwelt vor eventuell giftigen Dämpfen oder Emissionen.

Da Gase und flüchtige Flüssigkeiten stärker zu Phasenänderungen neigen, müssen Probenahmezylinder verwendet werden.

Die meisten Probenahmezylinder sind aus nahtlosen Rohren hergestellt. Dadurch wird eine gleichmäßige Wanddicke, Größe und Kapazität sichergestellt. Je nach Ihren spezifischen Probenanforderungen sind jedoch noch weitere Punkte zu beachten. Erkundigen Sie sich bei Ihrem Zylinderlieferanten nach dem passenden Zylindertyp.

Zu den Auswahlkriterien gehören:

• Einfach zu betätigende Schnellkupplungen ermöglichen eine effiziente und sichere Verbindung und Trennung von Zylinder und Entnahmestelle.
• Glatte Übergänge verhindern Fluidrückstände und erleichtern die Reinigung und die damit einhergehende Wiederverwendung der Zylinder.
• Mit einem Überdruckschutz kann die Sicherheit der Bediener verbessert werden. Berstscheiben und Überströmventile können in einem T-Stück verbaut oder in das Hauptventil des Zylinders integriert werden.
• Die Auswahl geeigneter Werkstoffe und deren Verarbeitung ist ebenfalls wichtig. Je nach Gas oder flüchtiger Flüssigkeit ist eine spezielle Legierung notwendig.
• Integrierte Bypass-Leitungen sind für die Spülung giftiger Rückstände von Vorteil und erhöhen die Sicherheit der Mitarbeiter. Durch die Bypass-Leitung gelangt das Spülmedium in die Schnellkupplungen. Wenn der Zylinder von der Entnahmestelle getrennt ist und es zu einer Freisetzung kommt, tritt demnach nur das Spülmedium und keiner der giftigen Stoffe aus.
• Eine robuste Auslegung und Bauweise muss ebenfalls gewährleistet sein, da Probenahmezylinder oftmals weite Strecken bis zur Analyse im Labor zurücklegen.

Korrekte Befüllung des Probenahmezylinders

Meist ist es am besten, wenn der Zylinder für die Befüllung aufrecht steht. Dafür gibt es folgende Gründe:

Bei der Probenahme einer flüchtigen Flüssigkeit ist es von Vorteil, den Zylinder von unten nach oben zu befüllen. Dadurch können etwaige Gase bei der Befüllung oben entweichen. Hierfür werden häufig entsprechende Füllrohre verwendet. Durch das Füllrohr wird gleichzeitig gewährleistet, dass im Zylinder genug Raum für Dämpfe ist. Denn wenn der Zylinder vollständig gefüllt ist, kann dieser bei unvorhergesehenen Temperaturschwankungen bersten. Bei Gasen wird hingegen von oben nach unten befüllt. So kann eventuell vorhandenes Kondensat aus den Leitungen nach unten abfließen.

Instandhaltung Ihrer Probenahmezylinder

Wie jede andere industrielle Ausrüstungskomponente sind auch Probenahmezylinder im Laufe der Zeit natürlichem Verschleiß ausgesetzt. Beschädigte oder nicht funktionierende Zylinder können ein Sicherheitsrisiko für Mitarbeiter darstellen und sich negativ auf die Genauigkeit und Integrität Ihrer Probenahmen auswirken. Überall dort, wo regelmäßig Probenahmen durchgeführt werden, ist die regelmäßige vorausschauende Wartung von Probenahmezylindern deshalb ein Muss. Probenahmezylinder sollten mindestens einmal im Jahr überprüft und einem Drucktest unterzogen werden. Eine Neuzertifizierung sollte alle fünf Jahre erfolgen.

Allerdings können auch zwischen diesen Prüfungen Schäden auftreten. Zu den wichtigsten Problemen zählen unter anderem:

• Leckagen an wichtigen Komponenten, inkl. Ventilen und Schnellkupplungen
• Korrosion aufgrund von Unverträglichkeit mit der Probe
• Zustand der Innenoberfläche, Absorption
• Unsachgemäß installierte Komponenten

Erfahren Sie mehr über die Erstellung eines Instandhaltungsplans für Probenahmezylinder

Wie lassen sich Bedienfehler am besten vermeiden?

Bei der Probenahme muss ein Techniker physisch eine Probe aus dem Prozess entnehmen. Daher sind menschliche Fehler im Prozess nahezu unausweichlich. Glücklicherweise gibt es jedoch verschiedene Strategien zur Vermeidung solcher Fehler.

Dokumentation: Manche Probenahmepanels sind mit einer gravierten Anweisungstafel ausgestattet, auf der nützliche Hinweise zur Bedienung und ggf. zur Bestellung von Ersatzteilen angegeben sind. Anweisungen erleichtern die Probenahme – inkl. für Techniker, die zum ersten Mal mit diesem Panel arbeiten. Durch die Teiledokumentation wissen Sie immer genau, welches Teil Sie bei Ihrem Lieferanten bestellen müssen.

Vereinfachung: Einfach und intuitiv bedienbare Probenahmesysteme können das Risiko menschlicher Fehler zusätzlich verringern. Hierfür eignet sich beispielsweise ein Probenahmepanel, das speziell auf die Gasprobenahme ausgelegt ist. Es stellt die korrekte Zylinderausrichtung sicher und sorgt so dafür, dass die Zylinder stets von oben nach unten befüllt werden. Wie vorher beschrieben wird so verhindert, dass der Techniker den Zylinder möglicherweise falsch einsetzt. Genauso gibt es auch Probenahmepanels speziell für Probenahme von flüchtigen Flüssigkeiten.

Mit verschalteten Ventil-Baugruppen wird gewährleistet, dass alle erforderlichen Ventile bei der Probenahme in genau der richtigen Reihenfolge aktiviert werden.

In anderen Fällen sorgen die vorhandenen verschalteten Ventil-Baugruppen dafür, dass alle für die Probenahme benötigten Ventile in der richtigen Reihenfolge aktiviert werden. Sie stellen eine weitere Absicherung gegen Fehler dar, die beim manuellen Öffnen und Schließen der Ventile auftreten könnten. Zudem lässt sich auch eine Spülfunktion in die Baugruppe integrieren, sodass das Spülmedium nicht durch menschliches Versagen in den Hauptprozess zurück gelangen kann.

Automatisierung: Die automatisierte Probenahme erfordert zwar höhere Investitionen, kann aber menschliche Fehler noch weiter reduzieren. Ein automatisiertes Panel kann gewährleisten, dass die Gehäusetür ordnungsgemäß geschlossen ist, die Ventile korrekt und in der richtigen Reihenfolge geöffnet werden und dass der Druck und die Durchflussmenge des Produkts und Spülmediums auf den korrekten Werten gehalten werden. Hierzu werden die Probenahmepanels in der Regel mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) oder dem Prozessleitsystem gekoppelt. Prüfen Sie beim Verlegen zusätzlicher Kabel immer die Explosionsschutzanforderungen.

Denn schließlich soll der Probenahmeprozess Sicherheit über die hohe Qualität Ihrer Produkte schaffen, sodass diese den Anforderungen Ihrer Kunden gerecht werden. Der Einsatz eines einfach zu bedienenden, gut ausgelegten Probenahmesystems und bewährte Best Practices tragen dazu bei.

Sie möchten mehr darüber erfahren, wie Sie den Probenahmeprozess in Ihrer Anlage optimieren können? Die Experten von Swagelok unterstützen Sie bei der Analyse Ihrer Anforderungen an die Probenahme sowie bei der Auswahl des richtigen Systems.

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