8 häufige Probleme bei der Genauigkeit von Prozessanalysegeräten

Probenahmesysteme: 8 häufige Herausforderungen beim Einsatz von Prozessanalysegeräten

Tony Waters, Probeentnahmesystem-Experte, Ausbilder

Probenahmesysteme gehören zu den komplexesten Systemen in einer Anlage. Sie umfassen zahlreiche Komponenten und Prozesse, die ineinandergreifen müssen, um eine analytische Messung des Prozessflusses vornehmen zu können. Es ist äußerst wichtig, dass diese Messung akkurat und zum richtigen Zeitpunkt vorgenommen wird. Denn das Ergebnis entscheidet, ob die Kontrollziele der Anlage erreicht werden. Die Ingenieure und Techniker in Anlagen kennen die Herausforderungen im Umgang mit Probenahmesystemen. Jedes Element des Systems kann sich auf die Genauigkeit des Prozessanalysegeräts auswirken. Um Sie und Ihr Team dabei zu unterstützen, die Zuverlässigkeit des Analysegeräts zu verbessern, haben die Außendiensttechniker von Swagelok 8 häufige Probleme identifiziert, die sich auf die Genauigkeit eines Systems auswirken können.

Auswirkungen auf die Genauigkeit des Analysegeräts

Designfehler bei Probenahmesystemen können sich negativ auf eine Probe auswirken:

• Repräsentativität: Designfehler können dazu führen, dass die Probe den Prozess nicht richtig wiedergibt und sogar die chemische Zusammensetzung der Prozessflüssigkeiten auf eine unvorhersehbare oder unabsichtliche Art und Weise verändert. Das System erfordert eine repräsentative Probe, um sicherzustellen, dass die Messung auch den Messzielen entspricht.
• Aktualität: Eine lange Zeitverzögerung zwischen der Entnahme der Probe und der Messung mit dem Analysegerät kann zu einem Produktionsfehler oder einer kostspieligen Wiederaufbereitung des Produktionsfehlers führen.. Die branchenübliche Reaktionszeit beträgt ungefähr eine Minute.
• Kompatibilität: Wenn die Temperatur, der Druck, die Fließgeschwindigkeit und/oder der Zustand nicht den Anforderungen des Gerätes entsprechen, kann die Probe das Analysegerät beschädigen oder seine Genauigkeit beeinträchtigen. Darüber hinaus tragen genaue Analyseergebnisse zur Aufrechterhaltung einer sicheren Anlagenumgebung bei, indem sie auf potenziell gefährliche Betriebsbedingungen hinweisen.

Herausforderungen erkennen & beseitigen

Herausforderung 1: Falsche Anschlussstelle

Die Auswahl einer Anschlussstelle ist eine wichtige Entscheidung. Ein Ziel ist es, Zeitverzögerungen zu vermeiden. Befindet sich der Anschluss in der Nähe eines Bereichs mit geringem Durchfluss der Prozessleitung, dauert es länger, bis sich Änderungen in den Prozesschemikalien in einem analytischen Ergebnis zeigen. Das Vermischen von Volumen, wie am Boden eines Schachts, eines Behälters oder einer Trommel, verursachen ebenfalls große Verzögerungen. Außerdem sollten Systemdesigner eine Stelle wählen, an der die Probe gut gemischt wird, wie z.B. stromabwärts von einer Turbulenz eines Pumpenausgangs, einer Fließöffnung oder eines Rohrwinkels.

Herausforderung 2: Sondenausrichtung

Bei der Verwendung einer Sonde zum Entnehmen einer Probe sollte diese idealerweise lang genug sein, um das mittlere Drittel der Prozessleitung zu erreichen, damit Sie eine repräsentative Probe entnehmen können. Sie erhalten auch ein aktuelleres Ergebnis in der Mitte des Prozessrohrs, weil die Fließgeschwindigkeit dort schneller ist. Sie sollten jedoch immer die maximal zulässige Länge berechnen, um sicherzustellen, dass Ihre Sonde keinen Resonanzvibrationen ausgesetzt ist. Manchmal reicht es aus, die Sonde nur zu 15% in den Rohrdurchmesser einzuführen. Die Sonde sollte nicht breiter als nötig sein, da große Volumina zu einer Zeitverzögerung führen. Wenn Sie nur eine Düse statt einer Sonde verwenden, hat das System wahrscheinlich ein viel größeres Volumen, was zu erheblichen Verzögerungen führt.

Herausforderung 3: Falsches Design der Feldstation

Bei einer Gasprobe sollten Systemdesigner den Druck so bald wie möglich reduzieren (bis 10-15 psig, oder sogar 5 psig, wenn Ihr Systemdesign das zulässt). Hochdruckgase bewegen sich langsamer, da die Moleküle stärker komprimiert sind, was zu einer Zeitverzögerung führt. Zudem reduziert Niedrigdruck das Risiko der Kondensation. Kondensation sollte vermieden werden, da sie mit zahlreichen Gasprozess-Analysegeräten nicht kompatibel ist und die Repräsentativität der Probe gefährdet. Ein weiterer Grund zur Beibehaltung niedrigen Drucks ist die Sicherheit für Bediener und Techniker.

Ein Druckregler in einer Feldstation reduziert den Druck in einer Probe, wodurch sie schneller zum Analysegerät fließt.

Herausforderung 4: Überspringen einer Schleife (Fast Loop)

Beim Verdampfen einer flüssigen Probe kann es vorkommen, dass Ihr Probeentnahmesystem einen Fast Loop oder einen dem Verdampfungsdruckregler vorgelagerten Bypass benötigt. Ansonsten kann die flüssige Probe zu langsam fließen, was zu einer Zeitverzögerung führt, da ein kleines Flüssigkeitsvolumen ein großes Gasvolumen ergibt. Ohne eine Fast Loop-Modul kann sich vor dem Regler ein langsam fließendes Flüssigkeitsvolumen von mehr als 100 ml befinden, was zu einer Verzögerung von vielen Stunden führen kann.

Herausforderung 5: Toträume

Toträume können eine Probe verändern, indem alte Probemoleküle gespeichert und langsam in die neue Probe abgegeben werden. Ein T-Stück oder ein Kreuzstück in der Probeleitung ist ein Totraum, sofern nicht alle Anschlüsse fließen. Weitere Beispiele sind Manometer und Schalter, Überströmventile oder Laborprobenpunkte. Toträume gefährden ein analytisches Ergebnis eher, wenn Sie von einem Hoch- auf einen Niedrigkonzentrationsstrom umschalten. Toträume sind auch eher ein Problem bei einer niedrigen Durchflussrate. Toträume in einer direkten Leitung zum Analysegerät sollten verschoben oder entfernt werden.

Herausforderung 6: Kreuzkontaminierung

Ein einzelnes Dreiwegeventil ist keine ausreichende Barriere zwischen der Kalibrierflüssigkeit und der Probe. Bei dieser Anordnung kann die Kalibrierflüssigkeit über den Ventilsitz hinaus lecken und die Probe verunreinigen – oder, was noch wahrscheinlicher ist, die Prozessstromprobe kann in die Kalibrierflüssigkeit gelangen. In beiden Fällen ist die Analyse nicht mehr zuverlässig. Eine bessere Konfiguration ist ein Doppelblock-und-Ablass-Setup (double-block-and-bleed), mit dem sichergestellt wird, dass alle Leckagen von einem blockierten Anschluss in eine Ablass- oder Auslassleitung und nicht in die Probe abgeleitet werden.

Herausforderung 7: Falsche Temperatur und unzulässiger Druck

Achten Sie auf Phasenänderungen in Ihren Proben, wenn Sie eine partielle Phasenänderung vermeiden möchten. Proben mit gemischten Phasen sind nicht repräsentativ und möglicherweise nicht mit Ihrem Analysegerät kompatibel. Es ist nicht schwer zu bestimmen, ob sich Ihre Probe in Phasen ändert. Ein Softwareprogramm kann ein Phasendiagramm für die chemische Zusammensetzung Ihres Systems erstellen. In der Regel sollten Sie Gasproben über dem Taupunkt halten (damit sie nicht kondensieren) und flüssige Proben unter dem Blasenbildungspunkt (so dass leichtere Komponenten nicht abgekocht werden). Wenn Sie Ihre Leitung aufheizen, müssen Sie die gesamte Leitung erhitzen, weil bereits ein paar Zentimeter nicht erhitzter Leitung ausreichen, um die Temperatur zu reduzieren und Kondensation zu erzeugen. Das Ziel ist es, Gase etwa 20°C über dem Taupunkt zu halten.

Herausforderung 8: Unsachgemäße Probenaufbereitung

In einem Probenahmesystem sollten Flüssigkeiten aus einer Gasprobe entfernt werden, da diese Ihr Prozessanalysegerät beschädigen und Ihr Analyseergebnis beeinträchtigen können. Sie können große Tröpfchen in einer Gasprobe mit Schwerkraft (wie einem Dampfabscheider oder einem Rücklaufrohr) oder Trägheit (wie mit einer kinetischen Trennvorrichtung oder Fliehkraftabscheider) entfernen. Sehr feine Tröpfchen, die als Aerosol vorliegen, erfordern einen Koaleszenzfilter. Es ist jedoch wichtig zu wissen, dass ein Koaleszenzfilter keine großen Tröpfchen herausfiltert. Wenn außerdem die Durchflussrate zu hoch ist, werden kleinere Tröpfchen durch die Elemente des Koaleszenzfilters gedrückt und tropfen nicht wie gewünscht heraus. Wenn Ihre Probe den Koaleszenzfilter verlässt, ist sie gesättigt, d.h. in der Nähe des Taupunkts und kurz vor der erneuten Kondensation. Sie sollten die Temperatur erhöhen oder den Druck reduzieren, um den Taupunkt zu vermeiden. Mit einem Nadelventil können Sie einen Druckabfall erzeugen.

Weitere Informationen zum Erkennen und Beseitigen von Gefahren für die Genauigkeit eines Prozessanalysegeräts in einem Probeentnahmesystem finden Sie unter Praktische Probeentnahmesystem-Schulungen von Swagelok oder kontaktieren Sie Ihr Swagelok Vertriebs- und Servicezentrum vor Ort für eine Kopie des Buches Industrial Sampling Systems, auf dem die Schulungen von Swagelok basieren.

Fordern Sie weitere Informationen zu unseren Probeentnahmesystem-Schulungen an