Cómo Ubicar las boquillas de picaje en un Sistema de Toma de Muestras Líquidas y de Gas Natural

Cómo Ubicar las Boquillas de picaje en un Sistema de Toma de Muestras Líquidas y de Gas Natural

En un sistema de toma de muestras líquidas o gaseosas, se utiliza una boquilla en los picajes para suministrar la muestra al analizador. La adecuada ubicación, posición y orientación de la boquilla de picaje es crucial para asegurar mediciones analíticas precisas y puntuales, así es que, tiene que salir bien. Una instalación deficiente de la boquilla puede provocar retardos en los análisis, contaminación de muestras y resultados imprecisos.

Idealmente, un ingeniero de sistemas de toma de muestra determinará el trazado de la tubería e incluso del recipiente de proceso para asegurarse que la boquilla de picaje está bien situada. Sin embargo, frecuentemente los ingenieros deben adaptarse a configuraciones ya instaladas – aunque la boquilla de picaje no esté ubicada u orientada correctamente. A continuación vamos a revisar consideraciones importantes para ingenieros responsables de la ubicación y construcción de boquillas para sistemas de toma de muestras. líquidas y gaseosas. También recomendamos implicar a ingenieros cualificados de analizadores e ingenieros y químicos de proceso, y a proveedores de componentes en las distintas fases del diseño, para asegurar que se tienen en cuenta todas las variables. 

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Elegir la Ubicación de la Boquilla de picaje

Las boquillas son normalmente cortas, y con un diámetro inferior a la línea central de proceso de la cual se derivan. Normalmente contienen una sonda, que en su forma más sencilla es un probóscide de metal, vidrio o cerámica que sobresale hacia el fluido de proceso y extrae un caudal continuo de líquido o gas para analizarlo.

Cuando decida dónde instalar la boquilla de picaje en una tubería o recipiente, seleccione una ubicación donde el fluido de proceso esté totalmente mezclado para que la muestra refleje con precisión las condiciones de proceso. Si es posible, instale un mezclador estático integrado en la línea de proceso. Si no es una opción, ubique el picaje aguas abajo de un punto de turbulencia inducida como la descarga de una bomba, orificio de caudal o codo en la conducción. La turbulencia ayudará a mezclar el fluido de proceso antes de extraer la muestra.

Aunque ubicar los picajes inmediatamente después de una fuente de turbulencia no es aconsejable. La turbulencia provocará fluctuaciones de la presión y corrientes inducidas — que pueden afectar a las mediciones analíticas.

Toma de Muestras Gaseosas

Le sugerimos ubicar los picajes a una distancia no inferior al doble del diámetro de la tubería aguas abajo de la última perturbación del caudal. La  Agencia de Protección Medioambiental de los EE.UU. (EPA según sus siglas en inglés) recomienda esta práctica. Ésta permite dos ubicaciones para la toma de muestras de gases en la antorcha: 

1. una distancia de al menos ocho diámetros de la antorcha o conducto aguas abajo y dos diámetros aguas arriba de cualquier perturbación del caudal; o 
2. al menos dos diámetros de la antorcha o conducto aguas abajo y medio diámetro aguas arriba de cualquier perturbación del caudal.

La EPA considera que la ubicación ideal es la primera. Si no se puede seguir la primera regla, las directrices de la EPA requieren otros puntos de toma de muestra para evitar la posibilidad de estratificación.

Toma de Muestras Líquidas

Para tomar muestras de la tubería, ubique los picajes al menos a dos diámetros  de distancia aguas abajo de la última perturbación del caudal--en cualquier lugar que no interfiera con un elemento de medición del caudal. No obstante, si el fluido de proceso es un líquido cercano al punto de ebullición, es sensato ser más conservador. Para evitar la formación de burbujas en la muestra, ubique el picaje a una distancia de al menos cinco diámetros del último tramo recto y libre aguas arriba y dos diámetros de un tramo recto libre aguas abajo.

Toma de Muestras de Vapor

Cuando la corriente que se debe analizar es un vapor a, o cerca de su punto de rocío, la ubicación del picaje se hace más crítica. En puntos de presión o cerca de perturbaciones del caudal se podría producir condensación; no es aceptable el condensado de líquido en una muestra gaseosa. Para minimizar ese potencial, una normativa Europea (ISO 10,715 1,997 13) sobre la medición de gas natural requiere que el picaje esté al menos a 20 diámetros de tubería aguas abajo de la última perturbación del caudal; la normativa americana relacionada (API MPMS 14.1 2,006 15 requiere al menos cinco diámetros. Si en la tubería hay instalada otra sonda, como un termopar, la sonda de toma de muestras debe estar ubicada al menos a cinco diámetros de termopar alejada de éste. 

Incluso sería necesaria una mayor separación en el caso de la toma de muestras isocinética, en la que la velocidad en la sonda debe ser la misma que en la línea de proceso. Por ejemplo, para vapor saturado, la normativa americana pertinente  (ASTM D1066) r recomienda que la válvula de entrada esté al menos a 35 diámetros de tubería aguas abajo y cuatro diámetros de tubería aguas arriba de una perturbación del caudal. Como esta separación puede ser difícil de conseguir, ASTM sugiere que las ubicaciones no conformes tengan una relación de 9 a 1 entre las distancias aguas arriba y aguas abajo.

Construir una Boquilla

En la etapa de diseño se observará que el diseño de la boquilla de picaje, incluyendo la orientación, depende en gran medida de las necesidades de la sonda. La ubicación y orientación de la boquilla, y por tanto de la sonda, pueden influenciar en cómo las partículas de la corriente de proceso afectan al análisis. La correcta posición de la boquilla y la sonda pueden minimizar el potencial de que las partículas entren en la sonda, donde podrían contaminar la muestra o acumularse y posiblemente bloquear la sonda.

La forma más sencilla de construir una boquilla de picaje es soldar un cuerpo con rosca hembra a la tubería de proceso y taladrarla. Primero, suelde una placa de refuerzo a la tubería, a no ser que ésta sea adecuadamente gruesa. Después seleccione un cuerpo de rosca hembra que se adapte a la sonda roscada o válvula que se va a utilizar. Otra forma es soldar un manguito macho roscado a la línea.

Por supuesto, ninguno de estos sencillos métodos satisfará una especificación de tubería de proceso que prohíba soldar conexiones en el cerramiento de proceso. Teniendo en cuenta estas restricciones, también puede soldar una válvula al manguito o utilizar una sonda con brida roscada en su lugar. 

 

Picajes en una Corriente de Gas

Siempre que sea posible, elija un tramo de tubería horizontal para la toma de muestras gaseosas. La orientación horizontal permite que la boquilla sea vertical. También es más fácil encontrar un tramo recto largo. Ubique la boquilla de picaje en la parte superior de la línea para que las impurezas o líquidos caigan hacia la línea de proceso. Si el gas de proceso es limpio y seco, también puede ubicar la boquilla en un lateral de la tubería horizontal. Pero evite instalarla así si las muestras pueden estar sucias, porque el caudal de gas en la sonda no puede ser turbulento; y las partículas sólidas podrían salir y bloquear la sonda.

Este mismo problema de bloqueo también aplica a una boquilla horizontal instalada en una tubería de gas vertical. Las boquillas de picaje inclinadas permiten que los líquidos o sólidos arrastrados retrocedan hacia proceso. Esta forma funciona bien para eliminar líquidos pero no para los sólidos que pueden adherirse a la sonda.

Para chimeneas verticales, la boquilla debe ser horizontal o ligeramente inclinada y mucho mayor — de una dimensión que permita adaptar sondas especiales. Aquí, la ubicación de la sonda depende de la temperatura del gas: no demasiado caliente (para que los costes de material sean razonables) pero por encima del punto de rocío de los ácidos (para que el ácido sulfúrico no se condense en la sonda). Para monitorizar el gas de la antorcha, la temperatura óptima del gas en la boquilla de picaje es algo más de 600ºC (1.112°F) para asegurar que la combustión sea completa.

Cuando se toman muestras de un caudal de vapor de proceso que contenga gotas de condensado como los sistemas de vapor saturado, la ubicación preferida del picaje es un tramo largo y descendente de la tubería de proceso. Pero compruebe siempre la presión de la línea. Las líneas descendentes suelen conectar con el lado de aspiración de una bomba de proceso y pueden estar fluyendo a baja presión. Las fuentes de baja presión son buenas para toma de muestras de gas que serán venteadas a la antorcha, pero no si se quiere un retorno a proceso mediante un lazo rápido. Con un lazo rápido, seguramente quiera tomar la muestra desde la descarga de la bomba de proceso y devolver el gas al lado de aspiración.

Picajes en una Corriente de Líquidos

Una tubería vertical fluyendo hacia arriba es generalmente la mejor ubicación para una boquilla de toma de muestras líquidas, porque es seguro que la tubería está llena. Para esta configuración, opte por una boquilla de picaje horizontal, ya que permite que la sonda sea más corta y menos propensa a vibrar. Las boquillas horizontales son adecuadas para muestras líquidas porque el caudal en la sonda será turbulento, impidiendo la sedimentación de sólidos en la sonda.

La columna de líquido de la tubería por encima del picaje ofrecerá una presión adicional que puede asegurar que el líquido de proceso en la válvula estará por encima de su punto de ebullición. La presión adicional también ayuda a transportar la muestra. Evite tomar muestras líquidas de una tubería de proceso vertical fluyendo hacia abajo — no hay garantía de que la línea esté llena.

Tomar muestras líquidas de una línea horizontal tiene riesgos porque la tubería de proceso puede no estar llena, resultando en una muestra en dos fases. Si la tubería de proceso tiene sentido ascendente tras un tramo horizontal, puede estar seguro de que estará llena; si tras el tamo recto, tiene sentido descendente, la sección horizontal puede alojar una capa estática de gas atrapada encima del caudal líquido.

La opinión generalizada es que los picajes en líquidos siempre deben estar en un lateral de una línea de proceso horizontal; éste es un buen consejo cuando se toman muestras sin sonda. Tomar muestras con sonda desde un lateral de la línea reduce el riesgo de extraer vapor atrapado en la parte superior de la tubería, o residuos del fondo.

En la práctica es generalmente mejor utilizar una sonda para alcanzar el centro de la línea. Cuando se utilizan sondas, la orientación es menos importante. Normalmente una boquilla vertical en la parte superior de una línea es preferible porque permite que los sólidos pesados caigan hacia la tubería de proceso. La boquilla de picaje no debería estar en el fondo de una tubería horizontal, ya que los sólidos caerían hacia ésta aumentando la dificultad de acondicionar la muestra. Si debe utilizar una boquilla inferior instalada, instale una sonda que alcance hasta el centro del primer tercio del diámetro de la tubería.

Antes de Decidir la Ubicación del Picaje

Antes de instalar el picaje en su ubicación final, recuerde que su opción de sonda determinará la orientación y diámetro de la boquilla de picaje y sus conexiones finales. Cuando haya seleccionado la sonda, vuelva a visitar la ubicación elegida para comprobar el espacio físico disponible para la instalación y trabajos de mantenimiento. Compruebe que hay suficiente espacio para fabricar la boquilla, realizar el mantenimiento a la válvula de aislamiento de proceso y retirar la sonda. Tenga también en cuenta la accesibilidad y la iluminación. Un picaje simple con sonda puede requerir solo una pequeña plataforma y escalera, pero una estación de preacondicionamiento necesita una buena plataforma e iluminación.

Para una mayor formación y asistencia personalizada sobre la ubicación de la boquilla de picaje y diseño de sistemas de toma de muestras, contacte con su centro local de ventas y servicio Swagelok. 

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