5 Révélations Courantes Concernant les Analyseurs de Process sur plus de 50 Années de Formation

5 Révélations Courantes Concernant les Analyseurs de Process sur plus de 50 Années de Formation

Tony Waters, spécialiste des systèmes d'échantillonnage, formateur

Le système d’échantillonnage d’un analyseur de process est l’un des systèmes les plus compliqués dans une installation. Il est difficile non seulement à concevoir, mais aussi à faire fonctionner avec précision. La moindre modification effectuée à endroit peut vous obliger à apporter des chargements majeurs ailleurs. Il n’est pas surprenant de voir les participants au stage de formation sur les systèmes d'échantillonnage des analyseurs de process (PASS) proposé par Swagelok poser autant de questions judicieuses et faire preuve d’une telle attention. Au cours des 50 années que j’ai passées à former des gens sur les analyseurs de process, j’ai pu voir à quel point certaines observations étaient de véritables révélations pour les stagiaires. Les cinq plus importantes sont les suivantes :

« Le temps de réponse est souvent plus long que prévu. »

La plupart des stagiaires n’accordent pas suffisamment d’importance au temps de réponse d’un système d’instrumentation analytique et sont souvent étonnés par le temps que prend la transmission de certaines mesures en provenance de l’analyseur. La norme en la matière est de l'ordre d'une minute entre le moment où l’échantillon est prélevé et l’obtention des résultats. Avec un tel laps de temps, les mesures des caractéristiques du process vous parviennent presque en temps réel, ce qui permet d’effectuer immédiatement les réglages nécessaires et de limiter les pertes de produit.

Cependant, dans certains cas, le temps nécessaire pour obtenir un résultat peut être très long, même avec un analyseur installé à quelques dizaines de centimètres du lieu de prélèvement. Ces temps de réponse deviennent un problème lorsqu'ils dépassent ce qu’avait prévu le concepteur du système d’échantillonnage. Une estimation imprécise ou une hypothèse erronée concernant le de temps de réponse peuvent avoir pour conséquence un contrôle du process déficient.

Le seul moyen pour réduire le temps de réponse est de modifier la conception de votre système. Durant nos stages de formation sur les analyseurs de process, nous faisons un exercice pratique dans lequel nous calculons le temps de réponse d’un système d'échantillonnage classique. Dans l’exercice, nous commençons avec un système dont le temps de réponse est supérieur à cinq heures ! Puis, nous apportons quelques modifications rapides à la conception du système, qui nous permettent de ramener ce temps de réponse à la valeur normale d’une minute. Les stagiaires sont surpris par ce processus et le mettent en application dans leurs installations une fois le stage terminé.

« Il se peut que mon échantillon ne soit pas représentatif des conditions du process. »

Il est indispensable de régler le problème du temps de réponse car celui-ci a une incidence sur la « représentativité » de l’échantillon. Autrement dit, le fait que l’échantillon soit représentatif ou non du fluide du process au moment où vous obtenez les résultats des mesures dépend du temps de réponse du système. Prenons comme exemple un analyseur de process dont le temps de réponse est de cinq heure voire plus. Si une mesure n’est pas conforme, l’opérateur corrigera ce problème de qualité en pensant que celui-ci a été résolu. Cependant, l’opérateur ne saura sans doute pas que cinq heures se sont écoulées avant d’obtenir ce résultat. Pendant ce temps, une quantité importante de produit de qualité inférieure aura circulé dans le système et pourra même avoir été déjà expédiée à un client.

Même avec un échantillon et un temps de réponse corrects, l’échantillon peut ne pas être représentatif à cause de la conception même du système d'échantillonnage. Par exemple, des bras ou des volumes morts dans un système d’analyse peuvent piéger de vieux échantillons puis les libérer dans un nouvel échantillon, créant ainsi un mélange qui ne sera pas véritablement représentatif des conditions du process à cet instant.

Votre échantillon peut également être contaminé par des fuites – pas des fuites du système d'échantillonnage lui-même, mais une pénétration de l’air ambiant à l’intérieur du système. Par exemple, de l’oxygène peut pénétrer à l’intérieur d’un système contenant 100 % d’azote à 100 psia parce que la pression partielle de l’oxygène à l’extérieur du système est supérieure à sa pression partielle à l’intérieur. Ce problème peut être résolu en augmentant la pression partielle à l’intérieur du système d'échantillonnage afin d'éviter toute contamination par l’air ambiant.

« Je dois faire plus attention à mes coalesceurs. »

La plupart des participants à la formation sur le conditionnement des échantillons pensent qu’un coalesceur est un dispositif qui sert à extraire les liquides d’un échantillon gazeux. Ceci est en partie vrai, mais ça ne l’est que pour les liquides en suspension sous la forme d’un aérosol. Les aérosols sont présents dans de nombreux échantillons gazeux, car les dispositifs d’accélération comme les séparateurs centrifuges ou densimétriques sont incapables de séparer les gouttelettes de liquide. Un coalesceur installé dans un système d'échantillonnage permet d’agréger de fines gouttelettes en des goutes plus grosses qu’il sera plus facile de séparer par gravité.

Les stagiaires sont surpris de découvrir les deux situations qui rendent généralement un coalesceur inefficace. Premièrement, un liquide libre (c.-à-d. un liquide qui n’est pas un aérosol) traversera un coalesceur en restant quasiment intact à cause de la grosseur des gouttes. Deuxièmement, lorsque le débit à travers un coalesceur est trop élevé, les fines goutes d’un aérosol sont emmenées au-delà de l’élément filtrant et ne sont pas séparées de l’échantillon. Ces deux situations augmentent le risque de voir des gouttelettes atteindre l’analyseur et nuire à la fiabilité des mesures, ce qui rend la présence du coalesceur inutile.

« Vaporiser un liquide peut s’avérer problématique. »

De nombreux stagiaires pensent que vaporiser un échantillon liquide est une opération aisée, alors que de nombreux facteurs peuvent compliquer ce processus. Le but est de transformer un liquide en vapeur en abaissant soudainement la pression du liquide. Toutefois, au lieu de transformer instantanément l'ensemble de l'échantillon liquide en vapeur, vous pouvez aboutir involontairement à un échantillon fractionné en provoquant une combinaison de vaporisation et d'évaporation. Une fois fractionné, l'échantillon ne peut plus être utilisé pour une analyse.

Dans une telle situation, les molécules de gaz plus légères s'évaporent en premier et se déplacent vers l'analyseur, tandis que les molécules plus lourdes restent en arrière, dans la phase liquide. L’échantillon qui arrive à l’analyseur n’est alors plus représentatif du produit prélevé dans la ligne de process. Comprendre ce qui se passe pendant la vaporisation et approfondir ses connaissances sur la manière de gérer la vaporisation dans un système d’analyse vous permettra d’éviter que cela ne se produise.

« La condensation peut être un problème – mais ce problème est facile à régler. »

La condensation est peut-être le problème le plus souvent rencontré avec des échantillons gazeux. Les stagiaires sont surpris de découvrir à quel point les gaz se refroidissent vite (et les liquides lentement). Ils sont toutefois contents d’apprendre qu’il est facile de prévoir ce phénomène et de déterminer la température nécessaire pour l’empêcher.

Imaginons un système qui abaisse la pression d’un échantillon gazeux dans une station de mesure située le plus près possible de la vanne de prélèvement. Souvenez-vous que presque tous les gaz dégagent de la chaleur lorsqu'ils se détendent (un phénomène connu sous le nom d’effet Joule-Thomson). Si la chute de pression est minime, vous pouvez vous contenter d’utiliser un détendeur sans vous soucier de provoquer une condensation. En revanche, une chute de pression importante du gaz provoquera sa condensation à cause de la perte de chaleur engendrée. Cela sera d’autant plus probable si la température du gaz est proche du point de rosée du gaz en question.

Concevoir des systèmes d'échantillonnage d’analyseurs de process, c’est aller de découverte en découverte sa vie durant. Il y a toujours quelque chose de nouveau à résoudre. Malgré mes 50 années d’expérience dans ce domaine, je continue d’apprendre moi-même et il m’arrive même encore d’être surpris. La formation est essentielle pour renforcer vos compétences et découvrir ce qu’il vous reste à apprendre. Même sur le terrain, vous aurez probablement vos propres « révélations » qui vous amèneront à créer des systèmes d’analyse aux mesures toujours plus précises et plus fiables.

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À propos de l’auteur

Expert dans ce secteur, Tony Waters exerce en tant que consultant pour Swagelok. Fort d’une expérience de plus de 50 ans dans le domaine des analyseurs de process et des systèmes d'échantillonnage, il a occupé des fonctions techniques et commerciales chez un fabricant d'analyseurs, un utilisateur final et chez un intégrateur de systèmes. Il a fondé trois sociétés de service spécialisées dans les analyseurs, qui travaillent pour les industries de transformation. Il est également un spécialiste de l'utilisation des analyseurs de process dans les raffineries et les usines chimiques.