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…également appelé échantillonnage ponctuel, échantillonnage localisé ou échantillonnage sur le terrain – ou, parfois, juste échantillonnage – consiste à prélever un échantillon de fluide dans un pipeline, un réservoir ou un système. L’échantillon est ensuite analysé pour permettre aux opérateurs de vérifier les conditions du process, d’évaluer les émissions du produit dans l’environnement par rapport à la réglementation locale, et de déterminer si le produit est conforme au cahier des charges du client.
Il est important de noter que l’échantillonnage instantané est une opération qui doit être réalisée avec du matériel fiable et dans le respect des meilleures pratiques établies. Un prélèvement mal fait peut nuire à l’intégrité de l’échantillon et aboutir à des résultats d’analyse inexacts qui pourront amener les opérateurs à prendre de mauvaises décisions. Ce livre blanc détaille les meilleures pratiques en matière d’échantillonnage instantané des gaz et des liquides ainsi que les caractéristiques d’un système d’échantillonnage bien conçu et facile à utiliser. Il explique également comment obtenir des résultats d’analyse fiables et précis.
En savoir plus sur les systèmes d'échantillonnage instantané
Les systèmes d’échantillonnage instantané fabriqués sur mesure par Swagelok vous permettent d’effectuer des prélèvements de manière efficace et en toute sécurité, tout en répondant aux besoins spécifiques de vos applications industrielles. Les panneaux sont proposés dans différentes configurations avec diverses fonctions avancées.
Introduction à l’échantillonnage instantané
A l’œil nu, le fonctionnement interne d’un système fluide industriel n’est pas toujours facile à cerner. C’est pourquoi on recourt depuis longtemps à des techniques d’échantillonnage, afin que les opérateurs puissent avoir une vision précise des conditions du process et du fluide du système.
L’échantillonnage instantané est un processus par lequel un échantillon est extrait d’un système fluide pour être analysé dans un laboratoire distant. Des panneaux d’échantillonnage peuvent être installés à des endroits pratiques dans l’ensemble d’une installation, notamment à proximité de conteneurs de stockage, sur des lignes de transport de grande longueur, sur des lignes de process, au niveau d’une torche, etc. – partout où l’on a besoin de prélever du fluide pour l’analyser. Et si les analyseurs en ligne sont devenus de plus en plus appréciés pour leur capacité à analyser le fluide d’un process en temps réel, l’échantillonnage instantané traditionnel conserve encore certains avantages.
En général, les systèmes d’échantillonnage instantané sont :
Plus économiques que les analyseurs en ligne
Plus faciles à installer et à entretenir que les analyseurs, qui doivent être installés dans un abri
Faciles à installer à proximité des lignes de process
Des dispositifs qui permettent d’effectuer toutes les analyses d’échantillons dans un laboratoire central
Utiles pour valider les résultats d’un analyseur en ligne
Si l’échantillonnage instantané est réalisé conformément aux meilleures pratiques, il pourra vous donner une vision précise des conditions réelles du process et vous renseigner sur les éventuels ajustements à effectuer. Voyons comment mettre en place un système d’échantillonnage instantané efficace dans votre usine.
Condition
Échantillonnage instantané
Analyseur en ligne
La surface utile de l’usine est limitée.
Le budget est limité.
Le process fait intervenir des matières dangereuses et l’exposition du personnel à ces substances doit être limitée.
Les systèmes fluides sont généralement volumineux, ce qui oblige à prélever des échantillons en plusieurs points.
La pureté de l’échantillon est une priorité.
Le temps de réponse doit impérativement être très court.
Le fluide du process évolue très lentement.
Maintenir la température de l’échantillon est une priorité.
Les conditions atmosphériques sur le site sont variables.
Le fluide à analyser est fortement chargé en particules.
L’échantillonnage instantané et les analyseurs en ligne sont deux moyens courants utilisés pour surveiller les conditions d’un process. En fonction de vos besoins, une méthode pourra être plus adaptée que l’autre.
Les bonnes pratiques à observer pour réussir l’échantillonnage
Idéalement, un échantillon doit être chimiquement identique au fluide qui circule dans votre système. Or, comme l’échantillonnage instantané est un processus manuel, des facteurs externes peuvent dénaturer l’échantillon qui n’est alors plus représentatif des conditions réelles du process.
L’objectif est donc d’éviter autant que faire se peut ces situations. Si certains aspects devront éventuellement être pris en compte en fonction de particularités de votre process et de vos activités, certaines règles de base devront être observées.
Les cannes de prélèvement peuvent aider à filtrer naturellement les échantillons pour une analyse plus précise.
Une analyse fiable dépend de la capacité à prélever un échantillon représentatif des conditions réelles du process. Pour atteindre ce niveau de fiabilité, il faut commencer par extraire correctement l’échantillon du tube ou du tuyau de process.
Dans la plupart des systèmes, il est considéré comme une bonne pratique d’utiliser une canne pour prélever les échantillons dans le deuxième tiers du diamètre de la ligne de process. Les cannes sont généralement fabriquées en métal et sont insérées dans une buse à l’emplacement du point de prélèvement. La canne se déploie dans le fluide du process à l’endroit où l’échantillon de fluide pénètre dans l’appendice, ce qui permet de prélever un écoulement continu pour l’analyse.
Comme le montre la figure, la canne agit comme un filtre qui aide à éliminer de l’échantillon prélevé quantité de particules solides, tartre et autres gouttes de liquide entraînées. En fonction des
conditions d’exploitation et de la quantité de particules dans la ligne de process, la capacité de la canne à filtrer le fluide peut faire réaliser d’importantes économies en prolongeant la durée de vie du filtre.
Les propriétés filtrantes d’une canne de prélèvement résultent de la quantité de mouvement des particules. Du fait de l’inertie, les particules restent dans un flux qui se déplace vers l’aval plutôt que d’opérer un virage brusque vers
l’appendice de la canne de prélèvement. La séparation est plus efficace lorsque les particules sont plus denses que le fluide du process. En prélevant au centre du flux et en
filtrant les contaminants potentiels, une canne peut vous aider à prélever des échantillons plus représentatifs qu’un raccord de buse seul.
Les cannes de prélèvement ne sont pas toujours parfaitement adaptées à l’échantillonnage instantané. Si, par exemple, le fluide du process ne contient pas de particules solides, les capacités de filtrage de la canne ont un intérêt limité. Si le coût est un souci, il sera alors peut-être préférable de supprimer les cannes de prélèvement de votre système. De plus, dans certaines applications, l’absence de certaines particules solides ou de certains liquides dans l’échantillon peut nuire au caractère représentatif de celui-ci.
Un échantillon doit être prélevé en temps utile
Un échantillonnage efficace nécessite de savoir quand l’échantillon a été prélevé. Il est important de réduire au minimum le temps nécessaire à votre échantillon pour se déplacer de la ligne de process jusqu’au récipient qui va le recueillir. Cela limite le risque de voir l’échantillon perdre en qualité du fait de facteurs externes. Pour limiter ce temps d’acheminement, la présence d’une canne de prélèvement peut là encore être un avantage. En prélevant l’échantillon au centre d’une ligne de process, là où la vitesse de l’écoulement est
la plus élevée, une canne de prélèvement permet d’accélérer son acheminement. Ensuite, des récipients de qualité pourront vous aider à préserver l’état de votre échantillon. Cela étant, même des récipients de qualité ne sauraient maintenir très longtemps un échantillon à une température précise. Si cela pose un problème, il sera alors peut-être préférable d’envisager une analyse en ligne.
Faites en sorte de recueillir le plus vite possible l’échantillon dans un récipient approprié une fois le prélèvement effectué.
De manière générale, il est important de se rappeler que l’un des principaux avantages d’un analyseur en ligne est sa capacité à rendre compte de l’état du process en temps réel – souvent moins d’une minute après le prélèvement. Cela devient très intéressant lorsque l’on a affaire à un fluide délicat, susceptible de changer rapidement d’état physique ou de s’altérer une fois extrait du process. Avec l’échantillonnage instantané, l’analyse en laboratoire d’un échantillon prélevé peut prendre beaucoup plus de temps. Si les conditions du process changent rapidement, un analyseur en ligne peut être avantageux. Cela vous permettra de modifier très vite certains paramètres en fonction des résultats fournis par l’analyseur. Si le fluide évolue lentement et ne nécessite pas de réagir très vite, l’échantillonnage instantané peut être la solution idéale.
Un échantillon doit être pur
Il est important de préserver l’échantillon de toute contamination. L’analyse en laboratoire d’un échantillon contenant des particules indésirables pourra donner des résultats inexacts ou trompeurs. Un système d’échantillonnage bien conçu bénéficiera à la pureté des échantillons. Quelques points devront être pris en compte au moment de concevoir le système :
Éviter les bras morts.
Par exemple, il est important d’éviter les bras morts en amont du récipient collecteur au niveau du point de prélèvement. Les bras morts sont des espaces où de vieux échantillons peuvent se retrouver piégés. Cela peut se produire, entre autres, au niveau d’un té, d’un manomètre ou d’un indicateur de température. Le fluide piégé peut ensuite se retrouver dans de nouveaux échantillons, ce qui va nuire à la fiabilité de l’analyse.
Il est difficile de prévoir le comportement d’un fluide piégé au niveau d’un bras mort, mais le problème tend à s’aggraver lorsque le rapport longueur/diamètre augmente. La capacité d’un bras mort à contaminer un échantillon sera également renforcée par la faiblesse du débit dans la ligne d’échantillonnage. Par conséquent, il est préférable de déplacer le bras mort en aval de la bouteille ou du cylindre d’échantillonnage afin de limiter le risque de contamination.
Veiller à pouvoir rincer correctement le système.
Le volume mort piégé dans votre ligne de transport et votre système d’échantillonnage doit être évacué avant de procéder au prélèvement d’un échantillon. Rincer régulièrement la ligne de transport permet de maintenir cette ligne propre et de réduire le risque de contamination des échantillons. Un écoulement continu peut également aider à réduire le temps de rinçage.
S’assurer de pouvoir purger efficacement le système.
La purge complète de votre panneau d’échantillonnage entre deux utilisations permet de réduire le risque de voir toute matière résiduelle contaminer le prochain échantillon prélevé. Pour cette raison, il est important que le système d’échantillonnage dispose d’une fonction purge séparée ou que son débit soit suffisant pour évacuer complètement l’ancien échantillon vers un évent ou un système de récupération. Les normes industrielles recommandent en outre de nettoyer et de sécher les cylindres d’échantillonnage avant de les réutiliser afin de réduire
le risque de contamination par des particules provenant d’un vieil échantillon.
Cette figure montre les bras morts couramment rencontrés dans un système d’échantillonnage instantané.
Un échantillon doit être conservé dans un récipient adapté
La conservation des échantillons – notamment le choix du récipient et les méthodes utilisées par l’opérateur pour prélever et manipuler les échantillons – est un autre point très important.
Le choix de récipient est dicté par l’état physique et le comportement de l’échantillon. De fortes variations de la pression ou de la température peuvent influencer le comportement de votre échantillon et modifier sa composition. Il est essentiel de tenir compte des facteurs suivants.
La volatilité des fluides doit être prise en compte au moment d’opter pour une bouteille ou un cylindre d’échantillonnage. En règle générale, les fluides volatiles constitués de molécules de petite taille doivent être recueillis dans des cylindres.
Dans un échantillon liquide, les hausses de température ou les baisses de pression entraîneront la vaporisation des composants les moins denses avant celle des composants les plus denses.
Dans un échantillon gazeux, les baisses de température ou les hausses de pression entraîneront la condensation des composants les plus denses avant celle des composants les moins denses.
Ces changements d’état auront pour conséquence de modifier la composition de l’échantillon qui n’est alors plus représentatif des conditions réelles du process. Lorsque cela est possible, il est important de maintenir l’échantillon dans des conditions identiques à celles du process. Le choix du récipient peut vous aider à y parvenir.
Les bouteilles – qui sont généralement en verre ou, parfois, en polyéthylène – conviennent mieux aux liquides non volatils ou aux liquides dont la pression de vapeur saturante est au maximum de 14,7 psi ou 1 bar dans les conditions ambiantes. Les bouteilles ne sont pas conçues pour résister à la pression et ne doivent pas être utilisées pour conserver des fluides qui doivent être maintenus à une certaine pression pour éviter un changement d’état. Les bouteilles sont cependant plus économiques et sont choisies en priorité lorsqu’aucun autre facteur n’impose d’utiliser des cylindres résistants à la pression.
Les cylindres doivent être utilisés pour l’échantillonnage des gaz et des liquides volatils. Dans un cylindre, l’échantillon pourra être maintenu sous pression pendant le trajet du point de prélèvement au laboratoire, et sera encore représentatif au moment de l’analyse. Les cylindres sont également intéressants si le fluide prélevé est toxique, car ils limitent le risque d’exposition pour les utilisateurs.
Lorsque vous utilisez des cylindres, il est également important de s’assurer qu’ils sont fabriqués dans des matériaux compatibles avec le fluide du système. L’acier inoxydable 316 est une bonne option pour des applications industrielles générales, même si des alliages plus performants peuvent devenir nécessaires pour prélever des produits chimiques particulièrement agressifs.
Un échantillon doit être manipulé correctement
Comme l’échantillonnage instantané est un processus manuel, les opérateurs doivent respecter les meilleures pratiques recommandées lorsqu’ils manipulent des échantillons, et ce, du point de prélèvement jusqu’au laboratoire. Même avec les systèmes les mieux conçus, une erreur humaine peut entraîner une contamination de l’échantillon ou, pire encore, un accident.
Le prélèvement d’un liquide provenant d’une source de pression élevée peut entraîner des débordements et des éclaboussures. En plus de gaspiller du produit, cela peut mettre en danger le technicien. Une telle situation peut également constituer une infraction à la réglementation environnementale.
L’utilisation d’une bouteille ouverte pour transporter un échantillon liquide au laboratoire – en plus du risque de voir le liquide déborder pendant le transport – nuira inévitablement à la fiabilité de l’échantillon. Les composants les moins denses de l’échantillon vont s’évaporer ou se fractionner au-dessus de leur point de rosée s’ils ne sont pas maintenus à une pression et à une température spécifiques. Le transport d’une bouteille ouverte expose également le technicien à des émanations potentiellement dangereuses.
Une formation adéquate des opérateurs aidera à établir un socle de connaissances sur le sujet. Les meilleures pratiques établies doivent être respectées à chaque point de prélèvement.
Ce qu’il faut rechercher dans votre système d’échantillonnage
L’échantillonnage instantané peut être très efficace pour surveiller les conditions d’un process. Cependant, à cause du risque d’erreur humaine associé à cette méthode, il peut être judicieux pour limiter ce risque de rechercher des caractéristiques de conception qui vont contribuer à améliorer la facilité d’utilisation et maximiser la sécurité de vos panneaux et systèmes d’échantillonnage instantané.
Même si votre application ne nécessitera peut-être pas tous les éléments décrits ci-après, ceux-ci peuvent considérablement bénéficier à votre système lorsqu’ils se justifient.
Des panneaux de qualité peuvent aider à simplifier les procédures d’échantillonnage instantané dans votre usine.
Conçus pour votre process
Comme l’échantillonnage des gaz et des liquides volatils présente des caractéristiques particulières par rapport à l’échantillonnage des liquides non volatils, il y a un avantage à installer des systèmes conçus spécialement à cet effet.
Par exemple, un système qui peut s’avérer parfait pour l’échantillonnage des gaz et des liquides volatils est un système en boucle fermée qui prélève l’échantillon dans une ligne de process sous l’effet de la pression, puis le renvoie en un point du process où règne une pression inférieure (p. ex. en amont d’une pompe) en se servant du différentiel de pression pour faire avancer l’échantillon à travers le système. Les échantillons sont stockés sous pression dans des cylindres métalliques robustes d’où ils ne peuvent s’échapper, ce qui protège les opérateurs.
Par comparaison, lorsque le liquide du process ne risque pas de se fractionner lorsqu’il est conservé à la pression atmosphérique, l’échantillon pourra être acheminé vers une bouteille sans pression équipée d’un septum hermétique.
Des panneaux d’échantillonnage instantané bien conçus sont également plus faciles à utiliser et réduisent le risque d’erreur humaine. Par exemple, un panneau spécialement conçu pour prélever des gaz pourra être fabriqué de manière à ce que le cylindre soit bien orienté pour procéder à son remplissage par le bas.
Un assemblage avec vannes à pignon permettra à l’utilisateur d’actionner plus facilement plusieurs vannes à la fois pour un fonctionnement plus fiable du système.
Assemblages avec vannes à pignon
Dans un système d’échantillonnage instantané, des vannes différentes sont associées aux fonctions de prélèvement, mise à l’atmosphère, rinçage et purge. Auparavant, chacune de ces vannes devait être actionnée séparément, et dans le bon ordre, pour prélever un échantillon représentatif.
Aujourd’hui, il existe des ensembles constitués de vannes à pignon conçus pour actionner les différentes vannes dans le bon ordre, ce qui facilite le contrôle de l’acheminement du fluide à travers le panneau jusqu’au récipient. Cette caractéristique de conception contribue à réduire le risque d’erreur humaine car elle empêche d’actionner les vannes dans le mauvais ordre, limitant ainsi le risque de contamination croisée.
Un système d’échantillonnage instantané à écoulement continu peut aider à réduire le temps de rinçage et à améliorer la fiabilité de l’échantillon.
Écoulement continu
Un système d’échantillonnage conçu pour un écoulement continu présente l’avantage de réduire les temps de rinçage lorsque les lignes de transport sont longues. De plus, il aide à préserver les conditions du process et à garder les lignes de transport prêtes pour le prélèvement. Un écoulement continu peut également empêcher un échantillon visqueux de se solidifier dans la ligne de transport.
Des instructions intégrées au système pourront faciliter le travail de prélèvement pour un nouvel utilisateur.
Volume fixe
Les échantillonneurs à volume fixe évitent que les bouteilles d’échantillonnage ne débordent en les remplissant avec une quantité précise de fluide. Cette caractéristique peut contribuer à améliorer la sécurité de l’opérateur et à réduire le gaspillage.
Documentation intégrée
Certains panneaux d’échantillonnage instantané sont disponibles avec une plaque d’instructions gravée et personnalisable. Cela peut aider un opérateur qui ne connaît pas le système à procéder plus sereinement à des prélèvements. De la documentation – dessins, fiches d’essai, listes de pièces de rechange, etc. – peut être intégrée aux panneaux d’échantillonnage afin d’éviter d’avancer à tâtons lorsqu’il devient nécessaire de procéder à la maintenance d’un panneau.
Résistance à la corrosion
De par leur fonction, les panneaux d’échantillonnage instantané sont régulièrement en contact avec des liquides ou des gaz potentiellement corrosifs. Pour cette raison, il est impératif de les construire avec des matériaux capables de résister à la corrosion dans la durée. Dans de nombreuses applications d’échantillonnage générales, on peut limiter le risque de corrosion en fabriquant les composants qui sont en contact avec le fluide en acier inoxydable 316. Des composants sans contact avec le fluide fabriqués en acier inoxydable 304 contribueront à la durabilité du système. Choisir une combinaison d’alliages adaptée peut aider à maximiser les performances du système tout en optimisant les coûts.
Améliorez dès maintenant vos techniques d’échantillonnage instantané
Uniformiser vos panneaux d’échantillonnage instantané peut également bénéficier à l’ensemble de vos activités. Dans les grandes installations notamment, des prélèvements sont effectués régulièrement en de nombreux points différents. Utiliser partout des panneaux conçus de la même manière permettra d’éviter d’éventuelles confusions et favorisera des procédures identiques à chaque point de prélèvement.
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