Remédier aux problèmes pratiques de performance dans les systèmes fluides et les systèmes d'échantillonnage

Remédier aux problèmes pratiques de performance dans les systèmes fluides et les systèmes d'échantillonnage

Phil Mathews, Directeur des services techniques, Swagelok Los Angeles

Dans les systèmes fluides et les systèmes d'échantillonnage industriels, les principaux objectifs à atteindre sont au nombre de six, dont trois sont en rapport avec l’analyse et trois sont d’ordre opérationnel. Les trois premiers sont les suivants : l’échantillon doit être compatible avec l’analyseur ; l’analyse doit être rapide afin de pouvoir prendre des mesures en fonction du résultat ; l’échantillon doit être représentatif des conditions du process. Les objectifs opérationnels sont la fiabilité, la rentabilité et la sûreté des systèmes fluides. Atteindre ces objectifs nécessite de considérer la conception du système dans sa globalité et de tenir compte de certaines petites choses d’une importance apparemment mineure mais qui peuvent avoir une incidence sur les performances.

Quelles sont ces « petites choses » ? Les systèmes industriels sont souvent constitués d’un très grand nombre de composants – tubes, raccords, vannes, manomètres et bien d’autres encore. Chacun de ces composants est une cause de défaillance potentielle et un composant mal choisi peut avoir des conséquences sur la rentabilité des activités, la qualité des produits ou, dans le pire des cas, la sécurité du personnel. Et même si tous les composants ont été bien choisis, il existe plusieurs facteurs qui peuvent avoir une incidence sur la fiabilité des échantillons ou la qualité du produit fini une fois le système mis en service dans des conditions réelles.

Sachant cela, voici quelques points essentiels à examiner, qui peuvent influer sur la performance globale de votre système fluide ou de votre système d'échantillonnage :

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Les matériaux ont leur importance pour obtenir des résultats d’analyse exploitables. Un échantillon prélevé dans une ligne de process doit être compatible avec l'analyseur, traité rapidement afin que des mesures puissent être prises si nécessaire, et représentatif du process pour que l’analyseur puisse fournir des résultats utiles. Même si l’exploitant a installé un analyseur à la pointe de la technologie pour s’assurer que la production est parfaitement conforme au cahier des charges, cet analyseur aura tout de même besoin d’un échantillon de bonne qualité, ce qui dépend fortement du système de conditionnement des échantillons.

Sur le trajet entre la ligne de process et l'analyseur, plusieurs facteurs peuvent affecter la fiabilité ou le caractère exploitable de l'échantillon. Certains d’entre eux n’auront aucune incidence sur la sécurité mais pourront entraîner des immobilisations inutiles ou laisser les opérateurs dubitatifs quant aux raisons pour lesquelles des échantillons ne sont pas conformes aux spécifications ou ne reflètent pas des variations connues du process.

L'un des problèmes que notre équipe observe le plus souvent est simplement l’utilisation d’un flexible fabriqué dans un matériau incompatible avec le fluide ou inadapté pour une application donnée. Par exemple, les gaz formés de très petites molécules, comme l'hélium, l'hydrogène ou même le dioxyde de carbone, peuvent passer à travers des fluoropolymères. Un technicien pourra obtenir des mesures erronées tout simplement parce qu’un flexible en Teflon® a été utilisé alors que ce matériau n’est pas idéal dans l’application concernée, ce qui influe sur la représentativité de l'échantillon. Un autre problème similaire est celui de l’adsorption. Dans ce cas, l’échantillon prélevé pour analyse adhère à la paroi intérieure d’un tube ou d’un flexible. L’analyseur produit alors des résultats inexacts car l'échantillon n’est plus représentatif du process.

Diagnostiquer, résoudre ces problèmes et chercher à obtenir un échantillon représentatif peut prendre beaucoup de temps alors que le fluide du process est en fait parfaitement conforme au cahier des charges. Assurez-vous que tous les flexibles de votre système d’échantillonnage sont totalement compatibles avec les fluides du système et l’application pour éviter que l’analyseur ne produise des résultats inexacts.

Choisir les bons composants pour éviter de complexifier le système. Dans de nombreux systèmes fluides, le produit doit être maintenu à une certaine pression ou à une certaine température pour qu’il conserve une caractéristique ou pour éviter des changements d’état physique. Or, des pertes de charge et des transferts de chaleur se produisent naturellement au fur et à mesure que le fluide se déplace dans le système. Les opérateurs doivent donc prendre certaines mesures pour s’assurer que la pression se maintient au niveau voulu.

Si certaines pertes de charge sont inévitables, quelques bonnes pratiques permettent de les réduire au minimum. Par exemple, des lignes bien dimensionnées et des vannes bien choisies sont essentielles pour maintenir la pression au niveau souhaité sans complexifier inutilement le système. Il n’est pas rare de voir un système mal conçu à l’origine se complexifier inutilement au fur et à meure des cycles de maintenance, par exemple en y ajoutant des composants comme une pompe d'échantillonnage pour maintenir la pression à un certain niveau.

Mais pourquoi ajouter une pompe si vous n'avez pas besoin ? Réfléchissez à la complexité qu’apporte une pompe supplémentaire dans un système fluide. Ce composant aura besoin de sa propre alimentation électrique, devra faire l’objet d’un entretien régulier et nécessitera des pièces de rechange en cas de défaillance – entre autres soucis. Prendre le temps dès le départ de bien comprendre le système et de déterminer la vanne qui convient – et de commander cette vanne si vous ne l’avez pas en stock – avant de remplacer quoi que ce soit peut faire une grande différence sur le plan des performances et de l’efficience du système.

Maintenir la pression et la température aux niveaux appropriés. Autre caractéristique importante des changements d’état physique, la température peut être influencée par divers facteurs dans les systèmes fluides et les systèmes de conditionnement des échantillons. Dans certains cas, il est impératif de s’assurer que la température est maintenue au bon niveau dans l’ensemble du système.

Prenons pour exemple le prélèvement d'échantillons dans une ligne de process acheminant un gaz. Un gaz chaud peut se refroidir très rapidement et se condenser si aucune mesure appropriée n’a été prise pour l’éviter. Si la température et la pression ne sont pas contrôlées correctement du point de prélèvement dans le système principal jusqu’à l’analyseur, le résultat est un échantillon non valide. Il en faut peu pour faire apparaître deux phases dans un échantillon. Un tube non isolé ou mal chauffé sur 30 cm peut en effet suffire pour entraîner une condensation partielle de l’échantillon qui ne sera plus ni représentatif, ni vraiment exploitable..

Certains techniciens cherchant à régler ces problèmes de condensation pourront ajouter des coalesceurs ou des pots d’éjection au système de conditionnement des échantillons afin d’en éliminer la phase liquide. Or, cette solution n’est pas toujours recommandée car elle peut rendre l’échantillon encore moins exploitable. Il est préférable de veiller dès le début à éviter la condensation en isolant ou en chauffant les tubes.

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