4 участка, которые необходимо контролировать при измерении временной задержки в пробоотборных системах

4 участка, которые необходимо контролировать при измерении временной задержки в пробоотборных системах

В системах пробоподготовки для поточного анализа всегда существует задержка между моментом отбора пробы и получением показаний. 

Временные задержки суммируются и представляют собой общее количество времени на движение пробы от точки отбора из технологической линии до поточного анализатора, который выдает результат. Фактические временные задержки могут быть больше ожидаемых, и их недооценка может негативно отразиться на управлении производственным процессом. Если вы предполагаете, что задержка составляет одну минуту, а на самом деле она равна двум часам, показания анализатора не будут релевантными или не будут отвечать поставленным задачам. Задержка должна быть минимальной и составлять, как правило, не более одной минуты от момента отбора пробы из технологической линии до получения показаний анализатора.

Факторы, влияющие на задержки, присутствуют в аналитической контрольно-измерительной системе повсеместно. Чтобы приступить к уменьшению временной задержки в системе, необходимо обследовать следующие четыре основные участка. 

1. Задержка в зонде.
2. Задержка на участке транспортировки проб (включая модуль полевой станции и транспортировочные линии).
3. Задержка в системах пробоподготовки (включая систему переключения потоков).
4. Задержка в анализаторе.

1. Временная задержка, образующаяся в зонде.

Не используйте слишком большие пробоотборные зонды. Длина зонда должна обеспечивать достижение «средней трети» диаметра технологической линии, где скорость движения потока максимальна, а отбираемая проба наиболее чиста и репрезентативна. Он не должен быть длиннее или шире необходимого, поскольку большой объём приводит к увеличению времени отбора пробы.

Другую проблему представляет место расположения точки отбора в технологическом трубопроводе. Если расположить зонд на участке трубопровода с низким расходом, то потребуется больше времени, прежде чем любое изменение состава химических веществ отразится на показаниях. Например, попадание новых молекул в большую емкость создает смешивающийся объем, на выходе которого до момента полной очистки будут находиться как старые, так и новые молекулы. Чтобы уменьшить временную задержку, точки отбора нельзя располагать ниже места, где образовывается смешивающийся объем. Их нужно располагать выше подобных источников временных задержек: емкостей, мертвого объема и застойных линий.

2. Временная задержка на участке транспортировки проб.

• Точка отбора проб расположена слишком далеко.  Чем дольше проба движется к анализатору, тем больше задержка. Размещайте точку отбора как можно ближе к анализатору. Если транспортировочные линии длинные, попробуйте использовать быструю петлю для ускорения потока и доставки наиболее свежей пробы в анализатор. 
• Длина и диаметр линии.  Временная задержка тем выше, чем дольше приходится двигаться пробе и чем больше внутренний объем транспортировочных линий. Чтобы уменьшить эту задержку, рассчитайте и отрегулируйте соответствующим образом длину и диаметр линии для обеспечения точности. 
• Низкое давление в транспортировочной линии для жидкой пробы.  В случае с жидкостями расположение точки отбора должно обеспечивать достаточное давление для доставки пробы по транспортировочным линиям или быстрой петле без насоса. Не следует добавлять дорогостоящее дополнительное оборудование, например насос, поскольку это увеличит временную задержку.
• Высокое давление в транспортировочной линии для газообразной пробы.  У газов с повышением давления снижается скорость потока. Для увеличения расхода и снижения задержки нужно снизить давление. Например, при снижении давления в два раза временная задержка также уменьшится вдвое. 

3. Временная задержка в системах пробоподготовки.

• Тройники, в которых образуется мертвый объем. Мертвый объем — это непродуваемый посторонний объем, позволяющий молекулам проникать в поток системной среды и обратно. Любой тройник или крестовина с закрытыми отверстиями в линии движения пробы является тупиком. Часто тупики имеют точки подсоединения для манометров и термометров, продувочных и спускных клапанов, калибровочных клапанных блоков и точек отбора лабораторных проб. Необходимо продувать эти участки перед началом анализа пробы, так как время продувки добавляется к общей временной задержке. Иногда самым простым решением является перемещение тупика (например, манометра).  
• Адсорбция проб к стенкам трубок и фильтрам.  Когда проба соприкасается со стенками трубок и других твердых поверхностей, некоторые ее молекулы прилипают к такой поверхности. При проведении анализа на уровне миллионных долей потеря молекул вследствие адсорбции (или их прибавление из-за десорбции) может быть статистически значимой, однако это справедливо только для газообразных проб. В случае с жидкими пробами проблема адсорбции возникает только при анализе менее 1 ч./млн. При работе с газообразными пробами необходимо ввести в процесс достаточное время ожидания между переключением источников, чтобы очистить поверхности от молекул ранее использовавшегося газа. 
• Большой внутренний объем компонентов. Для обеспечения репрезентативности пробы и, как следствие, точности показаний анализатора необходимо продуть весь объем каждого устройства на пути движения. Если устройство имеет большой объем, как в случае с фильтрами, в том числе коалесцирующими, на его тщательную продувку следует выделить достаточное время. Обычно рекомендуется продувать устройство в три раза большим объемом среды. По возможности следует свести к минимуму размер таких компонентов.

4. Временная задержка в анализаторе.

• Нестабильность времени реагирования анализатора.  Некоторым приборам требуется больше времени на проведение анализа вследствие внутренних процессов. Например, в колориметре перед выполнением анализа должен проявиться исследуемый цвет, а в газовом хроматографе исследуемые компоненты должны разделиться.
• Стабильность времени реагирования анализатора.  Некоторые анализаторы работают в непрерывном режиме, но даже в этом случае выдача показаний происходит не мгновенно — всегда присутствует задержка. 
• Время реагирования оператора системы с ручным управлением.  При ручном управлении процессом анализа проб обязательно следует учитывать время, необходимое оператору, чтобы заметить отклонения и внести требуемые корректировки в работу системы.

Знание временной задержки позволяет обеспечить точность показаний системы

Важно знать, сколько времени пройдет с момента взятия пробы из технологической линии (места отбора проб) до ее попадания в анализатор (места получения результата). Неправильная оценка этой задержки приводит к ошибочному представлению о связи происходящего в технологической линии с показаниями анализатора. Понимание описанных в данной статье составляющих пробоотборной системы, в которых могут возникать задержки (зонд, участок транспортировки проб, системы пробоподготовки и анализатор), позволит определить места возникновения временной задержки в системе и улучшить общее управление техпроцессом.

Улучшите время задержки с тренировкой