Как правильно разместить патрубки для присоединения зонда в системе отбора проб жидкости и природного газа

Как правильно разместить патрубки для присоединения зонда в системе отбора проб жидкости и природного газа

В системе отбора проб жидкости или газа патрубок для присоединения зонда используется в месте отбора для подачи пробы в анализатор. Надлежащее размещение, позиционирование и ориентация в пространстве такого патрубка имеют ключевое значение для своевременного и точного проведения анализа, поэтому нужно все сделать правильно. Неправильное размещение патрубка для размещения зонда может привести к задержкам с анализом, загрязнению проб и получению неточных результатов.

В идеале инженер, работающий с пробоотборными системами, должен сам определять схему прокладки труб и даже конструкцию технологической емкости, чтобы разместить патрубок для присоединения зонда надлежащим образом. Однако зачастую инженер вынужден работать с имеющимися схемами, даже если патрубок для присоединения зонда расположен или ориентирован в пространстве неверно. Далее мы рассмотрим важные факторы, которые следует учитывать инженерам при размещении и проектировании патрубков для присоединения зонда в системах отбора проб жидкости и газа. Кроме того, на разных стадиях проектирования рекомендуется привлекать квалифицированных специалистов по анализаторам, инженеров-технологов и химиков, а также поставщиков компонентов, чтобы наверняка учесть все факторы.

НАЙТИ РЕГИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ПРОДАЖ И СЕРВИСНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ

Определение расположения патрубка присоединения зонда

Данные патрубки, как правило, короткие и имеют меньший диаметр, чем главная технологическая линия, к которой они присоединены. В них располагается зонд, простейшая конструкция которого представляет собой металлическую, стеклянную или керамическую трубку, погруженную в технологическую среду и выводящую непрерывный поток жидкости или газа для анализа.

При размещении патрубка для присоединения зонда в трубопроводе или емкости выберите место, в котором технологическая среда имеет однородный состав, чтобы ваша проба в точности отражала технологические условия. При необходимости установите в технологической линии оборудование для поддержания однородности среды. Если это невозможно, расположите точку отбора после участка турбулентного потока, например на выходе насоса, расходомера или углового участка трубопровода. Турбулентный поток поможет создать однородный состав технологической среды перед отбором проб.

Не рекомендуется располагать точку отбора проб непосредственно после источника турбулентного потока. Турбулентный поток может вызвать колебания давления и вихревые токи, что может повлиять на результаты анализа.

Отбор проб газа

Рекомендуется располагать точку отбора проб на расстоянии не менее двух диаметров трубы после последнего участка, где возможно появление возмущениея потока. Это рекомендация  Управления по защите окружающей среды США (EPA). Допускается располагать точку ручного отбора проб газа в двух местах: 

1. на расстоянии не менее восьми диаметров трубы за участком с возмущением потока и двух диаметров трубы перед участком с возмущением потока; или 
2. на расстоянии не менее двух диаметров трубы за участком с возмущением потока и половины диаметра трубы перед участком, где возможно возмущение потока.

Управление EPA считает первый вариант идеальным. Если соблюсти условия первого варианта невозможно, то по рекомендациям ЕРА требуются дополнительные точки отбора проб во избежание потенциального расслоения.

Отбор проб жидкости

Расположите точку отбора проб на трубопроводе на расстоянии не менее двух диаметров трубы за последним участком с возмущением потока, убедившись, что это не мешает функционированию устройству измерения расхода. Однако если технологическая среда представляет собой жидкость в состоянии, близком к точке начала кипения, рекомендуется проявить особую осторожность. Во избежание образования пузырей в пробе расположите точку отбора на расстоянии не менее пяти диаметров перед свободным прямым участком трубы и двух диаметров за ним. 

Отбор проб пара

Во время отбора проб пара при температуре точки росы или близкой к ней расположение точки отбора имеет более важное значение. Вблизи мест возмущения потока может образоваться конденсат, который не должен попасть в газовую пробу. Чтобы свести вероятность образования конденсата к минимуму, один европейский стандарт (ISO 10715 1997, 13) для отбора проб природного газа требует располагать точку отбора проб на расстоянии не менее 20 диаметров трубы за последним участком с возмущением потока, а соответствующий американский стандарт (API MPMS 14.1 2006, 15) — на расстоянии не менее пяти диаметров. Если в трубопроводе находится еще один зонд, например защитная гильза, то зонд для отбора проб следует располагать на расстоянии не менее пяти диаметров защитной гильзы от этой гильзы. 

Для изокинетического отбора проб требуется еще большее разделительное расстояние, так как при использовании этого метода скорость среды в зонде должна совпадать с таковой в технологической линии. Например, для насыщенного потока соответствующий американский стандарт (ASTM D1066) рекомендует располагать точку отбора на расстоянии не менее 35 диаметров трубы за участком с возмущением потока и 4 диаметров перед ним. Поскольку соблюсти такое разделительное расстояние может быть трудно, стандарт ASTM рекомендует в случае несоответствия требованиям соблюдать соотношение расстояний перед возмущением потока и за ним 9:1. 

Проектирование патрубка для присоединения зонда

При переходе к проектированию обратите внимание, что конструкция патрубка для присоединения зонда, включая его расположение в системе, существенно зависит от требований к зонду. Влияние частиц в потоке технологической среды на результаты анализа зависит от патрубка для присоединения, самого зонда, его расположения и ориентации в системе. Надлежащее расположение патрубка и зонда может максимально снизить вероятность попадания частиц в зонд и последующего загрязнения пробы или их накопления и засора зонда.

Проще всего изготовить патрубок для присоединения зонда следующим способом: приварить втулку с внутренней резьбой к трубе и просверлить в ней сквозное отверстие внутри приваренной втулки. Если толщина стенок трубы недостаточная, сначала приварите к трубе армирующую пластину. Затем подберите втулку подходящего размера в соответствии с используемым резьбовым зондом или клапаном. В качестве альтернативного способа можно приварить к трубопроводу трубный ниппель с наружной резьбой.

Конечно, ни один из этих простых методов не подойдет, если спецификация технологического трубопровода запрещает использование резьбовых соединений в технологической обшивке. В этом случае вы можете приварить клапан к ниппелю или воспользоваться патрубком с фланцем.

Отведение потока газа

По возможности выберите горизонтальную трубу для отбора проб технологического газа. Горизонтальная ориентация позволяет установить патрубок для присоединения зонда вертикально. Кроме того, найти длинный прямой отвод легче. Расположите патрубок для присоединения зонда над трубой, чтобы грязь или жидкость падали обратно в технологическую линию. Если технологический газ чистый и сухой, то вы можете разместить данный газовый патрубок сбоку горизонтальной трубы. Однако не следует использовать такую горизонтальную ориентацию зонда для грязных проб, поскольку поток газа в зонде может быть ламинарным и твердые частицы могут выпасть и засорить зонд.

То же самое относится и к горизонтальному патрубку на вертикальном газовом трубопроводе. Наклонные патрубки для присоединения зонда позволяют попавшим жидкостям или твердым частицам падать обратно в технологическую линию. Это помогает хорошо удалять жидкости, но, возможно, не поможет в случае застревания твердых частиц в зонде.

В случае с вертикальными трубами патрубок следует установить горизонтально или под небольшим наклоном. При этом потребуется патрубок гораздо большего размера, чтобы в нем поместились специальные зонды. В данном случае расположение патрубка для присоединения зонда зависит от температуры газа: не слишком высокая (что позволяет сократить материальные затраты), но превышает температуру точки росы кислоты (чтобы серная кислота не конденсировалась в зонде). В идеале для мониторинга дымового газа его температура в патрубке должна немного превышать 600 °C (1112 °F), чтобы обеспечить полное сгорание.

При отборе проб технологического пара, который может содержать капли конденсата, например в системе с насыщенным паром, отвод рекомендуется располагать на длинной технологической линии с нисходящим направлением потока. Тем не менее всегда проверяйте давление в трубопроводе. Нисходящая труба зачастую подсоединяется к всасывающей стороне технологического насоса и давление в ней может быть низким. Источник с низким давлением подходит для отбора проб газа, которые будут сбрасываться в факельную трубу, но не подходит для проб, которые вы хотите вернуть в технологическую среду через обводную линию. При использовании обводной линии рекомендуется отбирать пробы на выходе технологического насоса и возвращать газ на всасывающую сторону.

Отведение потока жидкости

Зачастую рекомендуется устанавливать патрубок для отбора проб жидкости в вертикальном трубопроводе с восходящим направлением потока, поскольку вы можете быть уверены в том, что труба заполнена. Для этой конфигурации предлагается использовать горизонтальный патрубок, позволяющий использовать более короткий зонд для уменьшения вероятности возникновения вибрации. Горизонтальный патрубок подходит для проб жидкости, поскольку поток в зонде точно будет турбулентным, что позволяет предотвратить осаждение твердых частиц в зонде.

Столб жидкости в трубопроводе выше отвода обеспечит дополнительное давление, чтобы температура технологической жидкости в месте отбора проб была выше точки кипения. Дополнительное давление также облегчает транспортировку проб. Не отбирайте жидкость из вертикальной технологической линии с нисходящим направлением потока — нет гарантии, что линия заполнена.

Отбор проб жидкости из горизонтальной линии — рискованная идея, поскольку технологическая линия может быть не заполнена, что приведет к отбору двухфазной пробы. Если технологическая линия поворачивает вверх после горизонтального отрезка, то вы можете быть уверены в том, что она заполнена; а если она поворачивает вниз, то в горизонтальном отрезке может образоваться статический слой газа, застрявшего над текучим слоем жидкости.

Общепринято, чтобы точки отбора проб жидкости всегда располагались сбоку горизонтальной технологической линии; это хорошая рекомендация в случае отбора проб без зонда. Отбор проб из патрубка для присоединения зонда, расположенного сбоку линии, снижает риск попадания в пробу пара в верхней части трубы или осадка в нижней части трубы.

На практике лучше использовать зонд, чтобы добраться до центра линии. При использовании зонда ориентация в системе менее важна. Как правило, рекомендуется использовать вертикальный патрубок для присоединения зонда сверху на линии, поскольку это позволяет тяжелым твердым частицам падать обратно в технологический трубопровод. Обычно не следует располагать патрубок внизу горизонтальной трубы, поскольку в этом случае в нее будут падать твердые частицы, затрудняя подготовку проб. Если вам приходится использовать существующий расположенный внизу патрубок для присоединения зонда, то установите зонд, достигающий центральной трети трубы по диаметру.

Окончательное определение места расположения отвода

При окончательном определении места расположения отвода для отбора проб помните, что от выбранного вами зонда зависят ориентация и диаметр патрубка и его торцевых фитингов. После выбора зонда проверьте выбранное вами место и удостоверьтесь, что в нем достаточно свободного пространства для проведения работ по установке и техобслуживанию. Убедитесь в наличии достаточного зазора для компоновки патрубка для присоединения зонда, обслуживания технологического запорного клапана и извлечения зонда. Также следует учесть возможность доступа и освещение. Для простого отвода и трубного зонда будет достаточно небольшой платформы и лестницы, однако для полевой станции потребуется полноразмерная платформа и освещение.

Чтобы получить более детальную персонализированную помощь в виде обучения, касающуюся размещения патрубка и проектирования пробоотборных систем, обратитесь в региональный центр продаж и сервисного обслуживания Swagelok. 

НАЙТИ ЦЕНТР ПРОДАЖ И СЕРВИСНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ SWAGELOK