Применение регулятора для снижения временной задержки в аналитической системе

Применение регулятора для снижения временной задержки в аналитической системе

Майк Штробель (Mike Strobel), руководитель технического отдела

Технологические измерения производятся мгновенно, однако показания с анализатора поступают лишь спустя какое-то время. На пути от точки отбора до анализатора всегда присутствует задержка, и, к сожалению, ее часто недооценивают или не осознают.

Временная задержка в аналитических пробоотборных системах — это количество времени, необходимое новой пробе для попадания в анализатор. Отдельная статья блога описывает, как используется временная задержка, и включает советы, как свести ее к минимуму, но данный материал посвящен контролю временной задержки с помощью регулятора давления. Это устройство для регулирования давления, а давление в аналитической системе тесно связано со временем. В газовых системах с регулируемым расходом чем ниже давление, тем меньше временная задержка.

ОБЗОР ДОСТУПНЫХ УЧЕБНЫХ КУРСОВ ПО ПРОБООТБОРНЫМ СИСТЕМАМ

Задержки могут возникать во всех основных отделах аналитических контрольно-измерительных систем: в технологической линии, точке отбора и зонде, модуле полевой станции, транспортировочной линии, системе подготовки проб, системе переключения потоков и анализаторе. На схеме ниже показан пример обычной системы пробоподготовки для поточного анализа.

Временные задержки складываются. Они составляют общее количество времени движения среды от контролируемого технологического процесса до анализатора. Вы можете узнать больше о том, как измерить задержку, здесь. В данной статье мы рассмотрим полевую станцию и ту важную роль, которую регулятор играет в снижении в ней временной задержки.

Перед полевой станцией

Работа по минимизации временной задержки начинается с места расположения точки отбора. Лучше всего расположить точку отбора как можно ближе к промышленному анализатору, но она также должна находиться выше таких технологических источников задержек, как емкости, тупики, застойные линии, резервное или устаревшее оборудование.

При отборе жидких проб давление в точке отбора должно быть достаточным для продвижения пробы по транспортировочным линиям или обводной линии без насоса (это дорогое устройство, вводящее переменные в характеристики).

Во многих случаях невозможно выбрать, где расположить точку отбора. Приходится мириться с уже выбранным местом как для точки отбора, так и, зачастую, для отсека анализатора. Если точка отбора расположена далеко от анализатора, рекомендуется использовать обводную линию как средство быстрой доставки среды в анализатор и возвращения неиспользованной части в технологическую линию.

Другим источником временных задержек в большинстве аналитических контрольно-измерительных систем является зонд. Чем больше объем зонда, тем выше задержка. Объем зонда определяет как его длина, так и ширина. Чтобы свести к минимуму временную задержку, выбирайте зонд с малым объемом.

В полевой станции

В случаях, когда требуется проводить анализ жидких проб, промышленный регулятор в полевой станции не используется. Жидкости лучше подавать под высоким давлением, чтобы не образовались пузырьки. В случае с газообразной пробой полевая станция используется как средство снижения давления в транспортировочных линиях.

Временная задержка снижается прямо пропорционально абсолютному давлению. При снижении давления в два раза временная задержка также уменьшится вдвое. Полевую станцию располагают как можно ближе к точке отбора. Чем раньше можно снизить давление, тем лучше. Рассмотрим три возможных варианта применения регулятора в полевой станции. В каждом из них он настраивается немного иначе.

УЗНАЙТЕ О ПРЕИМУЩЕСТВАХ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО СМОНТИРОВАННЫХ АНАЛИТИЧЕСКИХ ПОДСИСТЕМ

Применение регулятора — вариант 1

В первом варианте цель состоит в снижении давления газа. Ожидается, что падение давления не вызовет конденсации. Следовательно, можно применить простой редуктор давления. Он поддерживает постоянное давление на выходе. Чувствительный элемент (обычно мембрана или поршень) смещается под воздействием давления на выходе, вследствие чего регулирующий элемент (в большинстве случаев — конусообразный плунжер) изменяет площадь условного прохода, через которую проходит газ. По мере того как чувствительный элемент выталкивается вверх под воздействием повышенного давления, регулирующий элемент перемещается ближе к седлу регулятора и площадь условного прохода уменьшается. Когда чувствительный элемент движется вниз при меньшем давлении, условный проход увеличивается. В большинстве аналитических регуляторов имеется рукоятка, с помощью которой оператор может регулировать давление на выходе, сжимая или ослабляя установочную пружину, которая обеспечивает движение чувствительного элемента под давлением на выходе.

Металлическая мембрана идеально подходит для систем, в которых входное давление варьируется не сильно либо важна химическая совместимость. А для резких колебаний давления лучше приспособлен поршневой регулятор.

Применение регулятора — вариант 2

Во втором варианте применения регулятора ожидается, что падение давления вызовет конденсацию. При падении давления почти все газы теряют энергию. Это явление называется эффектом Джоуля – Томсона и приводит к охлаждению. Если температура газа близка к точке росы, в результате охлаждения может появиться конденсат. В некоторых случаях потеря тепла может быть достаточно велика для появления конденсата, что может привести к замерзанию регулятора. Из-за эффекта Джоуля – Томсона может потребоваться регулятор с подогревом для поддержания температуры газа выше точки росы. Регулятор с подогревом — это редуктор давления, в котором системная среда протекает через нагревательный элемент. Потребуется нагревательный картридж.

Можно рассчитать требуемое количество энергии (или мощность в ваттах) картриджа нагревателя, чтобы подобрать изделие с подходящим диапазоном мощности. Каждый газ обладает определенным коэффициентом Джоуля – Томсона, который вводится в формулу вместе с величиной падения давления и расходом для получения необходимой величины в ваттах.

Применение регулятора — вариант 3

В третьем варианте применения регулятора требуется превратить жидкость в газ для ее анализа газовым хроматографом или другим типом анализатора. В этом случае используется испаряющий регулятор. Подобрать испаряющий регулятор непросто, однако правильно подобранный и смонтированный регулятор может стать надежным инструментом для подготовки жидкой пробы. Задача испаряющего регулятора — мгновенно превратить всю пробу в газ так, чтобы испаренная проба отражала технологические параметры жидкости.

Кроме того, необходимо внимательно следить за температурой и расходом пара. Если расход слишком большой, испарение пробы произойдет не полностью и жидкость попадет через регулятор в анализатор. Если температура испарителя слишком высока, жидкая проба испарится до регулятора. Вы можете узнать больше об организации процесса испарения в аналитических системах здесь.

Наконец, испаряющий регулятор требует правильной настройки, чтобы избежать возникновения существенной временной задержки. При переходе среды из жидкого состояния в газообразное существенно возрастает ее объем. Степень увеличения объема зависит от молекулярной массы жидкости. Как правило, измеренный расход пара после регулятора будет более чем в 300 раз превышать расход жидкости перед испаряющим регулятором.

Другой способ добиться ускорения реагирования — переместить испаритель ближе к анализатору посредством жидкостной обводной линии. На схеме ниже регулятор расположен после фильтра обводной линии со второй медленной жидкостной байпасной линией, обеспечивающей хороший расход жидкости вплоть до испаряющего регулятора. Задача состоит в минимизации объема медленно движущейся жидкости по направлению к испаряющему регулятору.

Правильный выбор регулятора поможет сократить задержки

Регулятор является важнейшим средством решения проблемы временных задержек в аналитической системе. Чем ниже давление в газовой системе, тем меньше время реагирования. Обычно чем раньше можно снизить давление в газовой системе, тем лучше. Если жидкость испаряется, можно создать жидкостную обводную линию, чтобы сохранить движение жидкости вплоть до испаряющего регулятора. Полевая станция — это один из компонентов сложной аналитической контрольно-измерительной системы, способный значительно снизить временную задержку, но подходить к решению этой задачи всегда следует комплексно. Необходимо обратить самое пристальное внимание на все потенциальные источники задержек в системе.

Если вы стремитесь сократить временные задержки в ваших аналитических системах, помимо представленного выше совета о выборе регулятора, вы можете получить и другую помощь. Мы предлагаем несколько курсов обучения по пробоотборным системам под руководством экспертов по пробоотбору, предварительно смонтированные аналитические подсистемы, конструкции, которых соответствуют передовым практикам, а наши технические специалисты могут приехать к вам на предприятие, чтобы помочь в поиске и устранении неисправностей в аналитических системах. Чтобы получить дополнительную информацию или начать беседу о сокращении временных задержек в вашей аналитической системе, нажмите кнопку ниже.

ПОЛУЧИТЕ ПОДДЕРЖКУ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОБООТБОРНЫХ СИСТЕМ