安全で代表的なガスグラブサンプリング手法：正確な分析のために
ガスおよび揮発性液体サンプリングのベストプラクティス
Matt Dixon、シニアプリンシパルデザインエンジニア、Swagelok
化学プロセスのコスト最適化と高品質な製品アウトプットの維持には、ラボ分析用の代表的なプロセス流体を定期的に採取することが不可欠です。グラブサンプリング（スポットサンプリング、フィールドサンプリング、または単にサンプリングとも呼ばれる）は、プロセス条件を検証し、製造中の製品が社内仕様や顧客仕様を満たしているかを確認するのに役立ちます。また、オンラインアナライザーの測定値を検証するのにも役立ち、プロセスのリアルタイムな洞察を得る手段としてますます普及しています。
ガスグラブサンプリングには、真のプロセス条件を正確に把握するためにオペレーターが克服すべき独自の課題があります。これらの課題と、適切な手法でそれらを克服する方法を探っていきます。
サンプリングの基本ルール
ガスと揮発性液体は、サンプル組成を変える相変化を防ぐ温度と圧力で採取・維持する必要があります。以下の基本ルールを守ってください。
- サンプルはプロセスを代表するものでなければなりません。プローブを用いてプロセス配管の中央からサンプルを採取し、輸送中の相変化を防ぎます。
- サンプルはタイムリーでなければなりません。採取ポイントからラボまでの輸送時間を最小限に抑え、プロセス条件が正確に反映されるようにします。
- サンプルは純粋でなければなりません。サンプル容器上流のデッドレグを避け、サンプリングシステムの十分なパージとフラッシングを行って、汚染の可能性を最小限に抑えます。
- サンプリングは安全でなければなりません。グラブサンプリングは本質的に、オペレーターがプロセス流体と直接接触することを伴います。プロセス流体は直接接触すると有害な場合が多いため、ベストプラクティスの遵守と適切に設計されたサンプリングシステムの使用は、サンプル精度だけでなくオペレーターの安全のためにも不可欠です。
ガスおよび揮発性液体のサンプリングには、非揮発性液体のサンプリングとは異なる考慮事項が必要です。本記事はガスおよび揮発性液体サンプリングに焦点を当てています。非揮発性液体サンプリング戦略については、「液体サンプリング戦略でコストを管理する」ブログを参照してください。
適切なシリンダーの選び方
ガスと揮発性液体は相変化の影響を受けやすく、正確な分析のために圧力下で保持する必要があるため、安価な非加圧サンプルボトルではなく、サンプルシリンダーを使用して採取し、サンプルの代表性を維持する必要があります。ガスサンプルシリンダーは、有毒ガスの場合、技術者と環境をヒュームや排出から守るのにも非常に効果的です。
ガスおよび揮発性液体は相変化の影響を受けやしいため、サンプルシリンダーの使用が必要です。
ほとんどのサンプルシリンダーは、一貫した肉厚、サイズ、容量のためにシームレスチューブで作られていますが、特定のサンプリングニーズに基づいて考慮すべき変数があります。
シリンダーサプライヤーと協力して適切なタイプを選択できます。
シリンダー選定時に求めるべき機能には、以下のようなものがあります。
- 簡単に操作できるクイックコネクト。サンプリングポイントへの効率的かつ安全な接続・切断が可能
- スムーズな内部ネック形状。残留流体を防ぎ、シリンダーの洗浄と再利用を容易にする
- 過圧保護。オペレーターの安全性を高める。破裂ディスクやリリーフバルブはティー型またはシリンダーのメインバルブに内蔵可能
- 適切な材質構成と仕上げ。サンプリング対象のガスや揮発性液体に応じて、特殊合金や材質が必要な場合がある
- 内蔵バイパスライン。有毒サンプル残留物のパージと技術者の安全性向上に役立つ。バイパスラインによりパージ流体がクイックコネクトを流れるため、シリンダー切断時に漏れがあっても、有毒サンプルではなくパージ流体がこぼれる
- 耐久性のある設計と構造。サンプルシリンダーは多くの場合、ラボ分析のために長距離輸送される
シリンダーの正しい充填方法
ほとんどの場合、サンプルシリンダーを垂直姿勢で充填するのが最適です。それにはいくつかの理由があります。
揮発性液体をサンプリングする場合、シリンダーを下から上へ充填するのが最適です。これにより、シリンダー内に残っているガスが、充填に伴って上部（通常はアウテージチューブを通じて）から押し出されます。アウテージチューブはまた、ベーパースペース（蒸気空間）を確保する役割も果たします。シリンダーが完全に液体で満たされると、予期せぬ温度変化で破裂する恐れがあります。一方、ガスをサンプリングする場合は、シリンダーを上から下へ充填します。これにより、配管内に発生した凝縮液が下部からフラッシュアウトされます。
サンプルシリンダーのメンテナンス方法
あらゆる産業機器と同様に、サンプルシリンダーも通常の運用で摩耗・劣化します。損傷や故障したシリンダーは、スタッフの安全問題となり、サンプリング実践の精度と完全性を損なう可能性があります。これらすべてが、サンプリング中心の運用において、定期的な予防的なサンプルシリンダーメンテナンスを必須にしています。最低限、サンプルシリンダーは年次点検と耐圧試験を受けるべきです。5年ごとに再認定を受ける必要があります。
しかし、これらの点検の間にも損傷は発生し得ます。注意すべき最も一般的な問題には、以下が含まれます。
- バルブ、クイックコネクトなど主要コンポーネントでの漏れ
- サンプルとの互換性問題による腐食
- 内面状態、吸着
- コンポーネントの不適切な取り付け
ヒューマンエラーの可能性を最小限に抑える
グラブサンプリングは、技術者がプロセスから物理的にサンプルを採取する必要があるため、本質的にヒューマンエラーの可能性をプロセスに導入します。幸い、これらのエラーを制限するいくつかの戦略があります。
ドキュメンテーション。グラブサンプリングパネルには、パネル操作方法や必要に応じた交換部品の注文方法など、有益な詳細を記載した彫刻プレートを取り付けることができます。説明書があれば、初めてパネルを操作する技術者でもサンプル採取が容易になります。部品ドキュメンテーションにより、推測なしでサプライヤーに必要なものを正確に伝えられます。
シンプル化。シンプルで直感的な操作が可能なグラブサンプリングシステムも、ヒューマンエラーの可能性を制限できます。例えば、ガスサンプリング専用に設計されたグラブサンプリングパネルは、適切なシリンダー姿勢とトップダウン式サンプル採取を毎回保証します。前述の通り、これにより個々の技術者がサンプルを不適切に挿入・採取する可能性を排除できます。揮発性液体サンプリング専用パネルでも同様です。
ギアードバルブアセンブリにより、サンプル採取に必要なすべてのバルブが正しい順序で作動します。
また、ギアードバルブアセンブリを使用すれば、サンプル採取に必要なすべてのバルブが正しい順序で作動します。これにより、オペレーターがそれらのバルブを手動で開閉する必要がなくなり、安全なサンプル採取に貢献します。パージ機能をギアードバルブアセンブリに組み込むこともでき、ヒューマンエラーによりパージ流体がメインプロセスに再導入されるのを防止できます。
自動化。サンプル採取を自動化すれば、初期コストは高くなりますが、ヒューマンエラーをさらに削減できます。自動パネルは、エンクロージャドアが正しく閉じられていること、バルブが正しい順序で開くこと、製品およびパージの流量と圧力が精密に維持されることを保証します。これは一般的に、グラブサンプリングパネルをプログラマブルロジックコントローラ（PLC）やプラント制御システムに配線することで実現できます。配線を追加する場所では、危険区域要件を必ず確認してください。
最終的に、グラブサンプリングは、顧客に高品質で仕様通りの製品を提供できているという確信を得られるプロセスでなければなりません。使いやすく適切に設計されたグラブサンプリングシステムを選択し、施設全体で確立されたベストプラクティスに従うことで、その目標に貢献できます。
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