アナライザー精度を確保する3つの必須ルール

アナライザー精度のための3つのルール

Stacey Phillips、フィールドエンジニアリングマネージャー（米州）

ほとんどのアプリケーションでは、オペレーターはアナライザー結果を信頼し、製品が仕様を満たしているか判断しています。しかし、アナライザー結果が最終製品の特性を正確に反映していない場合、サンプリングシステムの設計や性能の問題がプロセスサンプルを損なっている可能性が高いです。実際、アナライザー問題の約80%は、サンプリングシステムの性能問題に起因します。

Swagelokフィールドエンジニアは、世界中の様々な業界で、サンプリングシステムの不正確さやオフスペック製品の診断を支援してきました。この経験に基づき、システムオペレーターが常に守るべき3つのルールを紹介します。

#1. システム互換性を最適化する

正確なアナライザー結果は、システム流体との互換性を考慮して設計されたサンプリングシステムに依存します。例えば、ガスと液体ではニーズが異なり、サンプリングシステムはそれらに対応する設計でなければなりません。結果に大きな影響を与える変数には以下が含まれます：

• 温度。 化学組成は温度に敏感であり、温度偏差は結果に影響します。例えば、高温の気化器が流入液体サンプルを沸騰させる可能性があります。一方、ガスサンプルは温度が急速に低下するため、代表的な温度を維持する適切な対策が必要です。断熱とチューブ加熱エレメントで対応できます。
• 圧力。 圧力もアナライザー精度に影響します。サンプルがシステムを通過するにつれ圧力は自然に低下しますが、適切な対策を講じなければ問題が生じます。液体サンプルの圧力低下は溶存ガスを放出し、液体が泡立つ原因となります。適切なバルブ選定で適正圧力を維持できます。
• 流量。 サンプル流量が遅いほど、チューブ内壁への粘性抵抗が大きくなり、固形成分が析出しやすくなります。アナライザー通過前に必然的に流速が落ちる前の、サンプリングシステム内での高速流は、良好なサンプル混合、クリーンなサンプルライン、速い応答時間のために推奨されます。

#2. サンプルをタイムリーに保つ

オペレーターは、サンプルがプロセスラインから採取されてからアナライザーが結果を出力するまでの時間を最小限に抑えるべきです。遅延はサンプル特性の変化リスクを高め、実際のプロセス条件を誤って表す可能性があります。タイムディレイの最小化を優先すべきです。

理想的には、タイムディレイは1分以内に抑えるべきです。更なる遅延を招く要因には以下があります：

• 圧力。 ガス輸送ラインの圧力は、タッピングポイントで可能な限り下げ、密度の低いガスサンプルがアナライザーへ速く到達できるようにする。
• プローブ。 プローブは、サンプルを速く採取し代表性を維持する二重の役割を果たします。しかしサイズが重要で、用途に対して不必要に大きなプローブは遅延を増大させます。
• 配管サイズ。 正確な配管サイジングが重要です。プローブと同様、オーバーサイズの配管は遅延を増やします。サンプルが移動する距離が長く、輸送ラインの内部容積が大きいほど、タイムディレイは長くなります。
• デッドレグ。 デッドレグや未パージ容積は、分子がサンプルに拡散するのを許し、アナライザー応答を遅らせ、システム汚染の可能性を生みます。
• アナライザー遅延。 アナライザー自体内で遅延が発生することもあります。例えば、手動操作が必要なアナライザーでは、サンプル到着時にオペレーターが分析を開始できる態勢でなければなりません。

サンプリングシステムオペレーターは、タイムディレイが累積的であり、小さな遅延が積み重なるため、重大な遅延が発生していることに気づかないことがあります。例えば、通常条件下でサンプルタップからサンプル調整システムまで49秒かかる場合、サンプル調整システム内で問題が生じ累積遅延が発生すれば、サンプル採取からアナライザー結果出力までの目標遅延（1分以内）がすぐに超過する可能性があります。これは、分析されたサンプルがもはや全体のプロセス流体を代表しなくなることを意味します。

#3. サンプル組成を維持する

最初の2ルールをうまく守っていても、サンプル組成の完全性を損ない、アナライザー結果を台無しにする追加の課題があります。そのいくつかは：

• 予期せぬ分別（フラクショネーション）。 分別や部分的な相変化は、アナライザー結果を劇的に変えます。サンプルが分別すると、アナライザーは元の組成を特定できず、非代表的な読み取りとなります。適切な温度と圧力の維持（ルール#1参照）で分別を防止できます。
• 吸着。 サンプル流体が表面に触れると、わずかな分子が付着します。吸着による分子損失はサンプルを台無しにします。フィルターエレメント、レギュレーターダイヤフラム、チューブ壁、ガスシリンダーの材質を、システム設計・メンテナンス時に適切に選定し、この問題を回避してください。
• 汚染。 フィルター選定は汚染防止に重要です。多くのオペレーターはシステムフィルターの重要性を理解していますが、間違ったタイプのフィルターが導入されているケースをよく見かけます。一部のフィルターはプロセス流体に適さず、粒子を見逃してダーティサンプルを生みます。他のタイプは流量を著しく制限し、タイムディレイを劇的に増大させるか、アナライザーをプロセス流体不足に陥れます。デッドレグは、古いサンプルを保持し新しいサンプルと混合させることで、クロスコンタミネーションを引き起こします。複数サンプルを選択・切替える際は、ストリーム選択バルブがシート上で漏れた場合でもサンプル間のクロスコンタミネーションを防ぐ、ダブルブロックアンドブリード（DBB）バルブ配置を持つ適切なストリーム選択バルブを使用しなければなりません。

これら3つのルールに従うことで、オペレーターは代表的なサンプルと正確なアナライザー読み取りを確保できます。サンプリングシステム問題のトラブルシューティングをどこから始めるか不明な場合、Swagelok®サンプリングシステム評価・アドバイザリーサービスが、これらやその他の改善領域を特定し、実行可能な洞察と優先順位付けられた改善推奨で、お客様が顧客に高品質製品を提供できるよう支援します。

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