プロセス アナライザーの精度に関する 8 つの一般的な課題

サンプリング システム:プロセス アナライザーの精度に関する 8 つの一般的な課題

Tony Waters、サンプリング システムの専門家およびインストラクター

サンプリング システムは、プラントで最も複雑なシステムの 1 つです。それらは、プロセスの流れの状態を分析的に読み取るために連携する必要がある多数のコンポーネントとプロセスを特徴としています。この重要な結果はプラントの制御目標を達成するために使用されるため、その読み取り値は正確かつタイムリーでなければなりません。しかし、プラントのエンジニアや技術者は、サンプリング システムが扱いにくいことを知っています。システムのすべての要素が、プロセス アナライザーの精度に影響を与える可能性があります。分析装置の信頼性を向上させるために、Swagelok フィールド エンジニアは、システムの精度に影響を与える 8 つの一般的な課題を特定しました。

アナライザーの精度への影響

サンプリング システムの設計ミスは、以下に影響を与えることでサンプルの完全性を脅かす可能性があります:

• 代表性: 設計上の欠陥により、サンプルがプロセスを正確に表していない可能性があり、さらにはプロセス流体の化学組成を予期しない方法または意図しない方法で歪めることさえあります。システムでは、測定が管理目標を満たしていることを確認するために、代表的なサンプルが必要です。
• 適時性: サンプルの取得とアナライザーの読み取り値の取得の間に過度の時間遅延が発生した場合、プラントは製品の損失や生産エラーを修正するためのコストのかかる再処理のリスクを負う可能性があります。業界標準の応答時間は 1 分です。
• 互換性: 温度、圧力、流量、および/または状態がプロセス アナライザーの要件と一致しない場合、サンプルによってアナライザーが損傷を受けたり、精度が低下したりする可能性があります。さらに、正確な分析結果は、潜在的に危険な操作条件にフラグを立てることで、安全なプラント環境を維持するのに役立ちます。

一般的な課題の特定と対処

課題 1:不適切なタップ位置

タップ位置の選択は微妙な決定になる場合があります。 1 つの目標は、時間の遅延を回避することです。タップがプロセス パイプの低流量セクションにある場合、プロセス ケミカルの変化が分析結果に現れるまでに時間がかかります。塔の底、タンク、ドラムなどの混合ボリュームも遅延の大きな原因です。さらに、システム設計者は、サンプルが十分に混合される場所を選択する必要があります。たとえば、ポンプ排出口、フロー オリフィス、または配管エルボからの誘導乱流の下流などです。

課題 2:プローブの誤用

プローブを使用してサンプルを取得する場合、理想的には、プロセス パイプの中央 3 分の 1 に到達するのに十分な長さである必要があるため、代表的なサンプルを取得します。また、プロセス パイプの中央付近では流れが速いため、よりタイムリーな結果が得られます。ただし、プローブが共振振動を受けないように、常に最大許容長を計算する必要があります。場合によっては、パイプの直径に 15% 挿入するだけで十分です。ボリュームが大きいと時間の遅れが生じるため、プローブは必要以上に広くしないでください。プローブを使用せずにノズルのみを使用すると、システムの容積が大幅に大きくなり、大幅な遅延が発生する可能性があります。

課題 3:間違ったフィールド ステーションの設計

気体サンプルの場合、システム設計者はできるだけ早く圧力を下げたいと考えるでしょう (10 ～ 15 psig、またはシステム設計で許容される場合は 5 psig まで)。高圧ガスは、分子が密に詰まっているため動きが遅くなり、時間の遅れが生じます。また、低圧は結露のリスクを減らします。これは、多くのガス プロセス アナライザーと互換性がなく、サンプルの代表性が損なわれるため、避けたいものです。低圧を維持するもう 1 つの理由は、オペレーターと技術者の安全です。

フィールド ステーションのレギュレーターは、サンプル内の圧力を下げて、サンプルがより迅速に分析装置に流れるようにします。

課題 4:高速ループをスキップする

液体サンプルを気化する場合、サンプリング システムには、気化レギュレーターの上流に高速ループまたはバイパスが必要な場合があります。そうしないと、液体サンプルの流れが遅すぎて、少量の液体から大量のガスが発生するため、時間の遅れが生じる可能性があります。高速ループがないと、レギュレーターの上流に 100 mL を超えるゆっくりと移動する液体が存在する可能性があり、何時間もの時間遅延につながる可能性があります。

課題 5:デッドレッグ

デッドレッグは、古いサンプル分子を保存し、それらを新しいサンプルにゆっくりと出血させることによって、サンプルの代表性を損ないます。横断抽出ラインのティーまたはクロスは、すべてのポートが流れていない限り、デッドレッグです。例としては、ゲージやスイッチ、圧力リリーフ バルブ、ラボのサンプル ポイントなどがあります。高濃度のストリームから低濃度のストリームに切り替える場合、デッドレッグによって分析結果が損なわれる可能性が高くなります。デッドレグも、低流量で問題になる可能性が高くなります。アナライザーに直接つながっているデッドレッグは、移動または除去する必要があります。

課題 6:クロスストリーム汚染

単一の 3 方向バルブは、校正液とサンプルの間の十分なバリアではありません。この配置では、キャリブレーション流体がバルブ シートを横切って漏れ、サンプルを汚染する可能性があります。または、プロセス ストリームのサンプルがキャリブレーション流体に漏れる可能性が高くなります。いずれのシナリオも分析を台無しにします。より優れた構成は、ダブル ブロック アンド ブリード セットアップです。これにより、ブロックされたポートからの漏れが、サンプルではなく、ブリードまたはベント ラインに確実に流れます。

課題 7:不適切な温度と圧力

部分的な相変化を防ぎたいので、サンプルの相変化に注意してください。混合フェーズのサンプルは代表的なものではなく、おそらくアナライザーと互換性がありません。サンプルの相が変化しているかどうかを判断することは難しくありません。ソフトウェア プログラムは、システムの化学組成の状態図を作成できます。原則として、気体サンプルは露点より上 (凝縮しないように) に保ち、液体サンプルは泡立ち点より下に保ちます (軽い成分が蒸発しないようにします)。ラインを加熱している場合は、数インチの加熱されていないラインでも温度を下げて結露を引き起こすのに十分であるため、すべてを加熱する必要があります.ガスを露点より約 20°C 高く保つことを目指します。

課題 8:不適切なサンプル調整

サンプリング条件システムでは、気体サンプルから液体を除去する必要があります。これは、プロセス アナライザーに損傷を与え、分析結果を損なう可能性があるためです。重力 (ノックアウト ポットまたはフォールバック チューブを使用) または慣性 (動的分離器またはサイクロンを使用) を使用して、ガス サンプル内の大きな液滴を除去できます。しかし、エアロゾルとして浮遊する非常に細かい液滴には、コアレッサーが必要です。ただし、コアレッサーは大きな液滴をろ過しないことを理解することが重要です。さらに、流量が高すぎると、小さな液滴がコアレッサーの要素を通過して押し出され、本来のように滴り落ちなくなります。最後に、サンプルがコアレッサーを離れると、露点付近で飽和し、再び凝縮に近づきます。温度を上げるか圧力を下げることで、露点から逃れることができます。ニードルバルブで圧力降下を作り出すことができます。

サンプリング システムにおけるプロセス アナライザーの精度に対する脅威の特定と対処の詳細については、Swagelok のサンプリング システムのハンズオン トレーニング コースを参照するか、最寄りの Swagelok 販売およびサービス センターに連絡して、Industrial Sampling Systems のコピーを入手してください。