プロセスアナライザトレーニング50年：現場で得られた5つの重要な教訓

プロセスアナライザサンプリングシステム トレーニングで受講者が体験する5つの「気づき」

トニー・ウォーターズ、サンプリングシステム エキスパート、インストラクター

プロセスアナライザのサンプリングシステムは、プラント内で最も難易度の高いシステムの一つです。設計が難しいだけでなく、正確に運用することも困難です。わずかな調整が別の場所で大幅な変更を強いることも珍しくありません。だからこそ、スウェージロックのプロセスアナライザサンプリングシステム（PASS）トレーニングコースには多くの優れた質問と熱心な受講者が集まります。過去50年の指導経験で、受講者が経験する多くの「気づき（アハ体験）」を目の当たりにしてきました。ここでは、プロセスアナライザシステム受講者から寄せられたトップ5の「アハモーメント」を紹介します。

「タイムラグは想像以上に長い」

多くの受講者は、分析計装システムにおけるタイムラグ対策の重要性を認識しておらず、アナライザ測定値の取得がいかに遅れるかに驚きます。業界標準はサンプル採取から測定値取得まで約1分。この短い時間枠により、プロセス状態のニアリアルタイム把握が可能になり、即座の調整で廃棄製品を最小限に抑えられます。

しかし、アナライザがプロセスタップからわずか数フィートの場所にあっても、測定値取得までに膨大な時間を要するケースがあります。これらの遅延は、サンプリングシステム設計者の予想を超えるときに問題となります。タイムラグの不正確な見積もりや誤った前提は、不十分なプロセス制御を招きます。

タイムラグを短縮する唯一の方法はシステム設計の調整です。トレーニングコースでは典型的なサンプリングシステムのタイムラグを計算する実習を行います。初期設計では5時間以上の巨大な遅延でしたが、いくつかの迅速なシステム改修により、業界標準の1分まで短縮できました。受講者はこのプロセスに驚き、自施設で実践しています。

「自分のサンプルがプロセス状態を代表していない可能性がある」

タイムラグが重要なのは、サンプル測定値の「代表性」に影響するからです。つまり、アナライザ測定値を取得した時点で、サンプルがプロセスライン内の流体をどれだけ代表しているかです。例えば、5時間以上の遅延があるシステムで異常値が検出された場合、オペレーターは品質問題を修正し解決したと判断します。しかし、測定が5時間以上遅れていたことを認識していません。その間、大量の不良品がシステムを通過し、顧客へ出荷されている可能性があります。

適切なサンプル採取とタイムラグ抑制を行っても、サンプリングシステムの設計次第で非代表的になり得ます。例えば、デッドレグやデッドスペースが古いサンプルをトラップし、新しいサンプルに混入することで、リアルタイムのプロセス状態を反映しない混合サンプルが生成されます。

サンプルは、周囲大気からのリークによっても汚染される可能性があります。これはサンプリングシステム自体からのリークではなく、システム外部の大気がシステム内へ漏入するケースです。例えば、100 psiaの100%窒素システムに酸素が漏入するのは、システム外部の酸素分圧が内部より高いためです。この種のリークは、サンプリングシステムの分圧を高めることで、意図しない大気汚染を防止できます。

「コアレッサーにより注意を払う必要がある」

サンプルコンディショニングトレーニングでは、多くの受講者がコアレッサーを「ガスサンプルから液体を分離除去する装置」と認識しています。これは部分的に正しいですが、エアロゾル状に浮遊する液体に対してのみ正確です。多くのガスサンプルにエアロゾルが存在するのは、サイクロンや重力セパレータなどの加速装置では液滴を分離できないためです。サンプリングシステムにコアレッサーを設置すると、微細液滴が合体して大きな液滴となり、重力で容易に分離できるようになります。

受講者が驚くのは、コアレッサーを無効にする2つの典型的条件です。第一に、フリーリキッド（エアロゾルではない液体）は、液滴が巨大なためコアレッサーをほぼ分離なしで通過します。第二に、コアレッサー内の流速が高すぎると、微細エアロゾル液滴が素子を通過し、流路から除去されません。どちらのシナリオも、エアロゾル液滴がアナライザへ到達するリスクを高め、測定信頼性を低下させ、コアレッサーを無意味にします。

「液体の気化は問題をはらんでいる」

多くの受講者は液体サンプルの気化を容易だと考えますが、多くの問題が潜んでいます。目標は、液体圧力を急激に下げて瞬時に気化させることです。しかし、サンプル全体をフラッシュ気化させる代わりに、気化と蒸発の組み合わせにより意図せず分留サンプルを作り出す可能性があります。一度サンプルが分留すると、分析には適さなくなります。

このシナリオでは、軽質ガス分子が先に蒸発して下流のアナライザへ移動し、重質分子が液相に残ります。その結果、アナライザに到達するサンプルはプロセスラインから採取した製品を正確に代表しなくなります。気化時に何が起こるかを理解し、分析システムでの気化管理について学ぶことで、将来的にこの発生を防止できます。

「凝縮は厄介だが、対処はシンプル」

凝縮はガスサンプルで最も一般的な問題です。受講者はガスがいかに速く冷えるか（液体がいかに遅く冷えるか）に驚きます。同時に、凝縮が発生する条件と、それを防ぐために必要な温度を予測するのが容易であることも学び、安心します。

フィールドステーションでガスサンプル圧力を下げるシステムを考えてみましょう。フィールドステーションはタップにできるだけ近接して設置すべきです。ほぼすべてのガスは減圧時に熱を失います（ジュール・トムソン効果）。圧力降下が微小なら、シンプルな減圧レギュレータで凝縮を心配せず使用できます。しかし、大幅なガス圧力降下は大きな熱損失を伴うため凝縮を引き起こします。ガスが露点温度に近い場合、この傾向はさらに強まります。

プロセスアナライザサンプリングシステムの設計は、発見の連続です。常に新しい課題が見つかります。50年のサンプリングシステム経験を経ても、私自身まだ学び続けており、今でも時折「アハモーメント」を体験します。トレーニングはスキル向上と、まだ学ぶべきことの発見の鍵です。現場に出ても、あなた自身の気づきが、より正確で信頼性の高いプロセスアナライザシステム測定値の実現につながるでしょう。

著者について

トニー・ウォーターズはスウェージロックの業界エキスパート兼コンサルタントです。プロセスアナライザとそのサンプリングシステムに関する50年以上の経験を持ち、アナライザメーカー、エンドユーザー、システムインテグレーターでエンジニアリングとマーケティングの役割を歴任。分析器サービスを専門とする3社を設立し、製油所と化学プラントでのプロセスアナライザ応用のエキスパートです。