産業用流体・サンプリングシステムの実績能課題を解決する

流体・サンプリングシステムの実践的パフォーマンス課題に取り組む

フィル・マシューズ、テクニカルサービスディレクター、スワゲロク ロサンゼルス

産業用流体システムとサンプリングシステムには、3つの分析的目標と3つの運用目標、計6つの主要目標があります。分析的目標は、アナライザーと互換性のあるサンプル、結果に基づいて行動できるタイムリーなサンプル、プロセス条件を代表するサンプルです。運用目標は、信頼性、コスト効率、安全性のある流体システムです。これらの目標達成には、完全な設計と、一見些細に見えるパフォーマンスに影響する多数の要素を考慮する必要があります。

「些細なこと」とは何か？ 産業システムは、チューブとチューブ継手、バルブ、ゲージなど無数のコンポーネントで構成されます。各コンポーネントは潜在的な故障点であり、間違ったコンポーネント選定は運用効率、製品品質、最悪の場合は作業員の安全に影響します。正しい選択をしても、実運転条件下では多様な要因がサンプル精度や最終製品品質に影響を与える可能性があります。

流体・サンプリングシステムの全体性能に影響を与える可能性のある主要因をいくつか挙げます：

材質がサンプル測定を左右する。 プロセス流体をサンプリングする際、サンプルはアナライザーと互換性があり、タイムリーで、プロセスを代表するものでなければ意味のある結果を得られません。プラントオペレーターが最新鋭のプロセスアナライザーを導入し、製品が正確な仕様を満たすことを確認していても、そのアナライザーの性能は分析するサンプル次第であり、それはサンプルコンディショニングシステムに大きく依存します。

メインプロセスラインからアナライザーまでの経路で、サンプルの精度や有用性を損なう複数の要因が存在します。これらは必ずしも安全リスクを伴わないものの、不必要なダウンタイムを招いたり、サンプルが仕様を満たさない、既知のプロセス変化を追跡できないといった理由でオペレーターを悩ませたりします。

現場で最もよく見られる問題の一つは、ホース材質の単純な不適合や用途への不適合です。例えば、ヘリウム、水素、二酸化炭素など極めて小さな分子を持つプロセスガスは、フルオロポリマーを透過することがあります。テフロン®ホースが適さない用途で使用されているだけで、技術者が測定誤差を観測し、サンプル代表性に影響を与えているケースがあります。もう一つの類似問題は吸着で、システム媒質の分析対象成分がチューブやホースの内壁に物理的に付着し、サンプルがプロセスを代表しなくなるため、アナライザーで測定問題が生じます。

これらの問題は、プロセス流体自体が実際には仕様通りであっても、代表的なサンプルを得るために多大かつ不必要なトラブルシューティング時間を費やす原因となります。サンプリングシステムのホースがシステム媒質と用途に完全に適合しているか確認し、不正確さを防ぎましょう。

システム最適化のお手伝い：

適切なコンポーネント選定で複雑さを回避する。 多くの流体システムでは、製品を特定の圧力や温度に維持して仕様を満たすか相変化を防ぐ必要があります。しかし、流体がシステム内を移動するにつれて圧力損失と熱伝達は自然に発生するため、オペレーターは圧力を適切なレベルに維持するための対策を講じます。

ある程度の圧力損失は避けられませんが、ベストプラクティスに従えば最小限に抑えられます。例えば、適切な配管サイズとバルブ選定は、システムに不必要な複雑さを加えずに所望の圧力を維持するために不可欠です。設計不良なシステムでは、メンテナンスサイクル中に複雑さが不必要に増大することが珍しくありません。例えば、目標圧力維持のためにサンプルポンプなどの補助的な対策を追加するといった具合です。

でも、ポンプが不要ならなぜ追加するのでしょう？ 補助圧力ポンプが流体システムにもたらす複雑さを考えてみてください。独自の動力が必要になり、技術者による定期メンテナンス、故障時の交換部品、その他継続的な懸念が生じます。事前にシステムを十分に理解し、正しいバルブを特定し——適切なバルブが手元のパーツショップにない場合は発注する——ことで交換前に準備できれば、全体的な流体システム性能と効率に大きな違いをもたらします。

適切な圧力と温度を維持する。 圧力と同様に、温度も相変化のクリティカルな要因であり、流体・サンプルコンディショニングシステムのさまざまな要素で影響を受けます。場合によっては、技術者がシステム全体で適切な温度を維持するために特別な注意を払う必要があります。

ガスプロセスラインからサンプルを採取するケースを考えてみましょう。高温ガスは急速に温度低下し、適切な対策を講じなければすぐに液体に凝縮します。プロセスサンプルがメインシステムから採取される地点からアナライザーまでの経路で温度と圧力が適切に管理されていないと、悪いサンプルになります。たった30cmほどの無断熱または不適切に加熱されたチューブでも、ガス温度の大幅な低下を招き、混相サンプルとなり、代表性が失われたり有用性が損なわれたりします。

凝縮問題に直面した技術者の中には、サンプルコンディショニングシステムにコアレッサーやノックアウトポットを追加して液体を除去しようとするケースがありますが、これは必ずしもベストプラクティスではなく、サンプルの有用性をさらに損なう可能性があります。代わりに、すべてのチューブを断熱または加熱して、最初から凝縮を防ぐようにしてください。

流体・サンプリングシステムの適切な最適化についてさらに知りたい方は、専門家による評価をご予約ください。