サンプリングを簡素化するサンプリング プローブ、キャリブレーション、スイッチング モジュール

サンプル プローブ モジュールと標準サブシステムでサンプリングを簡素化するその他の方法

Karim Mahraz、Swagelok プロダクト マネージャー、分析機器

標準の事前設計されたサブシステムは、流体サンプリングおよび制御システムの設計を簡素化することで、操作を効率化できます。標準システムを使用すると、設置コスト、ダウンタイム、および全体的なメンテナンスが大幅に削減されるという追加の利点があり、工場や施設の管理者は部品を取得して組み立てながら、施設全体、さらには大陸全体で一貫性を確保できます。

最終的に、プラントおよび施設の管理者は、時間、労力、およびエネルギーを節約して、効率を改善し、プラントの他の領域のコストを削減するために再利用できます。

以下は、サンプリング システムのパフォーマンスを向上させることができる一般的なタイプのサブシステムと、サンプリング システムの効率を向上させるためにそれぞれがどのように機能するかです。

キャリブレーションおよびスイッチング モジュール (CSM)

CSM の主な機能は、プロセス ストリームの調整と選択、または分析用のキャリブレーション ストリームの選択です。最低でも、各システムには 2 つの入口 (2 つのプロセス ストリーム入口、または 1 つのプロセス ストリーム入口と 1 つのキャリブレーション ストリーム入口) が必要です。システムは、外部ソース (通常はアナライザー) からの空気圧信号に応答して、分析用の流体を選択します。この信号により、分析対象の流体を含むストリームに対応するストリーム セレクタ バルブ (SSV) ダブル ブロック アンド ブリード バルブ モジュールの 1 つが開きます。 Swagelok が提供する CSM などの CSM を使用すると、次のような利点がいくつか追加されます。

• アプリケーションの要件を満たすために利用できるさまざまなサンプル コンディショニング構成。
• オペレーターがいつでもアナライザーを校正できる手動校正オプション。
• 色分けされたストリームの識別 — プロセス ストリームの入口は常に青、キャリブレーション ストリームはオレンジ、バイパスは緑、出口は白です。
• 統合されたフロー ループ設計により、すべてのストリームにわたってアナライザーへの一貫した配送時間を確保し、行き詰まりやクロスストリーム汚染の可能性を排除します。
• 圧縮されたシステム流体と空気圧空気が混合する危険な可能性を防止する通気エア ギャップ。
• メンテナンスが容易なモジュラー設計。個々のコンポーネントは、パネルの上部からアクセスできる 4 つのネジを緩めることで、アセンブリから取り外すことができます。ユニット全体を誤って分解したり、他の流体接続を混乱させたりするリスクはありません。
• CSM への高流量を可能にし、その後のサンプル時間遅延を短縮するバイパス オプション。

アプリケーションによっては、ファスト ループ モジュール (以下で詳しく説明) が CSM にバイパス ファスト ループ フィルタからのフローを供給して、アナライザへの応答時間を改善することができます。 CSM には追加のバイパスを組み込むことができ、高速ループを介して、または個別にプロセス ラインに戻すか、廃棄システムに送ることができます。注入口の数は、1 台の分析装置に送られるサンプルとキャリブレーション ラインの数によって決まります。

サンプル プローブ モジュール (SPM)

サンプル プローブ モジュールをサンプル プローブ バルブ (SPV) と組み合わせて使用​​すると、安全性だけでなく、サンプルの純度と適時性も向上します。プローブは、サンプル システムの容量を減らすことで、分析装置の応答を高速化します。ノズルの容積が大きくなり、サンプルシステム全体の必要なパージ容積が増加する可能性があります。また、プローブを使用すると、プロセス パイプの中心からサンプルを抽出できるため、パイプの壁に沿ってスラッジを抽出する必要がありません。さらに、プローブからの 45° の角度カットを使用すると、サンプル システムに抽出される微粒子の量が大幅に減少します。どちらの機能も、プローブがプロセスから代表的なサンプルを確実に抽出するのに役立ちます。

これらの理由から、2 インチ (50 mm) より大きいパイプではプローブを使用することをお勧めします。これは、4 インチ (100 mm) を超えるパイプでは特に重要です。プローブの設計は、長さ、直径、壁の厚さ、構成材料によって異なります。これらのパラメータは、プローブの強度、フィルタリング能力、および内部流速に影響します。より厚く、より大きな溶接プローブは、高いプロセス フローからのより多くの衝撃に耐えますが、より大きな内径を通るフロー速度は遅くなります。ただし、この遅い流速により、より多くの粒子がサンプル システムに入る代わりに、プローブから落ちることができます。小さい格納式プローブは、溶接プローブほど強力ではありませんが、内部容積が小さいため、分析装置への流速が速くなります。 Swagelok サンプル プローブ モジュールの詳細については、こちらをご覧ください。

高速ループ モジュール (FLM)

高速ループ モジュールは、オンライン アナライザ システムの時間遅延を短縮するために、サンプル トランスポート ラインの高流量を処理するように設計されています。アナライザー シェルターに配置され、バイパスを提供する高速ループ モジュール (FLM) は、サンプル システムを分離し、システム クリーニング用のパージ ガスを導入できます。 Swagelok の FLM は、バイパスの高流量を使用してフィルター エレメントをクリーンに保ちながら、フィルターを通してサンプルを抽出します。

高速ループには 2 つのプロセス タップが必要です。1 つはサンプル供給用、もう 1 つはサンプル リターン用です。サンプル ポンプのコストを回避し、サンプリング システムの信頼性を向上させるには、供給タップよりも圧力が低いリターン ポイントの場所を選択します。分析装置にできるだけ近いプロセス タップ位置を選択します。サンプルに凝縮性ガスが含まれている場合は、高速ループラインと FLM をプロセス圧力でのサンプルの露点温度より上に加熱します。液体サンプルは、凍結しないようにする必要がある場合にのみ加熱する必要があります。

フィールド ステーション モジュール (FSM)

フィールド ステーション モジュール (FSM) は、プロセス ガスを分析装置に運ぶ前に圧力を下げます。低圧でガスサンプルを輸送することには、次の 3 つの主な利点があります。

• アナライザーの応答時間の短縮: 下流のフロー制御を備えた高圧ラインでは、ガス分子がより密集しているため、流速が遅くなり、パージ時間が長くなります。ガスサンプルの圧力を下げるということは、サンプル輸送ラインとサンプル調整コンポーネント内の分子が少なくなることを意味します。したがって、システムのフラッシュが容易になり、分析装置はプロセスの変更により迅速に対応できます。輸送ラインに保持されるガスの量は、その絶対圧力に比例します。絶対圧の半分では、ライン内のガス分子の数が半分になるため、他のすべての条件が同じ場合、新しいサンプルが分析器に到達するまでの時間は半分になります。通常、FSM はプロセス圧力が 3 bar (ゲージ) (43.5 psig) 以上の場合に使用されます。
• 結露が少ない: 気体の相対湿度は、混合物中の水蒸気の分圧に正比例します。 100% の相対湿度 (または飽和) は、作業温度で可能な水蒸気の最大分圧を表します。したがって、任意のガス混合物中の水蒸気が飽和限界の 100% に達すると、水蒸気はサンプル輸送ラインで凝縮し始めます。ガスサンプリングでの結露を避けるために、FSM はサンプル混合物中のすべてのガスの分圧を下げます。すべてのガスの分圧を下げる 1 つの方法は、システム全体の圧力を下げることです。各ガスの分圧は、全体の圧力変化に比例して低下します。たとえば、サンプルの絶対圧力が半分になると、混合物中の各ガスの分圧も半分になり、サンプルの水分飽和度が半分になります。 FSM を使用すると、サンプル搬送ラインで結露が発生する可能性が大幅に減少します。
• より安全な環境: システムが危険にさらされると、加圧されたガスが急速に大気圧まで膨張し、システムの損傷や人身事故の原因となる可能性があります。体積膨張率は、絶対圧力の減少に正比例します。フィールド ステーション モジュールのない高圧システムでは、拡張が非常に大きくなり、爆発的な結果になる可能性があります。プロセスのサンプリング ポイントに FSM を設置すると、サンプル システムのより小さなセクションが高圧にさらされることになり、全体的な環境がより安全になります。

Fluid Distribution ヘッダー (FDH)

流体分配ヘッダーは、さまざまな気体および液体用途で使用される一般的なコンポーネント アセンブリです。 FDH は流路を提供しながら複数の出口を可能にし、大きな分岐継手のように機能します。流体分配ヘッダーは、一方の端に入口があり、もう一方の端にドレインがあり、側面に複数の出口があります。典型的な流体分配ヘッダーは、パイプまたはバーの一部から製造され、溶接またはねじ込みの端部接続が特徴です。

分配マニホールドまたはヘッダーとして、FDH は複数のユーザーをユーティリティ流体の供給源に接続します。典型的なアプリケーションは次のとおりです:

• 冷却水
• 蒸気
• 圧縮空気
• 植物性窒素

たとえば、典型的な分析装置ハウスでは、1 つの FDH が計器用空気ヘッダー、別の FDH がプラント窒素ヘッダー、さらに別の FDH が LP 蒸気ヘッダーです。必要に応じて、複数の FDH サブシステムをエンドツーエンドで接続して、より長いヘッダー ランを作成できます。

通常、FDH にはメインの遮断弁と複数の排出口があり、それぞれに独自の遮断弁があります。圧縮空気や蒸気などの湿り気のあるガスの場合は、FDH を垂直に設置し、下部にドレン バルブを配置することをお勧めします。液体サービスの場合は、FDH を垂直に取り付けて、供給が下部から入り、上部のバルブが閉じ込められた空気を除去するためのベントとして機能するか、メンテナンス中に FDH を排出するために空気を入れることをお勧めします。

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