液体および天然ガスのサンプリング システムでノズルを配置する方法
液体および天然ガスのサンプリング システムにノズルを配置する方法
カリム・マフラズ
液体または気体のサンプリング システムでは、タップ位置でノズルを使用してサンプルを分析装置に供給します。このノズルの適切な配置、位置、および向きは、タイムリーで正確な分析測定を確実にするために重要であるため、正しく行う必要があります。ノズルの配置が悪いと、分析の遅延、サンプルの汚染、および不正確な結果につながる可能性があります。
理想的には、サンプリング システムのエンジニアが配管のレイアウトや処理容器の設計を指示して、ノズルが適切に配置されるようにします。ただし、ノズルの位置や向きが正しくない場合でも、エンジニアは既存の回路図を使用して作業する必要があることがよくあります。以下では、液体と気体の両方のサンプリング システムのノズルの配置と構築を担当するエンジニアにとって重要な考慮事項を確認します。さらに、すべての変数が確実に考慮されるように、設計のさまざまな段階で資格のあるアナライザー エンジニア、プロセス エンジニアと化学者、およびコンポーネント サプライヤーを関与させることをお勧めします。
ノズル位置の選択
通常、ノズルは短く、分岐元のメイン プロセス ラインよりも直径が小さくなっています。それらは多くの場合、プローブを収容します。最も単純な形では、プロセス流体に突き出て、分析のために液体またはガスの連続的な流れを引き出す金属、ガラス、またはセラミックのテングです。
パイプラインまたは容器のどこにノズルを配置するかを決定するときは、プロセス流体が完全に混合された場所を選択して、サンプルがプロセス条件を正確に反映するようにします。可能であれば、プロセス ラインにインライン スタティック ミキサーを設置します。それができない場合は、ポンプの吐出口、フロー オリフィス、配管エルボなど、乱流が誘発されるポイントから下流にタップを配置します。乱流は、サンプリング前にプロセス流体を混合するのに役立ちます。
乱気流の発生源の直後にサンプリング タップを配置することは、適切な方法ではありません。乱流は圧力変動と渦電流を引き起こします。いずれも分析測定に影響を与える可能性があります。
ガスサンプリング
最後の流れの乱れの少なくとも 2 つのパイプ直径の下流に蛇口を配置することにより、より適切なサービスが提供されます。米国環境保護庁 (EPA) は、この方法を推奨しています。煙道ガスの手動サンプリングは 2 か所で行うことができます:
<オール>EPA は、最初の場所が理想的であると考えています。最初の規則を満たすことができない場合、EPA のガイドラインでは、階層化の可能性を防ぐために追加のサンプリング ポイントが必要です。
体液サンプリング
パイプラインのサンプリングでは、最後の流れの乱れの少なくとも 2 つのパイプ直径の下流に、流量測定要素に干渉しない場所にタップを配置します。ただし、プロセス流体が沸点に近い液体の場合は、より控えめにするのが賢明です。サンプルに気泡が入らないようにするには、上流に透明な直管の少なくとも 5 つの直径と下流に 2 つの直径がある場所にタップを配置します。
蒸気サンプリング
サンプリングされるストリームが露点温度またはそれに近い温度の蒸気である場合、タップの位置がより重要になります。流れの乱れに近い圧力点で結露が発生する場合があります。気体サンプルに凝縮液が含まれないようにします。この可能性を最小限に抑えるために、天然ガスを測定するための 1 つのヨーロッパ規格 (ISO 10715 1997, 13) では、サンプリング タップが最後の流れの乱れの少なくとも 20 パイプ直径の下流にある必要があります。関連する米国規格 (API MPMS 14.1 2006, 15) では、少なくとも 5 つのパイプ直径が必要です。パイプにサーモウェルなどの別のプローブが含まれている場合、サンプリング プローブは、サーモウェルからサーモウェルの直径の 5 つ以上離れた場所に配置する必要があります。
等速サンプリングでは、プローブの速度をプロセスラインの速度と一致させる必要があり、さらに大きな分離が必要です。たとえば、飽和蒸気の場合、関連する米国規格 (ASTM D1066) では、流れの乱れの下流で少なくとも 35 パイプ径、上流で 4 パイプ径のサンプリング タップを推奨しています。この分離を実現するのは難しい場合があるため、ASTM は、準拠していない場所では上流と下流の距離の比率を 9:1 に維持することを提案しています。
ノズルの作成
設計段階に入ると、方向を含むノズルの設計がプローブのニーズに大きく依存することに気付くでしょう。ノズル、つまりプローブの位置と向きは、プロセス ストリーム内の粒子が分析に与える影響に影響を与える可能性があります。ノズルとプローブを正しく配置することで、粒子がプローブに入り、サンプルを汚染したり、粒子が集まって最終的にプローブをブロックしたりする可能性を最小限に抑えることができます。
ノズルを作成する最も簡単な方法は、雌ねじ付きボスをパイプラインに溶接し、穴をあけることです。まず、パイプラインの壁が十分に厚い場合を除き、補強板をパイプラインに溶接します。次に、使用するねじ付きプローブまたはバルブに対応するボス サイズを選択します。もう 1 つの方法は、おねじパイプ ニップルをラインに溶接することです。
もちろん、これらの単純な方法のいずれも、プロセス エンベロープでのねじ込みジョイントを禁止するプロセス配管仕様を満たすことはできません。これらの制約に直面して、ニップルにバルブを溶接するか、代わりにフランジ付きパイプ ノズルを使用することができます。
ガスの流れをタップ
可能な限り、プロセスガスのサンプリングには水平パイプを選択してください。水平方向は、ノズルを垂直にすることができます。また、長くてまっすぐな走りを見つけるのも簡単です。ラインの上部にノズルを配置して、汚れや液体がプロセス パイプに戻るようにします。プロセス ガスがきれいで乾燥している場合は、水平パイプの側面にガス ノズルを配置できます。ただし、プローブ内のガスの流れは乱流ではない可能性があるため、汚れたサンプルではこのような水平プローブの向きは避けてください。固体粒子が落ちてプローブを塞ぐ可能性があります。
閉塞に関する同じ懸念が、垂直ガス パイプラインの水平ノズルにも当てはまります。傾斜したノズルにより、同伴された液体または固体がプロセスに戻ることができます。この機能は、液体の除去には適していますが、プローブに付着する可能性のある固体には適していません。
垂直スタックの場合、ノズルは水平またはわずかに傾斜し、はるかに大きく、特別なプローブに対応するサイズにする必要があります。ここで、ノズルの位置はガスの温度に基づいています。熱すぎないため (材料コストは妥当です)、酸露点温度より上です (プローブ内で硫酸が凝縮しないため)。煙道ガス監視の場合、ノズルでの最適なガス温度は、完全燃焼を確実にするために 600°C (1,112°F) を少し上回る程度です。
飽和蒸気システムなど、凝縮液の液滴を含む可能性のあるプロセス蒸気流からサンプリングする場合、好ましいタップ位置は、下向きに流れる長いプロセス パイプです。ただし、ライン圧は必ずチェックしてください。ダウン ラインは、多くの場合、プロセス ポンプの吸引側に接続され、低圧で動作している可能性があります。低圧ソースは、フレアに排出されるガス サンプルには適していますが、高速ループを介してプロセスに戻りたいガス サンプルには適していません。高速ループでは、おそらくプロセス ポンプの排出口からサンプリングし、ガスを吸引側に戻す必要があります。
液体の流れをタップする
多くの場合、上向きに流れる垂直パイプラインは、パイプが満杯であることを確認できるため、液体サンプリング ノズルに最適な場所です。このセットアップでは、振動しにくい短いプローブが可能になるため、水平ノズルを選択します。液体サンプルには水平ノズルが適しています。これは、プローブ内の流れが確実に乱流になり、プローブ内で固体が沈降するのを防ぐためです。
蛇口の上の配管内の液体の頭は、いくらかの余分な圧力を提供し、蛇口でのプロセス液体がその泡立ち点より上にあることを保証できます.余分な圧力は、サンプルの輸送にも役立ちます。下向きに流れる垂直プロセス パイプから液体をサンプリングすることは避けてください。ラインが満タンであるという保証はありません。
水平ラインから液体の流れをサンプリングすることは危険です。プロセス パイプが満杯にならず、2 相のサンプルになる可能性があるためです。水平走行後にプロセスパイプが上向きになった場合、ラインが満杯であることを確認できます。それが下向きになると、水平セクションは、流動する液体の層の上に閉じ込められたガスの静的な層を収容する可能性があります。
従来の通念では、液体タップは常に水平プロセス ラインの側面に配置する必要があります。これは、プローブなしでサンプリングする場合の良いアドバイスです。ラインの側面にあるノズルからサンプリングすると、パイプの上部に同伴蒸気が抽出されたり、下部にスラッジが抽出されるリスクが軽減されます。
実際には、通常、プローブを使用してラインの中心に到達する方が適切です。プローブを使用する場合、向きはそれほど重要ではありません。通常、ラインの上部にある垂直ノズルが好まれます。これにより、重い固形物がプロセス パイプに戻ることができるからです。一般に、ノズルは水平パイプの底にあるべきではありません。固形物がパイプに落ちて、サンプルのコンディショニングが難しくなるからです。既存の下部ノズルを使用する必要がある場合は、パイプの直径の 3 分の 1 の中心に到達するプローブを取り付けます。
タップ位置を確定する前に
最終的なタップ位置を決定する前に、プローブの選択によって、ノズルとそのエンド フィッティングの向きと直径が決まることに注意してください。プローブを選択したら、選択した場所に戻って、設置および保守作業に使用できる物理的なスペースを確認してください。ノズルの製造、プロセス遮断バルブの維持、およびプローブの引き抜きに十分なクリアランスがあることを確認します。アクセシビリティと照明も考慮してください。シンプルなタップとパイプのプローブには小さなプラットフォームとはしごしか必要ありませんが、フィールド ステーションには完全なプラットフォームと照明が必要です。
ノズルの配置やサンプリング システムの設計に関する詳細な個別トレーニングについては、最寄りのスウェージロック セールスおよびサービス センターにお問い合わせください。
産業技術