サンプル前処理モジュールの選定: 正確な分析のために

適切なサンプル前処理モジュールの選び方

ランディ・リーケン

分析サンプリングシステムでサンプル分析を行う際、オペレーターはサンプルがアナライザー近くのサンプル調整システムに到達する前に、サンプルを前処理する必要がある場合があります。このステップがサンプル分析に必要な場合、適切なサンプル前処理モジュールの選定が重要な決定となります。

前処理モジュールの選択は、使用されるサンプル輸送システムのタイプとサンプルの現在の相（気体または液体）に依存します。これらの状況に応じて、サンプル前処理には2つの一般的な設計オプションがあります:

1. タップ付近に設置されるフィールドステーションモジュール
2. アナライザー付近に設置されるファストループモジュール

サンプル輸送システム

まず、サンプリングシステム内でどのサンプル輸送システムが使用されるかを決定する必要があります。分析計装アプリケーションで一般的に使用されるサンプル輸送システムは2種類あります。

シングルラインシステムは、サンプルをアナライザーの場所まで輸送し、最終的な廃棄ポイントまで継続します。シングルライン輸送システムは一般的にガスサンプルで使用されます。ガスサンプルがサンプル輸送ラインに入る前に前処理される場合、フィールドステーションモジュールを備えたシングルラインシステムが最も必要とされる可能性があります。

一方、ファストループシステムは、サンプルをアナライザーの場所まで輸送し、少量の流量のみがアナライザーを通過し、残りはプロセス返却タップに戻ります。ファストループシステムは液体サンプルで一般的ですが、ガスサンプルを安全に輸送するためにファストループを使用すべき状況もあります。通常、ファストループシステムでは、サンプルがアナライザーの場所に到着した後にファストループモジュールを使用して前処理を行います。

フィールドステーションモジュールとファストループモジュールの比較

サンプル輸送システムが決定したら、適切なサンプル前処理モジュールの選択を行います。フィールドステーションモジュール、ファストループモジュール、またはどちらも使用しないという決定を下す場合があります。この2つのモジュールの主な違いは、サンプルが前処理されるタイミングです。すなわち、サンプル輸送ラインに入る前（フィールドステーションモジュール）か、アナライザーの場所に到着した後（ファストループモジュール）かです。サンプリングシステムが両方のモジュールを使用することは稀です。

図1: シングルライン輸送システムに搭載されたフィールドステーションモジュール

フィールドステーションモジュールは、サンプルをろ過したり、液体サンプルを気化させたり、ガスサンプルの圧力を下げたりするデバイスを含むサブアセンブリとして提供されることが多いです。図1に示すように、フィールドステーションモジュールはサンプルがサンプル輸送ラインに入る前に前処理を行います。フィールドステーションモジュールには以下の機能があります:

• ストリームから不要な固体や液体を除去する
• サンプルの圧力や温度を変更する
• 気化または凝縮によりサンプルの状態を変える
• キャリブレーションガスの導入を可能にする

図2: ファストループシステムに搭載されたファストループモジュール

ほとんどのファストループモジュールは液体サンプル用ですが、ガスサンプル用としてもファストループが普及しつつあります。ほとんどの場合、ファストループモジュールは流量を制御し、分析サンプルをろ過するデバイスを組み込んだサブアセンブリとして利用可能です。図2は、ファストループモジュールがサンプル到着後に前処理を行う様子を示しています。

ファストループではサンプルを現場で前処理することはほぼないため、フィールドステーションは不要です。少量の流量のみがアナライザーに送られ、残りの無処理の流量はサンプル返却ラインに戻されます。

液体サンプル前処理の考慮事項

液体サンプルは、液体の廃棄や破棄が困難なことが多いため、ファストループモジュールを使用して前処理されるのが一般的です。サンプル廃棄に関する環境懸念から、ファストループモジュールは潜在的に危険な廃棄物の問題を解決します。また、液体は単位体積あたりの質量が多く、ほとんどのガスサンプルよりも価値があります。ファストループモジュールでは、汚染されていない液体がサンプリングシステムに循環されることが多いです。

ガスサンプル前処理の考慮事項

前述の通り、ガスサンプルはフィールドステーションモジュールまたはファストループモジュールのいずれかで前処理できます。従来、フィールドステーションモジュールはガスサンプルの前処理だけでなく、アナライザーの場所まで輸送する前に圧力を下げるためにも使用されてきました。ガス圧力を下げるとレスポンスタイムが改善され、ガスが2倍の速さで移動できるようになります。低圧力で移動するガスサンプルはより安全です。

しかし、高圧力を維持しなければならない状況もあります。サンプル測定がフルプロセス圧力で行う必要がある場合や、アナライザーがガスサンプルのppmまたはppbレベルを測定するために高いサンプル圧力を必要とする場合です。このような状況では、廃棄の問題が最優先事項となります。特にこれらのガスサンプルに炭素や硫黄が含まれる場合、サンプルの大部分を返却ラインに戻すファストループを使用すべきです。

サンプリングシステムとサンプルの両方の条件を理解することで、システム運用に適したサンプル前処理モジュールを決定できます。プラントや施設が一貫して代表的なサンプルと正確な分析結果を得られるようにするには、スウェージロックのプロセスアナライザーサンプリングシステム（PASS）サブシステムトレーニングコースへの登録を検討してください。経験豊富なサンプリングシステムエンジニアや業界の専門家が、サンプル前処理モジュールなどの複雑なシステムサブアセンブリを理解する方法を学べます。