Система ручного отбора проб GSM-G-2(-N) предназначена для отбора проб газа без отдельной продувочной линии. Когда клапаны системы отбора проб и клапаны цилиндра открыты, технологический поток протекает через цилиндр, выходит через шланг в выпускной патрубок и возвращается в процесс. Когда проба набрана, оператор закрывает клапаны пробоотборного цилиндра и переводит систему в режим вентиляции, чтобы при изолированных линиях подачи и возврата произвести сброс через вентиляционную линию. После этого, прежде чем отсоединить пробоотборный цилиндр, оператор отключает систему и транспортирует пробу к месту анализа.
Эффективный способ безопасного отбора проб из трубопровода, резервуара или технологического сосуда для передачи в лабораторию для проведения анализа в обычном режиме обеспечивают системы ручного отбора проб. Основной принцип точного анализа заключается в том, чтобы отобранный образец являлся показательным по отношению к параметрам процесса во время отбора и анализа. В данной статье даются советы, которые помогут реализовать ручной пробоотбор более эффективно.
На перерабатывающих заводах, нефтеперерабатывающих установках и других промышленных объектах широко распространены и повсеместно используются системы ручного отбора проб. Они играют ключевую роль в контроле качества и процессов, соблюдении норм и проверке производительности технологических анализаторов. Чтобы произвести ручной отбор проб, операторы должны отобрать пробу в контейнер, обычно это пробоотборный цилиндр или бутылка, в точке отбора, а затем сразу же доставить ее в лабораторию для проведения анализа. Образец должен являться репрезентативным в отношении параметров процесса во время его отбора и должен оставаться как можно наиболее приближенным к этим условиям в то время, когда он анализируется.
При конфигурации системы ручного отбора проб разработчики должны сначала решить, какой сосуд для транспортировки проб использовать – герметичный металлический пробоотборный цилиндр или стеклянную/полиэтиленовую бутылку. На данное решение влияют как требования к давлению системы, так и фазовое состояние пробы. Пробоотборные цилиндры могут выдерживать давление, их можно использовать для отбора проб газа или жидкости, в то время как бутылки не герметичны и не предназначены для работы под давлением, поэтому используются только для отбора проб жидкости. Ведущими критериями проектирования системы также являются:
• давление: для обеспечения безопасной работы максимальное расчетное давление системы ручного отбора проб не должно быть превышено. В дополнение к этому для безопасности следует установить разрывную мембрану или предохранительный клапан при отборе сред, которые могут быстро расширяться и повышать давление вследствие изменений температуры;
• температура: для сохранения уплотнений и седел в рабочем состоянии температура жидкости в пробоотборной системе не должна быть выше максимальной рабочей температуры. И, наоборот, система должна работать на температуре выше минимальной рабочей, чтобы отбираемая жидкость текла с достаточной скоростью для своевременного анализа. Если температура превышает 60 °C, необходимо предусмотреть возможность охлаждения образца, чтобы снизить риск для операторов, отбирающих пробы. Также следует учесть, что снижение температуры может повлиять на репрезентативность пробы;
• совместимость материалов: материалы, которые используются в системе ручного отбора проб, должны быть совместимы с технологической жидкостью, а также с окружающей средой. Стандартным материалом является нержавеющая сталь марки 316, но системные требования могут диктовать использование альтернативных материалов, таких как сплавы 400 и C-276;
• необходимость продувки: некоторые химические вещества, если их не удалить из системы, могут загрязнять или корродировать линии отбора проб, а также могут представлять опасность для оператора. В таких случаях проектировщики должны добавить к конструкции систему продувки для удаления из линий остаточной технологической жидкости.
Существует множество вариантов конфигурации систем ручного отбора проб, которые отбирают газы или жидкости в герметичные цилиндры. Возможно, наиболее эффективной конструкцией является система с замкнутым контуром, в которой проба непрерывно циркулирует через цилиндр, пока оператор отбирает пробу. Система с замкнутым контуром отбирает пробы из процесса с положительным давлением и возвращает их обратно в процесс в месте наиболее низкого давления, например, перед насосом, задействуя перепад давления для подачи жидкости через систему отбора проб. Такая конструкция может снизить или исключить необходимость продувки, т. к. система отбора проб становится частью технологической схемы.
При открытии впускного клапана системы ручного отбора проб Swagelok GSM-G-2 (-N) с непрерывным потоком без продувки технологическая жидкость будет протекать через систему трубопроводов и проботборный цилиндр, прежде чем выйти через шланг в выпускной патрубок. Любая технологическая жидкость, оставшаяся в коротком впускном трубопроводе ранее, будет быстро перемещаться по замкнутому контуру и возвращаться в технологию по мере наполнения цилиндра. Когда пробоотборный цилиндр готов к извлечению, оператор закрывает впускной и выпускной клапаны цилиндра и переводит систему в режим продувки, изолировав линии подачи и возврата и продувая технологической средой подводящие линии. Наконец оператор закрывает впускной клапан системы, чтобы остановить поток, и извлекает пробоотборный цилиндр для проведения лабораторного анализа. Жидкость в цилиндре сохраняется в тех же условиях процесса, которые существовали во время отбора пробы (за исключением температуры), и следовательно, всегда является репрезентативной по отношению к процессу.
Поскольку системы ручного пробоотбора с цилиндрами могут использоваться для отбора проб и газа и жидкости, конструктивные исполнения для двух сред различаются. В основном это касается направления потока, который должен быть разным, чтобы жидкости и газы могли вытеснять среду в состоянии фазового перехода из цилиндра. Для того чтобы жидкость не скапливалась в проботборном цилиндре и не искажала показания лабораторного анализатора, газы должны поступать в цилиндр сверху вниз, выталкивая любую жидкость или конденсат из цилиндра по мере его наполнения.
Заполнение жидкостью должно производиться снизу вверх, чтобы обеспечить пространство для испарения жидкости при заполнении цилиндра. Проектировщики также могут добавить к жидкостным пробоотборным цилиндрам трубку, защищающую от перелива, чтобы сохранить пространство для испарения, поскольку образующийся пар сжимается под давлением. Компания Swagelok предлагает множество конфигураций пробоотборных цилиндров (GSC), включая варианты с продувкой, быстроразъемными соединениями с заглушками или колпаками, трубками от перелива, специальными сертификатами.
Системы ручного отбора проб только для жидкости производят отбор проб жидкости в бутылку без давления. Операторы отбирают жидкость непосредственно из процесса, возможно, после некоторой конденсации, а затем без риска пролива или испарения транспортируют емкость. Такие системы могут использоваться в ряде установок, работающих с жидкими средами, где технологическая жидкость не подвергается риску фракционирования или испарения во время хранения в условиях атмосферного давления. Проба в этом случае остается репрезентативной.
Менее дорогостоящие стеклянные лабораторные бутылки для проб обладают дополнительным преимуществом – появляется возможность получать информацию о качестве потока пробы визуально. При отборе проб в бутылки проба отбирается при атмосферном давлении. Любое повышение внутреннего давления может привести к утечке образца через крышку или уплотнение крышки с мембраной. Поэтому системы ручного отбора жидких проб с бутылками используются, как правило, для воды или других слабо испаряющихся жидкостей. Если подходит пробоотбор в бутылки, проектировщики должны определить, необходим ли непрерывный поток и продувка, или более подходящим является вариант отбора с фиксированным объемом.
Непрерывный поток целесообразен во время отбора проб, если для образца требуется постоянное движение, например, в целях предотвращения его замерзания, или если к точке отбора пробы ведет длинный отрезок трубопровода. Поток пробы непрерывно проходит через перепускной контур в системе отбора проб. Это гарантирует, что отобранная жидкость остается репрезентативной к процессу, т. к. она находится в трубах в течение длительного периода времени. Затем оператор может заполнить бутылку для пробы, используя подпружиненный клапан-пробоотборник для взятия пробы. Если отобранная жидкость имеет склонность к замерзанию в точке отбора, рекомендуется использовать опцию продувки, которая способствует очистке подающей иглы и внутреннего трубопровода.
Если же отобранная жидкость находится под высоким давлением или является опасной, разработчики должны принять к рассмотрению систему с фиксированным объемом, которая эффективно изолирует технологическое давление от оператора, одновременно ограничивая объем отбираемой жидкости. В системе с фиксированным объемом проба сначала заполняет собой металлический цилиндр, а затем плавно подается в бутылку для отбора проб под действием продувочного газа низкого давления. Эта мера предосторожности предотвращает случайное переполнение.
Разработчики системы должны рассмотреть возможность использования трубки от перелива в качестве защитного механизма для любой системы ручного отбора проб, которая удерживает жидкую пробу в баллоне. Трубка от перелива позволяет определенному объему пространства для испарения оставаться внутри баллона при отборе пробы. Это паровое пространство позволит жидкости в баллоне расширяться при повышении температуры. Без надлежащего пространства даже небольшое повышение температуры может привести к расширению жидкости и существенному росту давления.
Во время отбора проб баллон удерживается вертикально, а трубка от перелива находится сверху. Длина трубки от перелива определяет величину пространства для испарения, которая выражается в процентах от общего объема цилиндра.
