Sonda de amostragem, módulos de calibração e comutação para simplificar a amostragem

Módulos de teste de amostra e mais maneiras de simplificar a amostragem com subsistemas padrão

Karim Mahraz, gerente de produto Swagelok, instrumentação analítica

Subsistemas pré-projetados padrão podem trazer eficiência a uma operação simplificando o projeto de amostragem de fluido e sistemas de controle. O uso de sistemas padrão tem o benefício adicional de reduzir significativamente os custos de instalação, o tempo de inatividade e a manutenção geral, permitindo que os gerentes de plantas e instalações adquiram e montem peças, garantindo a consistência entre as instalações, mesmo entre continentes.

Em última análise, os gerentes de plantas e instalações estão economizando tempo, esforço e energia que podem ser reaproveitados para melhorar a eficiência e reduzir custos em outras áreas da planta.

Abaixo estão os tipos comuns de subsistemas que podem melhorar o desempenho de seus sistemas de amostragem e como cada um pode trabalhar para melhorar a eficiência do seu sistema de amostragem.

Módulos de calibração e comutação (CSM)

A principal função do CSM é condicionar e selecionar fluxos de processo ou selecionar um fluxo de calibração para análise. No mínimo, cada sistema deve ter duas entradas — duas entradas de fluxo de processo ou uma entrada de fluxo de processo e uma entrada de fluxo de calibração. O sistema seleciona um fluido para análise em resposta a um sinal de pressão pneumática de uma fonte externa, normalmente o analisador. O sinal abre um dos módulos de válvula de bloqueio e purga duplo das válvulas seletoras de fluxo (SSV) correspondente ao fluxo que contém o fluido a ser analisado. O uso de um CSM, como o oferecido pela Swagelok, oferece várias vantagens adicionais, incluindo:

• Várias configurações de condicionamento de amostras disponíveis para atender aos requisitos da aplicação.
• Uma opção de calibração manual que permite ao operador calibrar o analisador a qualquer momento.
• Identificação de fluxo codificada por cores — as entradas de fluxo de processo sempre serão azuis, os fluxos de calibração laranja, bypass verde e saída branca.
• Um projeto de loop de fluxo integrado para garantir tempos de entrega consistentes para o analisador em todos os fluxos e eliminar qualquer atraso ou chance de contaminação cruzada.
• Um entreferro ventilado que evita a possibilidade perigosa de mistura de ar pneumático com fluido do sistema sob pressão.
• Um design modular que permite fácil manutenção. Componentes individuais podem ser removidos do conjunto soltando quatro parafusos acessíveis pela parte superior do painel. Não há risco de desmontar acidentalmente toda a unidade ou perturbar outras conexões de fluido.
• Uma opção de desvio que permite alto fluxo—e subsequente redução do tempo de atraso da amostra—para o CSM.

Dependendo da aplicação, um módulo de loop rápido (explicado com mais detalhes abaixo) pode fornecer fluxo ao CSM a partir de um filtro de loop rápido de bypass para melhorar o tempo de resposta ao analisador. O CSM pode incorporar desvios adicionais que podem ser devolvidos à linha de processo – através do loop rápido ou separadamente – ou enviados para um sistema de descarte. O número de entradas será determinado pelo número de amostras e linhas de calibração enviadas para um único analisador.

Módulos de teste de amostra (SPM)

O uso de módulos de sonda de amostra em conjunto com válvulas de sonda de amostra (SPV) pode melhorar a segurança, bem como a pureza e a pontualidade da amostra. Uma sonda fornece uma resposta mais rápida do analisador reduzindo o volume do sistema de amostras. O volume do bocal pode ser significativo, aumentando o volume de purga necessário de todo o sistema de amostra. Além disso, a sonda permite que a amostra seja extraída do centro do tubo de processo, o que elimina a extração de lodo ao longo das paredes do tubo. Além disso, o uso de cortes de ângulo de 45° da sonda reduz bastante a quantidade de partículas extraídas no sistema de amostras. Ambos os recursos ajudam a garantir que o probe extraia uma amostra representativa do processo.

Por estas razões, recomenda-se usar uma sonda em tubos maiores que 2 pol. (50 mm). Isso é especialmente crítico para tubos maiores que 4 pol. (100 mm). Os designs das sondas podem variar em comprimento, diâmetro, espessura de parede e materiais de construção. Esses parâmetros afetarão a força da sonda, a capacidade de filtragem e a velocidade interna do fluxo. Sondas soldadas maiores e mais grossas suportarão mais impacto de fluxos de processo altos, mas oferecem velocidades de fluxo mais lentas através do diâmetro interno maior. No entanto, essa velocidade de fluxo mais lenta permite que mais partículas caiam da sonda em vez de continuar no sistema de amostra. Sondas retráteis menores não são tão fortes quanto sondas soldadas, mas seu volume interno menor fornece velocidades de fluxo mais rápidas para o analisador. Saiba mais sobre os Módulos de Sonda de Amostra Swagelok aqui.

Módulos de loop rápido (FLM)

Os módulos de loop rápido são projetados para lidar com altos fluxos em linhas de transporte de amostras para reduzir atrasos de tempo para sistemas de analisadores online. Localizado no abrigo do analisador e oferecendo um bypass, o módulo de loop rápido (FLM) pode isolar o sistema de amostragem e introduzir um gás de purga para limpeza do sistema. O FLM da Swagelok extrai uma amostra através de um filtro enquanto usa a alta vazão do desvio para manter o elemento filtrante limpo.

Um loop rápido precisa de duas tomadas de processo:uma para fornecimento de amostra e outra para retorno de amostra. Para evitar o custo de uma bomba de amostragem e melhorar a confiabilidade do sistema de amostragem, selecione um local de ponto de retorno que tenha pressão mais baixa do que a torneira de alimentação. Escolha locais de derivação de processo que estejam o mais próximo possível do analisador. Se a amostra contiver um gás condensável, aqueça as linhas de circuito rápido e o FLM acima da temperatura do ponto de orvalho da amostra na pressão do processo. Uma amostra líquida só precisará ser aquecida se for necessário evitar o congelamento.

Módulos de Estação de Campo (FSM)

Um módulo de estação de campo (FSM) reduz a pressão do gás de processo antes de transportá-lo para um analisador. O transporte de uma amostra de gás a baixa pressão oferece três benefícios principais:

• Tempo de resposta do analisador mais rápido: Em uma linha de alta pressão com controle de fluxo a jusante, as moléculas de gás são mais densamente povoadas, o que cria uma velocidade de fluxo mais lenta e tempos de purga mais longos. Diminuir a pressão de uma amostra de gás significa menos moléculas na linha de transporte da amostra e nos componentes de condicionamento da amostra; portanto, é mais fácil limpar o sistema e o analisador pode responder mais rapidamente às alterações do processo. A quantidade de gás retida na linha de transporte é proporcional à sua pressão absoluta. Com metade da pressão absoluta, há metade do número de moléculas de gás na linha, então – todas as outras coisas sendo iguais – leva metade do tempo para uma amostra fresca chegar ao analisador. Normalmente, um FSM é usado quando a pressão do processo é de 3 bar (manométrica) (43,5 psig) ou superior.
• Menos condensação: A umidade relativa de um gás é diretamente proporcional à pressão parcial de vapor de água na mistura. Uma umidade relativa (ou saturação) de 100% representa a pressão parcial máxima de vapor de água possível em uma temperatura de trabalho. Portanto, se o vapor de água em qualquer mistura gasosa atingir 100% de seu limite de saturação, o vapor de água começará a condensar em uma linha de transporte de amostra. Para evitar a condensação na amostragem de gás, o FSM reduz a pressão parcial de cada gás na mistura da amostra. Uma maneira de diminuir a pressão parcial de cada gás é reduzir a pressão geral do sistema; a pressão parcial de cada gás cai em proporção à mudança de pressão total. Por exemplo, se a pressão absoluta de uma amostra é cortada pela metade, a pressão parcial de cada gás na mistura também é cortada pela metade, o que resulta em metade da saturação de água na amostra. O uso de um FSM reduz significativamente a chance de formação de condensação na linha de transporte de amostras.
• Ambiente mais seguro: Se um sistema estiver comprometido, o gás pressurizado expandirá rapidamente até a pressão atmosférica e poderá causar danos ao sistema ou ferimentos pessoais. A razão de expansão volumétrica é diretamente proporcional à diminuição da pressão absoluta. Em sistemas de alta pressão sem módulos de estação de campo, a expansão pode ser tão grande que o resultado é explosivo por natureza. A instalação de um FSM no ponto de amostragem do processo significa que uma seção menor do sistema de amostragem é exposta a alta pressão, resultando em um ambiente geral mais seguro.

Cabeçalhos de Distribuição de Fluidos (FDH)

Os coletores de distribuição de fluidos são conjuntos de componentes comuns usados ​​em uma variedade de aplicações de gás e líquido. Um FDH fornece um caminho de fluxo enquanto permite várias saídas, agindo como um grande acessório de ramal. Um coletor de distribuição de fluido é caracterizado por uma entrada em uma extremidade e um dreno na outra extremidade com múltiplas saídas nas laterais. Os coletores de distribuição de fluido típicos são fabricados a partir de um pedaço de tubo ou barra e apresentam conexões de extremidade soldadas ou rosqueadas.

Como um coletor de distribuição ou cabeçalho, um FDH conecta vários usuários à fonte de um fluido de serviço público. As aplicações típicas incluem:

• Água de resfriamento
• Vapor
• Ar comprimido
• Azoto vegetal

Em uma casa de analisador típica, por exemplo, um FDH é um coletor de ar de instrumento, outro FDH é o coletor de nitrogênio da planta e ainda outro FDH é o coletor de vapor LP. Se necessário, vários subsistemas FDH podem ser parafusados ​​juntos, de ponta a ponta, para fazer execuções de cabeçalho mais longas.

Normalmente, um FDH tem uma válvula de isolamento principal e várias saídas, cada uma com sua própria válvula de isolamento. Para gases potencialmente úmidos, como ar comprimido ou vapor, é melhor instalar o FDH verticalmente com uma válvula de drenagem na parte inferior. Para serviços com líquidos, é melhor instalar o FDH verticalmente com o suprimento entrando na parte inferior e a válvula superior atuando como um respiro para remover o ar preso ou permitir a entrada de ar para drenar o FDH durante a manutenção.

Para consultas ou mais informações sobre os subsistemas pré-projetados padrão da Swagelok ou outros serviços de consultoria e avaliação de fluidos, entre em contato com o centro de vendas e serviços local.