Como posicionar bicos em seu sistema de amostragem de líquido e gás natural

Como posicionar bicos em seu sistema de amostragem de líquido e gás natural

Karim Mahraz

Em um sistema de amostragem de líquido ou gás, um bocal é usado no local da torneira para fornecer a amostra ao analisador. O posicionamento, a posição e a orientação adequados deste bico são cruciais para garantir medições analíticas precisas e oportunas, portanto, você precisa acertar. A má colocação do bico pode levar a atrasos na análise, contaminação da amostra e resultados imprecisos.

Idealmente, um engenheiro de sistema de amostragem ditará os layouts da tubulação e até mesmo o projeto do vaso de processo para garantir que o bico esteja posicionado corretamente. No entanto, muitas vezes um engenheiro deve trabalhar com esquemas existentes - mesmo que o bico não esteja localizado ou orientado corretamente. Abaixo, revisaremos considerações importantes para engenheiros encarregados de localizar e construir bicos para sistemas de amostragem de líquido e gás. Além disso, recomendamos envolver engenheiros de analisadores qualificados, engenheiros de processo e químicos e fornecedores de componentes em vários estágios de projeto para garantir que todas as variáveis ​​sejam consideradas.

Escolhendo a localização do bico

Os bicos são normalmente curtos, com um diâmetro menor do que a linha de processo principal da qual eles se ramificam. Eles geralmente abrigam uma sonda, que em sua forma mais simples é uma probóscide de metal, vidro ou cerâmica que se projeta no fluido do processo e retira um fluxo contínuo de líquido ou gás para análise.

Ao determinar onde posicionar o bico em uma tubulação ou vaso, selecione um local onde o fluido do processo tenha sido completamente misturado, para que sua amostra reflita com precisão as condições do processo. Se possível, instale um misturador estático em linha na linha de processo. Se isso não for uma opção, localize a torneira a jusante de um ponto de turbulência induzida, como uma descarga de bomba, orifício de fluxo ou cotovelo de tubulação. A turbulência ajudará a misturar o fluido do processo antes da amostragem.

Colocar uma torneira de amostragem imediatamente após uma fonte de turbulência não é uma boa prática. A turbulência causará flutuações de pressão e correntes parasitas - qualquer uma das quais pode afetar as medições analíticas.

Amostragem de gás

Você é mais bem servido colocando a torneira pelo menos dois diâmetros de tubo a jusante da última perturbação de fluxo. A Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA) recomenda essa prática. Ele permite dois locais para amostragem manual de gás de chaminé:

1. Pelo menos oito diâmetros de chaminé ou duto a jusante e dois diâmetros a montante de qualquer distúrbio de fluxo; ou
2. Pelo menos dois diâmetros de chaminé ou duto a jusante e meio diâmetro a montante de qualquer distúrbio de fluxo.

A EPA considera o primeiro local ideal. Se a primeira regra não puder ser cumprida, as diretrizes da EPA exigem pontos de amostragem adicionais para evitar a possibilidade de estratificação.

Amostragem de fluido

Para amostragem de tubulação, localize sua torneira pelo menos dois diâmetros de tubulação a jusante do último distúrbio de fluxo - em qualquer lugar que não interfira com um elemento de medição de fluxo. No entanto, se o fluido do processo for um líquido próximo ao ponto de bolha, é aconselhável ser mais conservador. Para evitar bolhas em sua amostra, localize a torneira onde há pelo menos cinco diâmetros de tubo reto transparente a montante e dois diâmetros a jusante.

Amostragem de Vapor

Quando o fluxo que está sendo amostrado é um vapor próximo à temperatura do ponto de orvalho, a localização da torneira se torna mais crítica. Alguma condensação pode ocorrer em pontos de pressão próximos a distúrbios de fluxo; você não quer que sua amostra de gás contenha condensado líquido. Para minimizar este potencial, uma norma europeia (ISO 10715 1997, 13) para medição de gás natural exige que a torneira de amostragem seja de pelo menos 20 diâmetros de tubulação a jusante da última perturbação de fluxo; a norma americana relevante (API MPMS 14.1 2006, 15) exige pelo menos cinco diâmetros de tubo. Se o tubo contiver outra sonda, como um poço termométrico, a sonda de amostragem deve estar localizada a pelo menos cinco diâmetros de poço termométrico de distância do poço termométrico.

Uma separação ainda maior é necessária para a amostragem isocinética, o que exige que a velocidade na sonda corresponda à da linha de processo. Por exemplo, para vapor saturado, a norma americana relevante (ASTM D1066) recomenda que a torneira de amostragem tenha pelo menos 35 diâmetros de tubo a jusante e quatro diâmetros de tubo a montante de uma perturbação de fluxo. Como essa separação pode ser difícil de alcançar, a ASTM sugere que os locais não compatíveis mantenham uma proporção de 9:1 de distâncias de upstream para downstream.

Construindo um bocal

Conforme você avança no estágio de projeto, você notará que o projeto do bico, incluindo a orientação, depende muito das necessidades da sonda. O bocal e, portanto, a sonda, a localização e a orientação podem influenciar como as partículas dentro de um fluxo de processo afetam a análise. O posicionamento correto do bocal e da sonda pode minimizar o potencial de partículas entrarem na sonda, onde podem contaminar a amostra ou coletar e eventualmente bloquear a sonda.

A maneira mais simples de construir um bocal é soldar uma saliência rosqueada fêmea a uma tubulação e perfurá-la. Primeiro, solde uma placa de reforço à tubulação, a menos que sua parede seja adequadamente espessa. Em seguida, selecione um tamanho de ressalto para acomodar a sonda ou válvula rosqueada que está sendo usada. Outra abordagem é soldar um bocal de tubo com rosca macho na linha.
É claro que nenhum desses métodos simples irá satisfazer uma especificação de tubulação de processo que proíbe juntas rosqueadas no envelope do processo. Enfrentando essas restrições, você pode soldar uma válvula no bocal ou usar um bocal de tubo flangeado.

Aproveitando um fluxo de gás

Sempre que possível, escolha um tubo horizontal para amostragem de gás de processo. A orientação horizontal permite que o bico fique na vertical. Também é mais fácil encontrar uma corrida longa e reta. Localize o bico no topo da linha para que qualquer sujeira ou líquido caia de volta no tubo de processo. Se o gás do processo estiver limpo e seco, você pode localizar um bico de gás na lateral de um tubo horizontal. No entanto, evite essa orientação horizontal da sonda para amostras sujas, pois o fluxo de gás na sonda pode não ser turbulento; partículas sólidas podem cair e bloquear a sonda.

A mesma preocupação com o bloqueio se aplica a um bico horizontal em um gasoduto vertical. Os bicos inclinados permitem que quaisquer líquidos ou sólidos arrastados retornem ao processo. Esse recurso funciona bem para remoção de líquidos, mas não para sólidos, que podem ficar presos na sonda.

Para pilhas verticais, o bocal deve ser horizontal ou ligeiramente inclinado e muito maior – dimensionado para acomodar sondas especiais. Aqui, a localização do bico é baseada na temperatura do gás:não muito quente (para que os custos do material sejam razoáveis), mas acima da temperatura do ponto de orvalho do ácido (para que o ácido sulfúrico não condense na sonda). Para monitoramento de gás de chaminé, a temperatura ideal do gás no bocal é um pouco mais de 600°C (1.112°F) para garantir a combustão completa.

Ao fazer a amostragem de um fluxo de vapor de processo que pode conter gotículas de condensado, como um sistema de vapor saturado, o local preferido da torneira é um tubo de processo longo e descendente. No entanto, verifique sempre a pressão da linha. Uma linha descendente geralmente se conecta ao lado de sucção de uma bomba de processo e pode estar funcionando em baixa pressão. Uma fonte de baixa pressão é boa para uma amostra de gás que será ventilada para queima, mas não para uma que você deseja retornar ao processo por meio de um loop rápido. Com um loop rápido, você provavelmente deseja amostrar da descarga da bomba de processo e retornar o gás para o lado de sucção.

Acessando um fluxo líquido

Uma tubulação vertical fluindo para cima geralmente é o melhor local para um bico de amostragem de líquido porque você pode ter certeza de que o tubo está cheio. Para esta configuração, opte por um bico horizontal, pois permite uma sonda mais curta com menor probabilidade de vibrar. Um bocal horizontal é bom para uma amostra líquida porque o fluxo na sonda certamente será turbulento, impedindo a sedimentação de sólidos na sonda.

A cabeça do líquido na tubulação acima da torneira fornecerá alguma pressão extra, o que pode garantir que o líquido do processo na torneira esteja acima do ponto de bolha. A pressão extra também ajuda no transporte da amostra. Evite amostrar um líquido de um tubo de processo vertical fluindo para baixo - não há garantia de que a linha esteja cheia.

A amostragem de um fluxo de líquido de uma linha horizontal é arriscada porque o tubo de processo pode não estar cheio, resultando em uma amostra bifásica. Se o tubo de processo virar para cima após o percurso horizontal, você pode ter certeza de que a linha está cheia; se virar para baixo, a seção horizontal pode abrigar uma camada estática de gás presa acima da camada de líquido que flui.

A sabedoria convencional diz que as torneiras de líquido sempre devem estar do lado de uma linha de processo horizontal; este é um bom conselho ao amostrar sem uma sonda. A amostragem de um bico na lateral da linha reduz o risco de extração de vapor na parte superior do tubo ou lodo na parte inferior.

Na prática, geralmente é melhor usar uma sonda para alcançar o centro da linha. Ao usar uma sonda, a orientação é menos importante. Normalmente, um bocal vertical no topo da linha é preferido porque permite que sólidos pesados ​​caiam de volta no tubo de processo. Geralmente, o bocal não deve estar no fundo de um tubo horizontal, pois os sólidos cairão nele e aumentarão a dificuldade de condicionamento da amostra. Se você precisar usar um bocal inferior existente, instale uma sonda que alcance o centro de um terço do diâmetro do tubo.

Antes de finalizar, toque no local

Antes de decidir sobre a localização final da torneira, lembre-se de que a escolha da sonda determinará a orientação e o diâmetro do bico e seus encaixes finais. Depois de selecionar uma sonda, revisite o local escolhido para verificar o espaço físico disponível para trabalhos de instalação e manutenção. Verifique se há folga suficiente para fabricar o bico, manter a válvula de isolamento do processo e retirar a sonda. Considere também a acessibilidade e a iluminação. Uma sonda simples de torneira e tubo pode exigir apenas uma pequena plataforma e escada, mas uma estação de campo precisará de uma plataforma completa e iluminação.

Para obter assistência de treinamento personalizado e mais aprofundado sobre a colocação de bicos e o projeto do sistema de amostragem, entre em contato com o centro local de vendas e serviços da Swagelok.