Top 8 Desafios de Precisão em Analisadores de Processo e Como Superá-los

Sistemas de Amostragem: 8 Desafios Comuns de Precisão do Analisador de Processo

Tony Waters, Especialista em Sistemas de Amostragem e Instrutor

Sistemas de amostragem estão entre os sistemas mais complexos em uma planta. Eles apresentam numerosos componentes e processos que devem trabalhar juntos para produzir uma leitura analítica das condições do fluxo de processo. Essa leitura deve ser tanto precisa quanto oportuna, pois este resultado importante será usado para atingir os objetivos de controle da planta. No entanto, engenheiros e técnicos da planta sabem que um sistema de amostragem pode ser temperamental. Cada elemento do sistema tem o potencial de impactar a precisão do analisador de processo. Para ajudar sua equipe a melhorar a confiabilidade do analisador, engenheiros de campo da Swagelok identificaram oito desafios comuns que impactam a precisão de um sistema.

Impacto na Precisão do Analisador

Erros de design em sistemas de amostragem podem ameaçar a integridade da amostra impactando o seguinte:

• Representatividade:  Falhas de design podem levar a amostra não representar precisamente o processo e até distorcer a composição química do fluido de processo de maneira imprevisível ou não intencional. O sistema requer uma amostra representativa para garantir que a medição atenda aos objetivos de controle.
• Pontualidade:  Se um atraso excessivo ocorre entre capturar uma amostra e obter uma leitura do analisador, uma planta pode arriscar produto perdido ou reprocessamento caro para corrigir um erro de produção. Um tempo de resposta padrão da indústria é de um minuto. 
• Compatibilidade:  Se temperatura, pressão, vazão e/ou estado não correspondem aos requisitos do analisador de processo, a amostra pode danificar o analisador ou comprometer sua precisão. Além disso, resultados precisos do analisador ajudam a manter um ambiente de planta seguro ao sinalizar condições operacionais potencialmente perigosas.

Identificando e Abordando Desafios Comuns

Desafio 1: Locais de Coleta Impropróprios

Escolher um local de coleta pode ser uma decisão nuançada. Um objetivo é evitar atraso de tempo. Se a coleta está em uma seção de baixo fluxo do tubo de processo, levará mais tempo para qualquer mudança nos produtos químicos de processo aparecer em um resultado analítico. Volumes de mistura, como fundo de torre, tanque ou tambor, também são uma grande fonte de atraso. Além disso, designers de sistema devem escolher um local onde a amostra será bem misturada, como a jusante de turbulência induzida por descarga de bomba, orifício de fluxo ou cotovelo de tubulação.

Desafio 2: Uso Incorreto de Sonda

Ao usar uma sonda para capturar uma amostra, ela idealmente deve ser longa o suficiente para alcançar o terço médio do tubo de processo, para que você esteja puxando uma amostra representativa. Você também obterá um resultado mais oportuno perto do centro do tubo de processo porque o fluxo é mais rápido lá. No entanto, você deve sempre calcular o comprimento máximo permitido para garantir que sua sonda não sofrerá vibração ressonante. Às vezes, 15% de inserção no diâmetro do tubo é suficiente. A sonda não deve ser mais larga que o necessário porque volumes grandes levam a atraso de tempo. Se usando apenas um bocal, sem sonda, o sistema provavelmente terá um volume muito maior, levando a atraso significativo.

Desafio 3: Designs de Estação de Campo Incorretos

Com uma amostra de gás, designers de sistema vão querer reduzir a pressão o mais rápido possível (para 10-15 psig, ou até 5 psig se o design do sistema permitir). Gases de alta pressão movem-se mais lentamente porque as moléculas estão compactadas, levando a atraso de tempo. Além disso, baixa pressão reduz o risco de condensação, que é algo que você quer evitar porque não é compatível com muitos analisadores de processo de gás e compromete a representatividade da amostra. Outra razão para manter baixa pressão é segurança para operadores e técnicos.

Um regulador na estação de campo reduz a pressão na amostra, permitindo que ela flua mais rapidamente para o analisador.

Desafio 4: Pulando um Fast Loop

Ao vaporizar uma amostra líquida, seu sistema de amostragem pode precisar de um fast loop ou bypass a montante do regulador vaporizador. Caso contrário, a amostra líquida pode fluir muito lentamente, levando a atraso de tempo porque um pequeno volume de líquido renderá um grande volume de gás. Sem um fast loop, pode haver mais de 100 mL de volume líquido de movimento lento a montante do regulador, o que poderia levar a muitas horas de atraso de tempo.

Desafio 5: Deadlegs (Pontos Mortos)

Deadlegs comprometem a representatividade de uma amostra armazenando moléculas de amostra antigas e sangrando-as lentamente na nova amostra. Qualquer tee ou cruz na linha de amostra é um deadleg, a menos que todas as suas portas estejam fluindo. Alguns exemplos incluem medidores ou chaves, válvulas de alívio de pressão ou pontos de amostra de laboratório. Deadlegs são mais propensos a comprometer um resultado analítico quando você está mudando para um fluxo de baixa concentração de um fluxo de alta concentração. Deadlegs também são mais propensos a ser um problema em baixo fluxo. Deadlegs em uma linha direta para o analisador devem ser movidos ou removidos.

Desafio 6: Contaminação Cruzada

Uma única válvula de três vias não é uma barreira suficiente entre fluido de calibração e a amostra. Com este arranjo, o fluido de calibração pode vazar através do assento da válvula e contaminar a amostra — ou, mais provavelmente, a amostra do fluxo de processo pode vazar para o fluido de calibração. Qualquer cenário estragará a análise. Uma configuração melhor é um setup de bloqueio duplo e purga, que garante que qualquer vazamento de qualquer porta bloqueada vá para uma linha de purga ou ventilação e não para a amostra.

Desafio 7: Temperatura e Pressão Impropróprias

Cuidado com mudanças de fase em suas amostras, pois você quer prevenir uma mudança de fase parcial. Amostras de fase mista não são representativas e provavelmente não são compatíveis com seu analisador. Não é difícil determinar se sua amostra está mudando de fase. Um programa de software pode produzir um diagrama de fase para a composição química do seu sistema. Como regra, você quer manter amostras de gás acima do ponto de orvalho (para que não condensem) e amostras líquidas abaixo de seu ponto de bolha (para que componentes mais leves não fervam). Se você está aquecendo sua linha, deve aquecer toda ela porque até alguns centímetros de linha não aquecida são suficientes para baixar a temperatura e causar condensação. Tente manter gases cerca de 20°C acima do ponto de orvalho.

Desafio 8: Condicionamento de Amostra Impropróprio

Em um sistema de condicionamento de amostragem, você quer remover líquidos de uma amostra de gás porque eles podem danificar seu analisador de processo e comprometer seu resultado analítico. Você pode remover gotas grandes em uma amostra de gás com gravidade (via pote de knockout ou tubo de fallback) ou inércia (via separador cinético ou ciclone). Mas gotículas muito finas suspensas como aerossol requerem um coalescer. No entanto, é importante entender que coalescers não filtrarão gotas grandes. Além disso, se a taxa de fluxo for muito alta, gotículas menores serão empurradas através dos elementos do coalescer e não gotejarão como deveriam. Finalmente, quando sua amostra deixa o coalescer, ela estará saturada — perto do ponto de orvalho e próxima a condensar novamente. É útil afastar-se do ponto de orvalho elevando a temperatura ou baixando a pressão. Você pode criar uma queda de pressão com uma válvula de agulha.

Para mais informações sobre identificação e abordagem de ameaças à precisão do analisador de processo em sistemas de amostragem, explore os cursos práticos de treinamento de sistemas de amostragem da Swagelok ou entre em contato com seu centro local de vendas e serviço Swagelok para uma cópia de Industrial Sampling Systems, o livro-texto no qual os cursos de treinamento da Swagelok são baseados.