Otimize Amostragem com Módulos Pré-Projetados de Sonda, Calibração e Comutação

Módulos de Sonda de Amostragem e Mais Maneiras de Simplificar Amostragem com Subsistemas Padrão

Karim Mahraz, gerente de produto Swagelok, instrumentação analítica

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

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

Abaixo estão tipos comuns de subsistemas que podem melhorar o desempenho de seus sistemas de amostragem, e como cada um pode funcionar para melhorar eficiências em 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, tipicamente o analisador. O sinal abre um dos módulos de válvula de bloqueio duplo e purga (DBB) do seletor de fluxo (SSV) correspondente ao fluxo contendo o fluido a ser analisado. Usar um CSM, como o oferecido pela Swagelok, oferece várias vantagens adicionais, incluindo:

• Uma variedade de configurações de condicionamento de amostra 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 colorida — entradas de fluxo de processo sempre serão azuis, fluxos de calibração laranja, bypass verde e saída branca.
• Um design de loop de fluxo integrado para garantir tempos de entrega consistentes ao analisador em todos os fluxos e eliminar quaisquer deadlegs ou chance de contaminação cruzada entre fluxos.
• Um intervalo de ar ventilado que impede a possibilidade perigosa de ar pneumático misturar com fluido do sistema sob pressão.
• Um design modular que permite fácil manutenção. Componentes individuais podem ser removidos da montagem afrouxando quatro parafusos acessíveis a partir do topo do painel. Não há risco de desmontar acidentalmente a unidade inteira ou perturbar outras conexões de fluido.
• Uma opção de bypass que permite alto fluxo — e subsequente redução no atraso de tempo de amostra — para o CSM.

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

Módulos de Sonda de Amostragem (SPM)

Usar módulos de sonda de amostragem em conjunto com válvulas de sonda de amostragem (SPV) pode melhorar a segurança, bem como a pureza e pontualidade da amostra. Uma sonda fornece uma resposta mais rápida do analisador reduzindo o volume do sistema de amostragem. O volume do bico pode ser significativo, aumentando o volume de purga necessário de todo o sistema de amostragem. 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 em ângulo de 45° da sonda reduz muito a quantidade de particulado extraído no sistema de amostragem. Ambas as características ajudam a garantir que a sonda 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). Projetos de sonda podem variar em comprimento, diâmetro, espessura de parede e materiais de construção. Estes parâmetros afetarão a resistência da sonda, capacidade de filtragem e velocidade de fluxo interno. Sondas soldadas mais grossas e maiores suportarão mais impacto de fluxos de processo altos mas oferecem velocidades de fluxo mais lentas através do diâmetro interno maior. No entanto, esta velocidade de fluxo mais lenta permite que mais partículas caiam fora da sonda em vez de continuar no sistema de amostragem. Sondas retráteis menores não são tão fortes quanto sondas soldadas, mas seu volume interno menor fornece velocidades de fluxo mais rápidas ao analisador. Saiba mais sobre Módulos de Sonda de Amostragem Swagelok aqui.

Módulos de Loop Rápido (FLM)

Módulos de loop rápido são projetados para lidar com altos fluxos em linhas de transporte de amostra para reduzir atrasos de tempo para sistemas de analisador 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 taxa de fluxo do bypass para manter o elemento do filtro limpo.

Um loop rápido precisa de duas tomadas de processo: uma para fornecimento de amostra e uma para retorno de amostra. Para evitar o custo de uma bomba de amostra e melhorar a confiabilidade do sistema de amostragem, selecione um local de retorno que tenha pressão menor que a tomada de fornecimento. Escolha locais de tomada de processo que estejam o mais próximo possível do analisador. Se a amostra contém um gás condensável, aqueça as linhas de loop 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 para evitar 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. Transportar 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, moléculas de gás são mais densamente populadas o que cria velocidade de fluxo mais lenta e tempos de purga mais longos. Reduzir a pressão de uma amostra de gás significa menos moléculas na linha de transporte de amostra e componentes de condicionamento de amostra; portanto, é mais fácil limpar o sistema, e o analisador pode responder mais rápido a mudanças no processo. A quantidade de gás retida na linha de transporte é proporcional à sua pressão absoluta. Na metade da pressão absoluta, há metade das moléculas de gás na linha, então — todas as outras coisas sendo iguais — leva metade do tempo para uma amostra fresca alcançar o analisador. Tipicamente, um FSM é usado quando a pressão do processo é 3 bar (manométrico) (43.5 psig) ou maior.
• 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 vapor de água em qualquer mistura de gás atingir 100% de seu limite de saturação, o vapor de água começará a condensar em uma linha de transporte de amostra. Para evitar condensação em amostragem de gás, o FSM reduz a pressão parcial de cada gás na mistura de amostra. Uma maneira de reduzir 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 geral. Por exemplo, se a pressão absoluta de uma amostra for cortada pela metade, a pressão parcial de cada gás na mistura é cortada pela metade também, o que resulta em metade da saturação de água na amostra. Usar um FSM reduz significativamente a chance de condensação formando na linha de transporte de amostra.
• Ambiente mais seguro: Se um sistema for comprometido, o gás pressurizado se expandirá para a pressão atmosférica rapidamente e pode causar danos ao sistema ou lesão pessoal. 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 na natureza. Instalar 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.

Cabeçais de Distribuição de Fluido (FDH)

Cabeçais de distribuição de fluido são montagens de componentes comuns usadas em uma variedade de aplicações de gás e líquido. Um FDH fornece um caminho de fluxo enquanto permite múltiplas saídas, agindo muito como uma grande conexão de ramificação. Um cabeçal de distribuição de fluido é caracterizado por uma entrada em uma extremidade e um dreno na outra extremidade com múltiplas saídas nos lados. Cabeçais de distribuição de fluido típicos são fabricados a partir de um pedaço de tubo ou barra e apresentam conexões finais soldadas ou rosqueadas.

Como um manifold de distribuição ou cabeçal, um FDH conecta vários usuários à fonte de um fluido utilitário. Aplicações típicas incluem:

• Água de resfriamento
• Vapor
• Ar comprimido
• Nitrogênio de planta

Em uma casa de analisador típica, por exemplo, um FDH é um cabeçal de ar de instrumento, outro FDH é o cabeçal de nitrogênio de planta, e ainda outro FDH é o cabeçal de vapor de baixa pressão. Se necessário, múltiplos subsistemas FDH podem ser aparafusados juntos, extremidade a extremidade, para fazer percursos de cabeçal mais longos.

Tipicamente, 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 dreno na parte inferior. Para serviço líquido, é melhor instalar o FDH verticalmente com a entrada na parte inferior e a válvula superior atuando como um respiro para remover ar aprisionado ou permitir ar para drenar o FDH durante manutenção.

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