Guia Especialista para Posicionamento Ideal de Bicos em Sistemas 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 bico é usado no local da tomada para fornecer a amostra ao analisador. O posicionamento, posição e orientação adequados deste bico são cruciais para garantir medições analíticas oportunas e precisas, então você tem que acertar. Mau posicionamento do bico pode levar a atrasos na análise, contaminação da amostra e resultados imprecisos.

Idealmente, um engenheiro de sistema de amostragem ditará layouts de tubulação e até mesmo design de vaso de processo para garantir que o bico esteja devidamente situado. No entanto, muitas vezes um engenheiro deve trabalhar com esquemas existentes — mesmo se o bico não estiver localizado ou orientado adequadamente. 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 analisador qualificados, engenheiros de processo e químicos, e fornecedores de componentes em estágios variados do design para garantir que toda variável seja considerada.

Escolhendo a Localização do Bico

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

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

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

Amostragem de Gás

Você é melhor servido colocando a tomada a pelo menos dois diâmetros de tubo a jusante da última perturbação de fluxo. A Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA) recomenda esta prática. Ela permite duas localizações 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 perturbação de fluxo; ou
2. Pelo menos dois diâmetros de chaminé ou duto a jusante e meio diâmetro a montante de qualquer perturbação de fluxo.

A EPA considera a primeira localização como ideal. Se a primeira regra não puder ser atendida, as diretrizes da EPA requerem pontos de amostragem adicionais para proteger contra a possibilidade de estratificação.

Amostragem de Fluido

Para amostragem de tubulação, localize sua tomada a pelo menos dois diâmetros de tubo a jusante da última perturbação de fluxo — em qualquer lugar que não interfira com um elemento de medição de fluxo. No entanto, se o fluido de processo é um líquido próximo ao seu ponto de bolha, é sábio ser mais conservador. Para evitar obter bolhas em sua amostra, localize a tomada onde há pelo menos cinco diâmetros de tubo de tubo reto livre a montante e dois diâmetros a jusante.

Amostragem de Vapor

Quando o fluxo sendo amostrado é um vapor em ou próximo à sua temperatura de ponto de orvalho, a localização da tomada se torna mais crítica. Alguma condensação pode ocorrer em pontos de pressão perto de perturbações de fluxo; você não quer sua amostra de gás para conter condensado líquido. Para minimizar este potencial, um padrão europeu (ISO 10715 1997, 13) para medição de gás natural requer que a tomada de amostragem esteja a pelo menos 20 diâmetros de tubo a jusante da última perturbação de fluxo; o padrão americano relevante (API MPMS 14.1 2006, 15) requer pelo menos cinco diâmetros de tubo. Se o tubo contém outra sonda, como um poço termométrico, a sonda de amostragem deve ser localizada a pelo menos cinco diâmetros de poço termométrico de distância do poço termométrico.

Separação ainda maior é necessária para amostragem isocinética, que exige que a velocidade na sonda corresponda à da linha de processo. Por exemplo, para vapor saturado, o padrão americano relevante (ASTM D1066) recomenda que a tomada de amostragem esteja a pelo menos 35 diâmetros de tubo a jusante e quatro diâmetros de tubo a montante de uma perturbação de fluxo. Como esta separação pode ser difícil de alcançar, ASTM sugere que localizações não conformes mantenham uma proporção 9:1 de distâncias a montante para a jusante.

Construindo um Bico

À medida que você avança para a fase de design, você notará que o design do bico, incluindo orientação, depende altamente das necessidades da sonda. Localização e orientação do bico, e portanto da sonda, podem influenciar como partículas dentro de um fluxo de processo afetam a análise. O posicionamento correto do bico 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 bico é soldar um boss rosqueado fêmea a uma tubulação e perfurá-lo. Primeiro, solde uma placa de reforço à tubulação, a menos que sua parede seja adequadamente grossa. Em seguida, selecione um tamanho de boss para acomodar a sonda ou válvula rosqueada sendo usada. Outra abordagem é soldar um nipple de tubo rosqueado macho na linha.

Claro, nenhum destes métodos simples satisfará uma especificação de tubulação de processo que proíbe juntas rosqueadas no envelope do processo. Enfrentando estas restrições, você pode soldar uma válvula no nipple ou usar um bico de tubo flangeado em vez disso.

Perfurando um Fluxo de Gás

Sempre que possível, escolha um tubo horizontal para amostragem de gás de processo. A orientação horizontal permite que o bico seja vertical. Também é mais fácil encontrar um percurso longo e reto. Localize o bico no topo da linha para que qualquer sujeira ou líquido caia de volta no tubo de processo. Se o gás de processo é limpo e seco, você poderia localizar um bico de gás no lado de um tubo horizontal. No entanto, evite tal orientação de sonda horizontal para amostras sujas porque o fluxo de gás na sonda pode não ser turbulento; partículas sólidas poderiam cair e bloquear a sonda.

A mesma preocupação com bloqueio se aplica a um bico horizontal em um tubo de gás vertical. Bicos inclinados permitem que quaisquer líquidos ou sólidos aprisionados caiam de volta no processo. Esta característica funciona bem para remoção de líquido, mas pode não funcionar para sólidos, que podem grudar na sonda.

Para chaminés verticais, o bico 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 custos de material sejam razoáveis) mas acima da temperatura do ponto de orvalho ácido (para que ácido sulfúrico não condense na sonda). Para monitoramento de gás de chaminé, a temperatura ideal do gás no bico é um pouco mais de 600°C (1.112°F) para garantir combustão completa.

Ao amostrar de um fluxo de vapor de processo que pode conter gotas de condensado, como um sistema de vapor saturado, a localização de tomada preferida é um tubo de processo longo fluindo para baixo. No entanto, sempre verifique a pressão da linha. Uma linha descendente frequentemente se conecta ao lado de sucção de uma bomba de processo e pode estar operando em baixa pressão. Uma fonte de baixa pressão é boa para uma amostra de gás que será ventilada para tocha, mas não para uma que você queira retornar ao processo via loop rápido. Com um loop rápido, você provavelmente quer amostrar da descarga da bomba de processo e retornar o gás ao lado de sucção.

Perfurando um Fluxo Líquido

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

A cabeça de líquido na tubulação acima da tomada fornecerá alguma pressão extra, o que pode garantir que o líquido de processo na tomada está acima de seu 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 que a linha está cheia.

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

A sabedoria convencional diz que tomadas de líquido sempre devem estar no lado de uma linha de processo horizontal; este é um bom conselho quando amostrando sem uma sonda. Amostrar de um bico no lado da linha reduz o risco de extrair vapor aprisionado no topo do tubo ou lodo no fundo.

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

Antes de Finalizar a Localização da Tomada

Antes de decidir sobre sua localização final de tomada, lembre-se que sua escolha de sonda determinará a orientação e diâmetro do bico e suas conexões finais. Uma vez que você selecione uma sonda, revisite sua localização escolhida para verificar o espaço físico disponível para trabalho de instalação e manutenção. Verifique se há folga suficiente para fabricar o bico, manter a válvula de isolamento de processo e retirar a sonda. Também considere acessibilidade e iluminação. Uma tomada simples e sonda de tubo pode requerer apenas uma pequena plataforma e escada, mas uma estação de campo precisará de uma plataforma completa e iluminação.

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