Газовый анализ - один из главных этапов работы промышленных комплексов по контролю продуктов химической, нефтехимической, газовой промышленности. Задача анализа состоит в том, чтобы определить качественный и количественных состав элементов в отобранном материале, то есть газе. Например, если важно знать концентрацию сернистых компонентов в природном газе, чтобы достоверно определить класс готового продукта.

Важный и в то же время проблемный этап газового анализа – это отбор и подготовка пробы. Неправильно взятая проба напрямую влияет на достоверность результата, как бы точно ни проводился сам анализ.

Из этого логично следует, что несоответствие результата анализа действительному составу газа приведет к неверным технологическим решениям, нарушению правильного течения технологических процессов и невозможности контроля этих процессов. А в конечном итоге - к материальному ущербу для предприятия, потому что класс готового продукта по содержанию в нем нужных компонентов будет определен неверно, а денежные средства на оборудование и материалы для анализа будут потрачены зря.

Сложность пробоотбора заключается в вопросе, как предотвратить обледенение запорной арматуры (эффект Джоуля-Томпсона) и сохранить агрегатное состояние пробы. Далее рассмотрим варианты нагрева пробы, разберем их преимущества и риски и покажем современное решение, которые обладает весомыми преимуществами.

Системы пробоотбора

Для осуществления процедур по пробоотбору интеграторы аналитического оборудования и сами эксплуатирующие компаниями проектируют системы пробоотбора, которые отвечают за доставку пробы в анализатор и сохранение ее репрезентативности.

То есть главная задача таких систем - получить пробы определенной массы и перевести их в состояние, которое требуется для анализа.

Поэтому система пробоотбора и пробоподготовки должна обеспечивать:

• достоверность проб;
• очистку пробы от пыли и влаги;
• поддержание заданной температуры и давления пробы на входе в газоанализатор;
• дозирование пробы;
• непрерывность подачи несущего газа в анализатор.

Далее остановимся на техническом устройстве подготовки проб, как на элементе системы, который влияет на состояние пробы и достоверность результата соответственно.

Это устройство редуцирует давление пробы и несущего газа до величины, безопасной для анализатора, фильтрует пробу и поддерживает ее необходимую температуру при подаче пробы в анализатор.

Для редуцирования давления в устройство подготовки пробы устанавливают регуляторы давления – автоматические приборы для поддержания постоянного давления в трубопроводе. Регуляторы и системы на их основе применимы в узлах подачи несущего и калибровочного газа под необходимым давлением. Задача регуляторов - обеспечить непрерывность подачи, сохранить агрегатное состояние пробы и предотвратить возникновение эффекта Джоуля-Томсона.

Непрерывность подачи газа – отдельный важный момент, так как прекращение газоснабжения приводит к поломке анализатора и нарушению калибровки с последующим простоем лаборатории из-за того, что приходится повторно настраивать газовый хроматограф.

На практике задача по обеспечению непрерывной подачи решается ручным переключением снабжающих магистралей или использованием технических решений, которые реализуются доступными средствами: например, установкой двух баллонных регуляторов давления и трехходового крана для переключения подачи.

Пример технического решения, реализованного доступными средствами

Ручное переключение источников несущего газа для непрерывной подачи – это риск. Во-первых, из-за большой вероятности возникновения человеческой ошибки. Во-вторых, решения, собранные из доступных средств, не будут сертифицированы. Значит, что при поломке, неправильной работе или для проведения сервиса некуда будет обратиться.

Панели переключения баллонов

Панель переключения баллонов серии КРА2 с двухступенчатым регулированием давления, контактными манометрами, предохранительным клапаном и системой продувки несущим газом

Надежным решением для обеспечения непрерывности газоснабжения будут панели переключения баллонов, которые автоматически переключают источники газа и проводят точную настройку выходного давления для подачи рабочей среды к основному оборудованию.

Когда давление в подводящей магистрали падает до установочного значения, регулятор на панели переключает источник газа на магистраль с более высоким давлением и, соответственно, с большим объемом газа. Для сигнализации о необходимости заполнения баллонов газом-носителем (калибровочным газом) возможна установка на панели контактных манометров и датчиков давления с выходным сигналом 4-20 mA.

Панели переключения являются компактным решением по обеспечению газом-носителем анализатора с различными требованиями по величине подводимого давления и расхода.

Обвязка лаборатории при помощи панелей переключения баллонов серии KP1

Эффект Джоуля-Томпсона

Пример эффекта Джоуля-Томпсона

Эффектом Джоуля-Томпсона называют изменение температуры газа или жидкости под воздействием перепада давления при редуцировании. В системах высокого давления это приводит к обледенению запорно-регулирующей арматуры и появлению конденсата в газовой среде, т.е. частичному переходу фазового состояния газовой пробы в жидкость. А попадание жидкости в газовый хроматограф может привести к его поломке или сбою калибровки. Поэтому для сохранения агрегатного состояния и избегания фазового перехода при дросселировании пробу необходимо нагревать.

ГОСТ 31370-2008 предлагает 2 варианта решения этой задачи.

Предварительный нагрев пробы на 10°С выше, чем температура источника. Если температура неизвестна, то пробу стоит нагреть не менее чем до 100°С и поддерживать эту температуру не менее двух часов. Здесь необходимо отметить, что предварительный нагрев пробы не может учесть все особенности протекания процесса. Сохраняется риск частичного конденсирования пробы и поломки анализатора.

Другой вариант - нагревание арматуры греющим кабелем. Импульсная линия и запорно-регулирующая арматура могут быть обмотаны греющим кабелем или возможно исполнение импульсной линии из трубки с теплоизоляцией с размещенным под ней кабелем.

Такое решение способно сохранить агрегатное состояние газа при отборе. Но обогрев в данном случае будет неконтролируемым, так как кабель не регулирует интенсивность обогрева в зависимости от температуры пробы.

То есть Вы подаете ток на греющий кабель, который нагревает импульсную линию и корпус регулятора, но при этом Вы не знаете температуру газа, и неизвестно, когда стоит изменить мощность обогрева и является ли подводимая мощность достаточной.

Регуляторы с обогревом

Регулятор давления с обогревом серии 44-6800

Решением проблемы фазового перехода при отборе проб считают применение регуляторов с обогревом. В конструкции таких регуляторов есть нагревательный элемент, и газовая среда до и после редуцирования проходит через теплообменник. Температура пробы повышается и сохраняет свое фазовое состояние до подачи в анализатор.

Регуляторы давления с электрообогревом TESCOM 44-6800 - ключевой компонент систем отбора проб современных газохроматографических анализаторов. Они обеспечивают подачу газа в анализатор без образования в нем конденсата. Максимальная мощность нагревателя регулятора серии 44-6800 – 400 Ватт. Это самый мощный нагреватель среди аналогичного оборудования, который доступен также в стандартной комплектации регулятора.

Трубки регулятора 44-6800 расположены в форме буквы U. Поэтому газ при прохождении через них максимально долго контактирует с обогревателем. Это позволяет увеличить теплопередачу, как следствие, снизить температуру нагревателя и подводимую мощность. Срок службы нагревателя при этом увеличивается.

U-образное направление потока

Применение регулятора с традиционным угловым направлением потока сокращает время прохождения среды через обогреваемую поверхность, поэтому для поддержания агрегатного состояния газа температуру обогрева приходится существенно увеличивать. При этом увеличение температуры нагревательного элемента требует увеличения энергозатрат и ведет к сокращению срока службы нагревателя.

Блок электроники регулятора серии 44-6800

Регуляторы TESCOM серии 44-6800 опционально оснащаются дисплеем для отображения температуры. Как и любой другой способ визуализации физических параметров, дисплей повышает эргономичность системы и делает ее удобной для использования. А простота эксплуатации – это не только комфорт оператора, но и возможность вовремя увидеть отклонения в работе и предпринять необходимые действия.

Еще одно полезное решение – коннектор для получения выходного сигнала, который позволяет вынести показания температуры нагревателя на общую панель управления.

Блок электроники регулятора 44-6800 включает PID-контроллер для плавного регулирования температуры нагревателя. Это значит, что, выбирая регуляторы с PID-контроллером, Вы получаете автоматическую систему, которая не требует человеческого вмешательства для сохранения агрегатного состояния газа.

Инженеры компании TESCOM модернизировали регуляторы 44-5800 (предыдущая серия) и добавили возможность исполнения корпуса регулятора с нанесением инертных покрытий Dursan и SilcoNert.

На внутреннюю поверхность регулятора наносится слой кремния, который устраняет поверхностную адсорбцию компонентов пробы с корпусом регулятора. Поэтому проба не изменяется из-за контактов с материалом регулятора и не искажается.

Двухкомпонентный дизайн серии 44-6800 дает возможность раздельного монтажа самого регулятора давления и блока электроники с сохранением сертификата взрывозащиты ТР ТС 012. Максимальное расстояние между компонентами устройства – 1,2 м.

Двухкомпонентный дизайн регуляторов 44-6800

Система пробоотбора с применением обогреваемых регуляторов

Заключение

Современные технические решения создают такие системы пробоотбора, которые работают стабильно и не зависят от скачков давления, а также защищены от образования газового конденсата. Такие системы также дают возможность контролировать температуру пробы удаленно за счет вывода аналогового выходного сигнала от регулятора давления.

Регулирующая арматура TESCOM нашла широкое применения в системах пробоотбора и используется для обеспечения непрерывной работы лабораторий по всему миру.

Для детальной презентации продукта, подбора решения и оформления заказа пишите, пожалуйста, на zakaz@nta-prom.ru.