Fallen einzelne Komponenten von Probenahmesystemen aus, kann dies zu Anlagenstillständen, wirtschaftlichen Verlusten und mitunter sogar zu sicherheitstechnischen Problemen führen. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über Problematiken in Probenahmesystemen, denen die Feldingenieure von Swagelok häufig begegnen und zeigt auf, wie sie zu lösen sind.
Häufig treten Probleme beispielsweise bei der Instandhaltung von Analysegeräten auf. Die Servicetechniker brauchen weitaus länger als geplant. Durch eine kontinuierliche Prüfung der Analysegeräte sowie durch Behebung einfacher Konstruktionsfehler im Probenahmesystem lässt sich die Zuverlässigkeit der Geräte deutlich steigern. Die Feldingenieure von Swagelok haben eine Reihe häufig auftretender Probleme identifiziert, die sich mühelos beheben lassen – von Rückschlagventilen entgegen der Fließrichtung bis hin zu Fast Loops, die den Durchfluss drosseln.
Ein wichtiger Faktor sind auslegungstechnische Fehler, die langfristig und über die gesamte Lebensdauer der Ausrüstung Komplikationen nach sich ziehen können. So stoßen die Swagelok-Spezialisten zum Beispiel häufig auf unzureichend beheizte Brennstoffleitungen. Wird die Leitung zu heiß oder zu kalt, kann es zu einer Polymerisierung oder Zersetzung der Probe kommen und das System funktioniert nicht ordnungsgemäß.
Die Servicetechniker müssen daher im Rahmen qualifizierter Schulungsprogramme entsprechend geschult werden, um fundierte Kenntnisse in Bezug auf grundlegende Probleme und die geltenden Auslegungsrichtlinien für Probenahmesysteme vorweisen zu können. Swagelok bietet dazu eine Reihe von PASS-Seminaren (Process Analyzer Sampling System) an.
Zeitnahe Probenahme ist wichtig
Auf den ersten Blick sind nicht alle Komplikationen sofort erkennbar und können damit die Bewertung von Analysegeräten zusätzlich erschweren. Zeitliche Verzögerungen spielen dabei oftmals eine Rolle. Laut Industriestandard darf zwischen der Entnahme der Probe aus dem Prozess und dem Transport zum Analysegerät nicht mehr als eine Minute vergehen. Diese kurze Zeitdauer erlaubt ein zeitnahes Auslesen der Prozesskonditionen und verschafft dem Techniker ein kurzfristiges Eingreifen und minimiert überflüssige Verschwendung.
Doch leider kann es bei der Analyse zu zeitlichen Verzögerungen von mehreren Stunden oder sogar Tagen kommen. Sämtliche Analyseergebnisse sind damit hinfällig, da sie die Eigenschaften des hergestellten Produkts nicht in Echtzeit widerspiegeln. Derartige Verzögerungen können dazu führen, dass Bediener anhand veralteter Probenergebnisse korrigierende Maßnahmen einleiten, die dann allerdings nicht wirksam sind.
Da das Ausmaß der zeitlichen Verzögerung in vielen Fällen nicht bekannt ist, befindet sich weiterhin mangelhaftes Produkt im System, das unter Umständen sogar an Kunden ausgeliefert wird, bevor die Qualitätsprobleme auffallen. Eine Lösung zur Vermeidung solcher Verzögerungen besteht darin, die Auslegung des Systems entsprechend anzupassen. Mit den richtigen Maßnahmen lassen sich Verzögerungen erheblich reduzieren und der branchenweite Standard von einer Minute stellt kein Problem mehr dar.
Nicht repräsentative Proben
Selbst wenn die Proben korrekt und ohne zeitliche Verzögerungen entnommen werden, besteht bei einer ungeeigneten Auslegung des Probenahmesystems dennoch das Risiko von falschen Analyseergebnissen. Beispielsweise kann es in Toträumen im Analysegerät zu einer Vermischung von altem und neuem Probenmaterial kommen – was letztendlich dazu führt, dass die Probe die aktuellen Prozessbedingungen nicht korrekt widerspiegelt.
Ein weiterer Grund für verunreinigte Proben sind Leckagen aus der Umgebungsluft. Wenn der Sauerstoffpartialdruck beispielsweise höher ist als der Partialdruck im Innern des Systems, kann Sauerstoff in ein System gelangen, das eigentlich zu 100 % Stickstoff bei 100 psia führen soll. Bediener können einer unerwünschten Verunreinigung durch Umgebungsluft entgegenwirken, indem sie den Partialdruck des Probenahmesystems erhöhen und so etwaige Druckunterschiede ausgleichen.
Wirksamkeit von Koaleszenzfiltern
Koaleszenzfilter gelten zwar weithin als geeignete Lösung zur Abtrennung von Flüssigkeiten aus Gasproben, allerdings ist dies nur die halbe Wahrheit. Diese Filter funktionieren nur, wenn die Flüssigkeit als Aerosol vorliegt. Kleine Aerosoltröpfchen werden aufgefangen und es bilden sich größere Tropfen, die dann einfach durch Schwerkraft abgeschieden werden können.
Eine Problematik kann sein, dass Koaleszenzfilter durch zwei Szenarien unbrauchbar werden: Im ersten Szenario liegt die Flüssigkeit nicht als Aerosol vor und passiert den Koaleszenzfilter aufgrund der Größe der Flüssigkeitstropfen mit minimaler oder gänzlich ohne Abscheidung. Im zweiten
Szenario gelangen feine Aerosoltröpfchen durch den Koaleszenzfilter und werden nicht abgetrennt, da die Durchflussrate zu hoch ist. In beiden Fällen gelangt flüssiges Material in das Analysegerät und führt dort zu ungenaueren Analyseergebnissen.
Verdampfung und Kondensation
Bei einem schnellen Abfall des Flüssigkeitsdrucks kann die Probe aufgrund der Kom-bination aus Verdunstung und Verdampfung fraktionieren. Sobald das geschieht, ist die Probe für die Analyse ungeeignet. Bei der
in Probenahmesystemen nicht ungewöhn-lichen Fraktionierung bleiben schwerere Moleküle in der flüssigen Phase zurück, während die leichteren Moleküle stromabwärts in das Analysegerät gelangen und dort zu einer nicht repräsentativen Probe führen. Wenn man die grundlegenden Zusammenhänge erst einmal verstanden hat, lassen sich Probleme bei der Verdunstung und Verdampfung künftig einfacher vermeiden.
Bei gasförmigen Proben ist die häufigste Schwierigkeit die Kondensation. Die Stellen, an denen Kondensation auftreten kann, lassen sich glücklicherweise relativ einfach vorhersagen und beheben. In den meisten Fällen reicht eine geeignete Temperaturkontrolle bereits aus – denn Gase kühlen weitaus schneller ab als Flüssigkeiten.
Feldstationen verfügen häufig über Systeme, die den Druck der Gasprobe reduzieren (dies sollte möglichst in der Nähe der Entnahmestelle erfolgen). Aufgrund des Joule-Thomson-Effekts sinkt die Temperatur der meisten Gase bei einem Druckabfall ab. Durch Messung dieses Druckabfalls lässt sich bestimmen, ob ein einfacher Druckminderer als Ausgleich ausreichend ist oder ob andere Maßnahmen wie eine Begleitheizung erforderlich sind.
Professionelle Systemprüfung
Mit einem externen Gutachten für das Probenahmesystem und Analysesystem lassen sich unter Umständen Probleme aus dem Weg räumen, mit denen der Anlagenbetreiber schon seit Jahren kämpft. Bei einer derartigen professionellen Systemprüfung werden gängige Fehlerquellen ermittelt und die Faktoren aufgedeckt, die die Proben auf dem Weg zum Analysegerät beeinflussen. Swagelok verfügt über die erforderliche praktische Erfahrung und kann bei der Lösung dieser Probleme helfen. Weitere Vorteile für den Kunden sind schnelle Analyseergebnisse und die Vermeidung einer potenziellen Verunreinigung der Proben. Mit dem Auswerteverfahren und Beratungsservice bietet Swagelok maßgeschneiderte Lösungen, die zu einer besseren Leistungsfähigkeit der Analysesysteme beitragen.
Swagelok Company, Solon, Ohio
Autor: Mike Frost
Regional Area Manager, Field Engineering, Asien-Pazifik,
Swagelok
