La mesure du procédé s'effectue en temps réel, mais la réponse de l'analyseur ne peut pas l'être. Il y a toujours un délai entre le port d'échantillonnage et l'analyseur. Malheureusement, ce délai est souvent sous-estimé ou mal compris.

Dans le système d'échantillonnage pour analyse, le délai est défini comme le temps nécessaire pour qu'un nouvel échantillon se rende à l'analyseur.

Quelle est la raison du retard ? Comment raccourcir le délai ?
Le retard dans le système d'échantillonnage est une cause fréquente de résultats incorrects dans l'analyseur de processus. La mesure du processus est en temps réel, contrairement à la réponse de l'analyseur. Il y a toujours un délai entre le port d'échantillonnage et l'analyseur. Comme le montre la figure ci-dessous, des retards peuvent survenir dans les parties suivantes du système d'instruments analytiques (IA) : pipelines de traitement, ports et sondes d'échantillonnage, stations de terrain, pipelines de transport, systèmes d'ajustement des échantillons, systèmes de commutation de débit et analyseurs.

Il est important de comprendre que la latence est cumulative. Le délai comprend le temps total nécessaire au fluide pour se déplacer du pipeline de traitement à l'analyseur, y compris le temps requis pour l'analyse finale. Par exemple, s'il faut cinq minutes à un chromatographe en phase gazeuse pour analyser un échantillon, alors ces cinq minutes doivent être ajoutées au retard du système de réglage de l'échantillon et du système de commutation de débit, ainsi qu'au retard du pipeline de transport, sur- station de site, port d'échantillonnage et sonde. Ensuite, sur la base du temps ci-dessus, il faut également ajouter le temps nécessaire pour se déplacer depuis le dispositif de traitement où le fluide est surveillé jusqu'au port d'échantillonnage. Il s'agit du temps total requis entre le dispositif de traitement surveillé et l'analyseur calculé.

Malheureusement, ce délai est souvent sous-estimé, voire non pris en compte ou mal compris. Dans de nombreux cas, les experts et techniciens en analyseurs négligent souvent ce délai et se concentrent sur la manière de rendre l’échantillon adapté à l’analyseur. Les experts en analyseurs peuvent supposer que les mesures d'analyse sont effectuées en temps réel. Cependant, les systèmes d'échantillonnage ne parviennent souvent pas à répondre aux normes de l'industrie en matière de temps de réponse d'une minute, ce qui crée de nombreuses possibilités de retards. Même pour des temps de cycle longs, le retard doit être minimisé autant que possible. Cependant, des retards dépassant les normes de l’industrie ne posent pas nécessairement de problèmes. L'ingénieur de procédé doit déterminer le délai acceptable en fonction de la dynamique du procédé.

Lorsque le délai dépasse le temps prévu par le concepteur du système, cela devient un problème. Une estimation inexacte du délai ou des hypothèses incorrectes peuvent conduire à un mauvais contrôle du processus. Comprendre les causes de la latence et apprendre à calculer ou estimer la latence dans une plage d'erreur raisonnable peut réduire la latence et améliorer la réactivité globale du système.

Disposez raisonnablement les pipelines de traitement, les ports d'échantillonnage, les circuits rapides et les pipelines de transport pour obtenir une mise en œuvre efficace.

Pour réduire la latence, le port d'échantillonnage doit généralement être placé à proximité de l'analyseur, bien que cela ne soit pas toujours réalisable. Le port d'échantillonnage doit être situé en amont des sources de retard telles que les barils, les réservoirs, les coins morts, les pipelines stagnants, les équipements redondants et les équipements obsolètes (ces équipements doivent être progressivement supprimés pour améliorer la fluidité). Dans certains cas, en raison des facteurs mentionnés précédemment, il n'est pas possible de spécifier l'emplacement du port d'échantillonnage à proximité de l'analyseur de procédé. Si la distance entre le port d'échantillonnage et l'analyseur est grande, il est recommandé d'utiliser une boucle rapide pour améliorer la vitesse de livraison du fluide vers l'analyseur. S'il est conçu correctement, le débit dans la boucle rapide sera beaucoup plus rapide que le débit dans le pipeline de l'analyseur.

Pour les échantillons de gaz, des postes de travail sur site peuvent être utilisés pour réduire la pression dans la canalisation de transport ou dans le circuit rapide. Au même débit, le retard dans la canalisation de transport diminue proportionnellement à la diminution de la pression absolue. Lorsque la pression est réduite de moitié, le délai diminue également de moitié. Le poste de travail sur site doit être aussi proche que possible du port d'échantillonnage. Plus la réduction de la tension artérielle est précoce, mieux c'est.

Pour les échantillons liquides, il est déconseillé d’utiliser des postes de travail réglables sur site. Le liquide doit être maintenu à haute pression pour éviter la formation de bulles. Lorsque l'échantillon liquide doit être converti en gaz avant analyse, une vanne de régulation de pression de vaporisation peut être utilisée au poste de travail sur site. Cependant, cela entraînera une latence considérable. Lorsqu’un liquide est transformé en gaz, son volume augmente considérablement. Le taux d'expansion dépend du poids moléculaire du liquide.

Généralement, le débit de vapeur mesuré après la vanne de régulation de pression sera supérieur à 300 fois le débit de liquide avant la vanne de régulation de pression de vaporisation. Par exemple, lorsque le débit de vapeur est de 500 cm3/min, le débit de liquide peut être inférieur à 2 cm3/min. Par conséquent, il faut 25 minutes pour que le liquide s’écoule à travers un manchon de 10 pieds d’un quart de pouce. Afin de raccourcir ce délai, il faut réduire le volume du manchon devant le régulateur de pression. Par exemple, en utilisant un manchon de seulement un huitième de pouce de long, le liquide peut atteindre la vanne de régulation de pression en seulement 30 secondes. Cependant, ce temps doit également inclure le retard à l'intérieur de la sonde. Plus la sonde est fine, plus la réponse est rapide.

Une autre façon d'obtenir une réponse plus rapide consiste à installer la vanne de régulation de pression de vaporisation aussi près que possible de l'analyseur. Installez la vanne de régulation de pression après le filtre du circuit rapide et utilisez un autre circuit rapide de liquide pour assurer un débit positif avant de vaporiser la vanne de régulation de pression. Le but de cette conception est de minimiser autant que possible la quantité de liquide lent atteignant la vanne de régulation de pression.

Commutation du débit d'échantillon

Afin d'éviter autant que possible les retards, le composant de commutation du débit d'échantillon doit fonctionner rapidement et rincer rapidement les anciens échantillons tout en délivrant le nouveau flux à l'analyseur. La construction de vannes à double arrêt et à double décharge (DBB) adopte actuellement des composants traditionnels ou une petite conception modulaire, qui peuvent fournir une commutation du débit d'échantillon avec de petits angles morts et aucune pollution à flux transversal causée par une fuite de vanne.


Le DBB traditionnel adopte une construction DBB en série, comme le montre la figure suivante. La série DBB élimine les angles morts en utilisant une deuxième vanne d'arrêt au lieu d'un connecteur en T.

Lors de l'utilisation d'une construction de la série DBB, les problèmes de chemin d'écoulement doivent être pris en compte, car cette construction peut entraîner une chute de pression et une vitesse d'écoulement plus lente. La perte de charge peut être estimée en consultant le Cv (indice de résistance au débit) du produit. Plus le Cv est faible, plus la chute de pression est importante, entraînant une diminution du débit.

Dans la construction en cascade DBB, le débit d'échantillon principal (débit d'échantillon 1) ne provoque pas de chute de pression excessive, mais le débit d'échantillon 2, le débit d'échantillon 3, etc. entraîneront une chute de pression croissante et des canaux d'écoulement plus longs, prolongeant ainsi progressivement le temps de trajet. à la prise. Il en résulte des temps d'arrivée différents pour différents flux, ce qui rend difficile la définition d'un temps de rinçage uniforme pour tous les flux.

La construction DBB utilisant un circuit de débit intégré (comme illustré dans la figure ci-dessous) présente tous les avantages de la construction de la série DBB, tout en garantissant que la chute de pression de tous les flux d'échantillon est faible et toujours stable. Le Cv de tous les flux et l’heure d’arrivée de tous les flux qui en bénéficient sont les mêmes. Veuillez noter que la chute de tension générée par un composant avec un Cv de 0,3 est le tiers de celle d'un composant avec un Cv de 0,1.

Système d'ajustement de l'échantillon

Le système d'ajustement de l'échantillon filtre l'échantillon pour garantir qu'il se trouve dans la bonne phase et ajuste sa pression, son débit et sa température pour préparer l'échantillon à l'analyse. Afin d'atteindre ces objectifs dans des contraintes d'espace réduites, ce système utilise de nombreux composants relativement petits, notamment des manomètres, des vannes de régulation de pression, des débitmètres à section variable, des régulateurs de débit, des vannes unidirectionnelles, des vannes de régulation, des vannes à bille, etc. Habituellement, de petits composants modulaires peuvent également être appliqués à des solutions compactes dans des espaces étroits. Les composants montés sur le dessus sont fabriqués selon le nouveau programme d'échantillonnage/capteur (NeSSI) et sont conformes à la norme ANSI/ISA 76.00.02. Comme pour les vannes de commutation de débit, le volume interne n'est pas aussi important que la chute de pression. Lors de la sélection des composants, le Cv fourni par le fabricant doit être comparé.


Les filtres, réservoirs de séparation vapeur-liquide, filtres coalescents et autres composants utilisés dans le système d'ajustement des échantillons peuvent mélanger le nouvel échantillon entrant avec l'ancien échantillon, ce qui entraîne des retards importants. Améliorez le délai en rinçant le filtre ou en le retirant du réservoir pour éliminer 95 % de l'ancien échantillon. Malheureusement, cela nécessite trois fois le volume du composant à rincer. Cela suppose que l’entrée et la sortie sont adjacentes, comme le montre la figure suivante.

Veuillez considérer un filtre avec sa conception d'entrée et de sortie comme indiqué sur la figure. Si le débit est de 100 cm3/min et le volume du filtre de 100 cm3, il faudra trois minutes pour garantir que 95 % de l'ancien échantillon soit éliminé. Par conséquent, afin de garantir l’exactitude de l’échantillon, trois minutes supplémentaires doivent être ajoutées lors du calcul du retard de ce système d’IA. Ces formules de calcul s'appliquent également au volume mélangé dans le pipeline de traitement.

analyseur
Généralement, un chromatographe en phase gazeuse prend 5 à 10 minutes pour analyser l'échantillon. La vitesse des analyseurs infrarouges et ultraviolets est beaucoup plus rapide et l'analyse peut être effectuée en quelques secondes. Les experts, techniciens ou ingénieurs en analyseurs doivent comprendre le temps nécessaire à l’analyseur pour traiter les échantillons. Cette période de temps doit être ajoutée au délai total estimé entre le port d'échantillonnage et l'analyseur mentionné ci-dessus.

Le retard total calculé à l’aide de l’outil doit être une valeur estimée dans une plage d’erreur raisonnable. N'oubliez pas qu'il est important d'additionner tous les composants qui composent ce délai au temps total requis entre le processus surveillé et l'analyseur.

Comment utiliser une vanne de régulation de pression pour contrôler la temporisation ?

La vanne de régulation de pression peut contrôler la pression et la pression dans le système d'analyse est étroitement liée au temps. Dans un système de gaz à débit contrôlé, plus la pression est basse, plus le délai est court.

Toute partie importante du système d'instruments d'analyse peut connaître des retards, y compris les pipelines de traitement, les ports et sondes d'échantillonnage, les postes de travail sur site, les pipelines de transport, les systèmes d'ajustement des échantillons, les systèmes de commutation de débit d'échantillon et les analyseurs. La figure suivante est un exemple de système d’échantillonnage typique d’un analyseur de procédé.

Le retard est cumulatif. Le délai inclut le temps total requis pour que le fluide passe du processus surveillé à l'analyseur. Nous allons maintenant nous concentrer sur le rôle important que jouent les postes de travail sur site et les vannes de régulation de pression dans la réduction des délais.

Pour minimiser autant que possible le délai, la position du port d’échantillonnage doit être prise en considération. Le port d'échantillonnage doit être placé aussi près que possible de l'analyseur de procédé et doit également être situé en amont des sources de retard du procédé telles que des barils, des réservoirs, des coins morts, des canalisations stagnantes ou des équipements redondants ou obsolètes.

Lors de l'échantillonnage de liquides, la pression au port d'échantillonnage doit être suffisante pour permettre à l'échantillon de s'écouler à travers la canalisation de livraison ou le circuit rapide sans utiliser de pompe. Une pompe n'est pas seulement un composant coûteux, mais elle apporte également des modifications supplémentaires en termes de performances.

Dans de nombreux cas, vous ne pourrez peut-être pas spécifier l'emplacement du port d'échantillonnage. Vous devrez peut-être utiliser l'emplacement du port d'échantillonnage d'origine et vous ne pourrez souvent utiliser que l'emplacement d'installation de l'analyseur d'origine. Lorsque la distance entre le port d'échantillonnage et l'analyseur est grande, il est recommandé d'utiliser une boucle rapide pour accélérer la vitesse de livraison du fluide vers l'analyseur et renvoyer la partie inutilisée dans le processus.

Une autre source de retard qui existe dans la plupart des systèmes d'instruments d'analyse est la sonde. Plus le volume de la sonde est grand, plus le retard est important. La longueur et la largeur de la sonde affecteront toutes deux le volume. Si vous souhaitez minimiser le délai autant que possible, veuillez choisir une sonde à faible volume.

Au poste de travail sur site

Lorsque des échantillons de liquide sont requis dans l'analyseur de procédé, les vannes de régulation de pression ne sont pas utilisées sur le poste de travail sur site. Il est préférable de maintenir le liquide à haute pression pour éviter la formation de bulles. Pour les échantillons de gaz, des postes de travail sur site peuvent être utilisés pour réduire la pression dans la canalisation de transport ou dans le circuit rapide.

La réduction du retard est directement proportionnelle à la diminution de la pression absolue. Lorsque la pression est réduite de moitié, le délai sera raccourci de moitié. Le poste de travail sur site doit être aussi proche que possible du port d'échantillonnage. Plus la réduction de la tension artérielle est précoce, mieux c'est. Jetons un coup d'œil à trois applications possibles de vannes de régulation de pression qui peuvent être applicables sur les postes de travail sur site. La configuration des vannes de régulation de pression varie légèrement selon chaque application.

Faites le bon choix de vanne de régulation de pression pour réduire les retards

La vanne de régulation de pression est un outil important pour résoudre les retards dans les systèmes analytiques. Plus la pression dans le système de gaz est basse, plus le temps de réponse est rapide. D’une manière générale, plus la pression du système de gaz diminue tôt, mieux c’est. En cas d'évaporation de liquide, pensez à utiliser un circuit liquide rapide pour maintenir le débit de liquide avant la vanne de régulation de pression de vaporisation. Les postes de travail sur site sont l'un des emplacements des systèmes d'instruments analytiques complexes qui peuvent réduire considérablement la latence, mais les méthodes de latence doivent toujours être complètes. Pour réduire la latence, il est nécessaire d'étudier attentivement toutes les causes possibles de retard dans le système.