Sonda de muestreo, calibración y módulos de conmutación para simplificar el muestreo

Módulos de sonda de muestra y más formas de simplificar el muestreo con subsistemas estándar

Karim Mahraz, director de producto de Swagelok, instrumentación analítica

Los subsistemas prediseñados estándar pueden aportar eficiencia a una operación al simplificar el diseño de los sistemas de muestreo y control de fluidos. El uso de sistemas estándar tiene el beneficio adicional de reducir significativamente los costos de instalación, el tiempo de inactividad y el mantenimiento general, lo que permite a los gerentes de planta e instalación adquirir y ensamblar piezas al tiempo que garantiza la coherencia en todas las instalaciones, incluso en todos los continentes.

En última instancia, los gerentes de planta e instalaciones están ahorrando tiempo, esfuerzo y energía que pueden reutilizarse para mejorar la eficiencia y reducir los costos en otras áreas de la planta.

A continuación se presentan tipos comunes de subsistemas que pueden mejorar el rendimiento de sus sistemas de muestreo y cómo cada uno puede funcionar para mejorar la eficiencia de su sistema de muestreo.

Módulos de calibración y conmutación (CSM)

La función principal del CSM es acondicionar y seleccionar flujos de proceso, o seleccionar un flujo de calibración para el análisis. Como mínimo, cada sistema debe tener dos entradas:dos entradas de flujo de proceso o una entrada de flujo de proceso y una entrada de flujo de calibración. El sistema selecciona un fluido para el análisis en respuesta a una señal de presión neumática de una fuente externa, normalmente el analizador. La señal abre uno de los módulos de válvula de doble bloqueo y purga de las válvulas selectoras de corriente (SSV) correspondientes a la corriente que contiene el fluido a analizar. El uso de un CSM, como el que ofrece Swagelok, ofrece varias ventajas adicionales, que incluyen:

• Una variedad de configuraciones de acondicionamiento de muestras disponibles para cumplir con los requisitos de la aplicación.
• Una opción de calibración manual que permite al operador calibrar el analizador en cualquier momento.
• Identificación de flujo codificada por color:las entradas de flujo de proceso siempre serán azules, los flujos de calibración naranja, el bypass verde y la salida blanca.
• Un diseño de bucle de flujo integrado para garantizar tiempos de entrega consistentes al analizador en todas las corrientes y eliminar cualquier punto muerto o posibilidad de contaminación entre corrientes.
• Un espacio de aire ventilado que evita la posibilidad peligrosa de que el aire neumático se mezcle con el fluido del sistema bajo presión.
• Un diseño modular que permite un fácil mantenimiento. Los componentes individuales se pueden quitar del conjunto aflojando cuatro tornillos accesibles desde la parte superior del panel. No hay riesgo de desmontar accidentalmente toda la unidad o alterar otras conexiones de fluidos.
• Una opción de desvío que permite un flujo alto y, por consiguiente, un tiempo de muestreo reducido, al CSM.

Según la aplicación, un módulo de bucle rápido (que se explica con más detalle a continuación) puede suministrar al CSM flujo desde un filtro de bucle rápido de derivación para mejorar el tiempo de respuesta al analizador. El CSM puede incorporar derivaciones adicionales que pueden devolverse a la línea de proceso, a través del circuito rápido o por separado, o enviarse a un sistema de eliminación. El número de entradas estará determinado por el número de muestras y líneas de calibración que se envíen a un solo analizador.

Módulos de sonda de muestra (SPM)

El uso de módulos de sonda de muestra junto con válvulas de sonda de muestra (SPV) puede mejorar la seguridad, así como la pureza y puntualidad de la muestra. Una sonda proporciona una respuesta más rápida del analizador al reducir el volumen del sistema de muestras. El volumen de la boquilla puede ser significativo, aumentando el volumen de purga requerido de todo el sistema de muestra. Además, la sonda permite extraer la muestra del centro de la tubería de proceso, lo que elimina la extracción de lodos a lo largo de las paredes de la tubería. Además, el uso de cortes en ángulo de 45° desde la sonda reduce en gran medida la cantidad de partículas extraídas en el sistema de muestra. Ambas funciones ayudan a garantizar que la sonda extraiga una muestra representativa del proceso.

Por estas razones, se recomienda utilizar una sonda en tuberías de más de 50 mm (2 pulg.). Esto es especialmente crítico para tuberías de más de 4 pulgadas (100 mm). Los diseños de sonda pueden variar en longitud, diámetro, espesor de pared y materiales de construcción. Estos parámetros afectarán la fuerza de la sonda, la capacidad de filtrado y la velocidad del flujo interno. Las sondas soldadas más gruesas y grandes soportarán más impactos de flujos de proceso altos pero ofrecen velocidades de flujo más lentas a través del diámetro interno más grande. Sin embargo, esta velocidad de flujo más lenta permite que más partículas caigan de la sonda en lugar de continuar hacia el sistema de muestra. Las sondas retráctiles más pequeñas no son tan fuertes como las sondas soldadas, pero su volumen interno más pequeño proporciona velocidades de flujo más rápidas al analizador. Obtenga más información sobre los módulos de sonda de muestra Swagelok aquí.

Módulos de bucle rápido (FLM)

Los módulos de lazo rápido están diseñados para manejar flujos altos en las líneas de transporte de muestras para reducir los retrasos en los sistemas de analizadores en línea. Ubicado en el refugio del analizador y ofreciendo un bypass, el módulo de bucle rápido (FLM) puede aislar el sistema de muestras e introducir un gas de purga para la limpieza del sistema. El FLM de Swagelok extrae una muestra a través de un filtro mientras utiliza el alto caudal de la derivación para mantener limpio el elemento filtrante.

Un lazo rápido necesita dos tomas de proceso:una para suministro de muestra y otra para retorno de muestra. Para evitar el costo de una bomba de muestreo y mejorar la confiabilidad del sistema de muestreo, seleccione una ubicación de punto de retorno que tenga una presión más baja que el grifo de suministro. Elija ubicaciones de tomas de proceso que estén lo más cerca posible del analizador. Si la muestra contiene un gas condensable, caliente las líneas de bucle rápido y el FLM por encima de la temperatura del punto de rocío de la muestra a la presión del proceso. Una muestra líquida solo necesitará calentarse si es necesario para evitar que se congele.

Módulos de estación de campo (FSM)

Un módulo de estación de campo (FSM) reduce la presión del gas de proceso antes de transportarlo a un analizador. El transporte de una muestra de gas a baja presión ofrece tres ventajas principales:

• Tiempo de respuesta del analizador más rápido: En una línea de alta presión con control de flujo aguas abajo, las moléculas de gas están más densamente pobladas, lo que crea una velocidad de flujo más lenta y tiempos de purga más prolongados. Reducir la presión de una muestra de gas significa menos moléculas en la línea de transporte de muestras y componentes de acondicionamiento de muestras; por lo tanto, es más fácil vaciar el sistema y el analizador puede responder más rápido a los cambios del proceso. La cantidad de gas retenida en la línea de transporte es proporcional a su presión absoluta. A la mitad de la presión absoluta, hay la mitad de moléculas de gas en la línea, por lo que, en igualdad de condiciones, una muestra nueva tarda la mitad de tiempo en llegar al analizador. Por lo general, se utiliza un FSM cuando la presión del proceso es de 3 bar (manométrica) (43,5 psig) o superior.
• Menos condensación: La humedad relativa de un gas es directamente proporcional a la presión parcial del vapor de agua en la mezcla. Una humedad relativa (o saturación) del 100% representa la máxima presión parcial de vapor de agua posible a una temperatura de trabajo. Por lo tanto, si el vapor de agua en cualquier mezcla de gases alcanza el 100 % de su límite de saturación, el vapor de agua comenzará a condensarse en una línea de transporte de muestras. Para evitar la condensación en el muestreo de gas, el FSM reduce la presión parcial de cada gas en la mezcla de muestra. Una forma de reducir la presión parcial de cada gas es reducir la presión general del sistema; la presión parcial de cada gas cae en proporción al cambio de presión total. Por ejemplo, si la presión absoluta de una muestra se reduce a la mitad, la presión parcial de cada gas en la mezcla también se reduce a la mitad, lo que resulta en la mitad de la saturación de agua en la muestra. El uso de un FSM reduce significativamente la posibilidad de que se forme condensación en la línea de transporte de muestras.
• Entorno más seguro: Si un sistema se ve comprometido, el gas presurizado se expandirá rápidamente a la presión atmosférica y puede causar daños al sistema o lesiones personales. La relación de expansión volumétrica es directamente proporcional a la disminución de la presión absoluta. En los sistemas de alta presión sin módulos de estación de campo, la expansión puede ser tan grande que el resultado es de naturaleza explosiva. La instalación de un FSM en el punto de muestreo del proceso significa que una sección más pequeña del sistema de muestreo está expuesta a alta presión, lo que da como resultado un entorno general más seguro.

Cabeceras de distribución de fluidos (FDH)

Los cabezales de distribución de fluidos son conjuntos de componentes comunes que se utilizan en una variedad de aplicaciones de gas y líquido. Un FDH proporciona una ruta de flujo al tiempo que permite múltiples salidas, actuando de manera muy similar a un accesorio de derivación grande. Un cabezal de distribución de fluidos se caracteriza por una entrada en un extremo y un drenaje en el otro extremo con múltiples salidas a los lados. Los cabezales de distribución de fluidos típicos se fabrican a partir de un trozo de tubería o barra y cuentan con conexiones finales soldadas o roscadas.

Como colector o cabecera de distribución, un FDH conecta varios usuarios a la fuente de un fluido de servicios públicos. Las aplicaciones típicas incluyen:

• Agua de refrigeración
• Vapor
• Aire comprimido
• Nitrógeno vegetal

En una casa de analizadores típica, por ejemplo, un FDH es un cabezal de aire de instrumentación, otro FDH es el cabezal de nitrógeno de la planta y otro FDH es el cabezal de vapor de LP. Si es necesario, se pueden atornillar múltiples subsistemas FDH, de extremo a extremo, para hacer recorridos de cabecera más largos.

Por lo general, un FDH tiene una válvula de aislamiento principal y varias salidas, cada una con su propia válvula de aislamiento. Para gases potencialmente húmedos, como aire comprimido o vapor, es mejor instalar el FDH verticalmente con una válvula de drenaje en la parte inferior. Para el servicio de líquidos, es mejor instalar el FDH verticalmente con el suministro entrando por la parte inferior y la válvula superior actuando como ventilación para eliminar el aire atrapado o permitiendo que entre aire para drenar el FDH durante el mantenimiento.

Para consultas o más información acerca de los subsistemas prediseñados estándar Swagelok u otros servicios de asesoramiento y evaluación de fluidos, comuníquese con su centro local de ventas y servicio.