Cómo colocar las boquillas en su sistema de muestreo de gas natural y líquido

Cómo colocar las boquillas en su sistema de muestreo de gas natural y líquido

Karim Mahraz

En un sistema de muestreo de líquidos o gases, se utiliza una boquilla en la ubicación del grifo para suministrar la muestra al analizador. La colocación, la posición y la orientación correctas de esta boquilla son cruciales para garantizar mediciones analíticas precisas y oportunas, por lo que debe hacerlo bien. La mala colocación de las boquillas puede provocar retrasos en el análisis, contaminación de la muestra y resultados inexactos.

Idealmente, un ingeniero de sistemas de muestreo dictará los diseños de las tuberías e incluso el diseño del recipiente del proceso para asegurarse de que la boquilla esté correctamente situada. Sin embargo, a menudo un ingeniero debe trabajar con esquemas existentes, incluso si la boquilla no está ubicada u orientada correctamente. A continuación, revisaremos consideraciones importantes para los ingenieros encargados de ubicar y construir boquillas para sistemas de muestreo de líquidos y gases. Además, recomendamos involucrar a ingenieros de analizadores calificados, ingenieros de procesos y químicos, y proveedores de componentes en las distintas etapas de diseño para garantizar que se tengan en cuenta todas las variables.

Elección de la ubicación de la boquilla

Las boquillas suelen ser cortas, con un diámetro menor que la línea de proceso principal de la que se ramifican. A menudo albergan una sonda, que en su forma más simple es una probóscide de metal, vidrio o cerámica que sobresale en el fluido del proceso y extrae un flujo continuo de líquido o gas para su análisis.

Al determinar dónde colocar la boquilla en una tubería o recipiente, seleccione una ubicación donde el fluido del proceso se haya mezclado completamente, para que su muestra refleje con precisión las condiciones del proceso. Si es posible, instale un mezclador estático en línea en la línea de proceso. Si esa no es una opción, ubique el grifo aguas abajo de un punto de turbulencia inducida, como una descarga de bomba, un orificio de flujo o un codo de tubería. La turbulencia ayudará a mezclar el fluido del proceso antes del muestreo.

Colocar un grifo de muestreo inmediatamente después de una fuente de turbulencia no es una buena práctica. La turbulencia causará fluctuaciones de presión y corrientes de Foucault, cualquiera de las cuales puede afectar las mediciones analíticas.

Muestreo de gases

Es mejor que coloque el grifo al menos dos diámetros de tubería aguas abajo de la última perturbación del flujo. La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) recomienda esta práctica. Permite dos ubicaciones para el muestreo manual de gas de chimenea:

1. Al menos ocho diámetros de chimenea o conducto aguas abajo y dos diámetros aguas arriba de cualquier perturbación del flujo; o
2. Al menos dos diámetros de chimenea o conducto aguas abajo y medio diámetro aguas arriba de cualquier perturbación del flujo.

La EPA considera que la primera ubicación es ideal. Si no se puede cumplir con la primera regla, las pautas de la EPA requieren puntos de muestreo adicionales para evitar la posibilidad de estratificación.

Muestreo de fluidos

Para el muestreo de tuberías, ubique su grifo al menos dos diámetros de tubería aguas abajo de la última perturbación de flujo, en cualquier lugar que no interfiera con un elemento de medición de flujo. Sin embargo, si el fluido del proceso es un líquido que está cerca de su punto de burbuja, es aconsejable ser más conservador. Para evitar burbujas en su muestra, ubique el grifo donde haya al menos cinco diámetros de tubería de tubería recta transparente aguas arriba y dos diámetros aguas abajo.

Muestreo de vapor

Cuando la corriente que se está muestreando es un vapor en su temperatura de punto de rocío o cerca de ella, la ubicación del grifo se vuelve más crítica. Puede ocurrir algo de condensación en los puntos de presión cerca de las perturbaciones del flujo; no desea que su muestra de gas contenga condensado líquido. Para minimizar este potencial, una norma europea (ISO 10715 1997, 13) para la medición de gas natural requiere que la llave de muestreo esté al menos a 20 diámetros de tubería aguas abajo de la última perturbación del flujo; la norma estadounidense pertinente (API MPMS 14.1 2006, 15) requiere al menos cinco diámetros de tubería. Si la tubería contiene otra sonda, como un termopozo, la sonda de muestreo debe ubicarse al menos a cinco diámetros del termopozo del termopozo.

Se necesita una separación aún mayor para el muestreo isocinético, que exige que la velocidad en la sonda coincida con la de la línea de proceso. Por ejemplo, para vapor saturado, la norma estadounidense pertinente (ASTM D1066) recomienda que la llave de muestreo tenga al menos 35 diámetros de tubería aguas abajo y cuatro diámetros de tubería aguas arriba de una perturbación del flujo. Debido a que esta separación puede ser difícil de lograr, ASTM sugiere que las ubicaciones que no cumplan con los requisitos mantengan una proporción de 9:1 de distancias aguas arriba y aguas abajo.

Construcción de una boquilla

A medida que avanza en la etapa de diseño, notará que el diseño de la boquilla, incluida la orientación, depende en gran medida de las necesidades de la sonda. La boquilla y, por lo tanto, la sonda, la ubicación y la orientación pueden influir en cómo las partículas dentro de una corriente de proceso afectan el análisis. La colocación correcta de la boquilla y la sonda puede minimizar la posibilidad de que entren partículas en la sonda, donde pueden contaminar la muestra o acumularse y, finalmente, bloquear la sonda.

La forma más sencilla de construir una boquilla es soldar un saliente roscado hembra a una tubería y perforarlo. Primero, suelde una placa de refuerzo a la tubería, a menos que su pared sea lo suficientemente gruesa. Luego, seleccione un tamaño de protuberancia para acomodar la sonda roscada o la válvula que se está utilizando. Otro enfoque es soldar un niple de tubo roscado macho en la línea.

Por supuesto, ninguno de estos métodos simples satisfará una especificación de tubería de proceso que prohíba las uniones roscadas en la envolvente del proceso. Enfrentando estas limitaciones, puede soldar una válvula en el niple o usar una boquilla de tubo con brida en su lugar.

Tocar una corriente de gas

Siempre que sea posible, elija una tubería horizontal para el muestreo de gas de proceso. La orientación horizontal permite que la boquilla sea vertical. También es más fácil encontrar un tramo largo y recto. Ubique la boquilla en la parte superior de la línea para que cualquier suciedad o líquido vuelva a caer en la tubería de proceso. Si el gas del proceso está limpio y seco, puede ubicar una boquilla de gas en el costado de una tubería horizontal. Sin embargo, evite esa orientación horizontal de la sonda para muestras sucias porque el flujo de gas en la sonda puede no ser turbulento; podrían caer partículas sólidas y bloquear la sonda.

La misma preocupación por el bloqueo se aplica a una boquilla horizontal en una tubería de gas vertical. Las boquillas inclinadas permiten que cualquier líquido o sólido arrastrado vuelva a caer en el proceso. Esta función funciona bien para la eliminación de líquidos, pero puede que no lo sea para los sólidos, que pueden adherirse a la sonda.

Para pilas verticales, la boquilla debe ser horizontal o ligeramente inclinada y mucho más grande, de tamaño para acomodar sondas especiales. Aquí, la ubicación de la boquilla se basa en la temperatura del gas:no demasiado caliente (para que los costos de materiales sean razonables) pero por encima de la temperatura del punto de rocío del ácido (para que el ácido sulfúrico no se condense en la sonda). Para el control del gas de chimenea, la temperatura óptima del gas en la boquilla es un poco más de 600 °C (1112 °F) para garantizar una combustión completa.

Cuando se toman muestras de un flujo de vapor de proceso que puede contener gotas de condensado, como un sistema de vapor saturado, la ubicación preferida de la toma es una tubería de proceso larga que fluye hacia abajo. Sin embargo, siempre verifique la presión de la línea. Una línea descendente a menudo se conecta al lado de succión de una bomba de proceso y puede estar funcionando a baja presión. Una fuente de baja presión es buena para una muestra de gas que se ventilará para quemar, pero no para una que desee volver al proceso a través de un circuito rápido. Con un circuito rápido, probablemente desee tomar muestras de la descarga de la bomba de proceso y devolver el gas al lado de succión.

Tocando un chorro de líquido

Una tubería vertical que fluye hacia arriba a menudo es la mejor ubicación para una boquilla de muestreo de líquidos porque puede estar seguro de que la tubería está llena. Para esta configuración, opte por una boquilla horizontal, ya que permite una sonda más corta que es menos probable que vibre. Una boquilla horizontal está bien para una muestra líquida porque el flujo en la sonda seguramente será turbulento, evitando la sedimentación de sólidos en la sonda.

La cabeza de líquido en la tubería por encima del grifo proporcionará una presión adicional, lo que puede garantizar que el líquido del proceso en el grifo esté por encima de su punto de burbuja. La presión adicional también ayuda a transportar la muestra. Evite tomar muestras de un líquido de una tubería de proceso vertical que fluye hacia abajo; no hay garantía de que la línea esté llena.

Muestrear una corriente de líquido de una línea horizontal es arriesgado porque la tubería de proceso puede no estar llena, lo que da como resultado una muestra de dos fases. Si la tubería de proceso gira hacia arriba después del recorrido horizontal, puede estar seguro de que la línea está llena; si gira hacia abajo, la sección horizontal podría albergar una capa estática de gas atrapada sobre la capa de líquido que fluye.

La sabiduría convencional dice que los grifos de líquido siempre deben estar del lado de una línea de proceso horizontal; este es un buen consejo cuando se toman muestras sin sonda. El muestreo de una boquilla al costado de la línea reduce el riesgo de extraer vapor arrastrado en la parte superior de la tubería o lodo en la parte inferior.

En la práctica, generalmente es mejor usar una sonda para llegar al centro de la línea. Cuando se utiliza una sonda, la orientación es menos importante. Por lo general, se prefiere una boquilla vertical en la parte superior de la línea porque permite que los sólidos pesados ​​vuelvan a caer en la tubería de proceso. En general, la boquilla no debe estar en el fondo de una tubería horizontal, ya que los sólidos caerán en ella y aumentarán la dificultad del acondicionamiento de la muestra. Si debe usar una boquilla inferior existente, instale una sonda que llegue al centro un tercio del diámetro de la tubería.

Antes de finalizar, toque la ubicación

Antes de decidirse por la ubicación final de su grifo, recuerde que su elección de sonda determinará la orientación y el diámetro de la boquilla y sus accesorios finales. Una vez que seleccione una sonda, vuelva a visitar la ubicación elegida para verificar el espacio físico disponible para el trabajo de instalación y mantenimiento. Verifique que haya espacio suficiente para fabricar la boquilla, mantener la válvula de aislamiento del proceso y retirar la sonda. Considere también la accesibilidad y la iluminación. Una sonda simple de grifo y tubería puede requerir solo una pequeña plataforma y una escalera, pero una estación de campo necesitará una plataforma completa e iluminación.

Para obtener una asistencia de formación más detallada y personalizada que cubra la colocación de boquillas y el diseño del sistema de muestreo, póngase en contacto con su centro local de ventas y servicio Swagelok.