Probenahme und Probentransfer
Das Probenaufbereitungssystem ist erforderlich, wenn die Sensorelemente des Online-Analysators nicht direkt in der Prozessleitung oder Anlage installiert sind. Es verbindet das Quellfluid mit dem Auslasspunkt eines oder mehrerer Online-Analysegeräte. Seine Funktion besteht darin, sicherzustellen, dass das Analysegerät innerhalb kürzester Zeit eine repräsentative Probe erhält. Der Zustand der Probe (Temperatur, Druck, Durchflussrate und Reinheit) muss für die Betriebsbedingungen des Analysegeräts geeignet sein.
Das Probenverarbeitungssystem kann folgende Grundfunktionen erfüllen: Probenentnahme, Probentransport, Probenverarbeitung und Probenabgabe. Diese Grundfunktionen sind zugleich die Hauptkomponenten des Probenverarbeitungssystems und bilden den grundlegenden Prozessablauf der Probe innerhalb des Systems.
Die optimale Nutzung eines Online-Analysegeräts hängt oft nicht vom Gerät selbst ab, sondern von der Vollständigkeit und Zuverlässigkeit des Probenverarbeitungssystems. Da das Analysegerät komplex und präzise ist, wird die Genauigkeit der Analyse durch die Repräsentativität der Probe, die Echtzeitfähigkeit und den physikalischen Zustand begrenzt. Tatsächlich treten Probleme im Probenverarbeitungssystem häufig häufiger auf als bei der Analyse selbst, und der Wartungsaufwand für das Probenverarbeitungssystem ist oft höher als der für das Analysegerät. Daher sollte der Rolle des Probenverarbeitungssystems große Bedeutung beigemessen und es mindestens genauso wichtig genommen werden wie das Analysegerät.
Die grundlegenden Anforderungen an ein Probenverarbeitungssystem lassen sich wie folgt zusammenfassen:
1. Die mit dem Analysegerät gewonnene Probe stimmt mit der Zusammensetzung und dem Gehalt der Quellflüssigkeit in der Rohrleitung oder der Anlage überein.
2. Stichprobe mit minimaler Anzahl
3. Einfache Bedienung und Wartung
4. Langfristige und zuverlässige Arbeit
5. Die Systemstruktur ist so einfach wie möglich.
6. Schnelle Schaltkreise zur Reduzierung der Latenz beim Probentransport
Probenahme und Probenahmesonde
Auswahl der Probenahmepunkte
Bei der Auswahl der Position des Probenahmepunkts des Analysators in der Prozesslinie sollten folgende Grundsätze beachtet werden. Die optimale Position kann ein Kompromiss zwischen verschiedenen Aspekten sein:
1. Die Probenahmestellen sollten an den empfindlichen Stellen liegen, die die Veränderungen der Eigenschaften und der Zusammensetzung des Prozessfluids widerspiegeln können.
2. Der Probenahmepunkt sollte an der für die Prozesssteuerung optimalen Position gewählt werden, um unnötige Prozessverzögerungen zu vermeiden.
3. Der Probenahmepunkt sollte sich an der Stelle befinden, an der die verfügbare Prozessdruckdifferenz eine schnelle Zirkulationsschleife bildet.
4. Der Probenahmepunkt sollte hinsichtlich Probentemperatur, -druck, -reinheit, -trockenheit und anderer Bedingungen so gewählt werden, dass er möglichst nahe an der vom Analysator geforderten Position liegt, um die Anzahl der Probenverarbeitungsschritte zu minimieren.
5. Der Probenahmepunkt sollte von der Rolltreppe oder dem festen Bahnsteig aus leicht zugänglich sein.
6. Die Probenahmepunkte des Online-Analysators sind getrennt von denen der Laboranalyse festzulegen.
Es gilt allgemein als erwiesen, dass die Probenahme an den turbulenten Stellen, an denen in den meisten Gas- und Flüssigkeitsleitungen eine gute Durchmischung stattfindet, eine repräsentative Probe gewährleistet. Denn ein Gas- oder Flüssigkeitsgemisch vermischt sich ohne Turbulenzen nur schwer vollständig. Der Probenahmepunkt kann stromabwärts der letzten Krümmung unmittelbar nach einer oder mehreren 90°-Krümmungen oder an einer relativ ruhigen Stelle stromabwärts des Drosselelements gewählt werden (nicht zu nah am Drosselelement).
Vermeiden Sie Folgendes möglichst:
1. Entnehmen Sie keine Probe stromabwärts eines relativ langen und geraden Rohres, da die Strömung an dieser Stelle laminar ist und der Konzentrationsgradient im Rohrquerschnitt zu einer nicht repräsentativen Zusammensetzung der Probe führt.
2. Vermeiden Sie Probenahmen an Stellen, an denen Verunreinigungen vorhanden sein könnten, oder in Toträumen, in denen Gase, Dämpfe, flüssige Kohlenwasserstoffe, Wasser, Staub und Schmutz vorhanden sein könnten.
3. Bohren Sie nicht direkt in die Rohrwand. Eine direkte Probenahme an der Rohrwand gewährleistet nicht die Repräsentativität der Probe, da die Strömung des Fluids laminar oder turbulent, oder auch turbulent sein kann. Zweitens führt die Absorption oder Adsorption an der Rohrinnenwand zu einem Memory-Effekt. Bei sinkender Fluidkonzentration kommt es zur Desorption, wodurch sich die Zusammensetzung der Probe verändert. Dies ist insbesondere bei der Analyse von Spurenkomponenten (wie z. B. Wasser, Sauerstoff, Kohlenmonoxid, Acetylen usw.) relevant. Daher sollte die Probe mit einer Einstichprobe entnommen werden.
Auswahl des Probenahmesondentyps
1. Für Gasproben mit einem Staubgehalt unter 10 mg/m³ und für saubere Flüssigkeitsproben kann eine Durchgangssonde (offene Sonde) zur Probenahme verwendet werden. Diese Sonde ist üblicherweise stabförmig und hat einen Öffnungswinkel von 45° zur Ebene. Die Öffnung ist in Strömungsrichtung angeordnet. Partikel in der Nähe der Sonde werden durch Trägheitsabscheidung vom Fluid getrennt, kleinere Partikel jedoch nicht. Die meisten in der Online-Analyse eingesetzten Probenahmesonden sind solche Sonden.
2. Enthält die Flüssigkeitsprobe geringe Mengen an Partikeln, viskosen Stoffen, Polymeren oder Kristallen, kann es leicht zu Verstopfungen kommen. In diesem Fall kann die Probe mit einer Stecksonde ohne Druckstopp entnommen werden. Die Sonde eignet sich auch für Gasproben mit geringen Mengen an leicht verstopfenden Stoffen (Kondensat, viskose Stoffe).
Die in Abbildung 15-1 dargestellte Probenahmesonde ist eine unter Druck einführbare und herausziehbare Probenahmesonde, auch bekannt als abnehmbare Sondenprobenahmesonde. Sie ermöglicht die Entnahme des Probenahmerohrs aus dem unter Druck stehenden Rohr zur Reinigung, ohne den Prozess zu unterbrechen. Die Erfindung besteht aus einer Dichtung und einem Absperrventil (oder Kugelventil), die an der Durchgangssonde angeordnet sind.
Abbildung 15 - 1 Struktur einer abnehmbaren Probenahmesonde
Die Struktur der Dichtungsverbindung ist in Abbildung 15-2 dargestellt. Sie lässt sich in zwei Teile unterteilen: den Klemm- und Fixierteil für das Probenahmerohr, der durch Klemmen und Pressen befestigt wird, und den Verbindungsteil mit dem Flansch des Absperrschiebers. Dieser ist verschraubt und dichtet die beiden Teile durch das Dichtungselement ab. Achten Sie bei der Montage darauf, die Nut des Probenahmerohrs mit der Pfeilrichtung (Fließrichtung) am Flansch auszurichten. Um das Einstecken zu erleichtern und die Sicherheit zu gewährleisten, ist das vordere Ende des Probenahmerohrs mit einem Zapfen versehen. Dieser verhindert, dass das Rohr beim Herausziehen durch den Innendruck herausgedrückt wird und so einen Unfall verursacht. Sobald der Zapfen das Ende der Flanschscheibe erreicht hat, kann der Absperrschieber geschlossen werden. Anschließend kann die Dichtungsverbindung gedreht werden, um das Probenahmerohr zu entnehmen.
Für Gasproben mit höherem Staubgehalt (>10 mg/m³) kann eine Filtersonde zur Probenahme verwendet werden.
Abbildung 15-2 Aufbau der Dichtungsfuge
Die sogenannte Filterprobenahmesonde ist eine Sonde mit einem Filter. Das Filterelement besteht je nach Probentemperatur aus Sintermetall oder Keramik (<800 °C), Siliziumkarbid (>800 °C) oder Korund (Al₂O₃, >1000 °C). Bei der Konstruktion der Sonde sollte die Selbstreinigung durch Flüssigkeitserosion berücksichtigt werden.
Der am Sondenkopf (innerhalb des Prozessrohrs) montierte Filter wird als eingebauter Filter bezeichnet, ebenso wie der am Sondenende (außerhalb des Prozessrohrs) montierte Filter. Der Nachteil des eingebauten Filters besteht darin, dass der Filter nicht einfach entnommen und gereinigt werden kann. Die Reinigung ist nur im Rückblasmodus möglich, und die Filteröffnung darf nicht zu klein sein, um ein häufiges Verstopfen durch Staub zu verhindern. Diese Sonde eignet sich für die primäre Grobfiltration von Proben. Die externe Filtersonde ist weit verbreitet, da der Filter hier zur Reinigung leicht entnommen werden kann. Bei der Abgasprobenahme muss der Filter, da er außerhalb des Abgasrohrs angeordnet ist, elektrisch oder dampfbeheizt werden, um zu verhindern, dass Kondenswasser im heißen Abgas den Durchfluss blockiert. So wird sichergestellt, dass die Temperatur des Abgases über dem Taupunkt liegt. Diese Sonde findet breite Anwendung bei der Abgasprobenahme von Kesseln, Heizöfen und Verbrennungsanlagen.
Für die verschmutzte Flüssigkeitsprobe sollte keine Filtersonde verwendet werden, da der feuchte Schmutz stark anhaftet und eine Selbstreinigung durch Spülen mit der Flüssigkeit kaum möglich ist. Üblicherweise wird eine Durchflusssonde mit größerem Durchmesser verwendet, um die Flüssigkeit und den Schmutz zu entfernen.
Für die Probenahme von Ethylen-Cracking-Gas, Rauchgas aus der katalytischen Cracking-Regeneration, Schwefelrückgewinnungs-Abgas, Kohle oder Schweröl und -gas, Zementdrehrohrofen-Abgas und anderen komplexen Bedingungen ist eine speziell konstruierte Probenahmevorrichtung anzuwenden.
Auswahl der Sondenspezifikationen, Einführlänge und Ausrichtung
Als Probenahmesonde wird üblicherweise ein Rohr aus Edelstahl 316 verwendet. Das Volumen der Sonde sollte so gering wie möglich gehalten werden, um ihre Größe zu minimieren.
Die Spezifikationen der Sonde lauten wie folgt:
6 mm oder 1/4" Außendurchmesser-Rohr - für Gasproben.
10-mm- oder 3/8"-Außendurchmesser-Rohr – für flüssige Proben.
3 mm oder 1/8" Außendurchmesser Rohr - Flüssigproben zur Vergasung und zum Transport.
12-mm- oder 1/2"-Außendurchmesser-Rohr – Für schnelle Zirkulationskreisläufe, stärker staubbelastete Gasproben und als schmutzig bezeichnete Flüssigkeitsproben.
Die Länge der Sonde wird hauptsächlich durch die Einführtiefe bestimmt. Um eine repräsentative Probe zu gewährleisten, wird im Allgemeinen davon ausgegangen, dass die Einführtiefe mindestens ein Drittel des Rohrinnendurchmessers beträgt. Die empfohlene Einführtiefe gemäß EEMVA Nr. 138 beträgt:
Mindestlänge: 30 mm.
Maximale Länge: (0,56d+10) mm (d ist der Innendurchmesser des Rohres).
Die Einführposition der Probenahmevorrichtung: Horizontales Rohr: Bei der Gasprobenahme sollte die Sonde von oben in das Rohr eingeführt werden, um mögliche Flüssigkeiten oder Tröpfchen zu vermeiden; Bei der Flüssigkeitsprobenahme sollte die Sonde von der Seitenwand des Rohrs eingeführt werden, um Dämpfe und Blasen, die sich im oberen Teil des Rohrs befinden können, sowie Rückstände und Sedimente, die sich am Boden des Rohrs befinden können, zu vermeiden.
Vertikales Rohr: Wenn die Flüssigkeit von der Seitenwand des Rohrs eingefüllt wird, wird sie aus dem Rohrabschnitt von unten nach oben entnommen, um eine Vermischung mit Gasen bei abnormalem Flüssigkeitsstrom zu vermeiden.
Überlegungen zur Konstruktion und Herstellung von Sonden
Folgende Punkte sollten beachtet werden.
Die Sonde sollte wie folgt betrachtet werden:
1. Die Probenahmesonde sollte mittels eines T-förmigen kurzen Rohrverbindungsstücks mit Flansch befestigt werden.
2. Das verwendete Material und Teile der T-förmigen Verbindungsbaugruppe werden berücksichtigt, wobei das Absperrventil vorzugsweise ein Schieber- oder Kugelventil ist. Bei Hochdruckgasen kann ein Doppelabsperrventilsystem als zusätzliche Schutzmaßnahme durch doppelte Absperrung in Betracht gezogen werden.
3. Das Probenahme-Absperrventil sollte als Bestandteil der Sondenanordnung betrachtet werden und als Absperrventil oder Kugelventil ausgeführt sein. Bei der Probenahme von Hochdruckgas kann ein Doppelabsperrventilsystem in Betracht gezogen werden, das eine zusätzliche Schutzmaßnahme durch doppelte Absperrung darstellt.
4. Die Probenahmesonde muss über ausreichende mechanische Festigkeit verfügen, um eine feste Fixierung im Prozessfluid zu gewährleisten. Bei hoher Strömungsgeschwindigkeit und starker Strömungskraft kann, falls die Sonde dünnwandig ist, ein Verstärkungsrohr zum Schutz der Sonde verwendet werden.
5. Die Position der Sonde und die Fließrichtung der Rohrleitung sollten auf dem Flansch markiert werden.
6. Bei der Konstruktion der Sonde ist darauf zu achten, dass ein Bruch aufgrund des Resonanzeffekts verhindert wird.
Probenübertragung
Grundvoraussetzungen für die Probenübermittlung:
1. Die Übertragungsverzögerungszeit sollte 60 s nicht überschreiten. Daher ist es erforderlich, den Abstand zwischen dem Analysator und dem Probenahmepunkt so gering wie möglich zu halten, das Volumen des Übertragungssystems so klein wie möglich zu gestalten und die Probenflussrate so hoch wie möglich zu halten (1,5 bis 35 m/s sind angemessen).
2. Wenn die Zeit nach dem vom Analysator erlaubten Durchfluss mehr als 60 Sekunden beträgt, sollte ein Schnellregelsystem verwendet werden.
3. Die Übertragungsleitung zum Analysator verläuft vorzugsweise geradlinig und weist nur eine minimale Anzahl von Biegungen und Ecken auf.
4. Keine abgestorbenen Äste und kein totes Volumen
5. Bei Gasproben mit Kondensat sollte die Zuleitung ein bestimmtes Gefälle aufweisen. Der tiefste Punkt sollte sich in der Nähe des Analysators befinden und mit einem Kondensatauffangbehälter ausgestattet sein. Das Gefälle beträgt 1:12, bei viskosem Kondensat kann es auf 1:5 erhöht werden.
6. Der Phasenübergang wird verhindert, das heißt, während des Übertragungsprozesses bleibt die Gasprobe vollständig im gasförmigen Zustand und die Flüssigkeitsprobe vollständig im flüssigen Zustand.
7. Die Probenleitung sollte Bereiche mit extremen Temperaturschwankungen meiden, da dies zu unkontrollierten Veränderungen des Probenzustands führen kann.
8. Das Probenübertragungssystem darf nicht undicht sein, um ein Austreten der Proben oder das Eindringen von Umgebungsluft zu vermeiden.
Der Schnellkreislauf ist eine Rohrleitung, die den Probenfluss beschleunigt, um die Übertragungsverzögerung der Probe zu verkürzen. Der Schnellkreislauf besteht üblicherweise aus zwei Typen: einem Schnellkreislauf, der zum Gerät zurückführt, und einem Schnellbypasskreislauf, der zur Abfallentsorgung führt.
Schnelle Rückleitung zum Gerät
Der Schnellkreislauf der Werkzeugrückführungsvorrichtung wird als Schnellkreislauf bezeichnet. Er nutzt den Druckunterschied in der Prozessleitung und verbindet eine Rohrleitung zwischen dem oberen und dem unteren Bereich. Die Probe wird aus dem Prozess entnommen und in das Prozesskreislaufsystem zurückgeführt. Die vom Analysator benötigte Probe wird aus dem Kreislauf in der Nähe eines Punktes des Analysators entnommen (siehe Abbildung 15-3).
Schnelle Bypass-Schaltungen werden typischerweise in folgenden Situationen eingesetzt:
1. Wenn die Probenabgabe keine Umweltgefahren und Verschmutzungen verursacht.
2. Wenn der Prozess der Probenrückführung nicht realistisch ist, wie z. B. das Gas nach der Dekompression, der Dampf nach der Vergasung der Flüssigkeit usw.
3. Wenn die Rückgewinnungskosten der Probe höher sind als ihr Wert, ist die Rücksendung der Probe unwirtschaftlich.
4. Rückführung von Proben in einen Prozess, der zu Verunreinigungen oder einer Verschlechterung führen kann, wie z. B. gemischte Proben, die über mehrere Durchflusswege gemessen werden usw.
Beispiel einer Übertragungsleitung
Rohre und Formstücke
Die für Probentransportleitungen verwendeten Rohre und Formstücke müssen folgende Anforderungen erfüllen:
Für die Probenleitung sollte vorzugsweise ein nahtloses Rohr aus Edelstahl 316 verwendet werden. Das Rohr sollte geglüht sein. Vorteil:
Edelstahl 316 reagiert nicht mit den Komponenten im Probenflussweg und weist eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Innenwand des nahtlosen Stahlrohrs glatt ist, die Adsorption an der Probe gering ist und die Druckbeständigkeit hoch ist.
Das Rohr ist mittels Pressverbindung verbunden und zeichnet sich durch gute Dichtungsleistung und geringes Totvolumen aus.
Das geglühte Rohr weist eine hohe Flexibilität auf, was das Biegen und Pressen erleichtert.
Die Rohrverbindung sollte als Pressverbindung erfolgen, wobei eine Pressverbindung vom Typ Doppelkartenhülse verwendet werden sollte. Material und Spezifikation der Rohrverbindungsstücke (Verbindungsstücke und Ventile) sollten mit dem Rohr übereinstimmen und darauf abgestimmt sein.
Die Verwendung nichtmetallischer Rohre und Formstücke sollte vermieden werden, es sei denn, deren physikalische und chemische Eigenschaften bieten einen klaren Vorteil und sind vom Anwender zugelassen.
Die Kupferrohre und -fittings dürfen nur in pneumatischen und wärmebegleitenden Systemen verwendet werden, nicht jedoch für die Probenübertragung.
Bestimmung der Rohrdurchmessergröße
Da die Durchflussrate des Probenahmesystems im Vergleich zur Prozesslogistik sehr gering ist, kann aufgrund der begrenzten Übertragungsverzögerungszeit der Rohrdurchmesser des Kirschbrunnens reduziert werden. Der Rohrdurchmesser kann erfahrungsgemäß bestimmt werden.
6 mm oder 1/4"-Außendurchmesser-Rohr für Gasproben
Die Flüssigkeitsprobe wird in einem 10-mm- oder 3/8"-Außendurchmesser-Röhrchen entnommen.
Für die Schnellzirkulationsschleife oder die verschmutzte Probe wird ein 12-mm- oder 1/2"-Außendurchmesser-Rohr verwendet.
Bestimmung der Wandstärke
Die Druckbelastbarkeit eines Rohres hängt von der Wandstärke ab und ist temperaturabhängig. Die Anforderungen an die Wandstärke der Rohrleitung im allgemeinen Maschinenbau sind:
∮3×0,7 oder 1/8"×0,028
∮6×1,0 oder 1/4"×0,035
∮10×1,0 oder 3/8"×0,035
∮12×1,5 oder 1/2"×0,049
Ausrüstung für Waschanlagen
In den folgenden Fällen sollten die Probenleitungen und -komponenten mit Wascheinrichtungen ausgestattet sein:
1. Wenn die kinematische Viskosität der Probe höher als 500 cSt ist (1 cSt = 1 mm²/s) (bei 38 °C)
2. Mögliche Verfestigung oder Kristallisation der Proben
3. Ätzende oder giftige Proben
4. Weitere Anlässe für Nutzer
Als Spülmedium kann Stickstoff oder Dampf verwendet werden, der von der dem Probenahmepunkt benachbarten Seite stromabwärts zugeführt werden sollte. Dabei ist besonders auf das Spülen der zusätzlichen unabhängigen Systemkomponenten (z. B. parallele Doppelfilter usw.) zu achten.
Rohr und Fitting
Unterschiede zwischen Rohr und Schlauch
Rohre und Schläuche sind zwei Arten von Schläuchen mit unterschiedlichen Durchmessern, Verbindungsmethoden, Darstellungsformen und Anwendungsbereichen.
1. Ein Rohr ist ein Rohr mit großem Durchmesser. Der Rohrdurchmesser liegt zwischen 15 und 1500 mm (1/2 bis 60 Zoll). Es gibt auch Rohre mit kleineren oder größeren Durchmessern, die jedoch selten verwendet werden. Ein Schlauch ist ein Rohr mit kleinem Durchmesser, dessen Durchmesser zwischen 1/8 und 1/2 Zoll (3 bis 12 mm) liegt.
2. Das Rohr verfügt über drei Verbindungsarten: Flansch-, Gewinde- und Schweißverbindungen. In den meisten Fällen wird die Flanschverbindung verwendet, Gewindeverbindungen sind nur bei niedrigem Druck zulässig. Da die Rohrwand jedoch sehr dünn ist und das Gewinde nicht bis zum Rand reichen darf, wird nach der Wärmebehandlung eine Klemmverbindung, auch Druckverbindung genannt, eingesetzt.
3. Die Bezeichnung „Rohr“ gibt den Rohrdurchmesser mit dem Nenndurchmesser DN an. Der Nenndurchmesser entspricht weder dem Außen- noch dem Innendurchmesser des Rohres. Er ist eine einheitliche Größenangabe für alle Komponenten (Rohre, Flansche, Ventile, Verbindungsstücke usw.) in Rohrleitungssystemen. Rohre, Flansche, Ventile und Verbindungsstücke mit demselben Nenndurchmesser können miteinander verbunden werden, unabhängig davon, ob andere Abmessungen (Außendurchmesser, Innendurchmesser, Wandstärke usw.) übereinstimmen. Kurz gesagt: Der Nenndurchmesser vereinfacht und vereinheitlicht die Rohrverbindungen. Daher wird der Rohrdurchmesser in Rohrleitungen mit DN angegeben.
Die Bezeichnung „Rohr“ gibt den Rohrdurchmesser anhand des Außendurchmessers (AD) an, z. B. „1/4 Zoll AD“ für ein Rohr mit einem Außendurchmesser von 1/4 Zoll. Da die Rohre mittels einer Muffe verbunden werden, ist diese Verbindungsart vom Außendurchmesser abhängig. Rohre mit gleichem Außendurchmesser können durch die Muffe verbunden werden. Daher wird der Rohrdurchmesser bei Rohren mit AD angegeben.
4. Die Wandstärke von Rohrleitungen ist genormt. Sie wird üblicherweise durch die Wandstärkenbezeichnung (Sch.Nr. – kurz Sch.Nr.) angegeben. Die Sch.Nr. wird auch als Druckstufennummer bezeichnet und reicht von Sch.Nr. 5 bis Sch.Nr. 160. Rohre mit unterschiedlichen Durchmessern oder Materialien haben jeweils ihre eigene genormte Wandstärkenreihe. Die tatsächliche Wandstärke eines Rohres mit gleichem Durchmesser oder Material kann jedoch von der Sch.Nr. abweichen.
Die Wandstärke des Rohres wird durch die tatsächliche Wandstärke (in Zoll oder mm) angegeben.
5. Das Rohr findet breite Anwendung, sowohl in Prozessleitungen als auch in öffentlichen Rohrleitungen. Das Rohr wird ausschließlich in Messleitungen von Instrumentensystemen, pneumatischen Signalleitungen und Probenleitungen von Online-Analysatoren verwendet.
Typen, Spezifikationen und zugehörige Parameter von Standardrohren
Es gibt verschiedene gängige Rohrtypen: Je nach Material werden hauptsächlich Edelstahl 316 und 304 verwendet. Hinsichtlich des Herstellungsverfahrens unterscheidet man zwischen nahtlosen Stahlrohren (warmgewalzt und anschließend kaltgezogen) und geschweißten Stahlrohren (aus Stahlband geschweißt). Im Messsystem werden je nach Außendurchmesser und Wandstärke zwei Arten von Zollrohren verwendet: Messrohre.
Der Außendurchmesser und die Wandstärke der üblicherweise verwendeten Rohre, der maximal zulässige Betriebsdruck und ihre Temperaturkoeffizienten sind in den Tabellen 15-1 bis 15-5 aufgeführt.
Tabelle 15-1 Spezifikationen und maximal zulässiger Betriebsdruck (bar) von gängigen, aus Reis hergestellten Rohren (Werkstoff 316SS oder 6Mo)
Hinweis: 1. Das in der Tabelle angegebene Arbeitsdrucksystem ASTM A-269 hat einen Sicherheitsfaktor von 4:1 [Sicherheitsfaktor = Ausdehnungsdruck (Berstdruck) : Arbeitsdruck].
2. Der in der Tabelle angegebene Betriebsdruck gilt im Temperaturbereich des Rohrs von -20 bis +100 °C. Bei steigender Temperatur ist der Temperaturkoeffizient entsprechend zu erhöhen. Siehe Tabelle 15-2.
Tabelle 15-2 Temperaturdegradationskoeffizient des Rohrmessgeräts
Hinweis: Beispielsweise hat ein nahtloses Rohr aus Edelstahl 316 mit einem Außendurchmesser von 12 mm und einer Wandstärke von 1,00 mm bei Raumtemperatur einen Betriebsdruck von 245 bar (siehe Tabelle 15-1). Bei einem Betrieb bei 427 °C (800 °F) und einem Temperaturgradienten von 0,80 (siehe Tabelle 15-2) beträgt der maximal zulässige Betriebsdruck bei dieser Temperatur 245 bar × 0,80 = 196 bar.
Tabelle 15-3 Gängige Spezifikation für Rohre mit Zoll-Abmessungen Maximal zulässiger Betriebsdruck (psi, lbs/in2) (Nahtloses Stahlrohr 316 oder 304)
Tabelle 15-4 Spezifikationen und maximal zulässiger Betriebsdruck (psi) für gängige Zollrohre (geschweißte Stahlrohre 316 oder 304)
HINWEIS: 1. Die Daten in den Tabellen 15-3 und 15-4 entsprechen den ASME/ANSI B31.3-Normen für Rohrleitungen in Chemieanlagen und Raffinerien (Version 1987).
2. Bei den Betriebsdruckwerten handelt es sich um die Druckwerte bei Umgebungstemperatur (72°F oder 22°C), und die Temperaturdegradationskoeffizienten sind in Tabelle 15-5 aufgeführt.
3. Der Sicherheitsfaktor für den Druck beträgt 4:1.
4. Einheitenumrechnung lin=25,4 mm, 1 psi=6,89 kPa≈0,07 bar.
Tabelle 15-5: Temperaturgradientenkoeffizient von Zollrohren
Hinweis: Ein nahtloses Rohr aus Edelstahl 316 mit einem Außendurchmesser von 1/2" und einer Wandstärke von 0,049" (ca. 12,7 mm Außendurchmesser x 1,25 mm Wandstärke) hat beispielsweise bei Raumtemperatur einen Betriebsdruck von 3500 psi (ca. 245 bar). Bei einer Betriebstemperatur von 800 °F (427 °C) beträgt der Temperaturkoeffizient 0,80. Der maximal zulässige Betriebsdruck bei dieser Temperatur beträgt dann 3500 psi x 0,80 = 2800 psi (ca. 196 bar).
Rohrverschraubungen
Es gibt viele Arten von Rohrverbindungsstücken, die sich jedoch wie folgt zusammenfassen lassen.
Ein Mittelstück (Verschraubung) dient zur Verbindung zweier Rohre oder als Verbindung, bei der beide Seiten durch eine Muffen verbunden sind. Es gibt hauptsächlich folgende Typen:
Gerader Mittelverbinder
Dreiwege-Mittelgelenk Union Tee
Vierwege-Zwischenverbinder Union Cross
Gebogenes Mittelgelenk Union Elbow
(90°- und 45°-Biegung)
Durchgangsplattenverbinder Schottverschraubung
Die Erfindung dient zum Verbinden von Rohren mit unterschiedlichen Rohrdurchmessern, wobei es sich im Allgemeinen um ein großes Verbindungsstück handelt, das auch als Mittelgelenk bezeichnet wird.
Ein Klemmverbinder dient zum Anschluss von Rohren, Messgeräten, Zusatzgeräten usw. Er wird mittels einer Klemmhülse mit dem Rohr verbunden und stellt so die Verbindung zum Messgerät, Zusatzgerät usw. her. Da er am Rohrende sitzt, wird er als Klemmverbinder bezeichnet. Es gibt nur einen der folgenden Typen:
Durchgangsklemmenstecker
Dreiwege-Anschlussklemme, T-Stück
Gebogener Klemmenverbinder, Winkelverbinder
Durchgangsplatten-Anschlussstück Schottverbinder
Der Messverbinder dient zur Verbindung zwischen Rohr und Manometer und ist gleichzeitig ein Klemmenverbinder. Es gibt zwei Haupttypen: Pass Connect und Pass Connect Te.
Andere Teile, wie z. B. kurze Verbindungsstücke (Adapter), Rohrstopfen (Plug), Rohrkappen (Cap) usw., sind nicht unnötig oder überflüssig.
Wenn Sie von der Befestigung getrennt sind, verfügt das von der Rohrverbindung verwendete Fitting über zwei Befestigungsmodi.
Steckverbindung
Die Muffenverbindung dient der Verbindung von Rohr und Verbindungsstück. Sie wird durch den Pressdruck des Ringrings verbunden und abgedichtet und wird daher auch als Pressverbindung bezeichnet. Es gibt zwei Arten von Ringringen: einfache (einfache) und doppelte (doppelte).
Gewindeverbindung
Gewindeverbindungen dienen zum Verbinden von Gelenken, Instrumenten, Hilfseinrichtungen usw. Es gibt zwei gängige Gewindearten.
1. Kegelgewinde: Es gibt zwei Arten von NPT-Gewinden (60°-Gewindewinkel) und BSPT-Gewinden (55°-Gewindewinkel). Der Kegelwinkel beträgt 1°47'. Je enger der Kegel, desto besser kann die Verformung des Gewindes eine Dichtungswirkung erzielen. Daher wird es auch als „mit Gewinde abgedichtetes Rohrgewinde“ bezeichnet. In der Praxis wird üblicherweise ein Dichtmittel wie PTFE-Band oder Dichtmittel für Rohre verwendet, um Leckagen zu verhindern.
2. Zylindrisches Rohrgewinde. Es gibt gerade Gewinde (60°-Winkel) und BSPT-Gewinde (55°-Winkel). Ein zylindrisches Rohrgewinde ohne Kegel ist ein gerades Gewinde ohne Dichtungswirkung und wird daher auch als „nicht gewindetes, abgedichtetes Rohrgewinde“ bezeichnet. Zur Abdichtung der Verbindung wird eine Dichtung verwendet.
Das Außengewinde des Gelenks wird als positives Gewinde bezeichnet und mit M (Mel) gekennzeichnet; das Innengewinde als Innengewinde und mit F (Feder) gekennzeichnet. Ein im Uhrzeigersinn gedrehtes Gewinde heißt Rechtsgewinde, ein gegen den Uhrzeigersinn gedrehtes Linksgewinde. Das Modell für ein Linksgewinde ist mit LH gekennzeichnet, das für ein Rechtsgewinde nicht.
Bei den meisten Rohrverschraubungen handelt es sich um konische NPT-Gewinde, bei einigen Luftzylindern um Linksgewinde und in anderen Fällen um Rechtsgewinde.
Aufgrund der Vielfalt der in Rohrverbindungen verwendeten Formstücke und der uneinheitlichen Modell- und Spezifikationsmethoden der Hersteller enthält dieses Handbuch keine weiteren Informationen dazu. Tatsächlich kann das Formstück anhand von Größe, Typ und Anschlussart bequem anhand eines Produktmusters ausgewählt werden.
Muffen-Rohrverbindung
Rohrverschraubungen dienen zum Verbinden von Rohren (wie der Name schon sagt). Sie werden durch die Presskraft des Rings verbunden und abgedichtet und werden daher auch als Pressverbindungen bezeichnet. Es gibt zwei Arten von Muffenverschraubungen: Einfach- und Doppelmuffenverschraubungen. Abbildung 15-5 zeigt den Aufbau und das Funktionsprinzip der Doppelmuffenverschraubung.
Abbildung 15.5 Aufbau und Funktionsprinzip der Doppelkarten-Rohrmuffenverbindung
Die beiden Klemmen werden durch den Schub, der durch die Drehung der Mutter im Uhrzeigersinn erzeugt wird, in Richtung des Verbindungskörpers vorgeschoben; unter der gegenseitigen Extrusionswirkung der konischen Öffnung des Körpers, der vorderen und der hinteren Klemme wird die konische Oberfläche des Rohrs zwei Stunden lang gepresst, und die Verbindung und Abdichtung werden durch die Presskraft zwischen den beiden konischen Oberflächen der vorderen und der hinteren Klemme und dem Rohr erreicht.
Folgende Punkte sind beim Anschluss mit einer Muffenverschraubung zu beachten:
1. Vor dem Anschluss muss das Rohr rund sein, das Rohrende darf keine Grate aufweisen und die Oberfläche muss keine offensichtlichen Mängel aufweisen.
2. Führen Sie das Rohr in den Verbinder ein und vergewissern Sie sich, dass das Rohr im Verbinder richtig sitzt. Ziehen Sie die Mutter anschließend von Hand fest. Es empfiehlt sich, eine Linie zwischen dem Sechskant der Mutter und dem Verbinderkörper als Ausgangspunkt für die Mutterdrehung zu markieren.
3. Es ist nicht notwendig, den Schraubstock zum Einklemmen des Rohres in die Verbindung zu verwenden. Der Schraubstock hinterlässt eine Markierung oder einen Kratzer auf dem Rohr und kann das Rohr sogar in eine Ellipse verformen, wodurch es leicht zu Leckagen kommen kann.
4. Beim Festziehen der Mutter mit dem Schraubenschlüssel im Uhrzeigersinn muss das Gelenk mit einem Durchmesser von ≥1/4 Zoll (6 mm) 1 1/4 Umdrehungen machen; bei einem Verbinder mit einem Durchmesser von <1/4 Zoll (6 mm) sind 3/4 Umdrehungen erforderlich, wie in Abbildung 15-6 dargestellt.
5. Falls Sie die Verbindung trennen und wieder verbinden müssen, merken Sie sich die ursprüngliche Anzugsposition und lösen Sie die Verbindung mit dem Schraubenschlüssel. Ziehen Sie beim Zusammenbau die Mutter in ihre ursprüngliche Position fest und ziehen Sie dann den Schraubenschlüssel vorsichtig an, bis das Drehmoment leicht ansteigt.
Dampfwärmeleitung
Heizbegleitheizung und Wärmedämmung
Die Begleitheizung bezeichnet den Einsatz von Dampf- und Elektrowärmerohren zur Erwärmung der Probenleitung, um Wärmeverluste während des Transports auszugleichen und die Probentemperatur in einem bestimmten Bereich zu halten. Die Wärmedämmung umfasst Beschichtungsmaßnahmen an der Außenfläche der Probenleitung, die die Wärmeabgabe an die Umgebung reduzieren oder Wärme aus der Umgebung während des Transports aufnehmen. Sie dient auch dazu, die Proben vor den Einflüssen der Umgebungstemperatur während des Transports zu schützen.
Die Probenleitung benötigt häufig Wärme oder Wärmedämmung, um sicherzustellen, dass sich Phasenzustand und Zusammensetzung der Probe durch Temperaturänderungen nicht verändern. Eine wesentliche Ursache für Temperaturänderungen während des Probentransports sind Wetterschwankungen. Da China im Monsungürtel liegt, beträgt der Unterschied zwischen den Extremtemperaturen im Winter und Sommer oft mehr als 60 °C. Zusätzlich muss die Erwärmung durch direkte Sonneneinstrahlung berücksichtigt werden; die Oberflächentemperatur der Probenleitung kann im Sommer unter Sonneneinstrahlung 80–90 °C erreichen. Daher sollte der Einfluss der Umgebungstemperatur auf Phasenzustand und Zusammensetzung der Probe bei der Auslegung des Probentransports berücksichtigt werden.
Gasproben enthalten leicht kondensierbare Komponenten und müssen daher beheizt werden, um ihre Temperatur über dem Taupunkt zu halten. Flüssige Proben enthalten leicht verdampfbare Komponenten und müssen daher isoliert und unterhalb ihrer Verdampfungstemperatur gehalten oder über ihrem Dampfdruck belassen werden. Spurenanalysenproben (insbesondere Spuren von Wasser und Sauerstoff) müssen unter Wärmezufuhr transportiert werden, da die Adsorption an der Rohrwand mit sinkender Temperatur zunimmt, während die Desorption abnimmt. Auch kondensierbare und kristallisierende Proben erfordern eine Wärmezufuhr. Kurz gesagt: Je nach Probenbeschaffenheit, Zusammensetzung und Umgebungstemperatur ist die geeignete Isolierungsmethode zu wählen und die erforderliche Isoliertemperatur festzulegen.
There are two kinds of heat-preservation methods: steam heat-preservation and electric heat-preservation.
The advantages and disadvantages of steam heating
The advantages of steam heat-accompanying are: The temperature is high and the heat is large, so the sample can be heated quickly and kept at a higher temperature. The disadvantages are as follows:
1.Because of the thin diameter of the steam pipe, the air pressure can not be too high and the height of the vertical pipe changes, the effective length of heat conduction is greatly limited, so that when the sample pipeline is long or heavy load heat conduction, the method of sectional heat conduction must be adopted. According to the foreign data, the maximum effective heat conduction length of steam is 100ft(30.48m). Therefore, for the 60m long sample pipeline, it is usually divided into two stages.
2.The fluctuation of steam pressure will lead to a large change of temperature, and the insufficient supply of gas or even short-term interruption of gas is sometimes occurred. It is difficult to meet the requirements of equilibrium and stability of the temperature associated with the heat of the sample pipeline.
3.It is very difficult to control the associated temperature when the sample pipeline is heated by steam, or it is not controllable (the sample processing box can be controlled by temperature control valve).
Thermal vapor and thermal insulation material
There are two kinds of steam accompanied with heat, ie low-pressure superheated steam and low-pressure saturated steam.
Table 15-6 Main physical properties of saturated steam(SH 3126—2001)
Aluminum silicate insulation rope, silicate products and so on are commonly used as insulation materials for sample pipelines. The thermal insulation materials commonly used in the sample processing box or the analysis thermal insulation box are polyurethane foam, polystyrene foam, etc. The selection of the associated steam pressure and the thickness of the insulation layer can be found in Table 15-7.
Table 15-7 Thickness of thermal insulation layer at different atmospheric temperatures (SH 3126-2001)
Aluminum silicate insulation rope, silicate products and so on are commonly used as insulation materials for sample pipelines. The thermal insulation materials commonly used in the sample processing box or the analysis thermal insulation box are polyurethane foam, polystyrene foam, etc. The selection of the associated steam pressure and the thickness of the insulation layer can be found in Table 15-7.
Table 15-7 Thickness of thermal insulation layer at different atmospheric temperatures (SH 3126-2001)
Figure 15-7 Structure of heavy and light heat tracing
When the sample is easy to condense, freeze and crystallize, heavy heat may be used; When the heavy heat accompanying the sample may cause polymerization, decomposition reaction or gasification of the liquid sample, the light heat accompanying the sample should be used.
Water trap for steam heat-treatment system
The hydrophobic device is also called a hydrophobic valve, and its function is to regularly discharge condensate in the steam heat-accompanying system, prevent the leakage of steam, and save energy. A water trap should be installed separately in each of the heat-associated systems.
According to its working principle and structure, the water repeller has many kinds. Currently, the commonly used water repeller in the instrument thermal insulation system is a thermal power type water repeller, and also a temperature-regulated water repeller which utilizes the principle of thermal expansion and cold contraction of temperature sensitive elements to drain water automatically. and a combination of temperature-regulated and thermo-dynamic water repellents. The water repeller is not in the work scope of online analytical instrument maintenance, and this book does not introduce.
Electrical Companion
Advantages and Disadvantages of Electric Heating
At present, most domestic industrial enterprises use steam-assisted heat treatment, the main reason is that the steam boiler already existed in the plant can be used, but the heat-assisted efficiency and the maintenance and consumption in the future operation are far less than the use of electric-assisted heat treatment economy. In addition, the material of the steam supply pipe network and the water return pipeline, the heat preservation installation and the future maintenance cost, and the purification cost of the steam water are also considerable.
Compared with steam heat-accompanying, electric heat-accompanying has the following advantages:
1.The electric heating system is a relatively simple heating system. It does not need a complex steam pipe network and water return pipeline as the steam heating system, and the required power supply and distribution facilities can be shared with other electrical lines.
2.The scope of heat loss and the operating and maintenance expenses of the electric heat accompanying the heat shall be limited to the heat accompanying the line
3.Electric heat is a very easy-to-control heat-accompanying system, its temperature control can be very accurate, this is the steam heat-accompanying system can not reach
4.No noise, no pollution, steam tracing has "run, run, drip, leak" phenomenon, electric heat tracing does not
5.The electric heat belt has a service life of 25 years or more, which is difficult to achieve with steam
6.Easy installation, use and maintenance
Many developed countries have widely adopted electric heating technology in the industrial field. At present, the electric heating has been adopted in the instrument system of large-scale petrochemical projects. Compared with the steam heat, the main disadvantage of electric heat is low temperature and low heat. The temperature range of the electric heating is usually lower than 250°C, and the steam heating range is up to 450°C. Some liquid samples still need to be gasified by steam heating.
Electric heating cable
There are several kinds of electric heating cable in the electric associated heat system:(1) Self-regulation of the electric heating cable; (2) Constant power electric heating cable; (3) power-limited electri heating cable; (4) Series-connected electric heating cable
The first three are all parallel type electric heating cable, which are composed of parallel electric heating elements between two parallel power supply. At present, most of the electrical heat of the sample transmission line is selected as self-regulation electrical heating cable, and generally does not need temperature controller. When the sample temperature is higher (such as the high temperature flue gas sample of CEMS system), the power-limited electric belt can be adopted.
The advantages of the constant power electric belt are low cost, and the disadvantage is that the electric belt has no self-temperature adjusting function, and is easy to overheat. The invention is mainly used for the heating of the process pipelines and equipment, and a temperature control system must be arranged when the sample pipelines are used for the heating.
The series-type electric associated belt is a associated belt which takes the cable core line as the heating body, namely, the core line with certain resistance is connected with current, the core line generates heat, the heating core line has two types, namely single core and multi-core, which are mainly used for the heat associated with long-distance pipelines.
Fig. 15-8 Structure of self-regulating and electric belt 1-nickel-plated copper power supply bus; 2 - Conductive plastics; 3-Fluoropolymer insulation; 4-tin-plated copper wire braided layer; 5-polyolefin sheath (suitable for general environment); 6-Fluoropolymer Sheath (for corrosive environments)
self-regulating electric belt
Self-regulating Electric Accompanying Band, also known as Power Self-regulating Electric Accompanying Band, is a kind of parallel electric accompanying band with positive temperature characteristic and self-regulating. Figure 15-8 is the structure of the self-regulating electric belt.
The self-regulation electric heating belt consists of two power supply and conductive plastic connected in parallel between the two power supply. The so-called conductive plastic is made by introducing a cross-linked semiconductor matrix into the plastic, which is a heating element in an electric heating belt. When the temperature of the heated material increases, the conductive plastic expands, the resistance increases and the output power decreases. When the temperature of the material is lowered, the conductive plastic contracts, the resistance is reduced, and the output power is increased, that is, different heat will be generated at different ambient temperatures, and the conductive plastic has the function of self-regulating the temperature. It can be cut or lengthened arbitrarily, and it is very convenient to use.
The electric heating belt is suitable for the situation of low maintenance temperature, especially the situation of difficult calculation of heat loss. Its output power (10°C) is 10W/m, 16W/m, 26W/m, 33W/m, 39W/m and so on, and its maximum maintaining temperature is 65°C and 121°C. The so-called highest maintenance temperature means that the electric heating system can continuously maintain the highest temperature of the object.
Most of the electrical heat associated with the sample transmission line in on line analysis are self-regulated electrical heating belt. In general, there is no need for temperature controller, and the starting current is about 3-5 times of the normal value. The selection of components and wires in the power supply circuit should meet the requirements of starting current.
Limited power electric companion
Power-limited electric heating cable is also a parallel type of electric heating belt, its structure is the same as the constant power electric heating belt, see figure 15-9, the difference is that it uses resistance alloy heating wire, this kind of heating element has the positive temperature coefficient characteristic, when the temperature of the heating material increases, can reduce the power output of the heating belt. Compared with the self-regulation electric belt, the regulation range is small, the main function is to limit the output power in a certain range to prevent overheating.
Figure 15-9 Limited power supply with electric heating belt 1-Copper Power Supply Bus Bar; 2,4-Fluoropolymer insulation; 3-resistance alloy electric heating wire; 5-Tin-plated copper wire braided layer; 6-Fluoropolymer sheath
This kind of electric heating belt is suitable for the situation of high maintaining temperature, its output power (10°C) has several kinds such as 16W/m, 33W/m, 49W/m, 66W/m, etc., the highest maintaining temperature has two kinds of 149°C and 204°C. The invention is mainly used for the sampling pipeline of the CEMS system, which is used for heat preservation of the high-temperature flue gas samples, so as to prevent the moisture in the flue gas from condensing and separating out during the transmission process.
Electric Trace Tubing
Electrical Trace Tubing is a combination of a sample transport tube, an electrical trace tropical, a moisture retention layer, and a sheath layer.
Figure 15-10 is the structure of self-regulating electric heat pipe cable. The cable is suitable for the situation of low maintenance temperature, the highest maintenance temperature is 65°C and 121°C, and the number of the sample tubes is single and double following.
Figure 15-10 Self-regulating electric heat pipe cable structure
Left—single sample pipe cable; right—double sample tube cables; Structure (from outside to inside): Sheath - Black PVC Plastics
moisture retention layer-non-hygroscopic glass fiber; Thermal reflection belt—aluminum copper polyester belt; Electric heating belt—self-regulation type;
Sample tube—Tube of various sizes and materials
In addition to the electric heat pipe cable, there is also a steam trace tube cable, which is the same structure as the electric heat pipe cable, except the steam heat pipe replaced the electric heat pipe. It has two types of heavy and light heat accompanying, and the number of single and double heat accompanying sample tubes. The heat pipe cable is convenient to use, which saves the trouble of on-site coating and heat preservation construction. The invention has good water proof, moisture proof and corrosion resistance, and is reliable and durable, which is worthy of recommendation.
The cable can be selected according to the type selection sample provided by the manufacturer, and it also needs to be verified and confirmed through calculation. Figure 15-11 The working curve of the self-regulation electric heat pipe cable. The sample tube is a single 1/4in Tube tube, the left longitudinal coordinate is electric heat power, unit W/ft; The vertical coordinate on the right is ambient temperature, unit°F; The lower horizontal coordinate is the temperature of the sample tube, unit°F. The required thermal power can be identified by the intersection of temperature and ambient temperature that the sample tube needs to maintain. The rough line in the middle of the figure is the working curve of different specifications of electric heating belt, for example, the rough line is the working curve of self-regulation electric heating belt with power 3W/ft (10W/m at 10°C), according to the change of the curve, we can find out the change of the temperature of the sample tube under different environmental temperature when using the adjoint thermal.
