Échantillonnage et transfert d'échantillons
Le système de traitement des échantillons est nécessaire lorsque les capteurs de l'analyseur en ligne ne sont pas directement intégrés à la canalisation ou à l'équipement. Ce système relie le fluide source au point de sortie d'un ou plusieurs instruments d'analyse en ligne. Il a pour fonction de garantir que l'instrument d'analyse obtienne un échantillon représentatif dans les plus brefs délais. L'état de l'échantillon (température, pression, débit et propreté) doit être adapté aux conditions de fonctionnement de l'instrument d'analyse.
Le système de traitement des échantillons assure les fonctions de base suivantes : prélèvement, transport, traitement et évacuation de l’échantillon. Ces fonctions constituent les principaux composants du système et représentent le processus fondamental de traitement de l’échantillon au sein de celui-ci.
La réussite d'un instrument d'analyse en ligne dépend souvent moins de l'analyseur lui-même que de l'exhaustivité et de la fiabilité du système de traitement des échantillons. Bien que l'analyseur soit complexe et précis, la précision de l'analyse est limitée par la représentativité de l'échantillon, les performances en temps réel et son état physique. En réalité, les problèmes liés au système de traitement des échantillons sont souvent plus fréquents que les problèmes d'analyse, et la maintenance de ce système est souvent plus exigeante que celle de l'analyseur lui-même. Il est donc essentiel d'accorder une importance capitale au système de traitement des échantillons et de le considérer au même titre que l'analyseur.
Les exigences de base d'un système de traitement d'échantillons peuvent être résumées comme suit :
1. L'échantillon obtenu par l'analyseur est conforme à la composition et à la teneur du fluide source dans la canalisation ou l'équipement.
2. Échantillon avec un nombre minimal
3. Facile à utiliser et à entretenir
4. Travail fiable et à long terme
5. La structure du système est aussi simple que possible.
6. Circuits rapides pour réduire la latence de transport des échantillons
Échantillonnage et sonde d'échantillonnage
Sélection des points d'échantillonnage
Les principes suivants doivent être respectés lors du choix de l'emplacement du point d'échantillonnage de l'analyseur sur la ligne de production. L'emplacement optimal peut résulter d'un compromis entre plusieurs points :
1. Les points d'échantillonnage doivent être situés sur les points sensibles qui peuvent refléter les changements des propriétés et de la composition du fluide de procédé.
2. Le point d'échantillonnage doit être situé à l'endroit le plus approprié pour le contrôle du processus afin d'éviter tout retard inutile.
3. Le point d'échantillonnage doit se situer à l'endroit où la différence de pression disponible dans le procédé forme une boucle de circulation rapide.
4. Le point de prélèvement doit être choisi de manière à ce que la température, la pression, la propreté, la sécheresse et les autres conditions de l'échantillon soient aussi proches que possible de l'emplacement requis par l'analyseur, afin de minimiser le nombre d'étapes de traitement de l'échantillon.
5. Le point de prélèvement doit être facilement accessible depuis l'escalator ou la plateforme fixe.
6. Les points d'échantillonnage de l'analyseur en ligne doivent être définis séparément de ceux de l'analyse en laboratoire.
Il est généralement admis que le prélèvement d'échantillons dans les zones de turbulence où le mélange est optimal dans la plupart des pipelines de gaz et de liquides garantit leur représentativité. En effet, un mélange gazeux ou liquide ne se mélange pas complètement sans turbulence. Le point de prélèvement peut être choisi en aval du dernier coude, immédiatement après un ou plusieurs coudes à 90°, ou dans une zone relativement calme en aval de l'élément de réduction de débit (éviter de se placer à proximité immédiate de cet élément).
Évitez autant que possible les situations suivantes :
1. Ne prélevez pas d'échantillon en aval d'un tuyau relativement long et droit, car l'écoulement du fluide à cet endroit a tendance à être laminaire, et le gradient de concentration sur la section transversale du tuyau entraîne une composition non représentative de l'échantillon.
2. Évitez d’effectuer des prélèvements dans des endroits où une contamination peut être présente ou dans des volumes morts où des gaz, des vapeurs, des hydrocarbures liquides, de l’eau, de la poussière et des saletés peuvent être présents.
3. Ne pas percer directement la paroi du tuyau. Un prélèvement direct sur la paroi ne permet pas de garantir la représentativité de l'échantillon, que le fluide soit en régime laminaire ou turbulent. En régime turbulent, la représentativité de l'échantillon devient difficile à assurer. De plus, l'absorption ou l'adsorption par la paroi interne du tuyau provoque un effet mémoire. Lorsque la concentration réelle du fluide diminue, une désorption se produit, modifiant la composition de l'échantillon. Cet effet est particulièrement marqué pour l'analyse de composants à l'état de traces (eau, oxygène, monoxyde de carbone, acétylène, etc.). Il est donc recommandé d'utiliser une sonde de prélèvement par insertion.
Sélection du type de sonde d'échantillonnage
1. Pour les échantillons de gaz dont la teneur en poussières est inférieure à 10 mg/m³ et les échantillons de liquides purs, une sonde à passage direct (de type ouvert) peut être utilisée pour le prélèvement. Cette sonde est généralement une sonde cylindrique inclinée à 45° par rapport au plan, son ouverture étant orientée dans le sens de l'écoulement du fluide. Les particules environnantes sont séparées du fluide par le principe de séparation inertielle, à l'exception des particules de très petite taille. La plupart des sondes de prélèvement utilisées en analyse en ligne sont de ce type.
2. Lorsqu'un échantillon liquide contient une faible quantité de particules, de matières visqueuses, de polymères ou de cristaux, un blocage est facile à provoquer. Dans ce cas, un prélèvement peut être effectué à l'aide d'une sonde enfichable sans pression d'arrêt. Cette sonde peut également être utilisée pour les échantillons gazeux contenant une faible quantité de matières facilement occlusibles (condensat, matières visqueuses).
La sonde d'échantillonnage illustrée à la figure 15-1 est une sonde d'échantillonnage à insertion et retrait sous pression, également appelée sonde détachable. Elle permet de retirer le tube d'échantillonnage du tube sous pression pour le nettoyer sans interrompre le processus. L'invention comprend un joint d'étanchéité et une vanne à guillotine (ou vanne à bille) disposés sur la sonde à passage direct.
Figure 15 - 1 Structure de la sonde d'échantillonnage de type sonde détachable
La structure du joint d'étanchéité est illustrée à la figure 15-2. Elle se compose de deux parties : la première assure le serrage et la fixation du tube de prélèvement par un système de serrage et de pression ; la seconde se raccorde à la bride de la vanne par un filetage, l'étanchéité étant assurée par un joint. Lors de l'installation, veillez à aligner les rainures du tube de prélèvement avec le sens d'écoulement du fluide indiqué par la flèche sur la bride. Pour faciliter l'insertion et garantir la sécurité, l'extrémité du tube de prélèvement est munie d'un bossage soudé. Ce bossage empêche l'éjection du tube par la pression interne lors de son retrait, évitant ainsi tout accident. Lorsque le bossage atteint l'extrémité de la bride pleine, fermez la vanne, puis faites pivoter le joint d'étanchéité pour extraire le tube de prélèvement.
Pour les échantillons de gaz présentant une teneur en poussières plus élevée (>10 mg/m3), une sonde filtrante peut être utilisée pour l'échantillonnage.
Figure 15-2 Structure du joint d'étanchéité
La sonde d'échantillonnage dite « à filtre » est une sonde équipée d'un filtre. L'élément filtrant peut être en métal fritté ou en céramique (< 800 °C), en carbure de silicium (> 800 °C) ou en corindon (Al₂O₃) (> 1000 °C), selon la température de l'échantillon. La conception de la sonde doit prendre en compte l'érosion par fluide pour assurer son autonettoyage.
Le filtre monté sur la tête de la sonde (à l'intérieur du tube de process) est appelé sonde à filtre intégré, et celui monté à l'extrémité de la sonde (à l'extérieur du tube de process) est également appelé sonde à filtre externe. L'inconvénient de la sonde à filtre intégré est que le filtre est difficile à retirer et à nettoyer ; seul un soufflage à contre-courant est possible, et l'ouverture du filtre ne doit pas être trop petite afin d'éviter un colmatage fréquent par la poussière. Cette sonde convient au premier filtrage grossier des échantillons. La sonde à filtre externe est plus courante et son filtre est facilement amovible pour le nettoyage. Lors de l'échantillonnage des fumées, le filtre étant placé à l'extérieur du conduit, il est nécessaire, pour éviter que la condensation de l'humidité des gaz de combustion à haute température n'obstrue le passage, de chauffer électriquement ou à la vapeur la partie filtrante afin de maintenir la température des gaz d'échantillonnage au-dessus du point de rosée. Cette sonde est largement utilisée pour l'échantillonnage des fumées des chaudières, des fours de chauffage et des incinérateurs.
Il est déconseillé d'utiliser une sonde filtrante pour un échantillon de liquide souillé, car les impuretés humides adhèrent fortement et il est difficile d'obtenir un autonettoyage par simple rinçage. Généralement, on utilise une sonde à passage direct de plus grand diamètre pour prélever le liquide et éliminer les impuretés.
Pour l'échantillonnage des gaz de craquage de l'éthylène, des gaz de combustion de régénération du craquage catalytique, des gaz résiduaires de récupération du soufre, du charbon ou du pétrole lourd et du gaz, des gaz résiduaires de four rotatif à ciment et dans d'autres conditions complexes, un dispositif d'échantillonnage de conception spéciale doit être adopté.
Sélection des spécifications de la sonde, de la longueur d'insertion et de l'orientation
On utilise généralement un tube en acier inoxydable 316 comme sonde d'échantillonnage. Le volume de la sonde doit être limité afin de réduire au maximum son encombrement.
Les spécifications de la sonde sont les suivantes :
Tube de 6 mm ou 1/4" DE - pour échantillons de gaz.
Tube de 10 mm ou 3/8" DE - pour échantillons liquides.
Tube de 3 mm ou 1/8" DE - Échantillons liquides pour la gazéification et le transport.
Tube de 12 mm ou 1/2" DE - Pour les boucles de circulation rapide, les échantillons de gaz chargés de poussière et les échantillons liquides dits sales.
La longueur de la sonde est principalement déterminée par la longueur d'insertion. Afin de garantir la représentativité de l'échantillon, on considère généralement que la longueur d'insertion est au moins égale à 1/3 du diamètre intérieur du tuyau. La longueur d'insertion recommandée par l'EEMVA pour la norme n° 138 est :
Longueur minimale : 30 mm.
Longueur maximale : (0,56d+10) mm (d est le diamètre intérieur du tuyau).
Position d'insertion de la sonde d'échantillonnage : Tuyau horizontal : échantillonnage de gaz, la sonde doit être insérée par le haut du tuyau afin d'éviter tout contact avec des liquides ou des gouttelettes ; Échantillon liquide, la sonde doit être insérée par la paroi latérale du tuyau afin d'éviter la vapeur et les bulles qui peuvent se trouver dans la partie supérieure du tuyau, ainsi que les résidus et les sédiments qui peuvent se trouver au fond du tuyau.
Tuyau vertical : Lorsque le liquide est inséré par la paroi latérale du tuyau, il est extrait de la section du tuyau s’écoulant du bas vers le haut, afin d’éviter le mélange de gaz en cas d’écoulement anormal du liquide.
Considérations relatives à la conception et à la fabrication des sondes
Les points suivants sont à noter.
La sonde doit être considérée comme suit :
1. La sonde d'échantillonnage doit être fixée par un raccord de tuyau court en forme de T avec bride.
2. Le matériau utilisé et une partie de l'assemblage en T sont pris en compte, et la vanne d'arrêt est de préférence une vanne à guillotine ou une vanne à boisseau sphérique. Lorsque l'échantillon est un gaz à haute pression, un système à double vanne d'arrêt peut être envisagé, constituant une mesure de protection supplémentaire par double isolation.
3. La vanne d'arrêt d'échantillonnage doit être considérée comme faisant partie de l'ensemble de la sonde et doit être une vanne à guillotine ou une vanne à boisseau sphérique. Lorsque l'échantillon est un gaz à haute pression, un système à double vanne d'arrêt peut être envisagé, constituant une mesure de protection supplémentaire par double isolation.
4. La sonde d'échantillonnage doit présenter une résistance mécanique suffisante pour assurer une fixation rigide dans le fluide de procédé. Lorsque la vitesse du fluide est élevée et la force d'écoulement importante, si la sonde est fine, un tube de renfort peut être ajouté pour la protéger.
5. La position de la sonde et le sens d'écoulement de la canalisation doivent être marqués sur la bride.
6. Lors de la conception de la sonde, il convient de noter que la rupture due à l'effet de résonance est évitée.
transmission d'échantillon
Exigences de base pour la transmission des échantillons :
1. Le temps de retard de transmission ne doit pas dépasser 60 s, ce qui nécessite que la distance entre l'analyseur et le point d'échantillonnage soit la plus courte possible, que le volume du système de transmission soit le plus petit possible et que le débit d'échantillon soit le plus rapide possible (1,5 à 35 m/s conviennent).
2. Si le délai dépasse 60 secondes après le débit autorisé par l'analyseur, un système à boucle rapide doit être utilisé.
3. La ligne de transmission est de préférence droite jusqu'à l'analyseur, avec un nombre minimal de coudes et d'angles.
4. Absence de branches mortes et de volume mort
5. Pour les échantillons de gaz contenant du condensat, la conduite de transport doit présenter une pente descendante, son point le plus bas étant situé à proximité de l'analyseur et équipé d'un réservoir de récupération des condensats. La pente de rupture est de 1:12, et la viscosité du condensat peut être augmentée jusqu'à 1:5.
6. Le changement de phase est empêché, c'est-à-dire que, pendant le processus de transmission, l'échantillon de gaz est maintenu complètement à l'état gazeux et l'échantillon de liquide est maintenu complètement à l'état liquide.
7. La canalisation d'échantillonnage doit éviter de traverser une zone de variations de température extrêmes, ce qui entraînerait une modification incontrôlée de l'état de l'échantillon.
8. Le système de transmission des échantillons ne doit pas présenter de fuites, afin d'éviter les fuites d'échantillons ou l'invasion de l'air ambiant.
Le circuit rapide est un système qui accélère le flux d'échantillons afin de réduire le temps de transmission. Il se compose généralement de deux types de circuits : un circuit de recirculation rapide retournant vers l'appareil et un circuit de dérivation rapide évacuant les déchets.
Retour rapide à l'appareil
La boucle de circulation rapide du dispositif de retour d'outil est appelée boucle de circulation rapide, qui utilise la différence de pression dans la ligne de processus et relie un pipeline entre les extrémités supérieure et inférieure, l'échantillon est prélevé du processus et renvoyé au système de circulation du processus, l'échantillon nécessaire à l'analyseur est prélevé de la boucle près d'un point de l'analyseur, voir Figure 15-3.
Les circuits de dérivation rapide sont généralement utilisés dans les situations suivantes :
1. Lorsque le rejet de l'échantillon ne provoque pas de risques environnementaux ni de pollution.
2. Lorsque le processus de retour de l'échantillon n'est pas réaliste, comme le gaz après décompression, la vapeur après gazéification du liquide, etc.
3. Lorsque le coût de récupération de l'échantillon est supérieur à sa valeur, le processus de retour de l'échantillon n'est pas rentable.
4. Retourner des échantillons à un processus pouvant entraîner une contamination ou une dégradation, comme par exemple des échantillons mélangés mesurés par plusieurs voies d'écoulement, etc.
Ligne de transmission d'échantillon
Tuyaux et raccords
Les tuyaux et raccords utilisés pour les canalisations de transport d'échantillons doivent répondre aux exigences suivantes :
Pour la ligne de transmission des échantillons, il est préférable d'utiliser un tube sans soudure en acier inoxydable 316. Ce tube doit être recuit. Avantage :
L'acier inoxydable 316 ne réagira pas avec les composants du circuit d'écoulement de l'échantillon et possède une excellente résistance à la corrosion.
Les résultats montrent que la paroi intérieure du tube en acier sans soudure est lisse, que l'adsorption sur l'échantillon est faible et que le degré de résistance à la pression est élevé.
Le tube est raccordé par un joint à pression, et présente une bonne étanchéité et un faible volume mort.
Le tube ayant subi un traitement de recuit présente une grande flexibilité, ce qui facilite les travaux de cintrage et de raccordement par pression.
Le raccordement du tuyau doit se faire par sertissage, en utilisant un joint à manchon double, et les matériaux et spécifications des raccords (joints et vannes) doivent être identiques et compatibles avec le tuyau.
Évitez l'utilisation de tubes et de raccords non métalliques, sauf si leurs propriétés physiques et chimiques présentent un avantage évident et sont autorisées par l'utilisateur.
Les tubes et raccords en cuivre ne peuvent être utilisés que dans les systèmes pneumatiques et d'accompagnement thermique, et non pour la transmission d'échantillons.
Détermination du diamètre des tuyaux
Le débit du système d'échantillonnage étant très faible par rapport à la logistique du processus, et compte tenu des contraintes de temps de transmission, le diamètre du tuyau du puits de prélèvement peut être réduit. Ce diamètre peut être déterminé empiriquement.
Tube de 6 mm ou 1/4" de diamètre extérieur pour échantillon de gaz
L'échantillon liquide est un tube de 10 mm ou 3/8" de diamètre extérieur.
La boucle de circulation rapide ou l'échantillon sale adopte un tube de 12 mm ou 1/2" OD.
Détermination de l'épaisseur de la paroi
La résistance à la pression d'un tube est liée à l'épaisseur de sa paroi et est limitée par la température. Les exigences relatives à l'épaisseur de la paroi d'une canalisation type sont les suivantes :
∮3×0,7 ou 1/8"×0,028
∮6×1,0 ou 1/4"×0,035
∮10×1,0 ou 3/8"×0,035
∮12×1,5 ou 1/2"×0,049
Équipements pour installations de lavage
Dans les cas suivants, les canalisations et les composants d'échantillonnage doivent être équipés de dispositifs de lavage :
1. Lorsque la viscosité cinématique de l'échantillon est supérieure à 500 cSt (1 cSt = 1 mm²/s) (à 38 °C)
2. Solidification ou cristallisation possible des échantillons
3. Échantillons corrosifs ou toxiques
4. Autres occasions pour les utilisateurs
Le fluide de rinçage peut être de l'azote ou de la vapeur, qui doit être introduit en aval, à proximité du point d'échantillonnage, en veillant particulièrement à rincer les composants indépendants supplémentaires du système (par exemple, les filtres doubles parallèles, etc.).
Tubes et raccords
Différences entre tuyau et tube
Les tubes de tuyauterie et les tubes tubulaires sont deux types de tubes présentant des diamètres, des méthodes de raccordement, des modes de représentation et des domaines d'application différents.
1. Un tube de grande section est un tube de diamètre important, généralement compris entre 15 et 1500 mm (1/2 à 60 pouces). Il existe également des tubes de section inférieure ou supérieure, mais leur utilisation est rare. Un tube de petite section est un tube de diamètre faible, généralement compris entre 1/8 et 1/2 pouce (3 à 12 mm).
2. Le tuyau peut être raccordé de trois manières : par brides, par filetage ou par soudage. Le plus souvent, on utilise le raccord par brides. Le filetage est autorisé à basse pression. Cependant, la paroi du tube étant très fine, le filetage ne doit pas la recouvrir. Après traitement thermique, on utilise alors le raccord par brides, également appelé raccord sous pression.
3. Le terme « tube » désigne le diamètre nominal (DN) d'un tube. Ce diamètre nominal est différent du diamètre extérieur et du diamètre intérieur du tube. Il s'agit d'une unité de mesure couramment utilisée pour tous les composants (tubes, brides, vannes, raccords, etc.) d'un système de tuyauterie. Les tubes, brides, vannes et raccords ayant le même diamètre nominal peuvent être raccordés entre eux, quelles que soient leurs autres dimensions (diamètre extérieur, diamètre intérieur, épaisseur de paroi, etc.). En d'autres termes, le diamètre nominal simplifie et uniformise le raccordement des tubes, d'où l'utilisation du DN pour désigner le diamètre d'un tube.
Le terme « tube » désigne le diamètre extérieur d'un tube, par exemple un tube de 1/4 pouce de diamètre extérieur. L'assemblage se faisant par manchon, ce mode de raccordement dépend du diamètre extérieur. Deux tubes de même diamètre extérieur peuvent être assemblés par manchon, d'où l'utilisation du diamètre extérieur (OD) pour désigner le diamètre d'un tube.
4. L'épaisseur de paroi des tubes est normalisée. Elle est généralement exprimée par un numéro de série (Sch.NO., pour Schedule Number). Ce numéro, également appelé numéro de niveau de pression, va de Sch.No. 5 à Sch.No. 160. Les tubes de diamètres ou de matériaux différents possèdent leur propre série d'épaisseurs de paroi normalisées. Ainsi, même pour des tubes de même diamètre ou de même matériau, l'épaisseur réelle peut varier.
L'épaisseur de la paroi du tube est représentée par sa valeur réelle (en pouces ou en mm).
5. Le tuyau est largement utilisé, tant dans les canalisations industrielles que dans les réseaux d'infrastructures publiques. Le tube, quant à lui, est exclusivement utilisé dans les conduites de mesure des systèmes d'instrumentation, les conduites de signaux pneumatiques et les prélèvements d'analyseurs en ligne.
Types, spécifications et paramètres associés des tubes courants
Plusieurs types de tubes sont couramment utilisés : selon le matériau, on trouve principalement l’acier inoxydable 316 et l’acier inoxydable 304. Selon le procédé de fabrication, il existe deux types de tubes en acier sans soudure (laminés à chaud puis étirés à froid) et de tubes en acier soudés (soudés à partir de bandes d’acier). Dans le système d’unités de dosage, on distingue deux types de tubes métriques (en pouces) selon leur diamètre extérieur et leur épaisseur.
Le diamètre extérieur et l'épaisseur de paroi des tubes couramment utilisés, la pression de service maximale admissible et leurs coefficients de dégradation thermique sont indiqués dans les tableaux 15-1 à 15-5.
Tableau 15-1 Spécifications et pression de service maximale admissible (bar) des tubes courants fabriqués à partir de riz (matériau 316SS ou 6Mo)
Remarque : 1. Le système de pression de service ASTM A-269 mesuré dans le tableau, le facteur de sécurité est de 4:1 [facteur de sécurité = pression d’expansion (rupture) : Pression de service]
2. La pression de service indiquée dans le tableau est valable pour une plage de températures du tube comprise entre -20 et +100 °C. Au-delà de cette température, il convient d'appliquer le coefficient de dégradation thermique. Voir tableau 15-2.
Tableau 15-2 Coefficient de dégradation thermique du tube compteur
REMARQUE : Par exemple, un tube sans soudure en acier inoxydable 316 de 12 mm de diamètre extérieur et de 1,00 mm d’épaisseur a une pression de service de 245 bar à température ambiante (voir tableau 15-1). S’il fonctionne à 427 °C (800 °F) avec un coefficient de dégradation thermique de 0,80 (voir tableau 15-2), la pression de service maximale admissible à cette température est de 245 bar × 0,80 = 196 bar.
Tableau 15-3 Spécifications courantes des tubes en pouces Pression de service maximale admissible (psi, lbs/in2) (tube en acier sans soudure 316 ou 304)
Tableau 15-4 Spécifications et pression de service maximale admissible (psi) pour les tubes en pouces courants (tubes en acier soudés 316 ou 304)
REMARQUE : 1. Les données des tableaux 15-3 et 15-4 sont conformes aux normes ASME/ANSI B31.3 relatives à la tuyauterie des usines chimiques et des raffineries (version 1987).
2.Les valeurs de pression de fonctionnement sont les valeurs de pression à température ambiante (72°F ou 22°C), et les coefficients de dégradation de la température sont indiqués dans le tableau 15-5.
3. Le coefficient de sécurité de pression est de 4:1
4. Conversion d'unités lin=25,4 mm, 1 psi=6,89 kPa≈0,07 bar.
Tableau 15-5 Coefficient de dégradation thermique d'un tube en pouces
Remarque : Par exemple, un tube sans soudure en acier inoxydable 316 de 12,7 mm de diamètre extérieur et de 1,25 mm d’épaisseur a une pression de service de 3 500 psi (environ 245 bar) à température ambiante. S’il est utilisé à une température de 800 °F (427 °C), son coefficient de dégradation thermique est de 0,80. À cette température, la pression de service maximale admissible est de 3 500 psi × 0,80 = 2 800 psi (environ 196 bar).
Raccords pour tube
Il existe de nombreux types de raccords utilisés pour les tubes, mais on peut les résumer comme suit.
Un raccord central (union) sert à connecter deux tubes, ou à établir un joint dont les deux extrémités sont reliées par un manchon. Il existe principalement les types suivants :
Connecteur central droit Union
Joint central à trois voies Union Tee
Connecteur intermédiaire à quatre voies Union Cross
Articulation médiane pliée du coude
(coude à 90° et 45°)
Raccord traversant de plaque pour cloison
L'invention est utilisée pour raccorder des tubes de diamètres différents, ce qui est communément appelé « grosse tête » et constitue également un joint central.
Un raccord terminal sert à connecter les tubes et les compteurs, les appareils auxiliaires, etc. Ce raccord est fixé au tube par un manchon de serrage, permettant ainsi le raccordement au compteur, à l'équipement auxiliaire, etc. Il s'agit d'un raccord situé à l'extrémité du tube, d'où son nom de raccord terminal. Il n'en existe qu'un seul :
Connecteur de terminal traversant
Connecteur à trois voies, connecteur en T
Connecteur de borne coudé, coude de connecteur
Connecteur de cloison à borne traversante
Le connecteur de jauge sert à raccorder le tube à la jauge et fait également office de connecteur terminal. Il en existe deux principaux types : Pass Connect et Pass Connect Te.
D'autres, tels que les raccords courts (adaptateurs), les bouchons de tuyau (bouchons), les capuchons de tuyau (capuchons), etc., ne sont pas inutiles ou superflus.
Si vous êtes séparé de la fixation, le raccord utilisé par le tuyau tubulaire possède deux modes de fixation.
Connexion de prise
Le raccord à manchon est utilisé pour l'assemblage d'un joint et d'un tube. L'assemblage et l'étanchéité sont assurés par la pression exercée par la bague circulaire, d'où son autre appellation de raccord à pression. Il existe deux types de bagues circulaires : la bague simple et la bague double.
connexion filetée
Le filetage sert à l'assemblage de pièces, d'instruments, d'équipements auxiliaires, etc. Il existe deux types de filetages courants.
1. Filetage conique : Il existe deux types de filetages : NPT (angle de denture de 60°) et BSPT (angle de denture de 55°). L’angle de conicité est de 1°47’. Plus la conicité est prononcée, plus la déformation du filetage assure l’étanchéité ; on parle alors de « filetage étanche ». En pratique, on ajoute généralement un produit d’étanchéité, comme du ruban PTFE ou un mastic composite, pour éviter les fuites.
2. Filetage cylindrique. Il existe des filetages droits (angle de 60°) et des filetages BSPT (angle de 55°). Le filetage cylindrique non conique est un filetage droit qui n'assure pas l'étanchéité ; on l'appelle donc aussi « filetage étanche sans filetage ». Un joint est utilisé pour garantir l'étanchéité du raccord.
De plus, le filetage extérieur du joint est appelé filetage positif et est désigné par M (Mel). Le filetage intérieur du joint est appelé filetage femelle et est désigné par F (File). Le filetage qui se visse dans le sens horaire est appelé filetage droit, celui qui se visse dans le sens antihoraire est appelé filetage gauche (LH). Le filetage droit n'est pas désigné.
La plupart des filetages utilisés dans les raccords de tuyauterie sont des filetages coniques NPT, certains des cylindres pneumatiques ont des filetages à gauche, et dans d'autres cas, ce sont des filetages à droite.
En raison de la variété des raccords de tuyauterie utilisés et des différences de modèles et de spécifications entre les fabricants, ce manuel ne fournit plus d'informations à ce sujet. En pratique, le choix du raccord se fait aisément à partir d'un échantillon, en fonction de sa taille, de son type et de son mode de raccordement.
joint de tuyau de type manchon
Le raccord à manchon sert à assembler des tubes (comme son nom l'indique). Il est assemblé et étanche par la pression exercée par la bague circulaire, d'où son autre nom de joint à sertir. Il existe deux types de raccords à manchon : à simple bague et à double bague. La figure 15-5 illustre la structure et le principe de fonctionnement du raccord à double manchon.
Figure 15.5 Structure et principe de fonctionnement d'un joint de tuyauterie à double manchon.
Les deux brides sont entraînées vers le corps du joint par la poussée générée par la rotation dans le sens horaire de l'écrou ; sous l'action d'extrusion mutuelle de l'orifice conique du corps, de la bride avant et de la bride arrière, la surface conique du tube est pressée pendant deux heures, et la connexion et l'étanchéité sont réalisées par la force de pression entre les deux surfaces coniques de la bride avant et de la bride arrière et le tube.
Lors du raccordement à un manchon, il convient de tenir compte des points suivants :
1. Avant le raccordement, le tube doit être rond, son extrémité sans bavure et sa surface sans défaut apparent.
2. Insérez le tube dans le raccord et assurez-vous qu'il est bien en place dans la cage. Serrez l'écrou à la main. Il est recommandé de tracer une ligne entre l'hexagone de l'écrou et le corps du raccord pour servir de repère lors du serrage.
3. Il n'est pas nécessaire d'utiliser l'étau pour serrer le tuyau dans le joint, l'étau laissera une marque ou une rayure sur le tuyau, voire le déformera en une ellipse, ce qui favorise les fuites.
4. En utilisant la clé pour serrer l'écrou dans le sens horaire, le joint de ≥1/4 po (6 mm) doit tourner 1 1/4 fois ; le connecteur <1/4 po (6 mm) nécessite 3/4 de rotation comme indiqué sur la figure 15-6.
5. Si vous devez débrancher et rebrancher, repérez la position de serrage initiale et utilisez la clé pour débrancher. Lors du remontage, serrez l'écrou à sa position initiale, puis serrez doucement à la clé jusqu'à ce que le couple augmente légèrement.
Conduction de chaleur par la vapeur
Traçage thermique et isolation thermique
Le traçage thermique consiste à utiliser des caloducs à vapeur et des caloducs électriques pour chauffer la canalisation d'échantillon afin de compenser les pertes de chaleur lors du transport et de maintenir la température de l'échantillon dans une plage définie. L'isolation thermique désigne les traitements appliqués à la surface extérieure de la canalisation d'échantillon afin de réduire la dissipation de chaleur vers l'environnement ou d'absorber la chaleur ambiante pendant le transport. On peut également la définir comme l'ensemble des mesures d'isolation mises en œuvre pour garantir que les échantillons ne soient pas affectés par la température ambiante durant le transport.
La ligne de transport d'échantillons nécessite souvent un système de chauffage ou d'isolation thermique afin de préserver l'état de phase et la composition de l'échantillon des variations de température. Les conditions météorologiques constituent une source importante de variations de température lors du transport d'échantillons. La Chine, située dans la zone de mousson continentale, connaît fréquemment des écarts de température supérieurs à 60 °C entre l'hiver et l'été. De plus, l'effet du rayonnement solaire direct doit être pris en compte, la température de surface de la canalisation pouvant atteindre 80 à 90 °C sous l'effet du soleil en été. Par conséquent, l'influence de la température ambiante sur l'état de phase et la composition de l'échantillon doit être prise en compte lors de la conception du système de transport.
L'échantillon gazeux contient des composants facilement condensables et doit être maintenu à une température supérieure à son point de rosée. L'échantillon liquide contient des composants facilement vaporisables et doit être isolé thermiquement, soit en dessous de sa température d'évaporation, soit sous une pression supérieure à sa pression de vapeur. Les échantillons destinés à l'analyse de traces (notamment d'eau et d'oxygène) doivent être transportés à chaud, car l'adsorption sur les parois du tube augmente lorsque la température diminue, tandis que la désorption diminue. Les échantillons facilement condensables et cristallisables nécessitent également un transfert de chaleur. En résumé, en fonction des conditions et de la composition de l'échantillon, et compte tenu des variations de température ambiante, il convient de choisir la méthode d'isolation appropriée et de déterminer la température d'isolation.
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.
