Lấy mẫu và chuyển mẫu

Hệ thống xử lý mẫu là cần thiết khi các phần tử cảm biến của máy phân tích trực tuyến không được lắp đặt trực tiếp trong đường ống hoặc thiết bị của quy trình. Hệ thống xử lý mẫu là một hệ thống kết nối nguồn chất lỏng và điểm xả của một hoặc nhiều thiết bị phân tích trực tuyến. Chức năng của nó là đảm bảo thiết bị phân tích có thể thu được mẫu đại diện trong thời gian ngắn nhất. Trạng thái của mẫu (nhiệt độ, áp suất, lưu lượng và độ sạch) phải phù hợp với điều kiện hoạt động của thiết bị phân tích.

Hệ thống xử lý mẫu có thể thực hiện các chức năng cơ bản sau: lấy mẫu, vận chuyển mẫu, xử lý mẫu, xả mẫu. Các chức năng cơ bản này cũng là các thành phần chính của hệ thống mẫu và là quy trình cơ bản của mẫu trong hệ thống.

Hiệu quả sử dụng của thiết bị phân tích trực tuyến thường không nằm ở bản thân máy phân tích, mà phụ thuộc vào tính đầy đủ và độ tin cậy của hệ thống xử lý mẫu. Bởi vì máy phân tích phức tạp và đòi hỏi độ chính xác cao, độ chính xác của phân tích bị giới hạn bởi tính đại diện của mẫu, hiệu suất thời gian thực và trạng thái vật lý. Trên thực tế, các vấn đề về hệ thống xử lý mẫu thường nghiêm trọng hơn cả vấn đề phân tích, và việc bảo trì hệ thống xử lý mẫu thường tốn kém hơn cả việc bảo trì máy phân tích. Do đó, chúng ta cần coi trọng vai trò của hệ thống xử lý mẫu, ít nhất cũng cần đặt nó ở vị trí tương đương với máy phân tích để xem xét.

Các yêu cầu cơ bản của hệ thống xử lý mẫu có thể được tóm tắt như sau:

1. Mẫu thu được từ máy phân tích phù hợp với thành phần và hàm lượng của chất lỏng nguồn trong đường ống hoặc thiết bị.

2. Lấy mẫu với số lượng tối thiểu

3. Dễ vận hành và bảo trì

4. Công việc lâu dài và ổn định

5. Cấu trúc hệ thống càng đơn giản càng tốt.

6. Mạch tốc độ cao giúp giảm độ trễ truyền mẫu

Lấy mẫu và đầu dò lấy mẫu

Lựa chọn điểm lấy mẫu

Cần tuân thủ các nguyên tắc sau khi lựa chọn vị trí điểm lấy mẫu của máy phân tích trên dây chuyền sản xuất. Vị trí tối ưu có thể là sự cân bằng và thỏa hiệp giữa một số yếu tố ở mỗi điểm:

1. Các điểm lấy mẫu nên được đặt tại những vị trí nhạy cảm, có thể phản ánh sự thay đổi về tính chất và thành phần của chất lỏng trong quá trình.

2. Điểm lấy mẫu nên được đặt ở vị trí thích hợp nhất cho việc kiểm soát quy trình để tránh sự chậm trễ không cần thiết trong quá trình.

3. Điểm lấy mẫu nên nằm ở vị trí mà sự chênh lệch áp suất trong quá trình tạo thành một vòng tuần hoàn nhanh.

4. Điểm lấy mẫu nên được chọn ở vị trí có nhiệt độ, áp suất, độ sạch, độ khô và các điều kiện khác càng gần với vị trí yêu cầu của máy phân tích càng tốt, nhằm giảm thiểu số lượng các thành phần xử lý mẫu.

5. Vị trí điểm lấy mẫu phải dễ dàng tiếp cận từ thang cuốn hoặc bệ cố định.

6. Các điểm lấy mẫu của máy phân tích trực tuyến phải được thiết lập riêng biệt với các điểm lấy mẫu của phân tích trong phòng thí nghiệm.

Người ta thường tin rằng việc lấy mẫu từ các vị trí có dòng chảy rối, nơi xảy ra sự trộn lẫn tốt trong hầu hết các đường ống dẫn khí và chất lỏng, đảm bảo mẫu lấy được thực sự mang tính đại diện. Bởi vì hỗn hợp khí hoặc chất lỏng không dễ dàng được trộn đều hoàn toàn trừ khi có dòng chảy rối. Điểm lấy mẫu có thể được chọn ở vị trí phía hạ lưu của khúc cua cuối cùng ngay sau một hoặc nhiều khúc cua 90 độ, hoặc ở vị trí tương đối yên tĩnh phía hạ lưu của bộ phận điều tiết (không nên đặt quá gần bộ phận điều tiết).

Hãy tránh những điều sau đây càng nhiều càng tốt:

1. Không nên lấy mẫu ở phía hạ lưu của một đường ống khá dài và thẳng, vì dòng chảy của chất lỏng tại vị trí này có xu hướng chảy tầng, và sự chênh lệch nồng độ trên mặt cắt ngang của đường ống dẫn đến thành phần mẫu không đại diện cho toàn bộ quá trình.

2. Tránh lấy mẫu tại những vị trí có thể bị ô nhiễm hoặc những khu vực kín có thể chứa khí, hơi, hydrocarbon lỏng, nước, bụi và chất bẩn.

3. Không khoan trực tiếp vào thành ống. Nếu lấy mẫu trực tiếp trên thành ống, không thể đảm bảo tính đại diện của mẫu, dù chất lỏng ở trạng thái chảy tầng hay chảy rối, ngay cả ở trạng thái chảy rối, cũng khó đảm bảo tính đại diện; Thứ hai, do sự hấp thụ hoặc hấp phụ của thành trong đường ống sẽ gây ra hiệu ứng nhớ, khi nồng độ thực tế của chất lỏng giảm, hiện tượng giải hấp sẽ xảy ra, thành phần của mẫu thay đổi, đặc biệt đối với việc phân tích các thành phần vết (như nước vết, oxy, carbon monoxide, axetylen, v.v.), ảnh hưởng này đặc biệt đáng kể. Do đó, mẫu nên được lấy ra bằng đầu dò lấy mẫu kiểu cắm.

Lựa chọn loại đầu dò lấy mẫu

1. Đối với các mẫu khí có hàm lượng bụi nhỏ hơn 10mg/m3 và các mẫu chất lỏng sạch, có thể sử dụng đầu dò thẳng (kiểu hở) để lấy mẫu. Đầu dò lấy mẫu thẳng thường là đầu dò dạng thanh có góc 45° so với mặt phẳng, miệng đầu dò được lắp đặt theo hướng dòng chảy của chất lỏng, và các hạt xung quanh đầu dò được tách ra khỏi chất lỏng bằng nguyên lý tách quán tính, nhưng các hạt có kích thước nhỏ hơn thì không thể tách được. Hầu hết các đầu dò lấy mẫu được sử dụng trong phân tích trực tuyến đều là loại đầu dò này.

2. Khi mẫu chất lỏng chứa một lượng nhỏ các chất rắn lơ lửng, chất nhớt, polyme và tinh thể, rất dễ gây tắc nghẽn, và có thể lấy mẫu bằng đầu dò cắm mà không cần dừng áp suất. Đầu dò cũng có thể được sử dụng cho các mẫu khí chứa một lượng nhỏ các chất dễ bị tắc nghẽn (chất ngưng tụ, chất nhớt).

Đầu dò lấy mẫu như thể hiện trong hình 15-1 là một đầu dò lấy mẫu hoạt động liên tục, được lắp đặt và tháo rời bằng áp suất, còn được gọi là đầu dò lấy mẫu kiểu tháo rời, có thể lấy ống lấy mẫu ra khỏi ống chứa áp suất để làm sạch mà không cần dừng quá trình. Phát minh này bao gồm một khớp nối kín và một van cổng (hoặc van bi) được bố trí trên đầu dò thẳng.

Hình 15 - 1 Cấu trúc đầu dò lấy mẫu kiểu đầu dò có thể tháo rời

Cấu trúc của khớp nối làm kín được thể hiện trong Hình 15-2. Cấu trúc này có thể được chia thành hai phần, một là phần kẹp và cố định ống lấy mẫu, sử dụng cấu trúc kẹp và ép; phần thứ hai là phần kết nối với mặt bích của van cổng, sử dụng kiểu kết nối ren và thực hiện việc làm kín giữa hai phần bằng phần tử làm kín. Cần chú ý căn chỉnh hướng rãnh của ống lấy mẫu với hướng mũi tên (hướng dòng chảy của chất lỏng) trên mặt bích khi lắp đặt. Để thuận tiện cho thao tác cắm vào và đảm bảo an toàn, đầu trước của ống lấy mẫu được hàn với một gờ, để ngăn ống lấy mẫu bị thổi bay do áp suất trong ống trong quá trình kéo ra, do đó gây ra tai nạn mất an toàn; khi gờ đạt đến cuối đĩa mặt bích bịt kín, van cổng có thể được đóng lại, sau đó khớp nối làm kín được xoay để lấy ống lấy mẫu ra.

Đối với các mẫu khí có hàm lượng bụi cao hơn (>10mg/m3), có thể sử dụng đầu dò lọc để lấy mẫu.

Hình 15-2 Cấu trúc của mối nối kín

Đầu dò lấy mẫu kiểu lọc là một loại đầu dò có bộ lọc, phần tử lọc sử dụng kim loại thiêu kết hoặc gốm (<800°C), cacbua silic (>800°C) và corundum Al2O3 (>1000°C) tùy thuộc vào nhiệt độ mẫu. Thiết kế của đầu dò cần xem xét việc sử dụng chất lỏng ăn mòn để đạt được mục đích tự làm sạch.

Bộ lọc gắn trên đầu dò (bên trong ống dẫn) được gọi là đầu dò lọc tích hợp, còn bộ lọc gắn trên đuôi đầu dò (bên ngoài ống dẫn) được gọi là đầu dò lọc tích hợp. Nhược điểm của đầu dò lọc tích hợp là bộ lọc khó tháo ra vệ sinh, chỉ có thể thổi bằng phương pháp thổi ngược, và kích thước lỗ lọc không được quá nhỏ, tránh tình trạng bụi thường xuyên bị tắc nghẽn. Đầu dò này thích hợp cho việc lọc thô sơ bộ mẫu. Đầu dò lọc ngoài thường được sử dụng, và đầu dò có thể dễ dàng tháo bộ lọc để vệ sinh. Khi sử dụng bộ lọc để lấy mẫu khí thải, vì bộ lọc được bố trí bên ngoài ống khói, để ngăn ngừa sự ngưng tụ hơi ẩm trong khí thải nhiệt độ cao làm tắc nghẽn đường dẫn, phần lọc cần sử dụng phương pháp gia nhiệt bằng điện hoặc gia nhiệt bằng hơi nước để giữ nhiệt độ khí thải lấy mẫu trên nhiệt độ điểm sương. Đầu dò này được sử dụng rộng rãi trong việc lấy mẫu khí thải của nồi hơi, lò đốt và lò thiêu.

Không nên sử dụng đầu dò lọc cho mẫu chất lỏng bẩn, vì chất bẩn ướt có lực bám dính mạnh, và khó đạt được mục đích tự làm sạch bằng cách rửa chất lỏng. Thông thường, người ta sử dụng đầu dò thẳng có đường kính lớn hơn để loại bỏ chất lỏng và chất bẩn.

Đối với việc lấy mẫu khí cracking etylen, khí thải tái sinh cracking xúc tác, khí thải thu hồi lưu huỳnh, than hoặc dầu khí nặng, khí thải lò quay xi măng và các điều kiện phức tạp khác, cần phải sử dụng thiết bị lấy mẫu được thiết kế đặc biệt.

Lựa chọn thông số kỹ thuật đầu dò, chiều dài và hướng cắm.

Ống thép không gỉ 316 thường được sử dụng làm đầu dò lấy mẫu. Thể tích của đầu dò cần được giới hạn để giảm kích thước xuống mức tối thiểu.

Thông số kỹ thuật của đầu dò như sau:

Ống đường kính ngoài 6mm hoặc 1/4" - dùng cho mẫu khí.

Ống đường kính ngoài 10mm hoặc 3/8" - dùng cho mẫu chất lỏng.

Ống đường kính ngoài 3mm hoặc 1/8" - Dùng để lấy mẫu chất lỏng trong quá trình khí hóa và vận chuyển.

Ống đường kính ngoài 12mm hoặc 1/2" - Dùng cho các vòng tuần hoàn nhanh, lấy mẫu khí có hàm lượng bụi cao và mẫu chất lỏng được gọi là "bẩn".

Chiều dài của đầu dò chủ yếu được xác định bởi chiều dài phần đưa vào. Để đảm bảo tính đại diện của mẫu, người ta thường xem xét chiều dài phần đưa vào ít nhất là 1/3 đường kính trong của ống. Chiều dài phần đưa vào được EEMVA khuyến nghị cho tiêu chuẩn số 138 là:

Chiều dài tối thiểu: 30mm.

Chiều dài tối đa: (0,56d+10) mm (d là đường kính trong của ống).

Vị trí đưa đầu dò vào ống lấy mẫu: Ống nằm ngang: Đối với lấy mẫu khí, đầu dò nên được đưa vào từ phía trên của ống để tránh chất lỏng hoặc giọt chất lỏng có thể lọt vào; Đối với mẫu chất lỏng, đầu dò nên được đưa vào từ thành bên của ống để tránh hơi và bọt khí có thể tồn tại ở phần trên của ống, và cặn bẩn có thể tồn tại ở đáy ống.

Ống thẳng đứng: Khi chất lỏng được đưa vào từ thành bên của ống, chất lỏng được lấy ra từ đoạn ống chảy từ dưới lên trên, nhằm tránh hiện tượng trộn lẫn khí khi dòng chảy của chất lỏng có sự bất thường.

Những yếu tố cần cân nhắc khi thiết kế và chế tạo đầu dò

Cần lưu ý những vấn đề sau đây.

Việc thăm dò cần được xem xét như sau:

1. Đầu dò lấy mẫu cần được cố định bằng một khớp nối ống ngắn hình chữ T có mặt bích.

2. Vật liệu sử dụng, một phần của cụm khớp nối hình chữ T được xem xét, và van chặn tốt nhất là van cổng hoặc van bi. Khi mẫu là khí áp suất cao, có thể xem xét hệ thống van chặn kép, đây là biện pháp bảo vệ bổ sung với cơ chế cách ly kép.

3. Van dừng lấy mẫu nên được xem là một phần của cụm đầu dò, và van dừng nên là van cổng hoặc van bi. Khi mẫu là khí áp suất cao, có thể xem xét hệ thống van dừng kép, đây là biện pháp bảo vệ bổ sung với cơ chế cách ly kép.

4. Đầu dò lấy mẫu cần có đủ độ bền cơ học để giữ cố định chắc chắn trong chất lỏng cần xử lý. Khi tốc độ dòng chảy nhanh và lực dòng chảy lớn, nếu đầu dò mỏng, có thể sử dụng ống gia cường để bảo vệ đầu dò.

5. Vị trí của đầu dò và hướng dòng chảy của đường ống cần được đánh dấu trên mặt bích.

6. Khi thiết kế đầu dò, cần lưu ý rằng hiện tượng đứt gãy do hiệu ứng cộng hưởng phải được ngăn ngừa.

truyền mẫu

Các yêu cầu cơ bản để truyền mẫu:

1. Thời gian trễ truyền dữ liệu không được vượt quá 60 giây, điều này đòi hỏi khoảng cách giữa máy phân tích và điểm lấy mẫu phải càng ngắn càng tốt, thể tích của hệ thống truyền dẫn phải càng nhỏ càng tốt và tốc độ dòng chảy mẫu phải càng nhanh càng tốt (1,5~35 m/s là phù hợp).

2. Nếu thời gian vượt quá 60 giây sau khi lưu lượng được máy phân tích cho phép, cần sử dụng hệ thống vòng lặp nhanh.

3. Đường truyền tín hiệu tốt nhất nên thẳng đến máy phân tích, chỉ có số lượng khúc uốn và góc gấp tối thiểu.

4. Không có cành khô và thể tích chết

5. Đối với các mẫu khí có chứa chất ngưng tụ, đường dẫn truyền phải giữ độ dốc nhất định hướng xuống, điểm thấp nhất nên gần máy phân tích và được trang bị bể chứa chất ngưng tụ. Độ dốc khi giảm dần là 1:12, và độ nhớt của chất ngưng tụ có thể tăng lên 1:5.

6. Quá trình chuyển pha được ngăn chặn, nghĩa là trong quá trình truyền dẫn, mẫu khí được giữ hoàn toàn ở trạng thái khí và mẫu lỏng được giữ hoàn toàn ở trạng thái lỏng.

7. Đường ống dẫn mẫu cần tránh đi qua khu vực có sự thay đổi nhiệt độ khắc nghiệt, vì điều này sẽ khiến điều kiện mẫu thay đổi ngoài tầm kiểm soát.

8. Hệ thống truyền mẫu không được rò rỉ để tránh làm rò rỉ mẫu hoặc để không khí môi trường xâm nhập.

Mạch nhanh là một đường ống giúp tăng tốc dòng chảy mẫu để rút ngắn thời gian trễ truyền mẫu. Mạch nhanh thường bao gồm hai loại, đó là mạch tuần hoàn nhanh trở lại thiết bị và mạch bỏ qua nhanh dẫn đến chất thải.

Quay lại thiết bị nhanh chóng

Vòng tuần hoàn nhanh của thiết bị trả mẫu được gọi là vòng tuần hoàn nhanh, sử dụng sự chênh lệch áp suất trong đường ống xử lý và kết nối đường ống giữa đoạn trên và đoạn dưới. Mẫu được lấy từ quá trình và trả về hệ thống tuần hoàn của quá trình. Mẫu cần thiết cho máy phân tích được lấy từ vòng tuần hoàn gần một điểm của máy phân tích, xem Hình 15-3.

Các mạch bypass nhanh thường được sử dụng trong các trường hợp sau:

1. Khi việc xả mẫu không gây nguy hại và ô nhiễm môi trường.

2. Khi quá trình thu hồi mẫu không khả thi, ví dụ như khí sau khi giảm áp, hơi sau khi hóa lỏng, v.v.

3. Khi chi phí thu hồi mẫu cao hơn giá trị của mẫu, quá trình trả lại mẫu không hiệu quả về mặt kinh tế.

4. Việc đưa mẫu trở lại quy trình có thể dẫn đến ô nhiễm hoặc suy giảm chất lượng, chẳng hạn như các mẫu hỗn hợp được đo bằng nhiều đường dẫn dòng chảy khác nhau, v.v.

Đường truyền mẫu

Ống và phụ kiện

Các đường ống và phụ kiện được sử dụng cho đường ống dẫn mẫu phải đáp ứng các yêu cầu sau:

Nên ưu tiên sử dụng ống thép không gỉ 316 liền mạch trong đường dẫn mẫu. Ống cần được ủ nhiệt. Ưu điểm là:

Thép không gỉ 316 sẽ không phản ứng với các thành phần trong đường dẫn dòng mẫu và có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời.

Kết quả cho thấy thành trong của ống thép liền mạch nhẵn mịn, độ bám dính trên mẫu rất ít và khả năng chịu áp lực cao.

Ống được nối bằng khớp ép, có khả năng làm kín tốt và thể tích chết nhỏ.

Ống được xử lý ủ nhiệt có độ dẻo cao, thuận tiện cho việc uốn cong và ghép nối bằng lực ép.

Việc kết nối đường ống nên sử dụng phương pháp kết nối ép, nên sử dụng khớp nối ép kiểu ống lồng đôi, vật liệu và thông số kỹ thuật của các phụ kiện đường ống (khớp nối và van) phải giống và phù hợp với đường ống.

Tránh sử dụng ống và phụ kiện phi kim loại trừ khi các đặc tính vật lý và hóa học của chúng mang lại lợi thế rõ rệt và được người sử dụng cho phép.

Các ống và phụ kiện bằng đồng chỉ có thể được sử dụng trong các hệ thống khí nén và gia nhiệt, chứ không phải để truyền mẫu.

Xác định kích thước đường kính ống

Do lưu lượng của hệ thống lấy mẫu rất nhỏ so với quy trình vận chuyển, và do hạn chế về thời gian trễ truyền tải, đường kính ống của giếng lấy mẫu có thể bị giảm. Đường kính ống có thể được xác định dựa trên kinh nghiệm.

Ống đường kính 6 mm hoặc 1/4"OD dùng để lấy mẫu khí.

Mẫu chất lỏng là ống có đường kính ngoài 10mm hoặc 3/8" inch.

Ống tuần hoàn nhanh hoặc ống lấy mẫu bẩn có đường kính ngoài 12mm hoặc 1/2".

Xác định độ dày thành

Khả năng chịu áp suất của ống phụ thuộc vào độ dày thành ống và bị hạn chế bởi nhiệt độ. Các yêu cầu về độ dày thành ống mẫu trong thiết kế kỹ thuật chung là:

∮3×0,7 hoặc 1/8"×0,028

∮6×1.0 hoặc 1/4"×0.035

∮10×1.0 hoặc 3/8"×0.035

∮12×1,5 hoặc 1/2"×0,049

Thiết bị cho các cơ sở giặt rửa

Trong các trường hợp sau đây, các đường ống và bộ phận lấy mẫu cần được trang bị thiết bị rửa:

1. Khi độ nhớt động học của mẫu cao hơn 500 cSt (1 cSt = 1 mm2/s) (ở 38°C)

2. Khả năng đông đặc hoặc kết tinh của mẫu vật

3. Mẫu vật ăn mòn hoặc độc hại

4. Các dịp khác dành cho người dùng

Môi chất dùng để rửa có thể là nitơ hoặc hơi nước, cần được đưa vào từ phía hạ lưu gần điểm lấy mẫu, đặc biệt chú ý đến việc rửa sạch các thành phần độc lập khác của hệ thống (ví dụ: bộ lọc kép song song, v.v.).

Ống và phụ kiện

Sự khác biệt giữa ống và đường ống

Ống và đường ống là hai loại ống có đường kính, phương pháp nối, phương pháp biểu diễn và phạm vi ứng dụng khác nhau.

1. Ống trụ là loại ống có đường kính lớn. Đường kính ống nằm trong khoảng 15~1500mm (1/2~60in). Cũng có những loại ống trụ có đường kính nhỏ hơn hoặc lớn hơn phạm vi này nhưng ít được sử dụng. Ống nhỏ là loại ống có đường kính nhỏ, đường kính nằm trong khoảng 1/8~1/2in (3~12mm).

2. Ống có ba kiểu kết nối: kết nối mặt bích, kết nối ren và kết nối hàn. Trong hầu hết các trường hợp, người ta sử dụng kết nối mặt bích, và kết nối ren chỉ được phép ở áp suất thấp. Tuy nhiên, thành ống rất mỏng, không được phép phủ ren lên thành ống, sau khi xử lý ủ nhiệt, người ta sử dụng phương pháp kết nối kẹp, còn được gọi là kết nối áp lực.

3. Ống thép ký hiệu DN thể hiện thông số đường kính ống thép có đường kính danh nghĩa. Đường kính danh nghĩa không bằng đường kính ngoài hay đường kính trong của ống, mà là một chỉ số kích thước thường được sử dụng cho tất cả các bộ phận (bao gồm ống, mặt bích, van, khớp nối, v.v.) trong hệ thống đường ống. Các ống, mặt bích, van, khớp nối có cùng đường kính danh nghĩa có thể được kết nối với nhau, bất kể các kích thước khác (đường kính ngoài, đường kính trong, độ dày thành ống, v.v.) có giống nhau hay không. Nói một cách đơn giản, đường kính danh nghĩa giúp đơn giản hóa và thống nhất việc kết nối giữa các ống, đó là lý do tại sao ống thép ký hiệu DN được sử dụng để biểu thị đường kính ống.

Ký hiệu "ống" (Tube) biểu thị đường kính trong của ống, có đường kính ngoài (OD), ví dụ như "ống 1/4 inch OD" cho ống có đường kính ngoài là 1/4 inch. Vì ống được nối bằng khớp nối, nên cách nối này liên quan đến đường kính ngoài; các ống có cùng đường kính ngoài và các đoạn ống có thể được nối với nhau bằng khớp nối, đó là lý do tại sao ký hiệu "ống" sử dụng OD để biểu thị đường kính trong của ống.

4. Độ dày thành ống là tiêu chuẩn. Nó thường được biểu thị bằng số thứ tự độ dày thành (viết tắt là Sch.NO. – Schedule Number), Sch.No. còn được gọi là số cấp áp suất, từ Sch.No.5 đến Sch.No.160. Các ống có đường kính hoặc vật liệu khác nhau có dãy độ dày thành tiêu chuẩn riêng. Hoặc, Sch.No. thể hiện độ dày thành thực tế của ống có cùng đường kính hoặc vật liệu.

Độ dày thành ống được biểu thị bằng kích thước độ dày thực tế (tính bằng inch hoặc mm).

5. Ống được sử dụng rộng rãi, cả trong đường ống công nghiệp và đường ống công trình công cộng. Ống chỉ được sử dụng trong đường ống đo lường của hệ thống thiết bị, đường ống tín hiệu khí nén và lấy mẫu của máy phân tích trực tuyến.

Các loại, thông số kỹ thuật và các thông số liên quan của ống thông thường

Có một số loại ống thường được sử dụng: Theo vật liệu, chủ yếu là thép không gỉ 316 và thép không gỉ 304. Theo quy trình tạo hình, có hai loại ống thép liền mạch (cán nóng trước khi kéo nguội) và ống thép hàn (hàn từ các dải thép). Có hai loại ống đo lường trong hệ thống đơn vị đo lường theo đường kính ngoài và độ dày thành ống.

Đường kính ngoài và độ dày thành của các loại ống thường dùng, áp suất làm việc tối đa cho phép và hệ số suy giảm nhiệt độ của chúng được thể hiện trong Bảng 15-1 đến 15-5.

Bảng 15-1 Thông số kỹ thuật và áp suất làm việc tối đa cho phép (bar) của các loại ống làm từ gạo thông dụng (vật liệu 316SS hoặc 6Mo)

Lưu ý: 1. Hệ thống áp suất làm việc ASTM A-269 được đo trong bảng, hệ số an toàn là 4:1 [hệ số an toàn = áp suất giãn nở (vỡ) : áp suất làm việc]

2. Áp suất làm việc trong bảng có hiệu lực trong phạm vi nhiệt độ từ -20 đến +100°C của ống. Nếu nhiệt độ tăng, hệ số suy giảm nhiệt độ cần được nhân lên. Xem bảng 15-2.

Bảng 15-2 Hệ số suy giảm nhiệt độ của đồng hồ đo dạng ống

LƯU Ý: Ví dụ, một ống thép không gỉ 316SS liền mạch có đường kính ngoài 12mm × độ dày thành 1,00mm có áp suất hoạt động là 245bar ở nhiệt độ phòng (xem Bảng 15-1). Nếu hoạt động ở 800°F (427°C) với hệ số suy giảm nhiệt độ là 0,80 (xem bảng 15-2), thì áp suất hoạt động tối đa cho phép ở nhiệt độ đó là 245bar × 0,80 = 196bar.

Bảng 15-3 Thông số kỹ thuật ống thép thông dụng (inch) Áp suất vận hành tối đa cho phép (psi, lbs/in2) (ống thép liền mạch 316 hoặc 304)

Bảng 15-4 Thông số kỹ thuật và áp suất vận hành tối đa cho phép (psi) đối với ống thép tiêu chuẩn inch (ống thép hàn 316 hoặc 304)

LƯU Ý: 1. Dữ liệu trong bảng 15-3 và 15-4 phù hợp với tiêu chuẩn đường ống nhà máy hóa chất và lọc dầu ASME/ANSI B31.3 (phiên bản năm 1987)

2. Các giá trị áp suất hoạt động là các giá trị áp suất ở nhiệt độ môi trường (72°F hoặc 22°C), và hệ số suy giảm nhiệt độ được thể hiện trong Bảng 15-5.

3. Hệ số an toàn áp suất là 4:1

4. Chuyển đổi đơn vị: lin=25,4mm, 1psi=6,89kPa≈0,07bar.

Bảng 15-5 Hệ số suy giảm nhiệt độ của ống inch

Lưu ý: Ví dụ, một ống thép không gỉ 316SS liền mạch có đường kính ngoài 1/2" x độ dày thành 0,049" (khoảng 12,7mm đường kính ngoài x 1,25mm độ dày thành) có áp suất làm việc là 3500psi (khoảng 245bar) ở nhiệt độ phòng. Nếu hoạt động ở nhiệt độ 800°F (427°C), hệ số suy giảm nhiệt độ của nó là 0,80, ở nhiệt độ này áp suất làm việc tối đa cho phép là 3500psi x 0,80 = 2800psi (khoảng 196bar).

Phụ kiện cho ống

Có nhiều loại phụ kiện được sử dụng cho ống dẫn, nhưng có thể tóm tắt như sau.

Khớp nối trung gian (khớp nối ren) được sử dụng để kết nối giữa ống và ống, hoặc khớp nối có cả hai đầu được nối với nhau bằng một ống lồng. Chủ yếu có các loại sau:

Đầu nối trung gian thẳng Union

Khớp nối chữ T ba chiều ở giữa

Đầu nối trung gian bốn chiều Union Cross

Khớp khuỷu tay cong ở giữa

(Khúc uốn 90° và 45°)

Đầu nối xuyên tấm, khớp nối vách ngăn

Phát minh này được sử dụng để kết nối các ống có đường kính khác nhau, thường được gọi là khớp nối đầu lớn và cũng là một khớp nối trung gian.

Đầu nối ống được sử dụng để kết nối các ống dẫn, đồng hồ đo, thiết bị phụ trợ, v.v. Đầu nối được kết nối với ống dẫn bằng một ống kẹp, do đó đầu nối được kết nối với đồng hồ đo, thiết bị phụ trợ, v.v., và là một đầu nối ở đầu cuối của ống dẫn, vì vậy đầu nối được gọi là đầu nối ống. Chỉ có một trong các loại sau:

Đầu nối xuyên suốt

Đầu nối ba chiều Đầu nối chữ T

Đầu nối uốn cong

Đầu nối xuyên tấm, đầu nối vách ngăn

Đầu nối Gage được sử dụng để kết nối giữa ống và đồng hồ đo, đồng thời cũng là một đầu nối cuối. Có hai loại chính: Pass Connect và Pass Connect Te.

Các phụ kiện khác, chẳng hạn như khớp nối ngắn (Adapter), nút bịt ống (Plug), nắp đậy ống (Cap), v.v., có thể không cần thiết hoặc không cần thiết.

Nếu bạn tháo rời bộ phận kết nối, khớp nối được sử dụng bởi ống dẫn có hai chế độ kết nối.

Kết nối ổ cắm

Mối nối kiểu ống lồng được sử dụng để nối khớp nối và ống dẫn, được kết nối và làm kín bằng lực ép của vòng tròn, vì vậy mối nối kiểu ống lồng còn được gọi là mối nối áp lực. Vòng tròn có hai loại (vòng đơn, Single Ferrule) và vòng đôi (vòng đôi, Twin Ferrule).

kết nối ren

Mối nối ren được sử dụng để kết nối các khớp nối, dụng cụ, thiết bị phụ trợ, v.v. Có hai loại ren thông dụng.

1. Ren ống côn: Có hai loại ren NPT (góc răng 60°) và ren BSPT (góc răng 55°). Góc côn của ren côn là 1°47'. Độ côn càng lớn, khả năng biến dạng của nó càng có tác dụng làm kín, vì vậy nó còn được gọi là "ren ống được làm kín bằng ren". Trong thực tế sử dụng, người ta thường thêm chất làm kín, chẳng hạn như băng PTFE, chất làm kín ống composite, v.v., để ngăn ngừa rò rỉ.

2. Ren ống hình trụ. Có ren thẳng (góc 60°) và ren BSPT (góc 55°). Ren ống hình trụ không có độ côn, là loại ren ống thẳng, không có tác dụng làm kín, nên còn được gọi là "ren ống không ren kín". Gioăng (vòng đệm) được sử dụng để làm kín mối nối.

Ngoài ra, ren ở mặt ngoài của khớp nối được gọi là ren dương và được ký hiệu là M (Mel); ren ở mặt trong của khớp nối được gọi là ren âm, được ký hiệu là F (File). Ren vít quay theo chiều kim đồng hồ được gọi là ren phải, ren vít quay ngược chiều kim đồng hồ được gọi là ren trái, kiểu ren trái được ký hiệu là LH, ren phải không được ký hiệu.

Hầu hết các loại ren được sử dụng trong phụ kiện ống là ren côn NPT, một số xi lanh khí nén có ren ngược chiều kim đồng hồ, và trong các trường hợp khác, chúng có ren phải chiều kim đồng hồ.

Do sự đa dạng của các loại phụ kiện đường ống được sử dụng trong hệ thống đường ống, và sự không nhất quán trong phương pháp sản xuất và lựa chọn mẫu mã phụ kiện của các nhà sản xuất, nên sách hướng dẫn này không còn cung cấp thông tin đầy đủ về vấn đề này. Trên thực tế, dựa trên kích thước, loại và phương thức kết nối của phụ kiện, người dùng có thể lựa chọn phụ kiện phù hợp một cách thuận tiện theo mẫu sản phẩm.

khớp nối ống kiểu ống lồng

Khớp nối ống là một loại phụ kiện dùng để nối các ống dẫn (như tên tiếng Anh đã thể hiện). Nó được kết nối và làm kín bằng lực ép của vòng tròn, vì vậy nó còn được gọi là khớp nối ép. Có hai loại khớp nối ống: khớp nối đơn và khớp nối đôi. Hình 15-5 thể hiện cấu trúc và nguyên lý hoạt động của khớp nối ống đôi.

Hình 15.5 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của khớp nối ống bọc thẻ kép

Hai kẹp được đẩy tiến về phía thân khớp nối nhờ lực đẩy tạo ra bởi sự quay theo chiều kim đồng hồ của đai ốc; dưới tác động ép lẫn nhau của lỗ côn trên thân, kẹp trước và kẹp sau, bề mặt hình nón của ống được ép trong hai giờ, và sự kết nối và làm kín được thực hiện nhờ lực ép giữa hai bề mặt hình nón của kẹp trước và kẹp sau với ống.

Cần lưu ý những điểm sau khi kết nối với khớp nối dạng ống:

1. Trước khi kết nối, ống phải tròn, đầu ống không có gờ, bề mặt không có khuyết tật rõ ràng.

2. Lắp ống vào khớp nối và đảm bảo ống trong khung được lắp đúng vị trí, sau đó siết chặt đai ốc bằng tay. Nên kẻ một đường thẳng nối giữa đầu lục giác của đai ốc và thân khớp nối làm điểm chuẩn cho điểm bắt đầu xoay của đai ốc.

3. Không cần thiết phải dùng kẹp để giữ chặt ống vào khớp nối, vì kẹp sẽ để lại vết hoặc xước trên ống, thậm chí làm cho ống bị biến dạng hình elip, dễ gây rò rỉ.

4. Sử dụng cờ lê để siết chặt đai ốc theo chiều kim đồng hồ, khớp nối có kích thước ≥1/4in (6mm) cần xoay 1 1/4 vòng; khớp nối <1/4in (6mm) cần xoay 3/4 vòng như thể hiện trong Hình 15-6.

5. Nếu cần tháo và lắp lại, hãy ghi nhớ vị trí siết chặt ban đầu và dùng cờ lê để tháo khớp nối. Khi lắp ráp lại, siết chặt đai ốc về vị trí ban đầu, sau đó siết nhẹ cờ lê cho đến khi mô-men xoắn tăng nhẹ.

Dẫn nhiệt bằng hơi nước

Hệ thống gia nhiệt và cách nhiệt

Hệ thống gia nhiệt đường ống (heat tracing) đề cập đến việc sử dụng ống dẫn nhiệt bằng hơi nước và ống dẫn nhiệt bằng điện để làm nóng đường ống chứa mẫu nhằm bù đắp lượng nhiệt bị mất trong quá trình vận chuyển, để duy trì nhiệt độ mẫu trong một phạm vi nhất định. Cách nhiệt (thermal insulation) đề cập đến các biện pháp phủ lớp bảo vệ trên bề mặt ngoài của đường ống chứa mẫu nhằm giảm sự thất thoát nhiệt ra môi trường xung quanh hoặc hấp thụ nhiệt từ môi trường xung quanh trong quá trình vận chuyển, cũng có thể nói là các biện pháp cách ly nhằm đảm bảo mẫu không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường xung quanh trong quá trình vận chuyển.

Đường dẫn mẫu thường cần có lớp cách nhiệt hoặc gia nhiệt để đảm bảo trạng thái pha và thành phần của mẫu không bị thay đổi do sự thay đổi nhiệt độ. Một nguồn gây thay đổi nhiệt độ đáng kể trong quá trình dẫn mẫu là sự thay đổi thời tiết; Trung Quốc nằm trong vành đai gió mùa lục địa, sự chênh lệch giữa nhiệt độ cực đoan mùa đông và mùa hè thường lớn hơn 60°C. Ngoài ra, cần phải tính đến hiệu ứng gia nhiệt của bức xạ mặt trời trực tiếp, và nhiệt độ bề mặt của đường ống dẫn mẫu đôi khi có thể đạt đến 80-90°C khi tiếp xúc với ánh nắng mặt trời vào mùa hè. Do đó, ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường đến trạng thái pha và thành phần của mẫu cần được xem xét trong thiết kế đường dẫn mẫu.

Mẫu khí chứa các thành phần dễ ngưng tụ, cần được gia nhiệt để giữ nhiệt độ trên điểm ngưng tụ; mẫu lỏng chứa các thành phần dễ hóa hơi, cần được cách nhiệt và giữ ở nhiệt độ dưới nhiệt độ bay hơi hoặc giữ áp suất trên áp suất hơi. Các mẫu phân tích vết (đặc biệt là vết nước và vết oxy) phải được vận chuyển kèm gia nhiệt, vì hiệu ứng hấp phụ của thành ống tăng lên khi nhiệt độ giảm, trong khi hiệu ứng giải hấp thì ngược lại. Các mẫu dễ ngưng tụ và kết tinh cũng cần được truyền nhiệt kèm theo. Tóm lại, tùy theo điều kiện và thành phần của mẫu, tùy theo sự thay đổi của nhiệt độ môi trường, hãy chọn phương pháp cách nhiệt hợp lý và xác định nhiệt độ cách nhiệt.

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.