Измерение процесса происходит в реальном времени, но реакция анализатора не может быть в реальном времени. Всегда существует задержка от порта отбора проб до анализатора. К сожалению, эту задержку часто недооценивают или неправильно понимают.

В системе отбора проб для анализа задержка определяется как время, необходимое для доставки новой пробы в анализатор.

В чем причина задержки времени? Как сократить задержку?
Задержка в системе отбора проб является частой причиной неверных результатов в технологическом анализаторе. Измерение процесса происходит в реальном времени, а реакция анализатора — нет. Всегда существует задержка от порта отбора проб до анализатора. Как показано на рисунке ниже, могут возникнуть задержки в следующих частях системы аналитических приборов (ИИ): технологических трубопроводах, портах для отбора проб и зондах, полевых станциях, конвейерных трубопроводах, системах регулировки проб, системах переключения потока и анализаторах.

Важно понимать, что задержка суммируется. Временная задержка включает в себя общее время, необходимое жидкости для перемещения от технологического трубопровода к анализатору, включая время, необходимое для окончательного анализа. Например, если газовому хроматографу требуется пять минут для анализа пробы, то к этим пяти минутам необходимо прибавить задержку системы регулировки пробы и системы переключения потока, а также задержку транспортирующего трубопровода, на- станция на объекте, порт отбора проб и зонд. Затем, на основе вышеуказанного времени, необходимо также добавить время, необходимое для перемещения от технологического устройства, где контролируется жидкость, до порта отбора проб. Это общее время, необходимое от контролируемого технологического устройства до расчетного анализатора.

К сожалению, эту задержку часто недооценивают, не принимают во внимание или понимают неправильно. Во многих случаях эксперты и технические специалисты по анализаторам часто упускают из виду эту задержку и сосредотачиваются на том, как сделать пробу подходящей для анализатора. Эксперты по анализаторам могут предположить, что измерения анализа проводятся в реальном времени. Однако системы отбора проб часто не соответствуют отраслевым стандартам по времени отклика в одну минуту, что создает широкие возможности для задержек. Даже при длительном цикле задержку следует минимизировать, насколько это возможно. Однако задержки, выходящие за рамки отраслевых стандартов, не обязательно могут привести к проблемам. Инженер-технолог должен определить приемлемую задержку, исходя из динамики процесса.

Когда задержка превышает ожидаемое время разработчика системы, это становится проблемой. Неточная оценка временной задержки или неправильные предположения могут привести к ухудшению управления процессом. Понимание причин задержки и умение рассчитывать или оценивать задержку в разумных пределах ошибок могут уменьшить задержку и улучшить общую отзывчивость системы.

Разумно расположите технологические конвейеры, порты отбора проб, быстродействующие схемы и конвейеры транспортировки для достижения эффективной реализации.

Чтобы уменьшить задержку, порт отбора проб обычно следует размещать рядом с анализатором, хотя это не всегда осуществимо. Отверстие для отбора проб должно быть расположено выше источников задержки, таких как бочки, резервуары, мертвые углы, застойные трубопроводы, избыточное оборудование и устаревшее оборудование (такое оборудование должно быть снято с производства для улучшения текучести). В некоторых случаях из-за ранее упомянутых факторов невозможно указать расположение порта отбора проб рядом с технологическим анализатором. Если расстояние между отверстием для отбора проб и анализатором большое, рекомендуется использовать быстрый контур, чтобы повысить скорость подачи жидкости в анализатор. При правильном проектировании скорость потока в быстром контуре будет намного выше, чем скорость потока через трубопровод анализатора.

Для отбора проб газа можно использовать рабочие станции на месте для снижения давления в транспортирующем трубопроводе или быстродействующем контуре. При одном и том же расходе задержка в транспортирующем трубопроводе уменьшается пропорционально уменьшению абсолютного давления. При уменьшении давления вдвое задержка также уменьшается вдвое. Рабочее место на объекте должно располагаться как можно ближе к порту отбора проб. Чем раньше наступит время снижения артериального давления, тем лучше.

Для жидких проб не рекомендуется использовать регулируемые рабочие станции, устанавливаемые на месте. Жидкость следует держать под высоким давлением, чтобы избежать образования пузырьков. Если перед анализом жидкую пробу необходимо преобразовать в газ, на рабочей станции на месте можно использовать клапан регулирования давления испарения. Однако это приведет к значительной задержке. Когда жидкость превращается в газ, ее объем резко увеличивается. Скорость расширения зависит от молекулярной массы жидкости.

Как правило, измеренная скорость потока пара после клапана регулирования давления будет более чем в 300 раз превышать скорость потока жидкости перед клапаном регулирования давления испарения. Например, когда скорость потока пара составляет 500 см3/мин, скорость потока жидкости может быть ниже 2 см3/мин. Следовательно, жидкости требуется 25 минут, чтобы пройти через рукав длиной 10 футов и четверть дюйма. Для того, чтобы сократить этот период времени, необходимо уменьшить объем рукава перед клапаном регулирования давления. Например, при использовании рукава длиной всего одну восьмую дюйма жидкость может достичь клапана регулирования давления всего за 30 секунд. Однако это время должно также включать задержку внутри зонда. Чем тоньше зонд, тем быстрее отклик.

Другой способ добиться более быстрого отклика — установить клапан регулирования давления испарения как можно ближе к анализатору. Установите клапан регулирования давления после фильтра быстрого контура и используйте другой жидкостный контур для обеспечения положительного потока перед испарением клапана регулирования давления. Целью этой конструкции является максимально возможное сведение к минимуму количества жидкости, медленно попадающей в клапан регулирования давления.

Переключение потока пробы

Чтобы максимально избежать задержек, компонент переключения потока пробы должен работать быстро и быстро промывать старые пробы, одновременно подавая новый поток в анализатор. В конструкции клапанов с двойным запором и двойным выпуском (DBB) в настоящее время используются традиционные компоненты или небольшая модульная конструкция, которая может обеспечить переключение потока пробы с небольшими мертвыми углами и отсутствие загрязнения поперечного потока, вызванного утечкой клапана.


Традиционный DBB имеет серийную конструкцию DBB, как показано на следующем рисунке. Серия DBB устраняет мертвые углы за счет использования второго запорного клапана вместо Т-образного соединителя.

При использовании конструкции серии DBB необходимо учитывать проблемы с трактом потока, поскольку такая конструкция может привести к падению давления и снижению скорости потока. Падение давления можно оценить, сверившись с Cv (индексом гидравлического сопротивления) продукта. Чем ниже Cv, тем больше падение давления, что приводит к уменьшению расхода.

В каскадной конструкции DBB основной поток пробы (поток пробы 1) не вызывает чрезмерного падения давления, но поток пробы 2, поток пробы 3 и т. д. приведет к увеличению перепада давления и удлинению каналов потока, тем самым постепенно увеличивая время прохождения. к розетке. В результате время прибытия для разных потоков разное, что затрудняет установку одинакового времени промывки для всех потоков.

Конструкция DBB с использованием встроенного контура потока (как показано на рисунке ниже) обладает всеми преимуществами конструкции серии DBB, обеспечивая при этом небольшой и всегда стабильный перепад давления во всех потоках проб. Cv всех потоков и время прибытия всех потоков, которые получают от него выгоду, одинаковы. Обратите внимание, что падение напряжения, создаваемое компонентом с Cv 0,3, составляет одну треть от падения напряжения компонента с Cv 0,1.

Система регулировки пробы

Система регулировки пробы фильтрует пробу, чтобы убедиться, что она находится в правильной фазе, и регулирует ее давление, скорость потока и температуру для подготовки пробы к анализу. Для достижения этих целей при меньших пространственных ограничениях в этой системе используется множество относительно небольших компонентов, включая манометры, клапаны регулирования давления, расходомеры переменного сечения, регуляторы расхода, односторонние клапаны, регулирующие клапаны, шаровые краны и т. д. Обычно небольшие модульные компоненты также можно применять для компактных решений в узких пространствах. Компоненты верхнего монтажа изготовлены в соответствии с новой программой отбора проб/датчиков (NeSSI) и соответствуют стандарту ANSI/ISA 76.00.02. Как и в случае с клапанами переключения потока, внутренний объем не так важен, как перепад давления. При выборе компонентов следует сравнивать Cv, предоставленный производителем.


Фильтры, резервуары для разделения пара и жидкости, коалесцирующие фильтры и другие компоненты, используемые в системе регулировки пробы, могут смешивать поступающую новую пробу со старой пробой, что приводит к значительным задержкам. Уменьшите задержку, промыв фильтр начисто или вынув его из резервуара, чтобы удалить 95 % старой пробы. К сожалению, для промывки требуется в три раза больший объем компонента. Предполагается, что вход и выход расположены рядом, как показано на следующем рисунке.

Пожалуйста, рассмотрите фильтр с конструкцией входного и выходного отверстия, как показано на рисунке. Если скорость потока 100 см3/мин и объем фильтра 100 см3, то для того, чтобы смыть 95% старой пробы, потребуется три минуты. Поэтому, чтобы обеспечить точность выборки, при расчете задержки этой системы ИИ необходимо добавить еще три минуты. Эти формулы расчета также применимы к объему смеси в технологическом трубопроводе.

анализатор
. Обычно газовому хроматографу анализ образца занимает от 5 до 10 минут. Скорость инфракрасных и ультрафиолетовых анализаторов намного выше, а анализ можно выполнить за секунды. Эксперты, техники и инженеры по анализаторам должны понимать, сколько времени требуется анализатору для обработки проб. Этот период времени необходимо добавить к расчетной общей задержке от порта отбора проб до упомянутого выше анализатора.

Общая задержка, рассчитанная с помощью этого инструмента, должна иметь расчетное значение в пределах разумного диапазона ошибок. Помните, что важно сложить все компоненты, составляющие эту задержку, к общему времени, необходимому от контролируемого процесса до анализатора.

Как использовать клапан регулирования давления для управления задержкой времени?

Клапан регулирования давления может контролировать давление, а давление в системе анализа тесно связано со временем. В газовой системе с регулируемым потоком чем ниже давление, тем короче задержка.

Любая основная часть системы аналитических приборов может испытывать задержки, включая технологические трубопроводы, порты для отбора проб и зонды, рабочие станции на месте, конвейеры транспортировки, системы регулировки проб, системы переключения потока проб и анализаторы. На следующем рисунке показан пример типичной системы отбора проб технологического анализатора.

Задержка суммируется. Задержка включает в себя общее время, необходимое жидкости для перемещения от контролируемого процесса к анализатору. Теперь мы сосредоточимся на важной роли, которую рабочие станции и клапаны регулирования давления играют в сокращении задержек.

Чтобы максимально минимизировать задержку, следует учитывать положение порта отбора проб. Отверстие для отбора проб должно быть расположено как можно ближе к технологическому анализатору, а также должно быть расположено перед источниками задержки технологического процесса, такими как бочки, резервуары, мертвые углы, застойные трубопроводы или резервное или устаревшее оборудование.

При отборе проб жидкостей давление в отверстии для отбора проб должно быть достаточным, чтобы проба могла течь через напорный трубопровод или быстрый контур без использования насоса. Насос — это не только дорогостоящий компонент, но и вносящий дополнительные изменения в производительность.

Во многих случаях вы не сможете указать расположение порта отбора проб. Возможно, вам придется использовать исходное расположение порта отбора проб, и часто можно использовать только место установки исходного анализатора. Когда расстояние между портом отбора проб и анализатором велико, рекомендуется использовать быстрый контур, чтобы ускорить скорость подачи жидкости в анализатор и вернуть неиспользованную часть в процесс.

Еще одним источником задержки, который существует в большинстве систем аналитических приборов, является зонд. Чем больше объем зонда, тем серьезнее задержка. Длина и ширина зонда влияют на объем. Если вы хотите максимально минимизировать задержку, выберите зонд с малым объемом.

На рабочей станции на объекте

Если в анализаторе процесса требуются пробы жидкости, клапаны регулирования давления на рабочей станции на объекте не используются. Лучше всего поддерживать жидкость под высоким давлением, чтобы избежать образования пузырьков. Для отбора проб газа можно использовать рабочие станции на месте для снижения давления в транспортирующем трубопроводе или быстродействующем контуре.

Уменьшение задержки прямо пропорционально уменьшению абсолютного давления. Когда давление уменьшится вдвое, задержка сократится вдвое. Рабочее место на объекте должно располагаться как можно ближе к порту отбора проб. Чем раньше наступит время снижения артериального давления, тем лучше. Давайте рассмотрим три возможных применения клапана регулирования давления, которые могут быть применимы на рабочих станциях на месте. Конфигурация клапанов регулирования давления незначительно различается в зависимости от применения.

Сделайте правильный выбор клапана регулирования давления, чтобы уменьшить задержку.

Клапан регулирования давления является важным инструментом для решения проблемы задержки в аналитических системах. Чем ниже давление в газовой системе, тем быстрее время срабатывания. Вообще говоря, чем раньше снизится давление в газовой системе, тем лучше. В случае испарения жидкости рассмотрите возможность использования контура быстрой циркуляции жидкости для поддержания потока жидкости перед клапаном регулирования давления испарения. Рабочие станции на месте — это одно из мест в сложных аналитических системах, которые могут значительно снизить задержку, но методы измерения задержки всегда должны быть комплексными. Чтобы уменьшить латентность, необходимо тщательно изучить все возможные причины задержек в системе.