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Wie Sie Leistungsdefizite in Ihren Fluid- und Probenahmesystemen lösen

Wie Sie Leistungsdefizite in Ihren Fluid- und Probenahmesystemen lösen

10. März 2020 | Phil Mathews, Director of Technical Services, Swagelok Los Angeles

Mit industriellen Fluid- und Probenahmesystemen werden sechs Hauptziele verfolgt, drei davon sind analytischer und drei betrieblicher Natur. Bei den analytischen Zielen geht es in erster Linie darum, dass die Probe mit dem Analysegerät kompatibel ist, relativ aktuell ist (sodass je nach Ergebnis Gegenmaßnahmen ergriffen werden können) und eine repräsentative Aussage zu den Prozessbedingungen liefert. In betrieblicher Hinsicht bestehen die Ziele darin, ein zuverlässiges, kosteneffizientes und sicheres Fluidsystem zu gewährleisten. Um das Beste aus Ihren Systemen herauszuholen, müssen Sie sowohl die Auslegung des Gesamtsystems als auch eine Reihe von scheinbar unwichtigen Faktoren genau unter die Lupe nehmen.

Was genau sind diese scheinbar unwichtigen Faktoren? Industrielle Anlagen umfassen unzählige Bauteile, darunter Rohrleitungen und -verschraubungen, Ventile, Messgeräte und vieles mehr. All diese Bauteile stellen potenzielle Fehlerstellen dar – und wenn Sie sich für das falsche Bauteil entscheiden, müssen Sie ggf. Einschnitte in der betrieblichen Effizienz oder der Produktqualität hinnehmen oder gefährden sogar die Sicherheit Ihrer Mitarbeiter. Selbst wenn Sie sich überall für die richtigen Bauteile entschieden haben, kommen im praktischen Betrieb eine Reihe weiterer Faktoren zum Tragen, die die Probengenauigkeit sowie die Endproduktqualität maßgeblich beeinflussen.

Vor diesem Hintergrund stellen wir Ihnen im Folgenden einige wichtige Faktoren vor, die für die Leistungsfähigkeit Ihres Fluid- oder Probenahmesystems maßgeblich sind:

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Bei der Probenahme kommt es auf die richtigen Materialien an. Bei der Probenahme muss das Prozessmedium mit dem Analysegerät kompatibel sein, zeitnah entnommen werden (um ggf. Gegenmaßnahmen einleiten zu können) sowie eine repräsentative Aussage über den Systemzustand ermöglichen. Mit modernen Prozessanalysegeräten kann beispielsweise sichergestellt werden, dass das Produkt exakt den Spezifikationen entspricht. Allerdings sind die Ergebnisse eines Analysegeräts immer nur so gut wie die analysierte Probe selbst – und die Probenqualität hängt stark vom eingesetzten Probenaufbereitungssystem ab.

Auf dem Weg aus der Prozessleitung hin zum Analysegerät kommen viele Faktoren ins Spiel, die Qualität, Genauigkeit und Brauchbarkeit einer Probe negativ beeinflussen können. Nicht alle dieser Faktoren stellen unbedingt ein potenzielles Sicherheitsrisiko dar; sie können allerdings zu unnötigen Stillständen oder auch Situationen führen, in denen die Proben aus ungeklärter Ursache nicht den Spezifikationen bzw. den bekannten Prozessänderungen entsprechen.

Eines der gängigsten Probleme in diesem Zusammenhang ist beispielsweise die Inkompatibilität oder die Eignung von Schläuchen für einen bestimmten Anwendungsfall. So können Prozessgase mit sehr kleinen Molekülen – z. B. Helium, Wasserstoff oder auch Kohlenstoffdioxid – Schläuche aus Fluorpolymeren durchdringen. Ein Messfehler kann demnach einfach nur damit zusammenhängen, dass ein Teflon®-Schlauch in einer Anwendung eingesetzt wird, für die dieser eigentlich nicht geeignet ist. Das Ergebnis sind Proben, die nicht repräsentativ sind. Das Phänomen der Adsorption stellt Probenahmesysteme vor ähnliche Probleme – das Prozessmedium haftet an der Innenwand der Rohrleitung oder des Schlauchs und führt dadurch zu Messproblemen, da die Probe nicht mehr aussagekräftig ist.

Diese Faktoren können zu erheblichen und oft unnötigen Diagnose- und Fehlerbehebungsmaßnahmen führen, bis letztendlich eine repräsentative Probe sichergestellt ist – und das, obwohl das Prozessmedium eigentlich genau den Spezifikationen entspricht. Aus diesem Grund sollten Sie sicherstellen, dass die in Ihrem Probenahmesystem eingesetzten Schläuche vollständig mit allen Prozessmedien kompatibel und für die betreffende Anwendung geeignet sind.

Vermeiden Sie Komplexität – mit den richtigen Bauteilen. In vielen Fluidsystemen müssen bestimmte Druck- und Temperaturbedingungen eingehalten werden, damit das Produkt spezifikationsgerecht ist und keine Phasenänderungen durchläuft. Beim Transport des Fluids durch das System kommt es allerdings nahezu unweigerlich zu Druck- und Wärmeverlusten. Für Anwender bedeutet dies wiederum, dass sie mit geeigneten Maßnahmen den Druck stets auf einem angemessenen Niveau halten müssen.

Obwohl sich Druckverluste nicht immer vollständig vermeiden lassen, können sie mit geeigneten Best Practices doch zumindest weitestgehend minimiert werden. Die Dimensionierung der Rohrleitungen und die Ventilauswahl sind beispielsweise von wesentlicher Bedeutung, um den erforderlichen Druck aufrechtzuerhalten und das System gleichzeitig nicht unnötig komplexer zu machen. Bei einem eher schlecht ausgelegten System ist es nichts Ungewöhnliches, dass sich die Komplexität im Rahmen von Wartungsarbeiten unnötigerweise erhöht – beispielsweise da zusätzliche Maßnahmen wie die Installation einer Pumpe ergriffen werden, um den gewünschten Druck aufrechtzuerhalten.

Aber warum eine Pumpe installieren, wenn diese eigentlich gar nicht erforderlich ist? Eine zusätzliche Druckpumpe macht das Fluidsystem unnötig komplex – denn Sie führen damit eine weitere Komponente in Ihr Fluidsystem ein, die unter anderem mit Strom versorgt, regelmäßig gewartet und bei einem Ausfall ersetzt werden muss. Nehmen Sie sich im Vorfeld Zeit, um Ihr System richtig auszulegen und das richtige Ventil auszuwählen - und zu bestellen, falls Sie dieses nicht auf Lager haben- bevor Sie einen Austausch vornehmen; so steigern Sie sowohl die Leistung als auch die Effizienz Ihres Fluidsystems insgesamt.

Die richtigen Druck- und Temperaturbedingungen.Neben dem Druck spielt auch die Temperatur eine wichtige Rolle bei Phasenänderungen. Die Temperatur des Prozessfluids wird durch eine Reihe unterschiedlicher Faktoren in Ihren Fluid- und Probenaufbereitungssystemen beeinflusst. In einigen Fällen müssen Ihre Mitarbeiter auch mit besonderer Sorgfalt vorgehen, um im gesamten System die richtigen Temperaturbedingungen zu gewährleisten.

Wenn Sie beispielsweise eine Probe aus einer Prozessgasleitung entnehmen. Sofern keine geeigneten Gegenmaßnahmen getroffen werden, kann es bei heißen Gasen passieren, dass die Temperatur rapide absinkt und die Gase in kurzer Zeit kondensieren. Wenn Druck- und Temperaturbedingungen von der Probenahmestelle durch das gesamte Fluidsystem bis hin zum Analysegerät nicht korrekt gehandhabt werden, erhalten Sie keine repräsentative Probe. Selbst vermeintliche Kleinigkeiten spielen dabei eine wichtige Rolle – beispielsweise kann es bei einem kurzen nicht isolierten Rohrleitungsabschnitt oder einem Schlauch ohne ausreichende Beheizung schnell passieren, dass die Gastemperatur abfällt. Die Probe liegt infolgedessen in einer Mischphase vor und ist folglich weder repräsentativ noch brauchbar.

Um das Problem der Kondensation anzugehen, setzen manche Techniker auf Koaleszenzfilter oder Abscheidebehälter, um Flüssigkeiten aus dem Prozess zu entfernen. Dies ist aber nicht immer die beste Lösung und kann darüber hinaus die Qualität der Probe beeinträchtigen. Stattdessen sollte Kondensation durch eine durchgehende Isolierung bzw. Beheizung aller Rohrleitungen und Schläuche von vornherein ausgeschlossen werden.

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