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… auch bekannt als Stichprobenahme, Laborprobenahme oder Probenahme an der Anlage umfasst die Entnahme einer Fluidprobe aus einer Rohrleitung, einem Tank oder einem System. Die Probe wird anschließend analysiert, um Informationen zu den Prozessbedingungen abzuleiten, Produkte auf Umweltemissionen gemäß den lokalen Vorschriften zu untersuchen und um zu überprüfen, ob das Produkt den Kundenanforderungen entspricht.
Ein wichtiger Punkt hierbei ist, dass die Probenahme gemäß bewährten Best Practices und mithilfe zuverlässiger Geräte durchgeführt werden muss. Bei falscher Durchführung ist die Probe unter Umständen nicht repräsentativ. Die Analyse der Prozessbedingungen ist in diesem Fall nicht korrekt und die Entscheidungsgrundlage der Bediener wird negativ beeinträchtigt. Dieses Whitepaper gibt einen Überblick über die Best Practices zur Probenahme von sowohl gasförmigen als auch flüssigen Medien. Zudem wird auf die Eigenschaften gut ausgelegter und benutzerfreundlicher Probenahmesysteme eingegangen und erläutert, wie sich eine dauerhaft hohe Probengenauigkeit erzielen lässt.
Kundenspezifisch angepasste Probenahmesysteme ermöglichen eine sichere und effiziente Probenahme und erfüllen gleichzeitig die spezifischen Anforderungen Ihrer Anwendungen. Die Panels sind in vielen unterschiedlichen Konfigurationen und mit erweiterten Funktionen verfügbar.
Eine Einführung in die Probenahme
Das Innenleben eines industriellen Fluidsystems ist nicht einfach mit bloßem Auge erkennbar. Aus diesem Grund setzt man seit vielen Jahren auf die Probenahme, um sich ein genaues Bild über die Prozessbedingungen und das Systemmedium zu machen.
Bei der Probenahme wird eine Probe aus einem Fluidsystem entnommen und diese anschließend im Labor analysiert. An geeigneten Stellen in der Anlage können Probenahmepanels installiert werden, z. B. in der Nähe von Lagercontainern, an langen Transportleitungen, Prozessleitungen, Fackeln und allen anderem Stellen, an denen Sie Fluidproben zur Analyse entnehmen möchten. Während Online-Analysegeräte dank der Echtzeit-Analyse des Prozessmediums zwar immer beliebter werden, bietet die herkömmliche Probenahme dennoch einige Vorteile.
Probenahmesysteme zeichnen sich grundsätzlich durch die folgenden Faktoren aus:
Sie sind wirtschaftlicher als Online-Analysegeräte.
Sie sind einfacher in der Nähe von Prozessrohrleitungen zu installieren.
Sie ermöglichen eine Analyse der entnommenen Proben in zentralen Labors.
Sie unterstützen die Validierung der Ergebnisse von Online-Analysegeräten.
Unter Anwendung von Best Practices schafft die Probenahme eine klare Übersicht über die tatsächlichen Prozessbedingungen und liefert die nötigen Informationen für eventuell erforderliche Anpassungen. Im Folgenden schauen wir uns an, auf welche Faktoren es bei einem erfolgreichen Probenahmesystem in Ihrer Anlage ankommt.
Gegebenheit
Probenahme
Online-Analysegerät
Der verfügbare Platz ist begrenzt.
Das Budget ist begrenzt.
Beim Prozess kommen Gefahrstoffe zum Einsatz und Expositionen sollten vermieden werden.
Das Fluidsystem ist sehr groß und es müssen an mehreren Stellen Proben genommen werden.
Die Reinheit der Proben hat hohe Priorität.
Zeitverzögerungen müssen auf ein Minimum beschränkt sein.
Der Prozess verändert sich sehr langsam.
Die Temperatur der Probe muss konstant gehalten werden.
Die Witterungsverhältnisse vor Ort sind wechselhaft.
Der Prozess weist einen hohen Partikelanteil auf.
Probenahmen und Online-Analysegeräte sind zwei gängige Möglichkeiten zur Überwachung der Prozessbedingungen. Je nach Ihren individuellen Anforderungen bietet eine der beiden Methoden mehr Vorteile als die andere.
Best Practices für die erfolgreiche Probenahme
Idealerweise ist Ihre Probe eine exakte chemische Kopie des Fluids in Ihrem System. Doch da die Probenahme ein manueller Prozess ist, können externe Faktoren dazu führen, dass die Probe die tatsächlichen Prozessbedingungen nicht exakt widerspiegelt.
Das Ziel bei der Probenahme besteht also darin, diese nachteiligen Faktoren weitestgehend zu minimieren. Auch wenn die individuellen Anforderungen Ihres Prozesses und Betriebs nicht außer Acht gelassen werden dürfen, gibt es für die Entnahme repräsentativer Proben einige grundsätzliche Best Practices.
Sonden können auf natürliche Art und Weise dazu beitragen, die Probe für eine genauere Analyse zu filtern.
Für eine genaue Analyse ist es maßgeblich, dass die entnommene Probe die tatsächlichen Prozessbedingungen korrekt widerspiegelt. Um diese Genauigkeit zu erreichen, muss die Probe zunächst ordnungsgemäß aus dem System entnommen werden.
In den meisten Systemen wird die Verwendung einer Sonde als Best Practice angesehen. Hiermit werden Proben aus dem mittleren Drittel der Prozessleitung entnommen. Sonden sind meist aus Metall gefertigt und werden über einen Stutzen am Prozessanschluss eingeführt. Die Sonde reicht ins Prozessmedium hinein und nimmt die Probe kontinuierlich über den Saugrüssel auf.
Wie bereits erwähnt, agiert die Sonde auch als Filter, der Feststoffpartikel, Rohrablagerungen und mitgerissene Flüssigkeitstropfen aus der entnommenen Probe filtert. Je nach Ihren
Betriebsbedingungen und der Menge an Partikeln im Prozessstrom kann diese Funktion aufgrund der langen Lebensdauer des Filters erhebliche finanzielle Vorteile mit sich bringen.
Die Filtereigenschaften der Sonde basieren auf den Bewegungen der Partikel. Die Massenträgheit sorgt dafür, dass Partikel in einem Prozessstrom weiter stromabwärts fließen, statt in den
Saugrüssel der Sonde zu gelangen. Die Trennung ist am effektivsten, wenn die Partikel schwerer als das Prozessmedium sind oder eine höhere Dichte aufweisen. Durch die Probenahme aus der Mitte des Prozessstroms und das
Herausfiltern potenzieller Verunreinigungen lassen sich mit Sonden in der Regel repräsentativere Proben entnehmen als an einem Stutzenanschluss.
Sonden sind jedoch nicht immer ideal für die Probenahme. Wenn Ihr Prozessstrom beispielsweise keine Feststoffe enthält, sind die Filtereigenschaften der Sonde nicht weiter von Nutzen. Wenn das Budget eine Rolle spielt, ist es eventuell sinnvoller, auf den Einsatz von Sonden in Ihrem System zu verzichten. In manchen Anwendungen kann es für die Aussagekraft der Probe auch nachteilig sein, Feststoffe und Flüssigkeiten aus der Probe zu entfernen.
Proben sollten aktuell sein
Für eine erfolgreiche Probenahme muss auch nachvollziehbar sein, wann die Probe entnommen wurde. Von der Entnahme der Probe bis zur Überführung in den Probenbehälter sollte so wenig Zeit wie möglich vergehen, um den Einfluss externer Faktoren auf ein Minimum zu reduzieren. Um diese Zeit zu verkürzen, kann erneut eine Sonde von Vorteil sein. Durch die Probenahme aus der Mitte des Prozessleitung – also an der Stelle mit der höchsten Fließgeschwindigkeit –
können Sie mit einer Sonde kürzere Reaktionszeiten erzielen. Ebenfalls wichtig sind qualitativ hochwertige Probebehälter, die den Zustand Ihrer Probe erhalten können. Doch selbst hochwertige Behälter können die Probentemperatur nicht über einen längeren Zeitraum konstant halten. Wenn dies jedoch eine wichtige Voraussetzung ist, sollte der Einsatz eines Online-Analysegeräts in Erwägung gezogen werden.
Minimieren Sie den Zeitraum zwischen der Probenahme und der Überführung in den Probenbehälter.
Einer der größten Vorteile von Online-Analysegeräten besteht grundsätzlich darin, Proben in Echtzeit zu analysieren – häufig liegen die Ergebnisse schon eine Minute nach der Probenahme vor. Das ist vor allem bei empfindlichen Prozessfluiden von Vorteil, die schnell ihren Aggregatzustand verändern oder nach der Entnahme anderweitige Änderungen durchlaufen. Bei der herkömmlichen Probenahme kann es deutlich länger dauern, bis die entnommene Probe im Labor analysiert wird. Wenn sich die Prozessbedingungen schnell verändern, kann ein Online-Analysegerät von Vorteil sein. So haben Sie die Möglichkeit, auf Grundlage der Analyseergebnisse kurzfristig Änderungen an der Prozessleittechnik vorzunehmen. Wenn sich das Prozessfluid jedoch nur sehr langsam verändert und keine dringenden Kontrollmaßnahmen nötig sind, spricht nichts gegen die manuelle Probenahme.
Proben sollten rein sein
Es ist sehr wichtig, dass die Proben nicht verunreinigt sind. Unerwünschte Partikel können negative Auswirkungen auf die Analyseergebnisse haben, sodass diese kein genaues Bild über die tatsächlichen Prozessbedingungen liefern. Mit einem gut ausgelegten Probenahmesystem lässt sich die Reinheit Ihrer Proben verbessern. Bei der Auslegung sollten hierzu einige Punkte berücksichtigt werden:
Vermeidung von Toträumen
Bei der Auslegung der Probenahmestelle ist es wichtig, Toträume stromaufwärts zu vermeiden. In Toträumen, wie T-Stücken, Manometern, Temperaturanzeigen etc., kann sich altes Probematerial ansammeln. Dieses Material kann sich mit neuen Proben vermischen und deren Genauigkeit beeinträchtigen.
Die Entstehung von Toträumen lässt sich nicht immer genau vorhersagen, doch diese sind in der Regel umso problematischer, je größer das Verhältnis zwischen Leitungslänge und -durchmesser ist. Ein niedrigerer Durchfluss in der Analyseleitung kann die negativen Auswirkungen von Toträumen noch zusätzlich verstärken. Aus diesem Grund empfiehlt es sich, die Probenflasche bzw. den Probenzylinder stromaufwärts des Totraums zu platzieren, um das Risiko einer potenziellen Kontamination zu minimieren.
Angemessene Spülung der Leitung
Die Probenleitung und das Probenahmesystem müssen vor der Probenahme gespült werden, sodass sich keine alten Materialien mehr darin befinden. Durch regelmäßige Spülung wird die Probenleitung sauber gehalten und eine mögliche Kontamination der Probe wird vermieden. Mithilfe eines kontinuierlichen Durchflusses lässt sich die Spülzeit ebenfalls reduzieren.
Effiziente Reinigung
Durch eine gründliche Reinigung des Probenahmepanels zwischen den Probenahmen können Sie das Risiko einer potenziellen Verunreinigung der Proben minimieren. Daher sollte das Probenahmesystem unbedingt mit einer separaten Spülfunktion ausgestattet sein oder einen ausreichenden Durchfluss aufweisen, sodass alte Proben über ein Entsorgungssystem abgeleitet werden können. Gemäß Industriestandards wird zudem empfohlen, Probenahmezylinder vor der Wiederverwendung zu säubern und zu trocknen, um
mögliche Verunreinigungen durch alte Probenpartikel zu vermeiden.
In dieser Abbildung sind gängige Toträume dargestellt, die in vielen Probenahmesystemen zu finden sind.
Proben sollten in geeigneten Behältern gelagert werden
Für die erfolgreiche Probenahme spielt auch die richtige Lagerung der Proben eine wichtige Rolle. Hierzu gehört unter anderem die Auswahl des Probenbehälters sowie die Vorgehensweise bei der Entnahme und die Handhabung der Proben.
Die Auswahl des Probenbehälters hängt von der Zusammensetzung und den Eigenschaften der Probe ab. Wesentliche Druck- oder Temperaturveränderungen können sich auf die Eigenschaften und Zusammensetzung der Probe auswirken. Daher sollten die folgenden Faktoren unbedingt berücksichtigt werden:
Bei der Auswahl zwischen Probenflaschen und -zylindern sollte die Flüchtigkeit des Fluids unbedingt beachtet werden. Im Allgemeinen sollten flüchtigere Prozessmedien mit kleineren Molekülen in Probenahmezylindern aufbewahrt werden.
Temperaturanstiege oder Druckabfälle können bei flüssigen Proben dazu führen, dass leichtere Komponenten vor schwereren Komponenten aus der Probe verdampfen.
Bei einem Temperaturabfall oder einem Druckanstieg in Gasproben hingegen kondensieren schwerere vor den leichteren Komponenten.
Solche Phasenänderungen wirken sich auf die Zusammensetzung Ihrer Probe aus, sodass diese nicht mehr die tatsächlichen Prozessbedingungen widerspiegelt. Die Probe sollte nach Möglichkeit unter Prozessbedingungen gelagert werden – und geeignete Behälter können hierzu beitragen.
Probenflaschen, die meist aus Glas oder manchmal auch Polyethylen bestehen, eignen sich am besten für nicht flüchtige Flüssigkeiten oder Flüssigkeiten mit einem maximalen Dampfdruck von 14,7 psi unter Normalbedingungen. Flaschen können den Druck nicht aufrechterhalten und sollten nicht für Prozessmedien verwendet werden, die bei bestimmten Drücken gelagert werden müssen, um Phasenänderungen zu verhindern. Flaschen sind jedoch sehr kosteneffizient und werden daher gerne eingesetzt, wenn der Einsatz druckbeaufschlagter Zylinder nicht unbedingt erforderlich ist.
Für flüchtige Flüssigkeiten und Gase sollten Zylinder verwendet werden.. Zylinder können den Druck der Probe über einen langen Zeitraum hinweg aufrechterhalten, sodass die Probe auch nach dem Weg ins Labor immer noch repräsentativ ist. Sie eignen sich außerdem gut für toxische Stoffe, da die Exposition und Risiken für Nutzer so gering wie möglich gehalten werden.
Bei der Verwendung von Zylindern sollten außerdem die verwendeten Werkstoffe berücksichtigt werden, da diese mit dem Prozessfluid kompatibel sein müssen. Eine gute Option für allgemeine industrielle Anwendungen ist der Edelstahl 316. Bei der Probenahme besonders aggressiver Chemikalien sind jedoch unter Umständen leistungsfähigere Legierungen erforderlich.
Proben sollten angemessen gehandhabt werden
Da es sich bei der Probenahme selbst um einen manuellen Prozess handelt, sollten bei der Handhabung der Proben bewährte Best Practices angewendet werden – und das von der Entnahme bis hin zum Transport ins Labor. Selbst wenn hinsichtlich der Auslegung des Probenahmesystems alles stimmt, kann es durch menschliches Versagen zu einer Verunreinigung der Proben oder im schlimmsten Falle sogar zu Verletzungen kommen.
Bei der Probenahme von druckbeaufschlagten Flüssigkeiten kann es zu einem Überlaufen bzw. Verspritzen kommen. Dies führt nicht nur zu Produktverschwendung, sondern beeinträchtigt unter Umständen auch die Sicherheit des Technikers oder stellt ggf. eine Verletzung der geltenden Umweltschutzauflagen dar.
Wenn offene Flaschen für den Transport von flüssigen Proben zum Labor verwendet werden, besteht ein höheres Verschüttungsrisiko und die Genauigkeit der Probe wird unweigerlich beeinträchtigt. Leichte Komponenten in der Probe verdampfen oder zersetzen sich beispielsweise oberhalb des Taupunkts, wenn sie nicht auf einem bestimmten Druck- und Temperaturniveau gehalten werden. Außerdem sind Techniker bei der Handhabung offener Flaschen möglicherweise giftigen Dämpfen ausgesetzt.
Im Rahmen von relevanten Schulungen können sich Ihre Mitarbeiter ein grundlegendes Verständnis und Wissen aneignen. Bewährte Best Practices sollten an jeder Probenahmestelle befolgt werden.
Worauf Sie bei Ihrem Probenahmesystem achten sollten
Die Probenahme ist eine höchst effektive Methode zur Überwachung der Prozessbedingungen. Da sich bei dieser Vorgehensweise menschliche Fehler nicht vollends vermeiden lassen, sollte der Schwerpunkt bei Probenahmepanels auf Funktionen liegen, die Risiken minimieren, die Benutzerfreundlichkeit steigern und die Sicherheit maximieren.
Selbst wenn die folgenden Funktionen für Ihre spezifische Anwendung nicht unbedingt erforderlich sind, können Sie dennoch grundsätzlich erhebliche Vorteile bieten.
Qualitativ hochwertige Probenahmepanels können die Probenahme in Ihrer Anlage vereinfachen.
Auf Ihren Prozess ausgelegt
Da bei der Probenahme von Gas und flüchtigen Flüssigkeiten besondere Aspekte berücksichtigt werden müssen, sollten die installierten Systeme speziell auf diese Prozesse ausgelegt sein.
Bei einem geschlossenen Probenahmesystem wird eine Probe aus dem Prozess entnommen und an einer Stelle mit niedrigerem Druck wieder in den Prozess eingeführt (z. B. stromaufwärts einer Pumpe). Hierbei wird der Differenzdruck genutzt, um das Fluid durch das System zu bewegen. Diese Art der Probenahme ist für Gase oder flüchtige Flüssigkeiten gut geeignet. Die Proben werden in robusten, druckfesten Probenahmezylindern aus Metall gelagert, die eine Freisetzung der Probe verhindern und so die Bediener schützen.
In Anwendungen, in denen sich die Prozessflüssigkeit bei der Lagerung unter atmosphärischem Druck nicht zersetzt, kann die Flüssigkeit in einer nicht druckbeaufschlagten Flasche mit selbstdichtender Septumkappe aufbewahrt werden.
Optimal ausgelegte Probenahmepanels ermöglichen zudem eine einfachere Nutzung und reduzieren das Fehlerpotenzial. So kann beispielsweise ein Probenahmepanel, das speziell auf die Gasprobenahme ausgelegt ist, eine korrekte Zylinderausrichtung sicherstellen und so dafür sorgen, dass die Zylinder stets von oben nach unten befüllt werden.
Eine verschaltete Ventilbaugruppe ermöglicht es dem Nutzer, mehrere Ventile zur gleichen Zeit zu aktivieren. Das vereinfacht den Systembetrieb.
Verschaltete Ventilbaugruppen
Die Probenahme, Entlüftung, Spülung und Reinigung erfolgt in einem Probenahmesystem über eine Reihe verschiedener Ventile. Normalerweise müssen diese Ventile alle einzeln in einer bestimmten Reihenfolge aktiviert werden, um eine repräsentative Probe zu entnehmen.
Heute gibt es verschaltete Ventilbaugruppen, die so ausgelegt sind, dass jedes Ventil in der richtigen Reihenfolge aktiviert werden kann. Dies ermöglicht es, den Weg des Fluids durch das Panel in den Behälter einfacher zu steuern. Diese Funktion reduziert die Wahrscheinlichkeit von Fehlern und Kreuzkontamination, da die Ventile nur in einer bestimmten Reihenfolge aktiviert werden können.
Wenn das Probenahmesystem auf kontinuierlichen Durchfluss ausgelegt wird, können die Spülzeiten gegebenenfalls reduziert und die Genauigkeit der Proben gesteigert werden.
Kontinuierlicher Durchfluss
Probenahmesysteme, die auf kontinuierlichen Durchfluss ausgelegt sind, bieten den Vorteil kürzerer Spülzeiten bei langen Transportleitungen. Zudem tragen sie dazu bei, die Prozessbedingungen stabil und die Transportleitungen für die Probenahme sauber zu halten. Durch einen kontinuierlichen Durchfluss kann außerdem verhindert werden, dass sich Probenrückstände in der Leitung ansammeln und verfestigen.
Integrierte Anweisungen können unerfahrenen Bedienern bei der Probenahme helfen.
Funktion für festgelegte Mengen
Wenn Probenahmesysteme mit einer Funktion zur Begrenzung der entnommenen Menge ausgestattet sind, kann so eine Überfüllung der Probenflaschen verhindert werden. Hierfür wird eine spezielle Menge des Fluids abgemessen und in die Flasche gefüllt. Diese Funktion erhöht die Sicherheit der Bediener und reduziert Abfälle.
Integrierte Dokumentation
Einige Probenahmepanels sind mit einer eingravierten, individuell anpassbaren Anweisungstafel erhältlich. Diese kann unerfahrenen Bedienern Hilfestellung bei der Probenahme bieten. Probenahmepanels können ebenfalls Dokumentationsunterlagen beinhalten, einschließlich Zeichnungen, Testprotokolle, Ersatzteillisten und andere Dokumente, die genaue Auskunft über den Wartungszustand der Anlage liefern.
Korrosionsbeständigkeit
Probenahmepanels kommen häufig in Kontakt mit potenziell korrosiven Flüssigkeiten oder Gasen. Sie müssen demnach aus Materialien gefertigt sein, bei denen Korrosion langfristig gesehen nicht zum Problem wird. So lässt sich das Korrosionspotenzial in vielen Probenahmeanwendungen beispielsweise reduzieren, wenn die benetzten Komponenten aus Edelstahl 316 gefertigt werden. Edelstahl 304 für nicht benetzte Komponenten kann zur Langlebigkeit der Anlage beitragen. Durch die Auswahl passender Legierungen kann die Leistung gesteigert und Kosten gesenkt werden.
Verbessern Sie Ihre Probenahmeprozesse noch heute
Ihr gesamter Betrieb kann von standardisierten Probenahmepanels profitieren. Vor allem in großen Werken gibt es viele Stellen, an denen regelmäßig Proben entnommen werden. Standardisierte Probenahmepanels an allen Entnahmestellen können potenzielle Unsicherheiten aus dem Weg räumen und sorgen für durchgehend einheitliche Prozesse.
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