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Modules de canne de prélèvement, modules de commutation et d'étalonnage, et autres moyens pour simplifier l'échantillonnage

Modules de canne de prélèvement et autres manières de simplifier l’échantillonnage avec des sous-systèmes standard

4 octobre 2019 | Karim Mahraz, responsable produit chez Swagelok, instrumentation analytique

Une entreprise peut gagner en efficacité en utilisant des sous-systèmes prêts-à-monter standard, dans la mesure où ceux-ci simplifient la conception des systèmes de contrôle et d'échantillonnage des fluides. L'utilisation de systèmes standard a pour avantage de réduire considérablement les coûts d'installation, les temps d'arrêt et l'entretien général. En effet, les responsables d’usines et d’installations pourront acquérir et assembler ces systèmes tout en contribuant à uniformiser des installations potentiellement réparties sur plusieurs continents. 

Au bout du compte, le temps gagné, le travail épargné et l’énergie économisée en recourant à ces systèmes pourront être consacrés à améliorer l'efficacité et réduire les coûts dans d'autres secteurs de l'usine. 

Des sous-systèmes courants susceptibles d’améliorer l’efficacité de vos systèmes d'échantillonnage sont présentés ci-dessous, ainsi que la manière dont chacun peut contribuer à optimiser le rendement de vos systèmes. 

Module de commutation et d'étalonnage (MCE)

Le MCE a pour fonction principale de conditionner et de sélectionner des lignes de process, ou de sélectionner une ligne d'étalonnage pour l'analyse. Au minimum, chaque système doit posséder deux entrées : deux entrées de ligne de process, ou une entrée de ligne de process et une entrée de ligne d'étalonnage. Le système sélectionne un fluide pour l'analyse en réponse à un signal pneumatique provenant d'une source externe, laquelle est en général l'analyseur. Le signal ouvre l’une des vannes double arrêt et purge du sélecteur d'échantillonnage, correspondant à la ligne qui contient le fluide à analyser. Utiliser un MCE, comme celui que propose Swagelok offre plusieurs autres avantages, notamment :  

  • Des configurations diverses de conditionnement des échantillons permettant de répondre aux exigences des applications. 
  • Une option d'étalonnage manuel qui permet à l'opérateur d'étalonner l'analyseur à tout moment. 
  • Une identification des lignes à l'aide d'un code de couleurs : bleu pour les entrées des lignes de process, orange pour les lignes d'étalonnage, vert pour les dérivations et blanc pour les sorties. 
  • Une boucle d'écoulement intégrée pour assurer des délais d'acheminement réguliers vers l'analyseur dans l'ensemble des lignes et éliminer tout bras mort ou toute possibilité de contamination entre les lignes. 
  • Un espace d'air avec évent qui écarte tout danger d'un mélange de l'air du circuit pneumatique avec le fluide sous pression du système.
  • Une conception modulaire qui facilite la maintenance. Les composants distincts peuvent être retirés séparément de l'assemblage en desserrant quatre vis accessibles par la partie supérieure du panneau. Le risque d'un démontage accidentel de l'ensemble du module ou d’autres raccordements est ainsi écarté.
  • Une dérivation optionnelle permettant des débits élevés – et donc des délais d’acheminement raccourcis – vers le MCE.

Selon l'application, un module de boucle rapide (voir les détails plus bas) peut alimenter le MCE avec le fluide provenant d'un filtre de boucle rapide de dérivation, afin d'améliorer le temps de réponse l'analyseur. Le MCE peut incorporer des dérivations supplémentaires, qui peuvent réacheminer le fluide dans la ligne de process – par la boucle rapide ou non – ou l'envoyer dans un système de récupération. Le nombre d'entrées sera déterminé par le nombre de lignes d'échantillonnage et d'étalonnage dirigées vers un unique analyseur.

Modules de canne de prélèvement (MCP)

L'utilisation de modules de canne de prélèvement en association avec des vannes adaptées à ces cannes permet d'améliorer la sécurité des systèmes, la pureté des échantillons et la rapidité d'exécution. Une canne permet d'obtenir une réponse rapide de l'analyseur, en réduisant le volume du système d'échantillonnage. Le volume d'une buse peut être important, ce qui augmente alors le volume nécessaire pour purger l'ensemble du système d'échantillonnage. La canne permet en outre d'extraire l'échantillon au centre de la conduite du process, et d'éviter ainsi l'extraction de dépôts provenant des parois de la conduite. Par ailleurs, l’utilisation d’une canne dont l’extrémité est coupée à 45° diminue considérablement la quantité de particules extraite dans le système d'échantillonnage. Ces deux caractéristiques contribuent à garantir que l'échantillon extrait par la canne est représentatif du process.

Pour ces raisons, il est recommandé d'utiliser une canne de prélèvement avec des tuyaux de diamètre supérieur à 50 mm (2 po). Cela devient indispensable dès que le diamètre dépasse 100 mm (4 po). Les caractéristiques des cannes – longueur, diamètre, épaisseur de paroi et matériaux de fabrication – varient selon leur conception. Ces paramètres ont une incidence sur la résistance de la canne, sa capacité de filtration et la vitesse de l'écoulement interne. Les cannes soudées, plus grosses et plus épaisses, résistent mieux aux effets de forts débits dans le process ; en revanche, la vitesse d'écoulement dans ces cannes est plus faible, du fait d'un diamètre intérieur plus important. Toutefois, cet écoulement plus lent permet de faire retomber davantage de particules dans le process, et d'éviter ainsi que ces particules n'aillent plus loin dans le système d'échantillonnage. Les cannes rétractables, plus petites, ne sont pas aussi résistantes que les cannes soudées, mais leur volume interne inférieur permet un acheminement plus rapide vers l'analyseur. Cliquer ici pour plus d’informations sur les module de canne de prélèvement Swagelok.

Modules de boucle rapide (MBR) 

Les modules de boucle rapide sont conçus pour gérer des débits élevés dans les lignes d'acheminement des échantillons, afin de réduire les temps de réponse des systèmes d'analyse en ligne. Situé au niveau de l'abri de l'analyseur et offrant une dérivation, le module de boucle rapide (MBR) permet d'isoler le système d'échantillonnage et d'introduire un gaz de purge pour nettoyer le système. Le MBR de Swagelok extrait un échantillon à travers un filtre, tout en utilisant le débit élevé de la dérivation pour maintenir la propreté de l'élément filtrant. 

Une boucle rapide nécessite deux points de raccordement au process : un pour prélever l'échantillon et l’autre pour renvoyer l'échantillon dans le process. Pour éviter les coûts associés à l'installation d'une pompe et pour améliorer la fiabilité du système d'échantillonnage, choisissez pour le raccordement de retour un point où la pression est inférieure à la pression au niveau du point de prélèvement. Les raccordements au process doivent être situés le plus près possible de l'analyseur. Si l'échantillon contient un gaz susceptible de se condenser, chauffez les lignes de la boucle rapide et le MBR à une température supérieure à celle du point de rosée de l'échantillon à la pression du process. Un échantillon liquide ne devra être chauffé que s'il est nécessaire d'éviter qu'il ne se solidifie.

Modules de détente locale (MDL)

Un module de détente locale (MDL) permet d'abaisser la pression du gaz du process avant d'acheminer celui-ci vers un analyseur. Acheminer un échantillon de gaz à basse pression offre trois avantages majeurs : 

  • Une réponse plus rapide de l'analyseur :  Dans une conduite à haute pression avec contrôle du débit en aval, les molécules de gaz sont plus proches les unes des autres, ce qui a pour effet de ralentir l'écoulement et de rallonger les temps de purge. Abaisser la pression d'un échantillon de gaz permet de diminuer le nombre de molécules présentes dans la ligne d'acheminement et dans les composants liés au conditionnement de l'échantillon ; par conséquent, il est plus facile de purger le système, et l'analyseur peut répondre plus rapidement aux variations du process. La quantité de gaz contenue dans la ligne d'acheminement est proportionnelle à sa pression absolue. Si la pression absolue est réduite de moitié, le nombre des molécules de gaz présentes dans la ligne est également divisé par deux. Si tous les autres facteurs restent inchangés, il faudra donc deux fois moins de temps à un nouvel échantillon pour atteindre l'analyseur. En général, un MDL est utilisé lorsque la pression (relative) du process est supérieure ou égale à 3 bar (43,5 psig).
  • Une condensation moindre : L'humidité relative d'un gaz est directement proportionnelle à la pression partielle de la vapeur d'eau dans le mélange. Une humidité relative (ou saturation) de 100% représente la pression partielle maximale possible de la vapeur d'eau pour une température de service donnée. Par conséquent, si la vapeur d’eau atteint 100% de sa limite de saturation dans un mélange gazeux, elle commence à se condenser dans la ligne destinée à l'acheminement des échantillons. Pour éviter toute condensation lors de l'échantillonnage d'un mélange gazeux, le MDL abaisse la pression partielle de chaque gaz du mélange. Un moyen pour abaisser la pression partielle de chaque gaz consiste à réduire la pression totale du système ; la pression partielle de chaque gaz diminue alors proportionnellement à la variation de la pression totale. Par exemple, si la pression absolue d'un échantillon est divisée par deux, la pression partielle de chaque gaz du mélange est également divisée par deux, ce qui a pour effet de réduire de moitié l'humidité relative dans l'échantillon. L'utilisation d'un MDL diminue considérablement les chances de voir se former de la condensation dans la ligne destinée à l'acheminement des échantillons.
  • Un environnement plus sûr : Si l'intégrité d'un système est compromise, le gaz comprimé, désormais soumis à la pression atmosphérique, se détend rapidement, ce qui peut endommager le système ou causer des blessures aux personnes. Le rapport de détente volumétrique est directement proportionnel à la diminution de la pression absolue. Dans les systèmes à pression élevée non équipés de modules de détente locale, la détente peut être si importante qu'elle peut prendre un caractère explosif. L'installation d'un MDL au point d'échantillonnage du process permet de limiter la partie du système d'échantillonnage exposée aux pressions élevées, d'où un environnement global plus sûr.

Collecteurs de distribution de fluide (CDF)

Les collecteurs de distribution sont des assemblages de composants courants utilisés dans diverses applications acheminant des liquides ou des gaz. Le CDF offre un passage d'écoulement tout en permettant de multiples sorties, agissant en cela comme une sorte de gros raccord à embranchements. Un collecteur de distribution est caractérisé par une entrée à une extrémité et une purge à l'autre extrémité avec plusieurs sorties sur les côtés. Les collecteurs de distribution sont habituellement fabriqués à partir d'un tronçon de tuyau ou d'une barre, et leurs raccordements sont soudés ou filetés. 

Utilisé comme un manifold de distribution, un CDF raccorde plusieurs utilisateurs à une source de fluide, par exemple : 

  • Eau de refroidissement 
  • Vapeur 
  • Air comprimé 
  • Azote de l'usine

Dans une salle d'analyse typique, par exemple, un CDF est utilisé pour l'air de l'instrumentation, un autre pour l'azote de l'usine et encore un autre pour la vapeur basse pression. Si nécessaire, plusieurs CDF peuvent être vissés ensemble bout à bout pour augmenter la longueur du distributeur.  

Généralement, un CDF possède une vanne d'isolement et plusieurs sorties – chaque sortie étant également équipée de sa propre vanne d'isolement. Pour les gaz potentiellement humides, comme l'air comprimé ou la vapeur, il est préférable de monter le CDF verticalement avec la vanne de purge en bas. Pour une utilisation avec des liquides, il est préférable de monter le CDF verticalement, l'admission se faisant par le bas. La vanne supérieure agit alors comme un évent permettant d'évacuer l'air emprisonné ou de faire entrer de l'air pour purger le CDF lors d'opérations de maintenance.

Pour une demande de renseignements ou un complément d’information concernant les sous-systèmes prêts-à-monter standard ou les services d’évaluation et de conseil proposés par Swagelok, adressez-vous à votre point de vente et centre de services.  

CONTACTER VOTRE POINT DE VENTE ET CENTRE DE SERVICES

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