Meilleures pratiques concernant les systèmes et méthodes d’échantillonnage des gaz

Guide pratique des méthodes d’échantillonnage des gaz

Matt Dixon, ingénieur d’études principal chez Swagelok

L’optimisation de vos coûts de production de procédés chimiques et le maintien d’une production de haute qualité nécessitent de prélever régulièrement des échantillons de fluide représentatifs pour l’analyse en laboratoire. L’échantillonnage instantané – également appelé échantillonnage ponctuel, échantillonnage sur le terrain ou simplement échantillonnage – aide à valider les conditions du process et à vérifier que le produit que vous fabriquez est conforme au cahier des charge défini en interne ou par le client. L’échantillonnage instantané peut également aider à vérifier les mesures effectuées par des systèmes d’analyse en ligne – un moyen de plus en plus apprécié pour obtenir des informations en temps réel sur un processus.

L’échantillonnage instantané des gaz pose des difficultés particulières qu’il est impératif de surmonter pour obtenir une vision précise des conditions réelles du process. Poursuivez votre lecture pour découvrir comment surmonter ces difficultés en utilisant les bonnes techniques.

En savoir plus sur l’échantillonnage des gaz

Les règles de base de l’échantillonnage des gaz

Le respect de quelques règles simples vous permettra de prélever et de conserver des gaz ou des liquides volatils à des températures et à des pressions empêchant tout changement d’état susceptible de modifier la composition des échantillons. Gardez à l’esprit les règles suivantes :

• L’échantillon doit être représentatif du process. Utilisez des cannes pour prélever les échantillons de gaz au milieu de la conduite et évitez que les échantillons ne changent d’état physique pendant leur transport.
• L’échantillon doit être analysé dans un délai court. Réduisez au minimum le temps écoulé entre le prélèvement de l’échantillon et son arrivée au laboratoire pour faire en sorte que l’échantillon représente exactement les conditions du process. L’échantillon doit être pur. Évitez les bras morts en amont du récipient qui va recueillir l’échantillon de gaz et faites en sorte de purger ou de rincer le système d’échantillonnage afin de limiter au maximum le risque de contamination.
• La procédure doit être sécurisée. Par nature, l’échantillonnage des gaz implique une intervention humaine et donc une interaction avec le système, ce qui peut souvent être dangereux en cas de contact direct avec le fluide. C’est pourquoi il est indispensable d’adopter de bonnes pratiques et d’utiliser des systèmes d’échantillonnage bien conçus, non seulement pour garantir la fiabilité de l’échantillon, mais aussi pour assurer la sécurité de l’opérateur.
• L’échantillonnage des gaz et des liquides volatils présente certaines particularités par rapport à l’échantillonnage des liquides non volatils.

Comment choisir un cylindre d’échantillonnage

Parce que les gaz et les liquides volatils sont plus sensibles aux changements d’état et doivent être conservés sous pression pour obtenir des résultats d’analyse fiables, ils nécessitent l’utilisation de cylindres d’échantillonnage (et non de simples bouteilles d’échantillonnage non pressurisées et moins coûteuses) pour procéder au prélèvement et préserver le caractère représentatif de l’échantillon. Les cylindres d’échantillonnage sont également très efficaces pour protéger les techniciens chargés des prélèvements et l’environnement des émanations ou émissions éventuelles si le gaz est toxique.

La plupart des cylindres d’échantillonnage sont fabriqués à partir de tubes sans soudure de manière à obtenir une épaisseur de paroi, des dimensions et des capacités régulières. Cependant, certaines variables doivent être prises en compte en fonction de vos besoins particuliers. Vous pouvez discuter de vos besoins avec votre fournisseur de cylindres afin de choisir le modèle approprié.

Voici quelques caractéristiques à prendre en compte lors du choix d’un cylindre d’échantillonnage :

• Des raccords rapides faciles à manipuler, permettant une connexion et une déconnexion simples et sécurisées au point de prélèvement
• Un rétrécissement progressif du cylindre au niveau des extrémités, pour éviter que le fluide ne reste piégé et pour faciliter son nettoyage et sa réutilisation
• Une protection contre les surpressions, afin de renforcer la sécurité des opérateurs. Des soupapes et des vannes avec disques de rupture sont proposées en té ou peuvent être intégrées à la vanne principale de votre cylindre.
• Des matériaux de fabrication et des états de surface appropriés, car des matériaux ou alliages spéciaux peuvent être nécessaires en fonction du gaz ou du liquide volatil à prélever
• Des lignes de dérivation intégrées, qui peuvent être utiles pour purger les restes d’échantillons toxiques et améliorer la sécurité des techniciens. Une ligne de dérivation permet au fluide de purge de s’écouler à travers les raccords rapides. Si un déversement de fluide se produit lors de la déconnexion du cylindre, le déversement sera composé du fluide de purge plutôt que de l’échantillon toxique.
• Un design et une fabrication robustes. Les cylindres d’échantillonnage doivent souvent être transportés sur de grandes distances jusqu’au laboratoire d’analyse.

Comment remplir correctement un cylindre d’échantillonnage

Pour remplir correctement un cylindre d’échantillonnage, il est généralement plus judicieux de procéder avec le cylindre en position verticale. Il y a plusieurs raisons à cela.

Si vous prélevez un liquide volatil, il est préférable de remplir le cylindre par le bas. Cela permet au gaz éventuellement piégé dans le cylindre d’être évacué par le haut au fur et à mesure du remplissage, généralement par un tube prévu à cet effet. Ce tube permet également de conserver un ciel gazeux dans le cylindre – un cylindre complètement rempli de liquide pourrait en effet éclater en cas de variation imprévue de la température. Inversement, lorsque le fluide prélevé est un gaz, les cylindres doivent être remplis par le haut. Ceci permet d’évacuer par le bas du cylindre toute condensation qui pourrait s’être formée dans la ligne.

Comment entretenir des cylindres d’échantillonnage

La maintenance préventive régulière des cylindres est une nécessité absolue dans toute activité centrée sur l’échantillonnage. Comme tout équipement industriel, les cylindres d’échantillonnage subissent une usure normale. Or, des cylindres endommagés ou défectueux peuvent poser un problème de sécurité pour le personnel et compromettre la fiabilité et la cohérence de vos pratiques d’échantillonnage. Afin de limiter les conséquences de cette usure, les cylindres d’échantillonnage doivent subir au minimum chaque année un contrôle et un test de pression. Ils devraient être également recertifiés tous les cinq ans.

Il arrive toutefois que des cylindres se détériorent entre deux inspections. Voici quelques-uns des problèmes les plus courants à surveiller :

• La présence de fuites au niveau de composants essentiels comme les vannes ou les raccords rapides
• Une corrosion résultant de problèmes de compatibilité avec l’échantillon
• L’état de la surface interne (absorption)
• Des composants mal installés

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Cylindres d’échantillonnage

Limiter au maximum les erreurs dans l’échantillonnage des gaz

La nature même de l’échantillonnage des gaz exige l’intervention d’un technicien pour procéder au prélèvement – le risque d’erreur humaine est donc inhérent au processus. Heureusement, il existe certaines stratégies pour limiter ce risque d’erreur.

Consignes d’utilisation et de réparation

Il est possible d’ajouter sur un panneau d’échantillonnage de gaz une plaque gravée contenant des informations utiles pour faire fonctionner le panneau ainsi que la procédure à suivre pour commander des pièces de rechange si nécessaire. Ces instructions faciliteront le travail de prélèvement des techniciens, même s’ils n’ont jamais utilisé le panneau auparavant. Une documentation des pièces vous permettra d’indiquer précisément à votre fournisseur ce dont vous avez besoin sans avoir à faire des suppositions.

Orientation correcte du cylindre d’échantillonnage

Des systèmes d’échantillonnage simples et intuitifs peuvent également limiter le risque d’erreur humaine. Par exemple, un panneau spécialement conçu pour prélever des gaz pourra être fabriqué de manière à ce que le cylindre soit bien orienté pour procéder à son remplissage par le haut. Comme il a été dit précédemment, cela élimine le risque qu’un technicien procède de manière incorrecte pour introduire ou prélever l’échantillon. Il en va de même pour un panneau spécialement conçu pour prélever des liquides volatils.

Assemblages avec vannes à pignon

Ces assemblages permettent de s’assurer que toutes les vannes devant être actionnées pour prélever un échantillon seront activées dans le bon ordre. Ils peuvent contribuer à la sécurité des prélèvements, en supprimant le besoin pour l’opérateur d’ouvrir et de fermer ces vannes manuellement. Une fonction de purge peut également être intégrée dans un système de vannes avec engrenages, ce qui permet de s’assurer que les fluides de purge ne repartent pas dans le process principal à cause d’une erreur humaine.

Prélèvement automatisé

L’automatisation du prélèvement, bien que plus coûteuse au départ, peut encore réduire le risque d’erreur humaine. Un panneau automatisé permet de s’assurer que la porte du coffret est bien fermée, que les vannes s’ouvrent correctement et dans l’ordre, et que les débits et pressions de purge et du produit sont maintenus à des niveaux précis. Cela peut généralement se faire en connectant vos panneaux d’échantillonnage instantané à un automate programmable ou au système de commande de l’installation. Veillez à bien vérifier la réglementation sur les zones à risque avant d’ajouter des circuits électriques.

En fin de compte, l’échantillonnage des gaz devrait être un processus qui vous donne l’assurance que votre production est de qualité et conforme au cahier des charges de vos clients. Choisir des systèmes d’échantillonnage de gaz faciles à utiliser et mettre en œuvre des pratiques bien établies dans l’ensemble de votre installation peut contribuer à cet objectif.

Vous souhaitez en savoir plus sur la manière d’améliorer vos techniques d’échantillonnage des gaz dans votre installation ? Les spécialistes de Swagelok peuvent vous aider à évaluer vos besoins en la matière  et à choisir le système d’échantillonnage qui y répondra le mieux.

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