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ガス・グラブ・サンプリングでプロセスの状態を正しく表すサンプルを安全に採取するために

ガスや揮発性液体のサンプリングにおけるベスト・プラクティス

Matt Dixon、上級主席設計エンジニア、スウェージロック

化学処理のコストを最適化し、高品質な製品の生産量を維持するには、プロセスの状態を正しく表すサンプルを採取し、分析室に移送して分析を行う必要があります。ガス・サンプリング(別名:スポット・サンプリング、ラボ・サンプリング、フィールド・サンプリング、または単にサンプリング)を行うと、プロセスの状態を検証し、作っている製品が社内または顧客ベースの仕様に適合しているかどうかを確認することができます。また、グラブ・サンプリングによって、 オンライン分析器 の読み取り値を検証することも可能になります。これは、プロセスの状態をリアルタイムで把握する方法として、急速に普及しつつあります。

ガス・グラブ・サンプリングでプロセスの正確な状態を把握するには、特有の課題を克服する必要があります。今回は、こうした課題について、そして適切な技術で課題を克服する方法を紹介します。

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ガス試料採取用ボンベを用いて正確なプロセスの状態を維持する方法

ガスや揮発性液体は、相変化が生じない温度および圧力で採取/維持してください。相変化が生じると、サンプルの組成が変化するおそれがあるためです。

サンプリングの基本ルール

グラブ・サンプリングを行うことで、プロセスの状態を検証し、高品質の最終製品を確実に得ることができます。グラブ・サンプリング・プロセスでは、以下のルールに留意してください:

  1. サンプルは、プロセスの状態を正しく表していること:プローブを使用して、プロセス配管の中心付近からサンプルを採取してください。また、サンプルを移送する際は、相を変化させないように注意してください。
  2. タイムリーなサンプルであること:採取したサンプルを分析室まで最短時間で運ぶことで、サンプルが表しているプロセスの状態を正しく維持することができます。
  3. サンプルに不純物が混じっていないこと:サンプル容器の上流にたまり部が存在することのないように注意してください。さらに、サンプリング・システムのパージや洗浄を適切に行い、コンタミネーションが生じるリスクを最小限に抑えてください。
  4. プロセス流体に溶解しているガスに注意すること:温度が上昇し、圧力が低下すると、サンプル中に溶解していたガスが蒸発する場合があります。あるいは、温度が低下し、圧力が上昇すると、液体が凝縮してサンプルから滴下する場合があります。このようなケースでは、サンプルの組成が根本的に変化しているため、もはやプロセスの状態を正しく表しているとは言えません。

こういった理由から、安価な非耐圧のサンプリング用ボトルではなく、試料採取用ボンベを使用してガスや揮発性液体を採取するようにしましょう。これで相を維持し、プロセスの状態を正しく表すサンプルを維持することができます。また、有毒なガスを扱う場合、ヒュームや排出物から作業者や環境を保護する上でも、ボンベは非常に効果的です。

ガスや揮発性液体のサンプリングを行う場合の考慮点は、不揮発性液体のサンプリング時とは異なります。今回のコラム記事では、ガスと揮発性液体のサンプリングを重点的に取り上げます。
不揮発性液体のサンプリング方法につきましては、 こちら をご参照ください。

適切なボンベの選定方法

試料採取用ボンベの大半は、シームレス・チューブから製造されているため、肉厚、サイズ、容量が均一であるものの、個々のサンプリングのニーズに基づいて、変数を考慮する必要があります。適切なタイプのボンベを選定するには、ボンベのサプライヤーに相談することをおすすめします。ボンベを選定する際は、以下の点を考慮してください:

  • 操作が簡単なクイック・コネクツを使用すると、サンプリング・ポイントでの着脱を効率的かつ安全に行うことができます。
  • ネック内部の流路がスムーズなボンベであれば、流体のたまり部が生じることなく、クリーニングや再利用を容易に行うことができます。
  • 適切な材料組成と仕上げが求められます。サンプリング対象のガスや揮発性液体によっては、特殊な合金や材料が必要な場合もあります。
  • バイバス・ラインが内蔵されていれば、残留している有毒なサンプルをパージすることで、作業者の安全を守ることができます。バイパス・ラインを設けると、パージ用流体がクイック・コネクツを通って流れるため、ボンベを取り外した際に流出する流体は、有毒なサンプルではなく、パージ用流体ということになります。
  • 耐久性に優れた設計と構造が必要です。分析室での分析を行うため、試料採取用ボンベで相当な距離を移送するケースが少なくないためです。

ボンベの適切な充填方法

一部のケースを除き、試料採取用ボンベを縦に置いて充填してください。これにはいくつか理由があります。

揮発性液体をサンプリングする場合は、ボンベの底部から上向きに充填するのがベストです。上向きに充填することで、ボンベ内にガスが溜まっていたとしても、上部から排出されるためです(通常はアウテージ・チューブを介して)。また、アウテージ・チューブを使用すると、ボンベ内にある程度のベーパー・スペース(気化スペース)を確保することができます。ベーパー・スペースが不足していると、不測の温度変化が生じた場合にボンベが破裂するおそれがあります。逆に、ガスのサンプリングを行う場合は、ボンベの上部から下向きに充填してください。これでライン内に結露が生じていたとしても、底部から排出させることができます。

人為的なミスを最小限に抑える方法

グラブ・サンプリングには、プロセスからサンプルを物理的に採取する作業者が必然的に関与することになります。これが、プロセスにおける人為的なミスの本質的な誘因です。したがって、揮発性液体またはガスのサンプリング・システムにおいて、この可能性を排除すれば、安全かつ正確なグラブ・サンプリング・プロセスを実現することができます。

例えば、ガス・サンプリング用に設計したグラブ・サンプリング・パネルなら、先に述べたように、適切なボンベの向きを維持し、常にボンベ上部から下向きにサンプルを確実に採取することが可能です。これで作業者が誤ってサンプルを挿入したり、採取したりする可能性を排除することができます。同じことが、揮発性液体のサンプリング用パネルにもあてはまります。

ギア付きバルブ・アセンブリーを使用すると、サンプルを採取するのに必要なバルブがすべて正しい順序で開状態になるため、オペレーターが各バルブを手動で開閉する必要がなくなり、確実にサンプルを採取することができます。また、パージ機能をギア付きバルブ・アセンブリーに組み込むと、人為的なミスが原因でパージ用流体が再度メイン・プロセスに流入することはありません。

最後に、大規模な施設では、グラブ・サンプリングを定期的に行っているところが少なくありません。すべてのサンプリング・ポイントでグラブ・サンプリング・パネルの設計を標準化すれば、混乱が生じることなく、あらゆる現場で一貫したプロセスを実現することができます。

結局のところ、グラブ・サンプリングは、高品質かつ仕様に適合した製品を確実に提供できるようなプロセスでなくてはなりません。施設全体で、取り扱いが容易で優れた設計のグラブ・サンプリング・システムを選定し、確立されたベスト・プラクティスに従うことで、この目標を達成することができるのです。

施設でグラブ・サンプリングを適切に行う詳しい方法にご興味がございますか?スウェージロックの専門スタッフが、お客さまのグラブ・サンプリングのニーズを評価し、最適なシステムを選定するお手伝いをいたします。

 

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