高粘度サンプリングとその難しさとは

KEVIN MCCLELLAND:
「Ask Swagelok」へようこそ。本日は私ケビン・マクレランドが、グローバル技術主幹のマット・ディクソンと、スウェージロックのカスタム・ソリューションズ棟からお届けします。本日のテーマは高粘度サンプリングと設計時の考慮事項です。

マット、高粘度サンプリングとその難しさについて教えてもらえますか？

MATT DIXON:
はい。高粘度サンプリングにはさまざまな呼び方があります。残留物サンプリングや樹脂サンプリング、またはボトム・サンプリングと呼ぶのが一般的です。石油精製業界では蒸留塔から出てくる油のサンプリングが行われます。

出てくる油は非常に高温で、500～700度に達することもあり、重大な安全上の懸念となります。とはいえ温度を下げることはできません。油が凝固してシステムが詰まるおそれがあるため、高温に保つ必要があります。

通常は流し続ける必要がありますが、何よりも安全確保が必要であり、最優先事項となるでしょう。さらには高粘度サンプル内にはガスが含まれることが珍しくありません。サンプリング時に飛び散った飛沫がオペレーターにかかるおそれがあります。これも重大な安全上の懸念となります。

KEVIN MCCLELLAND:
高粘度液体のサンプリング・システムを設計する際の留意点は何ですか？

MATT DIXON:
まず考慮すべきは安全性です。サンプリング時のオペレーターの安全確保が必要です。高温の表面の断熱といった対策により、高温部への接触を未然に防ぐ必要があります。また飛沫からオペレーターを保護するため、エンクロージャーで囲んで飛沫の付着を防ぎます。

またサンプルを高温で流し続ける必要があるため、何らかのファスト・ループを設けるのが一般的です。プロセスからサンプルを採取するには、1インチのパイプやチューブでサンプリング・ステーションに送ってから、システム内の低圧部にサンプルを戻します。

その際、蒸気でラインを加熱して高温に保つことで流体を流し続けることができ、液体の停滞による温度低下や詰まりを防ぐことができます。

最後に、こうしたサンプリング・システムではすべてをシンプルにすべきです。高粘度サンプリングでは配管のねじれや方向転換を極力減らしてシンプルにしましょう。ねじれや方向転換が少ないほど、流れが停滞してサンプルの温度が下がって凝固し、詰まりが起こる個所が減るからです。エルボーの代わりに曲げたチューブを使うと流れが良くなります。

KEVIN MCCLELLAND:
バルブについて教えてください。高粘度サンプリング用バルブの重要な特性とは何ですか？

MATT DIXON:
まず温度に合ったバルブを選ぶことです。サンプルは高温であるため、その高温に耐えられる必要があります。そしてバルブには大きめのオリフィスが必要です。液体の粘度が高いからです。オリフィスのサイズを1/4インチ以上にすることが詰まりを防ぐための鍵となります。

ファスト・ループを設ける際は、インラインのサンプリング・バルブを使用するのが最適です。バルブ自体に高温の高粘度液体が流れることでコールド・スポットを最小限に抑えられるため、バルブ内での付着や詰まりを防ぐことができます。

その結果として、サンプルが流れるファスト・ループとサンプル取出し口の間のたまり部が最小限に抑えられるというメリットもあります。まさに一石二鳥です。さらにバルブをパージできればクリーンに保つことができます。サンプル採取後に蒸気などでバルブをパージして残留物を除去することで、詰まりを防ぐことができます。

KEVIN MCCLELLAND:
こうした高粘度サンプルを扱う際の特別な要件はありますか？

MATT DIXON:
はい。バルブから排出されたサンプルは何らかの容器に移す必要があります。一般的に液体のサンプルはガラス製やプラスチック製のボトルに入れますが、今回のケースでは温度の問題があるためそうはいきません。そのため金属製のサンプル容器を使うのが一般的です。

米国内で入手しやすいのは、地元のホームセンターで買える金属製の塗料缶です。比較的安価でどこでも手に入ります。ステンレス製のふた付きボトルもよく使われます。さまざまな選択肢があるとは言え、今回のケースでは金属製ボトル一択となるでしょう。

実際にサンプリングを行う際には通常何らかのノズルを使用します。最終バルブからサンプル容器へチューブ短管をつなぐだけでも構いません。しかし単純なチューブ短管の場合、短管は温められないため詰まりのリスクがあります。

そこでスティンガー形状のノズルを使うことがあります。実際にはスティンガーには同じチューブ短管を使いますが、その外側を蒸気で温める構造により先端まで温かい状態に保ちます。コールド・スポットはありません。サンプルの温度が下がって凝固し、詰まりが起こるような個所はありません。

さらにサンプリング後にシステムをパージすることも鍵となります。パージにより残留物をすべて取り除くことで詰まりを防止できるため、サンプルの純度の観点から、そしてメンテナンスやオペレーションの観点からも非常に有益であると言えます。

KEVIN MCCLELLAND:
マット、ためになる話をありがとうございました。今回の「Ask Swagelok」はここまでです。またお会いしましょう。