Sistemas de
condicionamento da Amostra por extração continua.
C o n t e ú d o
1.0 - Visão Geral.
2.0
- Funções de um Sistema de
Condicionamento da Amostra
3.0 - Características a serem observadas
durante o projeto
3.1 - Composição da Amostra.
3.2 - Localização do Ponto de
Amostragem.
4.0 - Sondas de Amostragem.
5.0 - Condicionamento Primário da
Amostra
6.0 - Tempo morto no transporte da
amostra.
7.0 - Vaporização de Amostras
liquidas e o tempo morto
8.0 - Linhas de transporte da
amostra
9.0 - Como selecionar as linhas de
transporte da amostra
10.0 - Descarte da amostra
11.0 - Exemplos de Sistema de Condicionamento da Amostra
12.0 - Projeto de um Sistema de Condicionamento da Amostra
13.0 - Instalação e Partida do Condicionador
1.0 - Visão Geral
Normalmente, o projeto do Sistema
de Condicionamento da Amostra, exige uma maior atenção ao se especificar,
fabricar e instalar se compararmos por exemplo com o esforço distendido no projeto de
instalação da instrumentação convencional, utilizada na monitoração e no
controle do processo.
Isto ocorre devido ao fato de que
um Sistema de Condicionamento da Amostra é altamente dependente do tipo de
produto que esta sendo amostrado e do próprio analisador que irá fazer a
medição.
Basicamente o
sistema de condicionamento da amostra é a “interface”
entre a Planta e o analisador e devem
ser concebido para operar de forma continua por longos períodos com baixo nível
de manutenção.
As amostras
coletadas de um determinado ponto do processo, precisam ser condicionadas antes
de serem introduzidas no analisador continuo do processo de deve ser evitado
que a amostra apresente mais do que uma fase.
Em linhas
gerais, o sistema de condicionamento da amostra é composto sistemas de
filtragem, dispositivo para o controle da pressão, do fluxo, da temperatura,
controle da fase ou mudança da fase, dispositivo de seleção da linha de
amostragem e calibração e a indicação/alarme de todos os dispositivos
aplicados.
Podemos resumir
que o Sistema de Condicionamento da Amostra é a aplicação de vários
dispositivos associados, responsáveis pela extração de uma amostra
representativa do processo,
condicionando a amostra e enviando ao analisador, aonde é feito a
medição do componente ou componentes da amostra.
No
desenvolvimento do Sistema de Condicionamento da Amostra deve ser levado em
consideração as características do fluido a ser amostrado e o tipo de
analisador utilizado para fazer a
medição da concentração dos componentes.
2.0 - Funções do Sistema de Condicionamento
As principais funções do Sistema
de Condicionamento da Amostra, são as seguintes;
a)
Coletar e enviar uma amostra representativa do
processo.
b)
Fazer o transporte da amostra retirada da tomada do
processo para o analisador e deste para um vaso coletor ou outro ponto de
retorno no processo.
c)
Condicionar a amostra, ajustando a pressão, temperatura,
fluxo, filtragem e manter a fase da amostra fazendo com que a amostra seja
compatível com as características do analisador continuo do processo.
d)
Seleção e chaveamento do ponto de amostragem e
calibração na entrada do analisador.
e)
O sistema de
condicionamento da amostra deve ser projetado para reunir alternativas técnicas
que possibilitem uma fácil manutenção do condicionador da amostra, incorporando
quando necessário um sistema de limpeza automática, por exemplo da sonda dos filtros, drenagem do coletor de
condensado, etc.
3.0 - Características a serem observadas
durante o projeto;
3.1-Composição da Amostra
No fase de projeto do Sistema de Condicionamento da Amostra,
devemos sempre levar em consideração a
composição da corrente que pretendemos analisar, incluindo os contaminantes.
Alguns contaminantes sólidos ou líquidos, contido por exemplo em uma fase gasosa devem ser removidos através
da filtragem instalada no sistema de amostragem.
Além disto é preciso conhecer o
range dos componentes durante a operação normal da planta e também em condições anormais do processo (partida,
shutdown, alteração de carga), para podermos assegurar que o sistema de
condicionamento e o analisador continuo do processo operem de forma
satisfatória.
Os seguintes fatores devem ser
considerados durante a fase de escolha do ponto de amostragem;
a)
O ponto de amostragem deve estar localizado em um
local do processo aonde a amostra seja a mais representativa
possível.
b)
O local escolhido para instalar o ponto de
amostragem precisa estar localizado em
um ponto do processo no qual o valor medido possa trazer benificios na correção
do produto.
c)
Equipamentos de processo tais como tanques ou
acumuladores, devem ser evitados devido
capacitancia destes equipamentos,
produzindo atraso na leitura do valor real da amostra.
d)
Sempre que for possível procure aproximar o analisador
do ponto de amostragem, pois isto reduz o tempo de transporte da amostra e
também o custo da instalação.
e)
O local escolhido deve oferecer quando possível um
diferencial de pressão significativo para facilitar o retorno da amostra ao
processo. Evite instalar o ponto de amostragem assim como o retorno da amostra
ao processo, próximo de válvulas de
controle do processo, porque o movimento da válvula de controle acaba
interferindo no fluxo da amostra.
f)
Além dos
requisitos mencioandos acima, o ponto de amostragem escolhido deve
facilitar o acesso para limpeza e manutenção.
g) Procure escolher um local do processo aonde a reação ou
mistura, seja a mais estável possível, evitando locais aonde pode ocorrer
mistura de fases.
h)
Quando a tubulação do processo, estiver montada na horizontal o ponto de amostragem deve estar
localizada no topo da tubulação, isto reduz a entrada de partículas solidas na
linha de amostragem. Caso a tubulação esteja montada na vertical a tomada deve
estar montada na horizontal, formando um angulo de 50˚ (positivo), isto evita
que ocorra redução do fluxo, para o sistema de condicionamento.
4.0 - Sondas de Amostragem
Sempre que
possível deve ser utilizado “sonda de amostragem”, porque a sonda fornece
uma amostra
mais representativa aumentando a relação de fluxo para o ponto de
amostragem.
Atenção: Quando a tubulação de processo for de diâmetro menor do que 2”,
não existe a necessidade de se instalar sonda de amostragem. Caso seja
necessário instalar a sonda de amostragem, no trecho da tomada de amostra a
linha de ser aumentada para 3” ou maior.
As sondas de amostragem ajudam
significativamente na redução dos contaminantes e material particulado, agindo
como um primeiro estágio do sistema de condicionamento da amostra fazendo a
filtragem e o condicionamento.
O
desenho da sonda pode variar em função da aplicação, como exemplo podemos citar a velocidade excessiva do processo no ponto de
amostragem, alta temperatura da amostra, presença de material particulado.
Na seqüência é mostrado alguns
exemplos de “Sonda de Amostragem”.
a)
Sonda aberta,
são construídas a partir de trecho curto em tubo de aço de aço inox
com
diâmetros externos variando de ¼” a ¾” , com limite de temperatura
de
aproximadamente 540 ˚C. A sua aplicação se restringe a fluidos limpos
sem
material particulado.
b)
Sonda de
amostragem c/ múltiplos pontos, são utilizadas quando se deseja obter
uma amostra que componha a média do fluxo através da tubulação ou duto. Este
tipo de sonda normalmente se aplica em incineradores, caldeiras, fornos e
aquecedores à gás no qual a estratificação pode ser um problema ou quando é
necessário cumprir a legislação local. A figura 2, mostra a sonda e uma tabela
de correlação entre o diâmetro da tubulação ou duto e o número de furos.
c)
Sonda com
dispositivo de filtragem , este
tipo de sonda, mostrado na fig.3, se
aplica em locais aonde se deseja medir os gases pós-combustão e existe
quantidade significante de material particulado. O material do filtro
dependendo das condições do local da amostra,
podem ser de material sinterizado
em aço inox, cerâmica ou tecido.
Este tipo de filtro de ser instalado em um ponto do duto que colabore
na redução
das intervenções para manutenção.
Uma alternativa é a
instalação de um anteparo na sonda para evitar a entrada de material
particulado.
A Sonda pode receber outros dispositivos tais
como controlador de temperatura,
de ponto de orvalho e também um
dispositivo de “blow-black” para fazer a
limpeza automática do dispositivo de filtragem, introduzindo N2, Ar ou
Vapor, na linha de amostragem, manualmente ou de forma automática em intervalos
pré-programados, sempre que a vazão no sistema de amostragem, cair para o nível
abaixo do projetado
Nota: O gás utilizado para fazer o
“Blowback” deve estar acima do ponto de orvalho
para evitar condensação na
linha de amostragem ou no filtro da sonda e ser compatível
com o corrente que
esta sendo analisada.
5.0 - Condicionamento Primário da
Amostra
O condicionamento primário
da amostra, se aplica somente nos casos em que as condições da
coletada da amostra são extremamente difíceis e não podem ser facilmente transportadas para
o sistema remoto de condicionamento da amostra.
coletada da amostra são extremamente difíceis e não podem ser facilmente transportadas para
o sistema remoto de condicionamento da amostra.
Como exemplo
podemos citar a coleta de amostra em fornos de pirolise, regeneradores de
gases ou outras correntes de gases quentes com material condensavel, particulado ou finos
provenientes de catalisadores, são as aplicações mais típicas para o condicionamento primário
da amostra.
gases ou outras correntes de gases quentes com material condensavel, particulado ou finos
provenientes de catalisadores, são as aplicações mais típicas para o condicionamento primário
da amostra.
Um filtro com coluna de refluxo é montado diretamente na válvula de bloqueio da tomada do
processo. A seguir a amostra é resfriada e o refluxo do material condensado auxilia na
lavagem retorno com o material para a tubulação do processo.
Conforme a quantidade de material condensado na amostra, pode ser adicionado vapor na
parte de baixo da coluna refluxo para auxiliar na diluição do acido formado pelo processo.
6.0 - Tempo morto no transporte da amostra.
Nos projetos em
que o analisador e o sistema de
condicionamento estiverem afastados do ponto de
amostragem e não for possível reduzir a distância devido a outros aspectos técnicos, deve ser levado
em consideração o tempo de atraso provocado pela linha de amostragem.
amostragem e não for possível reduzir a distância devido a outros aspectos técnicos, deve ser levado
em consideração o tempo de atraso provocado pela linha de amostragem.
O tempo necessário para o transporte da amostra até o analisador pode em alguns casos contribuir
para o aumento no tempo morto total que compreende as fases da coleta da amostra, do transporte, do
condicionamento e o tempo de resposta do próprio analisador.
Uma alternativa
para reduzir o tempo de transporte da amostra é utilizar um “fast loop” instalado
entre o equipamento do processo e um ponto intermediário com retorno para um ponto de pressão
baixa do processo aonde a amostra possa retornar.
entre o equipamento do processo e um ponto intermediário com retorno para um ponto de pressão
baixa do processo aonde a amostra possa retornar.
O tempo de
transporte da amostra ou tempo morto, se relaciona com o diâmetro e o
comprimento da
linha de amostragem a pressão absoluta na linha e vazão.
linha de amostragem a pressão absoluta na linha e vazão.
Não é complicado determinar o tempo de transporte da amostra, bastando para isto determinar a
volume total da amostra, dividido pelo valor da taxa de fluxo, aplicando as seguintes equações em
função da fase da amostra;
1) Equação
para amostras na fase liquida:
tm
= (V) (L)
Fr
2) Equação para amostras na fase vapor :
tm = (V)
(L) (P +14.7) (530)
Fs 14.7 460 +T
Onde;
Tm = Tempo de transporte da amostra
(minutos)
P
= pressão na linha de amostragem
(psig)
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