Tekst: Karim Mahraz | Fotografie: Swagelok
Tekst: Karim Mahraz | Fotografie: Swagelok
Puntbemonstering is een goede methode voor het veilig bemonsteren van media in een productieproces. Bij het ontwerp moet gelet worden op de juiste opvangmethode en op factoren als druk, temperatuur, chemische risico’s, reiniging en materiaalcompabiliteit. Een closed-loopsysteem is helemaal ideaal.
Met een puntbemonsteringssysteem worden monsters van een systeemmedium genomen uit een proceslijn of pijpleiding en vervolgens in een lab geanalyseerd. Matt Dixon, Senior Principal Design Engineer bij Swagelok noemt puntbemonstering een van de beste en kosteneffectiefste methoden voor het routinematig nemen van monsters. Puntbemonstering verhoogt de nauwkeurigheid en de representativiteit van de monsters. “Puntbemonstering speelt een belangrijke rol in de kwaliteitscontrole, de procesbeheersing, de naleving van regelgeving en het verifiëren van de prestaties van procesanalysatoren”, zegt Dixon.
Zo’n puntbemonsteringssysteem moet wel nauwkeurig worden ontworpen om de kwaliteit en de samenstelling van chemische producten echt te kunnen waarborgen. Als operators de monsters op de juiste manier nemen, voorkomt dat onnodige kosten en onnauwkeurige analyses. Het nemen van representatieve monsters hangt onder andere af van de temperatuur, de procesfase, de consistentie, de druk en de chemische samenstelling van de systeemmedia.
“Helaas worden er bij het bemonsteren vaak fouten gemaakt”, zegt Dixon. “De manier waarop het monster wordt genomen en de manier waarop het wordt opgevangen, zijn bepalend voor de representativiteit. En de kwaliteit staat of valt met de opvangmethode.” Zo kan het bewaren en vervoeren van een monster in een open fles leiden tot vervuiling. Bovendien zijn sommige chemicaliën onderhevig aan verdamping of andere veranderingen als ze niet onder een bepaalde druk worden gehouden. “Of je cilinders of flessen gaat gebruiken, hangt zowel af van de systeemdrukvereisten als van het moment waarop je het monster neemt”, zegt Dixon. “Cilinders worden gebruikt bij gas- of vloeistofsamples onder druk; flessen gebruik je voor vloeistofmonsters zonder druk en vacuüm.
Als druk geen issue is, dan voldoen flessen prima. “Flessen kunnen direct vanuit het proces bij atmosferische druk worden gevuld en veilig worden vervoerd zonder risico op morsen of verdamping. Dat geldt al helemaal als je voor een fles met een zelfsluitende dop kiest”, legt Dixon uit. In een glazen fles is het monster ook direct visueel te beoordelen. Voor monstername van vloeistoffen bij atmosferische druk kunnen dus goedkope glazen laboratoriumflessen gebruikt worden.
Voor het bemonsteren van gas of vloeistof onder druk zijn alleen cilinders geschikt. Gasmonsters kunnen niet veilig of nauwkeurig in een fles opgevangen worden. “Het gebruik van cilinders beschermt het monster tijdens transport en voorkomt verdamping of fractionering van de chemicaliën”, licht Dixon toe. “Met cilinders kun je ook verschillende configuraties in het puntbemonsteringssysteem toepassen bij het nemen van een gasmonster.” Cilinders zijn meestal gemaakt van naadloze buizen met een uniforme wanddikte, capaciteit en afmeting. Zo blijft er na gebruik geen medium achter. Cilinders zijn goed reinigbaar en kunnen hergebruikt worden, wat uiteindelijk scheelt in de kosten.
Naast de juiste opvangmethode, zijn er nog andere factoren die meegenomen moeten worden in het ontwerp van een puntbemonsteringssysteem, zoals druk, temperatuur, chemische risico’s, reiniging en materiaalcompabiliteit. Zo moet het ontwerp garanderen dat de maximale nominale druk van het puntbemonsteringssysteem niet wordt overschreden. Een overdrukventiel verhoogt de veiligheid bij het bemonsteren van chemicaliën, met name bij monsters die snel kunnen uitzetten of bij verandering van druk door temperatuurschommelingen.
Het ontwerp moet er ook rekening mee houden dat de maximale en de minimale temperatuur van een puntbemonsteringssysteem niet mogen worden overschreden. Dit beschermt de functionaliteit van de zittingen en afdichtingen van het systeem. Temperatuurbewaking is vooral van belang om te zorgen dat het medium met voldoende snelheid blijft stromen. Als het medium heter dan 60 °C is, kan worden overwogen om het monster te koelen. Dit verkleint de kans dat de monsternemer brandwonden oploopt. Daarbij moet er wel rekening mee gehouden worden dat te sterke koeling de representativiteit van het monster negatief kan beïnvloeden.
Het puntbemonsteringssysteem moet lekvrij zijn. Uiteraard mogen operators bij het nemen van monsters in chemische processen niet blootgesteld worden aan potentieel gevaarlijke gassen of vloeistoffen. Daarnaast kan een lek ook een gevaar voor het milieu of de werkomgeving opleveren. Daarom moet bij het ontwerp gekozen worden voor hoogwaardige componenten voor aansluitpunten. Kiezen voor een prefab puntbemonsteringssysteem, dat door de leverancier gemonteerd wordt, kan ook een goede oplossing zijn om lekkages te voorkomen.
Het ontwerp moet ook voorzien in een goede reinigbaarheid van het systeem. Als de chemicaliën na de monstername niet grondig uit het systeem gespoeld worden, kunnen ze het verontreinigen of corroderen. Daarom is het verstandig om een spoelsysteem in te bouwen, waarmee eventuele resten uit de leidingen gespoeld worden.
De materialen die in het monsternamesysteem worden gebruikt, moeten compatibel zijn met de procesvloeistof of het gas en met de fabrieksstandaard. Standaard rvs316 is geschikt voor veel toepassingen, maar soms wordt het gebruik van andere materialen voorgeschreven, zoals de nikkel-koperlegering Alloy 400 of de nikkel-molybdeen-chroomlegering C-276, om compatibiliteit te garanderen en het risico op corrosie in het hele systeem te verminderen.
Dixon noemt een puntbemonsteringssysteem in combinatie met een closed-loopsysteem het efficiëntste. Bij zo’n gesloten systeem is de circulatie van de systeemmedia zichtbaar en kan deze continu door de cilinder circuleren terwijl de operator een monster neemt. “Een closed-loopsysteem is ideaal voor het nemen van monsters in een overdrukproces en terug te voeren naar het proces op een plek met een lagere druk, bijvoorbeeld stroomopwaarts van een pomp. Hierbij wordt het drukverschil gebruikt om de vloeistof of het gas door het puntbemonsteringssysteem te laten stromen’, zegt Dixon.
Closed-loop systemen hoeven ook minder vaak doorgespoeld te worden, omdat ze een soort extensie van het hoofdsysteem vormen. Als de inlaatklep van het bemonsteringssysteem wordt opengezet, stroomt het medium door de buizen en de bemonsteringscilinder van de bypass en vervolgens via een slang naar de uitgang. Eventuele resten die in de korte inlaatleiding achterblijven, worden snel door het gesloten circuit gestuurd, en komen weer terug in het proces als de cilinder zich vult. Zodra de monstercilinder gevuld is, kan de operator eenvoudig de in- en uitlaatkleppen van de cilinder sluiten en het systeem omdraaien om het te ontluchten. Zo worden de toevoer- en retourleidingen geïsoleerd en kunnen de vullijnen ontluchten. Vervolgens sluit de operator de inlaatklep om de stroom te stoppen en verwijdert de cilinder voor laboratoriumanalyse. De vloeistof of het gas in de cilinder blijft daarin opgeslagen onder exact dezelfde procesomstandigheden als op het moment van monstername en is dus een representatieve weergave van het proces. Alleen de temperatuur van het monster is anders.
Met een correct ontworpen puntbemonsteringssysteem kunnen veilig monsters genomen worden uit een pijpleiding, tank of procesvat. Als wordt gekozen voor de juiste opvangmethode – fles of cilinder – en rekening wordt gehouden met andere systeemvariabelen – druk, temperatuur, chemische risico’s, reinigbaarheid en materiaalcompabiliteit – zijn puntbemonsteringssystemen zeer geschikt voor het efficiënt en kostenbewust bemonsteren van systeemmedia. ●
Karim Mahraz is product manager analytische instrumentatie bij Swagelok.
