如何使用调节器减少分析仪器系统中的时间延迟

如何使用调节器减少分析系统中的时间延迟

Mike Strobel，现场工程主管

过程测量是即时的，但分析仪的响应永远不会。从水龙头到分析仪，总是有一个时间延迟。不幸的是，这种延迟常常被低估或误解。

在分析采样系统中，时间延迟定义为新样品到达分析仪所需的时间。另一篇博客文章解释了延时是如何工作的，以及在高水平上将延时最小化的技巧，但在这篇文章中，我们将重点介绍如何使用压力调节器控制延时。调节器控制压力，分析系统中的压力与时间密切相关。对于流量受控的气体系统，压力越低，时间延迟越短。

时间延迟可能发生在分析仪器系统的任何主要部分，包括工艺管线、分接头和探头、现场站、传输线、样品调节系统、流路切换系统和分析仪。下图是典型的过程分析仪采样系统示例。

时间延迟是累积的。它包括流体从被监控的过程流向分析仪所需的总时间。您可以在此处了解有关如何测量时间延迟的更多信息。目前，我们将重点关注现场站以及监管机构在减少那里的时间延迟方面发挥的重要作用。

现场站前

最小化时间延迟从水龙头的位置开始。最好将分流器放置在尽可能靠近过程分析仪的位置，但也要位于过程时间延迟源的上游，例如桶、罐、死角、停滞的管线以及冗余或过时的设备。

对液体进行采样时，水龙头处的压力应足以在不使用泵的情况下通过传输管线或快速回路输送样品——这是一种引入额外性能变量的昂贵组件。

在许多情况下，您可能无法指定水龙头的位置。您可能不得不使用现有的分接头位置，并且通常还需要使用现有的分析仪棚位置。如果水龙头离分析仪的距离很远，建议使用快速循环将流体快速输送到分析仪并将未使用的部分返回到过程中。

在大多数分析仪器系统中，时间延迟的另一个来源是探头。探头的体积越大，延迟越大。体积会受到探头长度和宽度的影响。尝试尽量减少时间延迟时，请选择低容量探头。

在现场站

如果过程分析仪需要液体样品，则不使用现场站中的调节器。最好将液体保持在高压下，以避免形成气泡。在气体样品的情况下，现场站被用作降低传输线压力的一种手段。

时间延迟与绝对压力成正比减少。在一半的压力下，您将获得一半的时间延迟。现场站尽可能靠近水龙头。压力下降越早越好。让我们看一下现场站调节器的三种可能应用。对于每一个，调节器的配置都有些不同。

调节器应用#1

在第一个应用中，目标是降低气体压力。预计压降不会产生冷凝。因此，可以使用简单的减压调节器。减压调节器在出口处保持恒定压力。传感元件，通常是隔膜或活塞，响应下游压力而移动，允许控制元件（通常是锥形提升阀）改变气体通过的孔的流动面积。当传感元件响应更高的压力被向上推时，控制元件移动更靠近调节器座并且孔口面积变得更小。随着传感元件以较低的压力向下移动，孔口变大。在大多数分析型调节器中，调节器上的手柄允许操作员通过压缩或放松设置弹簧来设置出口压力，该弹簧驱动传感元件抵抗出口压力的运动。

在入口压力变化不大或化学兼容性很重要的应用中，金属隔膜是理想的选择。然而，在压力可能不一致或尖峰的应用中，活塞式调节器可能更合适。

调节器应用#2

在我们的第二个调节器应用中，预计压降会导致冷凝。随着压力的下降，几乎所有的气体都会失去能量，这被称为焦耳-汤姆逊效应——导致冷却。如果气体接近其露点，这种冷却可能会导致冷凝。在某些情况下，热量损失可能足以导致冷凝，从而可能冻结调节器。由于焦耳-汤姆逊效应，可能需要加热调节器来将气体温度保持在露点以上。加热调节器是一种减压调节器，其中系统流体流过加热元件。需要一个加热器筒。

您可以计算加热器筒所需的能量（或瓦数），以便您可以在正确的功率范围内指定一个。每种气体都有一个焦耳-汤姆逊系数，该系数与压降和流量一起代入公式，以产生所需的瓦数。

调节器应用#3

在我们的第三个调节器应用中，液体必须先变成气体，然后才能通过气相色谱仪或其他分析仪进行分析。在这种情况下，使用汽化调节器。蒸发调节器的选择可能具有挑战性，但如果尺寸和安装合适，它可以成为制备液体样品的可靠方法。汽化调节器的目标是立即将整个样品闪蒸成气体，以确保汽化样品代表液体过程。

使用汽化调节器时，必须密切注意温度和蒸汽流速。如果流量太大，样品只会部分蒸发，液体会流过调节器并流向分析仪。如果汽化器温度过高，上游的液体样品将被汽化。您可以在此处了解有关在采样系统中管理汽化的更多信息。

最后，一定要正确设置您的蒸发调节器，以避免造成相当大的时间延迟。随着流体从液体变为气体，体积将急剧增加。增加量取决于液体的分子量。通常，在调节器之后测得的蒸汽流量将是汽化调节器之前液体流量的 300 倍以上。

例如，蒸汽流量为 600 cm ³ /min.，液体流量可能小于 2 cm ³ /分钟。在这种情况下，液体需要 25 分钟才能通过 3 米（约 10 英尺）的 6 毫米（1/4 英寸）管道。为了减少这个时间，我们必须减少调节器之前的管道体积。例如，只有 30.5 厘米（1 英尺）长的 3.2 毫米（1/8 英寸）管道，液体到达调节器只需 30 秒。然而，到这个时候，我们必须在探测中添加时间延迟。探头越窄，响应越快。

获得更快响应的另一种方法是借助液体快速回路将蒸发器移近分析仪。在下图中，调节器位于快速回路过滤器之后，带有第二个液体慢速旁通回路，确保良好的液体流量一直持续到汽化调节器。目的是尽量减少进入汽化调节器的缓慢流动的液体体积。

做出正确的监管选择以减少延迟

调节器是解决分析系统中时间延迟的关键工具。气体系统中的压力越低，响应时间越快。一般来说，气体系统中的压力下降得越快越好。在液体被汽化的情况下，考虑一个液体快速回路以保持液体向上移动到汽化调节器。现场站是复杂分析仪器系统中的一个地方，可以显着减少时间延迟，但时间延迟的方法必须始终是全面的。为了减少时间延迟，必须仔细检查系统延迟的所有潜在原因。

如果您在分析系统中遇到时间延迟问题，除了遵循上述关于调节器选择的建议之外，您还可以从其他几个地方寻求帮助。我们提供由采样专家教授的多个采样系统培训课程，我们提供根据最佳实践设计的预先设计的分析子系统，我们的现场工程团队也可以到现场帮助您识别和排除分析系统的问题。要了解更多信息或开始关于减少分析系统延迟的对话，请单击下面的按钮。