Die Baukosten von Raffinerien der petrochemischen oder pharmazeutischen Industrie, von großen Kläranlagen oder Gas- und Öl-Fördereinrichtungen bewegen sich häufig im oberen dreistelligen Millionenbereich und darüber hinaus. Grund dafür sind die zum Teil technologisch sehr anspruchsvollen Gewerke beispielsweise zur stufenweisen Fraktionierung der Rohstoffe oder Abscheidung von Begleit- und unerwünschten Fremdstoffen.
Im Vergleich dazu werden Fluidsysteme oft als einfach zu realisierende Subsysteme eingeschätzt, deren vermeintlich wenig anspruchsvolle Aufgabe es ist, Medien von A nach B zu transportieren. Die Planung und Realisierung von leistungsfähigen Fluidsystemen und dazugehörigen Probenahmesystemen erfordert allerdings ausgeprägte Fachkenntnisse. Welchen Einfluss die Probenahme auf die Qualität ihres Endproduktes hat, erfahren Sie in unserem Artikel.
Wie Fluidsysteme zur Qualität des Endproduktes beitragen
Fluidsysteme haben innerhalb der kompletten Produktionskette einen gleichrangigen Stellenwert zu allen anderen an der Produktion beteiligten Systemen, Maschinen und Anlagen. Denn auch von ihrer fehlerfreien Funktion hängt letztlich die Qualität des Endproduktes ab. Deshalb kommt es ganz entscheidend auf das "Wie" an, wenn Fluidsysteme Medien von A nach B transportieren. Das heißt, dass
- auf dem Transportweg häufig zahlreiche Parameter des Mediums eingehalten und überprüft werden müssen wie z.B. Durchflussrate bzw. Fließgeschwindigkeit, Temperatur, Druck, Reinheit des Mediums oder gleichmäßige Durchmischung der Inhaltskomponenten, um nur die Wichtigsten zu nennen.
- die Prozessströme in Fluidsystemen bei Großanlagen mitunter lange Wegstrecken zurücklegen müssen. Je nach Art des Fluids (gasförmig, flüssig, jeweils auch als Gemisch) muss dabei verhindert werden, dass sich unterwegs die Fluideigenschaften verändern oder verloren gehen.
- insbesondere bei Erdgas- und Rohöl-Lieferungen traditionell entlang der Lieferkette bis zum Endabnehmer mehrfach Zustand und Qualität der Lieferung nachgewiesen werden müssen.
Für die betreffenden Fluidsysteme und deren verantwortliche Verfahrenstechniker und -ingenieure bedeutet dies, dass jederzeit eine Kontrolle des Prozessstroms möglich sein muss, um den Zustand des Mediums zu bestimmen.
Die zentrale Aufgabe der Probenahme: die Qualitätskontrolle des Prozessstroms
Weil bei Großanlagen auch Fluidsysteme aus verfahrenstechnischer Sicht anspruchsvolle Projekte sind, ist es nur konsequent, wenn diese optimal geplant und ausgeführt werden. Dies gilt vor allem bei Neubauprojekten. Sehr gute Gelegenheiten sind zudem Generalsanierungen und Turnarounds. Hier bietet sich eine System-Evaluierung an, mit der genau untersucht wird, wie ein neues Fluidsystem beschaffen sein muss und welche auch langfristig wirksamen Verbesserungen zur Leistungssteigerung und Qualitätskontrolle eines vorhandenen Fluidsystems vorgenommen werden können.
Hierbei haben Probenahmesysteme eine zentrale Bedeutung, da sie die Voraussetzungen dafür schaffen, dass repräsentative Proben aus dem Prozessstrom entnommen werden können. Nur anhand von Analysen dieser Proben ist es möglich, Aufschluss darüber zu erhalten, ob das momentan transportierte Medium im Fluidsystem den Spezifikationen und damit der geforderten Qualität entspricht.
Damit wird die Bedeutung der Probenahme klar: Sie ist die entscheidende Instanz der Qualitätskontrolle des Prozessstroms und mitverantwortlich für die Gesamtqualität des Endprodukts. Deshalb muss schon die Auslegung des Fluidsystems den Einsatz von Probenahmesystemen sicherstellen.
Planung, Bau und Installation eines Probenahmesystems
Eine sichere Option, dass die regelmäßige und routinierte Probennahme auch langfristig repräsentative Proben liefert, ist die Beratung durch einen Experten vor Beginn der Planungsarbeiten. Er verfügt über das Fachwissen und die Erfahrung zu den zahlreichen Aspekten, die für die bestmögliche Realisierung eines Probenahmesystems berücksichtigt werden müssen. Diese beziehen sich auf die Auslegung des Fluidsystems und des Probenahmesystems:
- die richtige Position der Probenentnahmestelle. Toträume und die richtige Distanz zu Bauteilen, die Verwirbelungen verursachen (z.B. Winkelstücke oder Verzweigungen), horizontal oder vertikal verlaufender Prozessstrom – diese und weitere Faktoren müssen bei der Wahl der Entnahmeposition berücksichtigt werden.
- die Auswahl der für die Anwendung passenden Entnahmesonde. Hierbei geht es u.a. um die Berücksichtigung der Art des Prozessmediums, die Fluidtemperatur sowie die für den Einbau und die Entnahmekapazität infrage kommenden Abmessungen. Zudem spielen die Vermeidung der Sondenverunreinigung resp. Sondenverstopfung eine wichtige Rolle.
- ein kurzer Weg und eine kurze Zeitspanne. Die Entfernung zwischen der Entnahmestelle aus dem Fluidsystem und dem Ort der Befüllung des Probenahmebehälters sollte möglichst gering sein. Zudem muss der Zeitraum zwischen der Entnahme und der Befüllung des Probenbehälters beachtet werden, der möglichst kurz sein sollte. Denn je kürzer der Transportweg und die Transportzeit sind, desto geringer ist das Risiko einer Verfälschung der Probe.
- die leichte Zugänglichkeit. Das Probenahmesystem muss so positioniert sein, dass eine sichere Bedienung durch das Personal möglich ist. Es sollte in gut erreichbarer Höhe (z.B. Augenhöhe) installiert sein und ausreichend Bewegungsspielraum bieten, um bequem die Probenahme durchführen zu können.
- die Wirkabhängigkeit (Interdependenz) zwischen Temperatur und Druck. Hierbei ergeben Berechnungen vor allem bei gasförmigen Fluiden, ob und wann Temperatureffekte auftreten, sobald sich der Druck im Fluidsystem ändert. Manche Gase erwärmen sich, andere Gase kühlen ab und es bilden sich Flüssigkeiten oder Vereisungen bei Absinken unter den Taupunkt. Erwärmung und Abkühlung gefährden die Integrität der Probe.
- Vermeidung von Phasenübergang und Fraktionierung. Bei der Probenahme können Stoffe unter bestimmten Bedingungen wie Druck, Temperatur und Zusammensetzung von einer Phase in eine andere überwechseln (z.B. von flüssig zu gasförmig oder umgekehrt) oder Stoffgemische können sich stufenweise zerlegen. Diese Vorgänge lassen sich anhand des Fluids und der herrschenden Bedingungen berechnen und folglich auch vermeiden, da beide Vorgänge in der Regel die Probe unbrauchbar machen.
- Ermittlung der Spülzeitdauer. Nach jeder Probennahme sollte das Probenahmesystem gespült werden, um eine nachfolgende Probe vor Kontamination durch Reste der vorangegangenen Probe zu schützen. Auch hier ergeben Berechnungen, wie lange ein Spülvorgang dauern sollte, damit keine Probenreste das zu untersuchende Probenmaterial verunreinigen können.
Deshalb ist die Zusammenarbeit mit Swagelok Beratern für Fluid- und Probenahmesysteme eine Investition, die sich auszahlt. Denn als hoch qualifizierte Fachleute bringen sie schon bei der Planung der Systeme ihre Expertise ein. Mit ihrer Unterstützung tragen Fluid- und Probenahmesysteme auch bei komplexen Großprojekten zu Qualität, Profitabilität und Sicherheit des Gesamtprojektes bei.
Lösungen für Probenahmesysteme von Swagelok
Mit validierbaren, präzisen und repräsentativen Ergebnissen bieten Swagelok Probenahmesysteme die Überprüfbarkeit der beständigen Qualität beim Transport von flüssigen oder gasförmigen Medien in Fluidsystemen. Sie sind konfigurierbar und bei Bedarf individuell anpassbar. In kompakter Bauform auf Panels werden sie von Swagelok Fachleuten vor Ort installiert. Das hilft, Zeit und Geld zu sparen.
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