Wpływ zastosowanej linii transportującej próbkę na wyniki pomiarów chromatografu

Pomiary analityczne to procesy badawcze, bez których trudno wyobrazić sobie w dzisiejszych czasach funkcjonowanie wielu branż gospodarki. Jakże często pojawiają się opinie, że analityka „nie działa", że otrzymywane wyniki są niewiarygodne lub też przekłamane. Informacja, która jest podstawą podejmowania naszych działań w procesach technologicznych dociera z takim opóźnieniem, że straty można szacować w tysiącach, setkach tysięcy a czasem milionach złotych. 

Bardzo częstą przyczyną takiego stanu rzeczy jest błąd popełniony na etapie projektowania układu transportującego próbkę. Tym problemem, jako jedna z nielicznych na świecie, zajęła się amerykańska firma O'Brien Corporation, kładąc szczególny nacisk na systemy transportu mediów płynnych i gazowych, ich ochronę przed zamarzaniem, utrzymywania stałej lepkości oraz kondycjonowania próbek pomiarowych, opracowując rurę preizolowaną TRACEPAK.

TRACEPAK – rura preizolowana z samoregulującym kablem grzejnym lub parogrzejką, poza estetycznym wykonaniem i właściwym oznakowaniem, spełnia kilka istotnych funkcji: 

• zabezpiecza linie przed ujemnymi temperaturami
• odseparowuje wilgoć
• zwiększa trwałość i żywotność instalacji

 

Rodzaje rur nierdzewnych stosowanych w preizolowanych liniach analitycznych O'Brien

• Rury ze stali kwasoodpornej AISI 316
Podstawowym produktem od lat wykorzystywanym do transportu próbek są komercyjne rury bezszwowe ze stali AISI 316. Ich chropowatość wynosi 2-3 mikrometry a ponadto są często zanieczyszczone ciałami obcymi oraz olejem z procesu ciągnienia. Oczywiście pojęcie „rury komercyjne" zawiera w sobie znaczne zróżnicowanie produktów, uzależnione od troski producenta o proces produkcji, magazynowania, transportowania rur itp. Jednakże bez względu na powyższe aspekty, rozwiązania zaproponowane przez firmę O'Brien prezentowane poniżej, bezdyskusyjnie plasują produkt finalny w zupełnie innej kategorii.

• Rury polerowane chemicznie i elektro-polerowane
Materiałem wyjściowym w każdym z przypadków jest komercyjna rura bezszwowa ze stali AISI 316. Jest ona poddawana specjalnie opracowanej technologii, umożliwiającej polerowanie chemiczne i elektrochemiczne rur o średnicy do 1/2", zwiniętych w krąg. Dzięki temu uzyskujemy jeden nieprzerwany odcinek, długości nawet kilkuset metrów, o chropowatości Ra < 1mikrometr, a w przypadku elektropolerowania poniżej 0,64 mikrometra. W obu przypadkach rury są poddawane również procesowi pasywacji.

• True Tube EPS – „szklana rura"
Kolejnym, dodatkowym sposobem ulepszenia rury procesowej jest pokrycie jej powierzchni zgazowaną krzemionką. Proces ten można zastosować zarówno do rur komercyjnych, polerowanych chemicznie jak i elektropolerowanych. Amorficzna powłoka ze stopionej krzemionki zapewnia zwiększoną trwałość i obojętność rur poprzez ich powierzchniową dezaktywację.

 

Badanie czasu reakcji różnych typów rur dla przesyłu próbki o niskiej zawartości wilgoci (30-50 ppm)

Instytut badawczy Haritec Scientific & Engineering Support na zlecenie firmy O'Brien wykonał badania różnych typów rur w celu wykazania ich zdolności adsorpcji i desorpcji.
Badaniu poddano:
- rurę komercyjną AISI 316,
- rurę elektropolerowaną (True Tube EP)
- rurę elektropolerowaną z powłoką z krzemionki (True Tube EPS).

Wszystkie trzy typy rur miały długość 30 metrów i były preizolowane w wiązce TRACEPAK w celu zapewnienia stałej temperatury.
Na początku każdego testu, do analizatora wprowadzono gaz referencyjny z generatora wilgotności i zarejestrowano bazową zawartość wilgoci. Następnie strumień referencyjny przeprowadzano przez rury testowe do analizatora, rejestrując czas i zawartość wilgoci w strumieniu. Wykres nr 1 prezentuje osiągnięte wyniki.

badanie czasu reakcji typow rur dla przesylu probki.jpg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W oparciu o przeprowadzony test wyraźnie widać różnicę w łącznym czasie reakcji poszczególnych próbek przesyłowych. Rura elektropolerowana z powłoką z krzemionki (True Tube EPS) zapewnia najszybszą reakcję, osiągając w czasie 30 minut poziom 98% koncentracji wprowadzonej wilgoci. Rura elektropolerowana (True Tube EP) osiąga poziom 98% po 60 minutach, a komercyjna rura AISI 316 osiąga poziom 96% po 180 minutach. Oba produkty True Tube zapewniają wyraźną, początkową reakcję w krótkim czasie, natomiast rura komercyjna charakteryzuje się wolniejszym i bardziej łagodnym wzrostem wilgoci na wyjściu. Badanie desorpcji również wykazało blisko 6-krotnie szybszy wynik pomiaru w przypadku rur True Tube EPS niż komercyjnych i 3-krotnie szybszy dla rur True Tube EP.

 

Badanie adsorpcji metanotiolu (CHSH) przez różne typy rur do przesyłu próbek

Kolejnym problemem pojawiającym się w procesach produkcyjnych w branży rafineryjnej, chemicznej czy gazowniczej jest korozja sprzętu będąca wynikiem działania związków siarki.
W związku z tym, poważnym zadaniem dla analityki stało się ciągłe monitorowanie zawartości siarki oraz zmian jej stężenia. Niestety, wskutek tego iż stale kwasoodporne wiążą cząsteczki siarki, sygnał dociera do analizatora ze znacznym opóźnieniem.
Aby stwierdzić, jaki wpływ na to zjawisko mają proponowane przez firmę O'Brien rozwiązania, Centrum Badawcze i Technologiczne firmy SHELL z siedzibą w Amsterdamie przeprowadziło stosowne testy.
Badaniu, podobnie jak w poprzednim przypadku, poddane zostały trzy rury: standardowa bezszwowa rura z materiału AISI 316, rura TrueTube EP, czyli elektropolerowana oraz TrueTube EPS, która w stosunku do poprzedniczki posiadała powłokę z krzemionki.

Materiały te poddano oddziaływaniu metanotiolu o zawartości siarki 0.5 ppmv zawartym w helu, który był podawany bezpośrednio z butli. W wyniku wielogodzinnego testu polegającego na cyklicznym wtryskiwaniu gazu do układu i odczycie na czujniku siarki (SCD) wykreślona została krzywa adsorpcji dla poszczególnych rur, a wyniki są jednoznaczne. Tylko rura True Tube EPS zapewnia niemalże natychmiastowy, prawidłowy wynik na czujniku (po ok. 2 min). W przypadku rury elektropolerowanej True Tube EP czas do momentu wykrycia zmiany stężenia siarki wyniósł 72 min, natomiast w przypadku rury komercyjnej z AISI 316 aż 92 minuty. 

adsorpcja różnych typów rur.png

 

 

 

 

Badanie odporności różnych typów rur na korozję chemiczną wywołaną kwasem 6NHCL

Celem badania było określenie względnej odporności na korozję rur: Hastelloy C-22, komercyjnej z materiału AISI 316L, komercyjnej z powłoką z krzemionki topionej, elektropolerowanej True Tube EP, oraz elektropolerowanej z powłoką z krzemionki topionej True Tube EPS.
Przed rozpoczęciem badania wszystkie rury zostały oczyszczone, wypłukane wodą DI, przedmuchane suchym azotem i zważone. Następnie napełniono je roztworem 6N HCL i zamknięto obustronnie na okres 72 godzin. Testy zostały przeprowadzone kilkakrotnie w celu uśrednienia wyników i wyznaczenia wartości odchyleń (wariancja próbki). Poniższy wykres nr 3 przedstawia wyniki testu, które świadczą o tym, że największą odporność na korozję posiada rura True Tube EPS, a następnie Hastelloy C-22.

odpornosc na korozje truetube.jpg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Podsumowanie

Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić, że przygotowanie powierzchni ma niebagatelny wpływ na osiągane wyniki pomiarowe. W przypadku wilgoci zasadnicze znaczenie ma gładkość powierzchni, a w przypadku oddziaływania siarki - odseparowanie jej od powierzchni stali poprzez zastosowanie powłoki z krzemionki topionej.
Rura z True Tube EPS okazała się najlepszym rozwiązaniem i technologią, która daje analityce nowe możliwości.

 

Rozwiązanie True Tube EPS na rynek polski dostarcza Rectus Polska. Szczegóły TUTAJ.