Пробоотборные системы: зачем нужна автоматизация отбора проб

Назначение пробоотборных систем

Пробоотборник извлекает небольшой объём вещества из технологического потока — газа из трубопровода, жидкости из резервуара, твёрдого вещества из смесителя — и делает это так, чтобы проба осталась репрезентативной и не загрязнилась в процессе. Применяют такие системы для контроля качества газа в технологических линиях, отбора жидкостей под хроматографию, отбора твёрдых образцов для спектроскопии.

Компоненты пробоотборной системы

Пробоприёмник, или зонд, находится прямо в технологическом потоке и оттуда забирает пробу — он может быть просто погружным или погружным с системой охлаждения. Дальше проба идёт по транспортной линии — трубопроводу из инертного материала, нержавейки или тефлона, — в аналитическое оборудование или систему хранения. Хранят пробы во флаконах или баллонах, а система очистки — фильтры и адсорбенты — убирает загрязнения из транспортной линии между отборами, чтобы одна проба не смешивалась со следующей.

Автоматизация отбора

Начальный уровень — электромагнитный клапан под управлением таймера: он открывается и закрывается в заданные моменты, и пробы берутся через равные интервалы, скажем каждый час или каждые четыре. Дальше идёт полная автоматизация на ПЛК: система отбирает пробы по расписанию или по сигналу тревоги, например при отклонении давления, и параллельно фиксирует время и параметры каждого отбора.

Отдельный вариант — автоматический самплер, карусель на сотню баллонов, где ПЛК сам переключается между позициями, а пробы хранятся в холодном шкафу при 4 °C и ниже.

Контроль чистоты

Инертные покрытия внутри пробоотборника и транспортной линии — силаны, парилен — не дают анализируемому веществу оседать на стенках и портить пробу. Между отборами систему промывает очищающий газ или жидкость, убирая остатки предыдущей пробы, а датчик давления следит за герметичностью и вовремя показывает, если где-то появилась утечка.

Интеграция с аналитическим оборудованием

Проба должна попасть в анализатор — газовый хроматограф, масс-спектрометр, спектрофотометр — в нужный момент и под нужным давлением, и именно систему управления обычно поручают координировать работу пробоотборника с анализатором. У некоторых анализаторов для этого есть встроенные порты, к которым пробоотборник подключается автоматически.

Типичные конфигурации

Полевой пробоотборник — это компактный зонд на конце трубопровода, где сигнал от датчика давления сам запускает отбор пробы; такой вариант нужен для мониторинга газовых линий в реальном времени. Лабораторный пробоотборник — набор флаконов в холодном шкафу под управлением ПЛК, работающего по расписанию, а пробы анализируют уже в течение дня. Автоматический самплер идёт дальше — карусель с баллонами, к которой аналитическое оборудование подключается само и обрабатывает каждый баллон по очереди.

Стоимость и сроки

Простая система с одним пробоотборником и электромагнитным клапаном стоит 30–50 тыс. руб. Карусель на 10–50 позиций обойдётся в 100–300 тыс. руб, а полная система с интеграцией в ПЛК — в 200–500 тыс. руб. На монтаж и наладку в любом случае закладывают 2–4 недели.

Обслуживание

Фильтры в системе очистки меняют каждые 100–500 часов работы, пробоприёмник и транспортную линию чистят ежемесячно, а датчик давления калибруют раз в год.

Типичные проблемы

Кросс-загрязнение, когда одна проба портит следующую, лечится улучшением системы очистки. Адсорбция веществ на стенках снимается инертными покрытиями. А утечки требуют проверки герметичности и, как правило, замены прокладок — тянуть с этим не стоит, иначе под вопросом окажется каждая последующая проба.

Итог

Автоматизация отбора проб напрямую повышает надёжность и производительность аналитической системы. Для простых задач достаточно механического таймера с электромагнитным клапаном, а высокопроизводительным системам обычно нужен автоматический самплер, интеграция в ПЛК и инертные покрытия, защищающие пробы от загрязнения на всём пути к анализатору.