4 parties à scruter pour évaluer correctement le temps de réponse d’un système d’analyse en ligne

4 parties à scruter pour évaluer correctement le temps de réponse d’un système d’analyse en ligne

Dans un système d’analyse en ligne (extractif), il y a nécessairement un délai entre le moment où on prélève l’échantillon et le moment où on obtient un résultat de mesure.

Ce délai est toujours cumulatif (nos experts pourront vous expliquer pourquoi), et correspond au temps total nécessaire à l’échantillon pour parcourir le trajet du point de prélèvement dans la ligne de process jusqu'à l’analyseur qui va fournir la mesure. Ce « temps de réponse » peut s’avérer plus long que ce que l’on imagine et le fait de le sous-estimer peut déboucher sur un contrôle du process déficient. Si vous pensez que le temps de réponse de votre système est d’une minute alors qu’il est en réalité de deux heures, il est fort probable que les mesures fournies par votre analyseur industriel ne soient plus pertinentes ou utiles. Votre objectif est de réduire autant que possible ce temps de réponse et de faire en sorte, dans l’idéal, qu’il s’écoule au plus une minute entre le point de prélèvement process et l’entrée de l’analyseur.

Les causes d’un temps de réponse excessif sont à chercher dans l’ensemble des éléments constitutifs d’un système d’analyse en ligne. Les quatre principaux points à examiner en vue de réduire le temps de réponse de votre système sont les suivants :

1. La sonde de prélèvement
2. Le transport de l’échantillon (système de pré-conditionnement et lignes de transport compris)
3. Le système de conditionnement de l’échantillon (système de commutation des fluides compris)
4. L’analyseur

1. Le point de prélèvement

Évitez d’utiliser une sonde de taille excessive. La sonde doit être suffisamment longue pour atteindre le deuxième tiers du diamètre interne de la ligne de process, là où l’écoulement est le plus rapide et où l’échantillon prélevé sera le plus propre et le plus représentatif. Elle ne doit être ni plus longue, ni plus large que nécessaire, car plus le volume interne de la sonde est volumineux, plus le retard occasionné est important.

L’emplacement du point de prélèvement sur le process est un aussi un élément clef à prendre en considération. Si vous placez un point de prélèvement dans une zone à faible débit, vous devrez nécessairement attendre plus longtemps avant qu’une modification de la composition chimique du produit ne soit détectée. Par exemple, l’entrée de nouvelles molécules (de compositions et/ou concentrations notablement différentes de celles déjà présentes) dans un réservoir ou une cuve de grande capacité créera un « volume de mélange » composé d’anciennes et de nouvelles molécules présentes jusqu’à ce que le volume soit entièrement purgé, et les anciennes molécules évacuées. Pour réduire ce temps de réponse « process », il est donc recommandé d’éviter de localiser un point de prélèvement en aval de tout élément pouvant accroître notablement le temps de réponse tels que les cuves/ballons, les réservoirs, les volumes morts et toute zone où le fluide est stagnant.

2. Le transport de l’échantillon

• Distance du point de prélèvement (par rapport à l’analyseur): plus le trajet de l’échantillon vers l’analyseur est long, plus le temps de réponse est important. Il est conseillé de placer le point de prélèvement le plus près possible de l’analyseur. Si les lignes de transport sont longues, envisagez l’utilisation d’une boucle rapide pour accélérer l’écoulement et fournir un échantillon plus représentatif à l’analyseur.
• Longueur et diamètre de la ligne: plus la distance que doit parcourir l’échantillon est longue et plus le volume interne des lignes de transport est important, plus le temps de réponse est long. Pour réduire ce temps de réponse, calculez et ajustez la longueur et le diamètre des lignes en conséquence pour garantir l’exactitude des mesures.
• Pression basse dans une ligne acheminant des échantillons liquides: pour les échantillons liquides, le point de prélèvement doit être positionné de manière à ce que la pression dans les lignes de transport ou la boucle rapide soit suffisante pour ne pas avoir à utiliser une pompe. Évitez d’ajouter des composants coûteux supplémentaires tels une pompe (une pompe robuste et fiable est nécessairement coûteuse !), car ils ont aussi pour effet de complexifier le système d’échantillonnage et nécessite une maintenance conséquente (en cas de panne vous perdez vos mesures !).
• Pression élevée dans une ligne acheminant des échantillons gazeux: avec un gaz, plus la pression est élevée, plus le débit est faible. Pour accélérer le débit, et ainsi réduire le temps de réponse, abaissez la pression. Par exemple, une diminution de moitié de la pression absolue entraîne la même diminution du temps de réponse.

3. Les systèmes de conditionnement des échantillons

• Les volumes morts (ou bouts morts): un volume mort est un espace où le fluide est stagnant, piégeant des molécules du fluide circulant ou diffusant des molécules ultérieurement piégées dans le fluide circulant. Tout raccordement en T ou en croix dans une ligne d’échantillonnage est susceptible de constituer un bout mort, sauf si l'ensemble de ses orifices permettent l’écoulement du fluide. Les bouts morts courants sont les points de raccordement des manomètres et des thermomètres, les purgeurs et les vannes de purges, les systèmes de commutations de fluides (selon leur conception) et les points de prélèvement. Il est nécessaire de purger ces zones, lorsque c’est possible (nos experts peuvent vous expliquer pourquoi ce n’est pas toujours possible), avant de procéder à des analyses, or purger contribue à augmenter le temps de réponse. Déplacer un bout mort (le manomètre, par exemple) est parfois la solution la plus simple.
• Adsorption des échantillons sur les parois du tube et des filtres: lorsqu'un échantillon entre en contact avec les parois du tube ou avec toute autre surface solide, certaines de ses molécules se fixent à cette surface (molécules polaires). Dans le cas de mesure basses teneurs, de l’ordre du ppm (parties par million), la perte (ou le gain) de molécules due à l’adsorption (ou à la désorption) peut donc avoir de l’importance. Cependant, cette perte n’est statistiquement significative qu’avec des échantillons gazeux. Avec un échantillon liquide, l’adsorption ne devient un problème que si vous mesurez des valeurs inférieures à 1 ppm. Pour les échantillons gazeux, prévoyez par exemple un temps de purge suffisants entre deux commutations de lignes pour permettre l’évacuation du gaz précédent.
• Volume interne élevé des capacités: pour s’assurer que l’échantillon sera représentatif et obtenir des mesures précises, chaque capacité sur le passage de l’échantillon occasionnant un ralentissement de la vitesse de circulation du fluide doit être intégralement « purgée ». Si vous utilisez une capacité volumineuse comme un filtre ou un coalesceur, prévoyez un délai suffisant pour renouveler correctement l’échantillon à l’intérieure de celle-ci. De manière générale, on s’assure d’un renouvellement correct en prévoyant un délai permettant de « rincer » trois fois le volume interne de la capacité. Limitez autant que possible la taille de ces composants.

4. L’analyseur

• Mesures discontinues: du fait de leur fonctionnement, certains analyseurs ont besoin de plus de temps pour produire des résultats. Par exemple, un colorimètre nécessite l’ajout de réactif(s) avant de procéder à la mesure de la couleur prise par la solution (pour en déduire la concentration de l’analyte à mesurer), tandis qu’un chromatographe doit séparer les composants de l’échantillon avant de les quantifier.
• Mesures continues: certains analyseurs ont fonctionnement continu (du fait de leur principe de mesure), mais même ceux-ci ne fournissent pas nécessairement un résultat instantané ; c'est pourquoi on observe toujours un temps de réponse plus ou moins long.
• Systèmes manuels (opérabilité): lorsqu’il n’y a pas de régulation automatique du process (basé sur le résultat de mesure), il faut aussi prendre en compte le délai inévitable qui s’écoule entre le moment où l’opérateur en salle de contrôle remarque une évolution notable de la mesure (ou en soit informé - système d’alarmes hautes et/ou basses par exemple) et procède aux ajustements nécessaires.

Connaître le temps de réponse pour pouvoir piloter son process de manière fiable et adaptée

Il est important de tenir compte du temps qui s'écoule entre le moment où l’échantillon est prélevé dans le process, le moment où celui-ci parvient à l’analyseur et le moment où vous avez connaissance du résultat de l’analyse. Si votre hypothèse concernant ce délai est erronée, vous ne pouvez pas faire le lien entre ce qui se passe dans le process et le résultat de l’analyse.

Comprendre quels éléments sont susceptibles d’impacter le temps de réponse d’un système d'analyse (eg points abordés dans cet article : point de prélèvement, transport de l'échantillon, conditionnement de l'échantillon et analyseur), vous permettra de déterminer où se produi(sen)t le(s) retard(s) dans votre système d’analyse et d'améliorer le contrôle global de votre process.

Améliorer le délai avec la formation