Pour un échantillonnage instantané des gaz sûr et représentatif

Les bonnes pratiques pour prélever des échantillons de gaz ou de liquides volatils

Matt Dixon, ingénieur d’études principal chez Swagelok

L'optimisation de vos coûts de production de procédés chimiques et le maintien d'une production de haute qualité nécessitent la capture régulière d'échantillons de fluide représentatifs pour l'analyse en laboratoire. L’échantillonnage instantané – également appelé échantillonnage ponctuel, échantillonnage sur le terrain ou simplement échantillonnage – aide à valider les conditions du processus et à vérifier que le produit que vous fabriquez est conforme aux spécifications définies en interne ou par le client. L’échantillonnage instantané peut également aider à vérifier les mesures effectuées par des systèmes d’analyse en ligne – un moyen de plus en plus apprécié pour obtenir des informations en temps réel sur un processus.

L’échantillonnage instantané des gaz pose des difficultés particulières qu’il est impératif de surmonter pour obtenir une vision précise des conditions réelles du process. Poursuivez votre lecture pour découvrir comment surmonter ces difficultés en utilisant les bonnes techniques.

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Les règles de base de l’échantillonnage

Les gaz et les liquides volatils doivent être prélevés et conservés à des températures et à des pressions empêchant tout changement d’état susceptible de modifier la composition des échantillons. Gardez ces règles de base en mémoire :

1. L’échantillon doit être représentatif du process. Utilisez des cannes pour prélever les échantillons au milieu de la conduite et évitez que les échantillons ne changent d’état physique pendant leur transport.
2. L'échantillon doit être analysé dans un délai court. Réduisez au minimum le temps écoulé entre le prélèvement de l’échantillon et son arrivée au laboratoire pour faire en sorte que l’échantillon représente exactement les conditions du process.
3. L’échantillon doit être pur. Éviter les bras morts en amont du récipient qui va recueillir l’échantillon et faites en sorte de purger ou de rincer le système d’échantillonnage afin de réduire au minimum le risque de contamination.
4. La procédure doit être sécurisée. Par nature, l’échantillonnage instantané implique une intervention humaine et donc une interaction avec le système, ce qui peut souvent être dangereux en cas de contact direct avec le fluide. C’est pourquoi il est indispensable d’adopter de bonnes pratiques et d’utiliser des systèmes d’échantillonnage bien conçus, non seulement pour garantir la précision du prélèvement, mais aussi pour assurer la sécurité de l’opérateur.

L’échantillonnage des gaz et des liquides volatils présente certaines particularités par rapport à l’échantillonnage des liquides non volatils. Cet article porte spécifiquement sur l’échantillonnage des gaz et des liquides volatils. Pour plus d'information sur l'échantillonnage des liquides non volatils, vous pouvez lire l’article intitulé Techniques pour l'échantillonnage instantané des liquides afin de maîtriser les coûts.

Comment choisir un cylindre approprié

Parce que les gaz et les liquides volatils sont plus sensibles aux changements d’état et doivent être conservés sous pression pour obtenir des résultats d’analyse fiables, ils nécessitent l’utilisation de cylindres d’échantillonnage (par opposition aux bouteilles d’échantillonnage non pressurisées et moins coûteuses) pour procéder au prélèvement et préserver le caractère représentatif de l’échantillon. Les cylindres d’échantillonnage sont également très efficaces pour protéger les techniciens chargés des prélèvements et l’environnement des fumée ou des émissions si le gaz est toxique.

Parce que les gaz et les liquides volatils sont plus sensibles aux changements d’état, ils nécessitent l’utilisation de cylindres d’échantillonnage.

La plupart des cylindres d’échantillonnage sont fabriqués à partir de tubes sans soudure de manière à obtenir une épaisseur de paroi, des dimensions et un volume constant. Cependant, certaines variables doivent être prises en compte en fonction de vos besoins particuliers. Vous pouvez discuter de vos besoins avec votre fournisseur de cylindres afin de choisir le modèle approprié.

Voici quelques caractéristiques à prendre en compte lors du choix d'un cylindre d’échantillonnage :

• Des raccords rapides faciles à manipuler, permettant une connexion et déconnexion simple et sécurisée au point de prélèvement
• Un rétrécissement progressif du cylindre au niveau des extrémités, pour éviter que le fluide ne reste piégé et pour faciliter son nettoyage et sa réutilisation
• Une protection contre les surpressions, afin de renforcer la sécurité des opérateurs. Des soupapes et des disques de rupture sont disponibles en té ou peuvent être intégrés à la vanne principale de votre cylindre.
• Des matériaux de fabrication et des états de surface appropriés, car des matériaux ou alliages spéciaux peuvent être nécessaires en fonction du gaz ou du liquide volatil à prélever
• Des lignes de dérivation intégrées, qui peuvent être utiles pour purger les restes d'échantillons toxiques et améliorer la sécurité des techniciens. Une ligne de dérivation permet au fluide de purge de s’écouler à travers les raccords rapides. Si un déversement de fluide se produit lors de la déconnexion du cylindre, le déversement sera composé du fluide de purge plutôt que de l'échantillon toxique.
• Un design et une fabrication durables. Les cylindres d’échantillonnage doivent souvent être transportés sur de grandes distances jusqu'au laboratoire d’analyse.

Comment remplir correctement un cylindre

Dans la plupart des cas, il est plus judicieux de procéder au remplissage avec le cylindre en position verticale. Il y a plusieurs raisons à cela.

Si vous prélevez un liquide volatil, il est préférable de remplir le cylindre par le bas. Cela permet au gaz éventuellement piégé dans le cylindre d’être évacué par le haut au fur et à mesure du remplissage, généralement par un tube d’arrêt prévu à cet effet. Ce tube d’arrêt permet également de conserver un ciel gazeux dans le cylindre – un cylindre complètement rempli de liquide pourrait en effet éclater en cas de variation imprévue de la température. Inversement, lorsque le fluide prélevé est un gaz, les cylindres doivent être remplis par le haut. Ceci permet d’évacuer par le bas du cylindre toute condensation qui pourrait s’être formée dans la ligne.

Comment entretenir vos cylindres d’échantillonnage

Comme tout équipement industriel, les cylindres d'échantillonnage sont sujets à une usure opérationnelle régulière. Des cylindres endommagés ou défectueux peuvent poser un problème de sécurité pour le personnel et compromettre l'exactitude et l'intégrité de vos échantillonnages. Pour ces raisons, la maintenance préventive régulière des cylindres est une nécessité absolue dans toute activité basée sur l’échantillonnage. Au minimum, les cylindres d’échantillonnage doivent subir chaque année un contrôle et un test de pression. Ils devraient également être recertifiés tous les cinq ans.

Il arrive toutefois que des cylindres se détériorent entre deux inspections. Voici quelques-uns des problèmes les plus courants à surveiller :

• La présence de fuites au niveau de composants essentiels comme les vannes ou les raccords rapides
• Une corrosion résultant de problèmes de compatibilité avec l’échantillon
• L’état de la surface interne (absorption)
• Des composants mal installés

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Comment limiter le risque d’erreur humaine

La nature même de l’échantillonnage instantané exige l’intervention d’un technicien pour procéder au prélèvement – le risque d’erreur humaine est donc inhérent au processus. Heureusement, il existe certaines stratégies pour limiter ce risque d’erreur.

La documentation. Il est possible d’ajouter sur un panneau d’échantillonnage instantané une plaque gravée contenant des informations utiles pour faire fonctionner le panneau ainsi que la procédure à suivre pour commander des pièces de rechange si nécessaire. Ces instructions faciliteront le travail de prélèvement des techniciens, même si ils n’ont jamais utilisé le panneau auparavant. Une documentation des pièces vous permettra d’indiquer précisément à votre fournisseur ce dont vous avez besoin sans avoir à faire des suppositions.

La simplification. Des systèmes d’échantillonnage instantané simples et intuitifs peuvent également limiter le risque d’erreur humaine. Par exemple, un panneau spécialement conçu pour prélever des gaz pourra être fabriqué de manière à ce que le cylindre soit bien orienté pour procéder à son remplissage par le haut. Comme il a été dit précédemment, cela élimine le risque qu’un technicien procède de manière incorrecte pour introduire ou prélever l’échantillon. Il en va de même pour un panneau spécialement conçu pour prélever des liquides volatils.

Les systèmes de vannes avec engrenages permettent de garantir que toutes les vannes nécessaires au prélèvement d'un échantillon seront actionnées suivant la bonne séquence.

Par ailleurs, les systèmes de vannes avec engrenages disponibles permettent de s’assurer que toutes les vannes devant être actionnées pour prélever un échantillon seront actionnées suivant la bonne séquence. Ceux-ci peuvent contribuer à la sécurité des prélèvement d'échantillons, en supprimant le besoin pour l’opérateur d’ouvrir et de fermer ces vannes manuellement. Une fonction de purge peut également être intégrée dans un système de vannes avec engrenages, ce qui permet de s’assurer que les fluides de purge ne repartent pas dans le process principal à cause d’une erreur humaine.

L’automatisation. L’automatisation du prélèvement, bien que plus coûteuse au départ, peut encore réduire le risque d’erreur humaine. Un panneau automatisé permet de s’assurer que la porte du coffret est bien fermée, que les vannes s’ouvrent correctement et dans l’ordre, et que les débits et pressions de purge et du produit sont maintenus à des niveaux précis. Cela peut généralement se faire en connectant vos panneaux d’échantillonnage instantané à un automate programmable ou au système de commande de l’installation. Veillez à bien vérifier la réglementation sur les zones à risque avant d’ajouter des circuits électriques.

En fin de compte, l’échantillonnage instantané devrait être un processus qui vous donne l’assurance que vous fournissez à vos clients une production de haute qualité et conforme aux spécifications. Choisir des systèmes d’échantillonnage instantané faciles à utiliser et bien conçus, et mettre en œuvre des pratiques bien établies dans l’ensemble de votre installation peut contribuer à cet objectif.

Vous souhaitez en savoir plus sur la manière d’améliorer vos techniques d’échantillonnage instantané dans votre installation ? Les spécialistes de Swagelok peuvent vous aider à évaluer vos besoins et à choisir le système d’échantillonnage qui vous convient.

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