Effiziente und sichere Stichproben-Entnahme in Laboren

Stichproben-Systeme sind in Aufbereitungsanlagen, Raffinerien, diversen Industrie-Anlagen und natürlich in der Chemie-Industrie zu finden. Sie dienen an erster Stelle zur Qualitäts- und Prozesskontrolle und zur Verifizierung der Leistung von Analysegeräten. Entscheidend ist: Die Probe muss zum Zeitpunkt der Entnahme repräsentativ sein und auch bei der Analyse so weit wie möglich den vorgegeben Bedingungen entsprechen.

Es gibt zahlreiche Optionen zur Konfiguration von Stichprobensystemen, in denen Gas oder Flüssigkeiten in abgedichteten Zylindern entnommen werden. Das möglicherweise effizienteste Design ist ein geschlossenes System, in dem die Probe während der Entnahme kontinuierlich durch den Zylinder zirkuliert. Ein geschlossenes System entnimmt Proben aus einem Überdruckprozess und transportiert sie an eine Stelle mit niedrigerem Druck zurück in den Prozess – meist an einer der Pumpe vorgelagerten Stelle. Da bei diesem Design das Probeahme-System zu einer Erweiterung des Prozess-Systems wird, lässt sich so die Notwendigkeit der Spülung reduzieren oder gar ganz eliminieren.

Stichproben-Systeme mit Zylindern können für Gas- und Flüssigkeitsproben verwendet werden, aber sie unterscheiden sich in ihrem Design. Der Fließweg muss für Flüssigkeiten und Gase unterschiedlich sein, um phasenverschobene Medien aus dem Zylinder zu spülen. Gase sollten im Zylinder von oben nach unten fließen, um beim Füllen jegliche Flüssigkeit/jegliches Kondensat aus dem Probenzylinder zu drücken – und, um sicherzugehen, dass sich keine Flüssigkeit im Zylinder ansammelt und die Laboranalyse beeinträchtigt. Flüssigkeiten hingegen sollten von unten nach oben gefüllt werden, um den Dampfraum zu verdrängen und so sicherzustellen, dass der Zylinder voll ist.

Flüssige Anwendungen und ein kontinuierlicher Fluss

Reine Flüssigkeits-Stichproben-Systeme entnehmen Flüssigkeiten in nicht druckbelastete Flaschen. Dabei werden diese direkt aus dem Prozess gezogen und die Behälter dann ohne Verschüttungs- oder Verdampfungsrisiko weiter transportiert. Ein solches System kann bei zahlreichen flüssigen Anwendungen verwendet werden, bei denen das Prozess-Fluid nicht fraktioniert oder verdampft. Entscheidend ist, sicherzustellen, dass die Probe repräsentativ bleibt. Diese Vorsichtsmaßnahme gestattet die Verwendung günstiger Glas-Laborflaschen für Proben – mit dem zusätzlichen Vorteil, dass sie ein unverzügliches visuelles Feedback über die Qualität des Probenstroms bieten.

Bei der Probenahme ist oft ein kontinuierlicher Fluss nützlich, beispielsweise wenn eine Probe ständige Bewegung erfordert (damit sie z.B. nicht gefriert), oder wenn die Leitung zur Probenahme-Stelle sehr lang ist. Die Probe fließt dabei durch eine Bypass-Schleife in das Stichprobensystem und garantiert so, dass das entnommene Probe­Fluid repräsentativ für den Prozess bleibt – eben weil es auf diese Weise nicht lange in den Leitungen bleibt.

Wenn die Flüssigkeitsprobe unter Hochdruck steht oder gefährlich ist, sollte ein System mit festem Volumen gewählt werden. In einem solchen System fließt die Probe zunächst in einen Metallzylinder und wird dann sanft durch ein Nachström-Gas unter niedrigem Druck in die Probenahme-Flasche gedrückt. Dadurch wird ein ungewolltes Überfüllen verhindert.

Der Artikel ist eine gekürzte Wiedergabe eines Artikel von Matt Dixon, Senior Principal Entwicklungsingenieur bei Swagelok und ist in cav 12/2019 erschienen.