Utformning av provtagning för representativ provtagning Komplett teknisk rapport finns att hämta på www.oleinitec.se Presenteras av: Dirk Nyrnberg Oleinitec Nordic AB +46 70-688 24 02 dirk.nyrnberg@oleinitec.se Utformning av provtagning för representativ provtagning. Jag tänker prata om vad som krävs för att ta ut representativa prover ur ångledningar och vattenledningar, och hur provtagningssonden och dess munstycke ska konstrueras och installeras och hur provtagningssondens utformning påverkar sammansättningen av framförallt ångprovet. Samt gå igenom utrustningarna mest lämpade för att ta ut representativa prover ur processledningarna. Förhoppningen är att det här bidraget ska klargöra vikten av provtagningssonden och dess munstycke, och att det ska kunna användas som utgångspunkt för diskussion och översyn av befintliga anläggningar, och framförallt för kravspecifikationer och kontroll i nya installationer och anläggningar. 1,00 min (0,50 min) Matarvattenkonferensen 2014 Utformning av provtagning för representativ provtagning Representativ provtagning

Faktorer som påverkar provtagningen Provtagningspunkten Provets beteende Provtagningssonden och munstycke Förändringar under transport Flödesförändringar Ledningsdimensioner Provtagningsutrustning Faktorer som påverkar provtagningen Provtagningspunkten Provets beteende Provtagningssonden och munstycke Förändringar under transport Flödesförändringar Ledningsdimensioner Provtagningsutrustning Vid Matarvattenkonferensen 2003 höll jag ett föredrag i samma ämne, men då gjorde jag en begränsning och utelämnade detaljer om Provtagningssonder och dess munstycke, och hänvisade endast till det som finns att läsa i dokumentationen i den tekniska rapporten. Nu gör jag tvärt om och utelämnar det som handlar om provetsbeteende, förändringar under transport, vikten av ett högt provtagningsflöde, ledningsdimensioner och provtagningsutrustning. Och tänker prata endast om Provtagningssonder och dess munstycke… 1,00 min Matarvattenkonferensen 2014 Utformning av provtagning för representativ provtagning Representativ provtagning

Felaktigt utformad provtagning (Icke isokinetisk provtagning) Den här bilden visar vad som händer runt munstyckets portöppning vid en felaktigt utformad provtagning: Alla riktlinjer fastställer att isokinetisk provtagning ska ha en sådan hastighet att provet som kommer in i provtagningssonden ska ha exakt samma hastighet som provströmmen i ledningen utanför sonden. På grund av att mättad ånga normalt är ett tvåfasflöde, bestående av ånga och små droppar av vatten, måste isokinetisk provtagning tillämpas. Eftersom de kemiska beståndsdelarna i vatten avviker från de i ånga, kräver alla giltiga prover att förhållandena av ånga och vatten i provet ska vara representativt till processflödet. Vad händer då inte isokinetisk provtagning tillämpas? Det orsakar det fel i provtagning på grund av stora skillnader i densitet mellan vätskedroppar och ångan. Rörelseenergin orsakar att de tyngre dropparna upprätthåller flödets bana i närhet av provtagningssonden medan ångan som har låg densitets böjer av för att tillgodose provtagningsbehoven. Case A: När hastigheten på insidan av munstyckets portöppning är större än hastigheten av huvudflödet, kommer ångan att ändra riktning mot provtagningssondens inlopp, medan de medförda dropparna passerar på utsidan av provtagningssonden. Case B: Minskad provtagningshastighet orsakar att ångan viker av runt provtagningssonden medan dropparna fortsätter sin bana in genom munstyckets portöppning. 2,45 min Matarvattenkonferensen 2014 Utformning av provtagning för representativ provtagning Representativ provtagning

Provtagningssonder och dess munstycke Utformning av isokinetisk provtagning Typ och material Avstängningsventiler (rotventiler) Installation och användning Svetsutförande Flänsutförande Sondinstallation i höga tryck / temperaturer Icke isokinetisk provtagningsmunstycke för vatten Provtagningssonder och dess munstycke Jag kommer att gå igenom följande punkter: Utformning av isokinetisk provtagning Typ och material Avstängningsventiler (rotventiler) Installation och användning Svetsutförande Flänsutförande Sondinstallation höga och superkritiskt tryck / temperaturer Icke isokinetisk provtagningsmunstycke för vatten 0,40 min Matarvattenkonferensen 2014 Utformning av provtagning för representativ provtagning Representativ provtagning

Utformning av isokinetisk provtagning Isokinetiska provtagningssonder och dess munstycke är inte bara idealiska för mättad ånga och överhettad ånga, utan även för vattenprovtagning. Utformade för att möta bestämmelser enligt “ASTM Standard D1066” och “ASME PTC19.11”. strömningshastigheten in i provtagningssondens munstycke samma hastighet som provströmmen i ledningen utanför sonden. Förhållandet portarean och rörarean i processledningen ska vara lika förhållandet av hastigheten av provflödet och hastigheten av strömningen i processledningen. Under dessa förhållanden kommer hastigheten för strömmen som kommer in i provtagningssondens port att bli som strömmen i processledningen och representera ett isokinitiskt flöde. Håldiametern för munstycket och storleken på porten ska överensstämma med kalkylerade data. Varje sondmunstycke ska vara konstruerad så att hänsyn tas till påfrestningar från tryck, vibrationer, erosion och hållfastigheten i processledningen. Utformning av isokinetisk provtagning Isokinetiska provtagningssonder och dess munstycke är inte bara idealiska för mättad ånga och överhettad ånga, utan även för vattenprovtagning för vatten & ångcykeln i pannanläggningar. Sonden och dess munstycke ska vara utformade för att möta bestämmelser enligt “ASTM Standard D1066” och “ASME PTC19.11”. Isokinetisk provtagning erfordrar en sådan strömningshastigheten att provet som kommer in i provtagningssondens munstycke har exakt samma hastighet som provströmmen i ledningen utanför sonden. Förhållandet för portarean och till rörarean i processledningen ska vara lika som förhållandet av hastigheten av provflödet och hastigheten av strömningen i processledningen. Under dessa förhållanden kommer hastigheten för strömmen som kommer in i provtagningssondens port att bli som strömmen i processledningen och representera ett isokinetiskt flöde. Håldiametern för munstycket och storleken på porten ska överensstämma med kalkylerade data. Varje sondmunstycke ska vara konstruerad så att hänsyn tas till påfrestningar från tryck, vibrationer, erosion och hållfastigheten i processledningen. 1:45 min Matarvattenkonferensen 2014 Utformning av provtagning för representativ provtagning Representativ provtagning

Typ och material Typ Material Typ av isokinetiskt munstycke och utförande av processanslutningen beslutas i enlighet med: 1) Mediet i processledningen 2) Processledningens storlek 3) Processledningens väggtjocklek 4) Tryck och temperatur huvudprocessledning Material A182 316SS används typiskt för att öka styrkan och materialets resistens mot korrosion och erosion, även samma material som processledningen kan användas per ASTM kod. Andra material är också tillgängligt på begäran. Max. temperatur i övervägas. Materialet i processanslutningen: studs / svetsmaterial osv. ska vara kompatibelt med processledningens material. Typ och material Typ Typ av isokinetiskt munstycke och utförande av processanslutningen beslutas i enlighet med: 1) Mediet i processledningen 2) Processledningens storlek 3) Processledningens väggtjocklek 4) Tryck och temperatur i huvudprocessledning För icke isokenitisk provtagning: Y.D. 25,4 mm med enkel I.D.10 mm brotschbearbetat borrhål, möter vattenflödet vid en vinkel av 45° Material Material A182 316SS används typiskt för att öka styrkan och materialets resistens mot korrosion och erosion, även samma material som processledningen kan användas per ASTM kod. Andra material är också tillgängligt på begäran. Max. temperatur i processen ska också övervägas. Materialet i processanslutningen: studs / svetsmaterial osv. ska vara kompatibelt med processledningens material. 1:03 min Matarvattenkonferensen 2014 Utformning av provtagning för representativ provtagning Representativ provtagning

Avstängningsventiler (rotventiler) Provtryck för dubbel eller enkel avstängning ≥ 34 bar är typiskt utrustade dubbla avstängningsventiler (rotventiler) < 34 bar kan utrustas enkel avstängningsventil (rotventil) Typ av ventil ”Globe” typ med ”Union bonnet design”, kägelventil Ventilens stomme är av SUS 316 Temperatur < 230ºC packning av PTFE; ≥ 230ºC packning av grafit Tryck ≤ 410 bar är standard; klassning upp till 690 bar för super höga tryck Anslutningar Dubbla, i en vinkel av 90º till varandra Avstängningsventiler (rotventiler) Minst en avstängningsventil, vanligtvis kallad för rotventil eller på engelska ”Isolation Valve” ska placeras direkt efter den punkt som provet tas ut, så att provtagningsledningen kan isoleras. I högtrycks applikationer används dubbla avstängningsventiler. Ventilerna som väljs ska vara klassade för tryck och temperatur enligt provkällans design data. Alla provtagningssonder med munstycken för ett provtryck över 34 bar är typiskt utrustade med dubbla avstängningsventiler (rotventiler). Avstängningsventiler för mindre än 34 bar kan utrustas med en enkel avstängningsventil (rotventil) (”Isolation Valves” på engelska) Ventilerna är av ”Globe” typ med ”Union bonnet design” dvs ej kulventil design. Jag tror att det kallas för kägelventil, dvs att det är inte en kula som vrids som i en kulventil, utan en ventilkägla som i regleras upp eller ner via en spindel i ett ventilhus mot ett säte. Och där själva reglerkäglan är utformad avstängning. Ventilens stomme är av 316 SUS, För temperatur klassificering upp till 230ºC använd packning av PTFE och För temperaturer över 230ºC använd packning av grafit. Arbetstryck upp till 410 bar är standard och klassning upp till 690 bar för super höga tryck. Olika ventilanslutningar är tillgängliga (Pipe and Tube SW , FNPT osv.) Dubbla avstängningsventiler är typiskt anslutna direkt i serie med munstycket och i en vinkel av 90º till varandra. Tid 3:00 Utformning av provtagning för representativ provtagning Matarvattenkonferensen 2014 Representativ provtagning

Installation och användning Utförande för insvetsning i ångledning Denna bild visar en skiss på en komplett provtagningssond för insvetsning i en ångledning samt ett fotografi på ett antal sådan provtagningssonder uppradade inför en leverans. Jag fortsätter med att berätta om: Utdragning av provet ur processröret genom provtagningssonden – eftersom provtagning av den mättade ångan normalt tas som ett tvåfasflöde, som består av ånga och små vattendroppar, ska en isokinetisk provtagning användas. Eftersom ångflödets hastighet varierar med pannans last är det inte praktiskt möjligt att ha en isokinetisk provtagning genom hela last området. Normalt är fullast eller garantilast av intresse. Provtagningssonden ska utformas för att tillhandahålla isokinetisk provtagning för denna dimensionerande last. Mättad ånga, dvs våtånga bildar vattenfilm längs rörets insida som drar med föroreningar. Provet ska därför tas ut vid en position ifrån rörets vägg (ASTM 0,12 D) Singelport ”off-center” munstycken är mest representativ när de är lokaliserade med en distans av ca. 0,2R från rörets vägg (ASME). Denna position, är där, den faktiska och genomsnittliga hastigheten är lika. Minsta rekommenderade portdiameter är 3,18 mm (1/8”) . (Portdiameter mindre än 2,38 mm är föremål för igensättning.) Total port area ska fastställas för att upprätthålla ett isokinetiskt flöde i munstyckets port för önskat provtagningsflöde och designat ångflöde. Lämpliga metoder för design och validering ska följas för att säkerhetsställa en fullständighet av munstyckets tillverkning och installation liksom förmågan att ta ett isokinetiskt prov. Tid 3:20 Matarvattenkonferensen 2014 Utformning av provtagning för representativ provtagning Representativ provtagning

Installation och användning Utförande för flänsmontage i ångledning Denna bild visar en skiss på en komplett provtagningssond för flänsmontage i en ångledning samt ett fotografi på en sådan provtagningssond till höger. Jag fortsätter med att berätta om: Provtagning av överhettad ånga: Överhettad ånga anses vanligtvis som en singelfas som inte kräver isokinetisk provtagning. De mesta av föroreningarna i ÖH-ånga förekommer i ångfas och är grundligt blandat i ångan. Men, trots detta rekommenderar både ASME och ASTM isokinetisk provtagning av ÖH-ånga pga att partiklar som ofta är närvarande i ÖH-ånga kan innehålla lösliga salter (Na, Cl, SO4) som är av intresse och därför ska provtagning utföras med isokinetiskt utformade provtagningssonder av ÖH-ånga för att få en representativ provtagning av både gasfas och fasta faser. Provtagningsmunstycken: Skiktning av partiklar i en horisontell ångledning kan inverka på sammansättningen av ångprovet. För att minimera denna effekt av skiktning rekommenderas att munstycket för ångprovtagningen ska placeras i långa vertikala ångledningar. För att säkerhetsställa att vattendropparna bärs med i ångflödet, föredras ett nedåtriktat flöde. Munstycken som måste placeras i horisontella ledningar, bör vara nära toppen av ångledningen. Idealiskt ska munstycket placeras minst 35 innerrör diametrar nedströms och 4 innerrör diametrar uppströms av allt som kan störa ett flöde (krökar, T-stycken, ventiler, mynningar). Om inte detta är möjligt, ska munstycket placeras så att förhållandet mellan avstånd från uppströms störningar till nedströms störningar är ca. 9:1. Tid 2:20 Matarvattenkonferensen 2014 Utformning av provtagning för representativ provtagning Representativ provtagning

Installation höga temperaturer / tryck Installation i höga temperaturer och tryck Bilden visar 2 olika installationer… Till vänster svetsmontage, och till höger flänsmontage… I högtrycks applikationer används dubbla avstängningsventiler. Dubbla avstängningsventiler är typiskt anslutna direkt i serie med munstycket och i en vinkel av 90º till varandra. Observera leveransgränsen för provtagningssonden i dessa 2 exempel. En provtagningssond kan alltså levereras utan studs eller med studs. Tid 1:15 Matarvattenkonferensen 2014 Utformning av provtagning för representativ provtagning Representativ provtagning

Icke isokinetisk provtagningsmunstycke för vatten Bilden visar en provtagningssond för insvetsning med ett munstycke för vatten utrustad med dubbla rotventiler. Rotventilerna är placerade i 90 graders vinkel till varandra. Både bild och skiss visar ventilen även med insvetsningsdetaljen svetsstuds. För en icke isokinetisk provtagning, dvs för vatten: används en sond med en ytterdiameter av 25,4 mm som har en enkelport med en innerdiameter av10 mm brotschbearbetat borrhål. Sonden möter vattenflödet vid en vinkel av 45 grader. Provtagningsmunstycken för vätskeprover ska inte tas från botten av horisontella rörledningar. För att eliminera sedimentering som är resultatet vid låga flödeshastigheter, föredras ett nedåtriktat flöde. Tid 1:00 Matarvattenkonferensen 2014 Utformning av provtagning för representativ provtagning Representativ provtagning

Erfarenhet 570 enheter sen 2002 Word wide Singelport munstycke Utförande: Insvetsning och fläns Multiport munstycke Icke isokinetisk munstycke för vatten Word wide Erfarenhet Tillverkaren har levererat 570 enheter sen 2002 Singelport munstycke Utförande: Insvetsning och fläns Multiport munstycke Icke isokinetisk munstycke för vatten Provtagningssonderna har levererats för anläggningar i hela värden. Word wide Tid 0:45 Matarvattenkonferensen 2014 Utformning av provtagning för representativ provtagning Representativ provtagning

Kravspecifikation Tryck, temperatur, flöde ånga/vatten (max och normalt) kg/h Processledningens I.D., väggtjocklek; material; tjocklek isolering; Önskat provtagningsflöde (ml/min) typiskt 1000 ml/min (1200 ml/min) Önskad röranslutning (svets, fläns osv) Studs i svetsutförande, Förkapad studs i svetsutförande Portmaterial (182-316 rekommenderas) Kravspecifikation Det behövs en heldel uppgifter för att kunna offerera den här typen av utrustning: Här några viktiga exempel: Tryck, temperatur, flöde ånga/vatten (max och normalt) kg/h Processledningens I.D., väggtjocklek; material; tjocklek isolering; Önskat provtagningsflöde (ml/min) typiskt 1000 ml/min (1200 ml/min) Önskad röranslutning (svets, fläns osv) Tid 1:10 Matarvattenkonferensen 2014 Utformning av provtagning för representativ provtagning Representativ provtagning

Sammanfattning Isokinetisk provtagning med singelport munstycke är inte bara idealiska för mättad ånga och överhettad ånga, utan även för vattenprovtagning i kraftverk. Icke isokinetisk munstycke är endast applicerbara för vattenprovtagning. Typ av provtagningsmunstycke och utförande av processanslutningen beslutas i enlighet med 1.) Mediet i processledningen; 2.) Processledningens storlek; 3.) Processledningens väggtjocklek; 4.) Tryck och temperatur huvudprocessledning Beställningsinformation är nödvändigt för varje enskild applikation Sammanfattning Isokinetisk provtagning med singelport munstycke är inte bara idealiska för mättad ånga och överhettad ånga, utan även för vattenprovtagning i kraftverk. Icke isokinetisk munstycke är endast applicerbara för vattenprovtagning. Typ av provtagningsmunstycke och utförande av processanslutningen beslutas i enlighet med 1.) Mediet i processledningen; 2.) Processledningens storlek; 3.) Processledningens väggtjocklek; 4.) Tryck och temperatur huvudprocessledning Beställningsinformation är nödvändigt för varje enskild applikation Tid 0:45 Matarvattenkonferensen 2014 Utformning av provtagning för representativ provtagning Representativ provtagning