为分析仪设计流选择组件
工艺工程师在很大程度上依赖于分析仪器来确保产品质量。设计合理的分析系统有助于防止受污染的流体和气体被输送到消费者手中或进入下一个生产阶段，从而大大减少了产品损失和系统维护。
工艺工程师在很大程度上依赖于分析仪器来确保产品质量。设计合理的分析系统有助于防止受污染的流体和气体被输送到消费者手中或进入下一个生产阶段，从而大大减少了产品损失和系统维护。样品分析已经从实验室转移到现场，提高了分析操作的效率。为了最小化成本，许多设施使用一个自动化过程分析仪来评估多个流。这些系统通常使用流选择组件将多个采样流依次引导到通向分析仪的共享通道线。
流选择组件必须将具有代表性的、未受污染的样品从工艺线输送到分析仪。系统设计人员应该仔细选择组件，以便:
使用最小的空间自动选择给定的流;
通过避免横流污染来保持样品的完整性;而且,
快速清除旧样品材料，同时移动新的流到分析仪。
系统设计人员可以根据双阻塞和排放(DBB)阀配置选择各种流选择组件。这些选择来自于早期的设计，这些设计有更明显的缺点。
样本流技术的发展
在分析仪器的早期，工程师从生产线上提取样品并将其带到实验室，但最终分析仪被转移到现场。在这些早期的系统中，每条单独的工艺线都有一个球阀。然后，所有的数据流共享一条通往采集设备或分析仪的通道。
当一个新的流通过普通分析仪通道时，它必须保持完整，没有以前样品的残留物。新的气流必须在系统中运行一段时间，以清除旧的样品材料。此外，由于阀门内部或跨端口泄漏，可能会发生横流污染。死腿，或截留的样品材料体积之间的阀门和普通分析仪通道，也造成污染。
| 模块化DBB阀管理所有必要的功能，只有一个移动部件。 |
由于这些原因，样品污染-因此不正确的分析-在单球阀系统中很常见。随后，系统制造商转向了两种基于双堵塞-排放配置的设计——传统和级联。
在传统的DBB系统中，每个流都有两个串联的阀门，以阻止样品流向公共分析仪通道。流从工艺线到分析器通道采取直接路线。当阻塞阀关闭时，一个排气阀被打开以排出阻塞阀之间的气体。如果第一个阻塞阀泄漏，样品将流向排气口，而不是交叉污染总成中的其他流体。如果用户不允许适当的系统清理，死腿仍然可能是一个潜在的问题。
级联DBB配置中，一条流流经相邻流的底部排气阀，通过流道净化系统来避免死腿。当流2流向分析仪时，流经一组堵塞和排放阀，然后流经流1的排放阀，最后到达分析仪的管线。流2从流1中挤出任何残留的样品材料。当流2运行时，它的排气阀关闭，这减少了来自另一流的潜在样品污染。
传统的和级联式DBB设计都依赖于仪表球阀，因为它们具有高流量、易于执行和低维护的特点。然而，由于连接件、油管和阀门的需要，球阀组件体积庞大，需要很大的空间。
装配的进展
最近的进步导致了模块化阀门组件，在有限的空间内容纳多个工艺流。具有DBB功能的阀门模块控制每个流，既可以作为关闭阀，也可以作为流选择阀。见剖面图。
基于模块化技术，这些阀门在一个单元中包含多种功能。最终用户现在可以在一个模块内具有双阻塞、放气和执行功能，而不是使用多个仪表球阀。将DBB功能组合在一个紧凑的模块中，可以最大限度地减少所需的总空间，减少总体安装时间，并且易于重新配置。
采用模块化流选择组件，系统设计人员有更多的选择。除了传统的级联DBB配置之外，还有一个集成的流循环设计。设计人员应密切关注样品流动和完整性方面的装配效率。
模块化级联设计-像他们的非模块化的对口-移动样品材料通过下游管线的排气阀的方式到分析仪通道。不幸的是，这种方法会导致流与流之间的流速不一致。主气流直接进入出口，但随着气流越来越远，流动路径变得更加曲折，流量减少，吹扫时间增加。
模块化集成流环设计，消除了流动不一致的问题。流回路集成在模块的基础块中。双堵塞和排放阀直接打开到流动回路，这提供了一个直接的路线到分析仪。采样和净化是流线型的。无论哪个流正在运行，流量都是一致的。
当可以消除不同的流量时，一致的流流量允许设计人员为所有流设置一致的短清洗和分析时间。越早发现错误读数，系统就能越早关闭或纠正。在流速一致的系统中，可以提前几分钟检测和纠正问题，从而最大限度地减少产品浪费。
| 随着采样系统的发展，一般的目标是尽量减少死腿，并创建一致的路径到分析仪。 |
其他设计注意事项
在为分析仪器操作选择最佳模块化设备时，其他考虑因素包括系统兼容性，安全问题和组件的用户友好特性。设计师可能会寻找:
低驱动压力。与传统系统相比，内置气动执行器的自动流体选择组件在40 psi (2.7 bar)的压力下工作，可以重复关闭，潜在泄漏点更少。需要较高空气压力的阀门类型可能会使空气输送复杂化。
通风的气隙。许多样品流选择阀用于工艺流体不应与空气结合的应用场合。整体通风气隙可以防止这种混合。当空的时候，这个区域仍然是空的，如果一个或两个密封应该受到损害，这个区域允许执行机构的空气或流体介质排出。此外，排气间隙使执行器的空气无法到达分析仪。
紧凑的尺寸。自仪表球阀系统以来，样品流选择组件的尺寸已经大大减小。然而，模块化组件并不都是一样的。比较相同数量流的完整组件的占用空间，以确定哪种设计最适合。
ANSI/ISA 76.00.02兼容性。流选择组件尺寸减小的一个主要因素是使用ANSI/ISA 76.00.02规格的微型和模块化分析系统。指令要求将这些系统表面安装在1.5英寸见方的基板上，该基板具有入口和出口连接。按照这些规格制造的装置节省了安装和维护时间，因为工程师能够将阀门直接安装到基板上。系统需要额外的管道和连接配合ANSI/ISA 76.00.02基板可能会增加材料，人工和维护的整体系统成本，特别是在重新配置分析系统时。
视觉驱动指示器。现场工程师发现，在确定给定时间哪个流选择阀被气动启动时，视觉指示器非常有用。这些指示灯提供直观的操作确认，简化故障排除。
流识别。颜色编码的阀盖有助于快速识别系统中的各种工艺流。例如，绿色的帽子可以识别样品流，蓝色的帽子可以识别零气体流，以及其他需要的东西。颜色编码标记使故障排除和阀门维护更容易，因为工程师可以快速跟踪工艺流。
易于维护。通过设计，模块化阀门组件易于安装和维护。多个阀门模块和基础块连接形成采样系统，它们可以单独更换，不会干扰流体连接。此外，从基础块上垂直拆卸阀门模块可以方便维护，并防止整个装置的意外拆卸。即使是很小的便利，例如在底座块内捕获的独立插入螺栓，也有助于易用性。
大气参考通风口。大气参考通风口位于分析仪和流选择系统之间，以平衡样品回路对大气的压力。该操作通常在样品进样之前进行，确保在重复分析情况下样品压力恒定。
高压阀模块。一些分析系统的压力可以在250至500 psi(17.2至34.4 bar)范围内工作。这些系统将需要高压阀模块。系统需求将决定这些模块如何在流体选择阀组件中使用。
产品周期寿命。模块化流选择系统频繁启动。因此，在选择流选择系统时，制造商必须提供典型的产品周期寿命结果或平均故障时间(MTTF)，以进行预防性维护计划。
材料范围。具有广泛材料相容性需求的分析系统可能需要替代密封材料。系统设计人员应该寻找能够处理腐蚀性样品流的可选密封组件。
随着更复杂的现场分析仪器的出现，样品流选择组件也有了长足的进步。这些组件已经从笨重、维护繁重的系统转变为小型化、模块化的设计，从而易于维护和提高性能。对于特定的分析过程，选择正确的系统需要考虑多种因素。系统设计人员应仔细选择合适的样品流选择组件，以确保其分析系统的有效运行。
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| 不一致流如何影响采样系统 下面的理论示例说明了与使用流量不一致的类似系统相比，使用流量一致的采样系统可以节省潜在的工艺时间。 假设在模块化集成流循环系统(A)和模块化级联系统(B)中分析每个工艺流需要三分钟。此外，每个系统都需要冲洗时间来从工艺线上清除旧的样品材料。System B操作符设置一致的流周期时间，以确保之前的流被刷新。这是通过向流1、流2和流3添加多余的刷新时间来实现的。 假设流1在流2冲洗开始时发生污染。直到流1分析再次结束，它才会被检测到。换句话说，整个过程周期时间——系统A 28分钟，系统B 40分钟——在分析仪识别出污染之前。在系统B中，流1的额外12分钟意味着在问题被发现和解决之前，可能会浪费更多的产品。根据通过管道的体积，产品损失可能很大。此外，即使没有污染，系统B中过量的冲洗时间也会导致额外的产品被浪费。
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| 作者信息 |
| Doug Nordstrom是世伟洛克分析仪器市场经理。打电话给他。marketing@swagelok.com． |
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