به‌طور کلی آنالايزرها تجهیزاتی هستند که مقدار و خلوص يك ماده را در یک تركيب بر اساس خواص شیمیایی و فیزیکی آن مورد اندازه‌گیری قرار می‌دهند.
در صورتی‌که در فرآیند تولید نیاز به سنجش دائمی ماده‌ای خاص احساس شود از آنالایزرهای آنلاین که در مسیر جریان ماده قرار داده می‌شوند و اطلاعات را به صورت مداوم به اتاق‌های کنترل مخابره می‌کنند، استفاده می‌شود.
اگر چه گاهی به دلیل حساسیت و دقت بالای مورد نیاز و یا عدم نیاز به انجام آزمایش‌های مداوم، ماده مربوطه ابتدا با طی کردن روند آماده‌سازی به نمونه‌ای قابل سنجش در آزمایشگاه در آمده و سپس توسط آنالایزرهای آفلاین مورد بررسی قرار می‌گیرند.
در این بخش به معرفی چند آنالایزر پرکاربرد و ادوات و تجهیزات مربوط به آنها می‌پردازیم.
آنالایزرهای گازی و مایع
عموماً دستگاه‌های آنالایزر گاز برای پایش یک یا چند گاز مشخص ساخته می‌شوند و آنالایزر جامعی که تمام گازهای هدف را پوشش بدهد وجود ندارد؛ لذا گازهایی که اصول اندازه‌گیری آنها یکسان است و کاربرد مشابه هم دارند در یک سیستم گنجانده می‌شوند.
تمامی آنالایزرهای گازی بر اساس دو روش ذیل به سیال‌گازی دسترسی پیدا می‌کنند، که عموما روش اول کاربرد بیشتری در سنجش گازهای کنترل و فرآیندی دارد.
• روش استخراجی Extractive از طریق نمونه برداری مقداری سیال از خط اصلی جدا و به سمت آنالایزر هدایت می‌شود.
• روش درون پروسه In-Situ آنالایزر بر روی خط نصب می‌شود و مستقیماً با تمام سیال در تماس است.
آنالیز گاز در زمان واقعی باعث افزایش راندمان، ایمنی، توان عملیاتی، کیفیت محصول و مطابقت با محیط زیست می‌شود. تجزیه و تحلیل گاز می‌تواند از فناوری‌های مختلفی مانند موارد ذیل استفاده نماید:
• طیف سنج لیزر قابل تنظیم (Tunable Diode Laser Spectrometers)
• کروتوگرافی گازی فرآیند (Process Gas Chromatography)
• آنالایزر اکسیژن (Oxygen Analyzer)
• آنالایزر تراکم گاز / خلوص هیدروژن (Gas Density / Hydrogen Purity Analyzer)
• آنالایزر های گاز مادون قرمز بدون پراکندگی (Non-Dispersive Infrared Gas Analyzer)
• کالری سنج گاز (Gas Calorimeter)
در صنایع مختلف آنالایزرهای مایع برای نظارت بر حفظ محیط زیست، کنترل کیفیت محصولات در بخش فرآیند، بهینه‌سازی محصول خروجی واحد صنعتی و از همه مهم‌تر ایمنی فردی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
در طراحی سیستم آنالایزر مایعات ، طیف وسیعی از سنسورهای اندازه‌گیری جهت مواردی همچون میزان اسیدی یا بازی بودن یک محلول، هدایت الکتریکی، اکسیژن محلول در آب، PH، کدورت سنج، سدیم و… قابل ارائه می‌باشد.
این سنسورها با تنوع در روش‌های اندازه‌گیری، قابل استفاده در فرآیندهایی مانند تصفیه خانه‌های آب و فاضلاب، صنایع شیمیایی، صنایع پتروشیمی، صنایع چوب و کاغذ، صنایع دارویی و بهداشتی و … می‌باشد.
در ذیل به مهم‌ترین آنالایزرهای مایع و متداول‌ترین روش‌های مرسوم اشاره شده است:
• آنالایزرهای pH و ORP (pH and ORP Analyzers)
• آنالایزرهای رسانایی (Conductivity Sensor)
• آنالیزرهای اکسیژن نامحلول (Dissolved Oxygen Analyzers)
• آنالایزرهای کدورت سنج (Turbidity Analyzers)
• آنالیزرهای کلر، MLSS، چگالی مایع، رطوبت سنج و …
کروماتوگرافی گازی فرآیند Process Gas Chromatography(PGC)
کروماتوگرافی از جمله مهم‌ترین روش‌های جداسازی و شناسایی اجزا ترکیبات مختلف می‌باشد که انواع مختلف دارد. در کروماتوگرافی دو فاز ثابت و متحرک وجود دارد، بر اساس نوع فاز متحرک که همان ماده‌ی مورد بررسی را نیز شامل می‌شود کروماتوگرافی به دو دسته کلی کروماتوگرافی مایع و کروماتوگرافی گازی تقسیم می‌گردد.
در روش آنالیز GC یا کروماتوگرافی گازی، فاز گازی متحرک که به آن گاز حامل نیز می‌گویند یک گاز بی‌اثر مانند هلیوم، نیتروژن، آرگون و دی‌اکسید کربن است. فاز ساکن هم جسمی جامد جاذب یا لایه نازکی از یک مایع غیر فرار است که بر روی دیواره داخلی ستون یا به صورت پوششی روی سطح گلوله‌های شیشه‌ای یا فلزی قرار داده شده است.
بخش‌های مهم دستگاه کروتوگرافی گازی فرآیند به‌شرح ذیل می‌باشد:
گاز حامل (Carrier Gas)
بخش تزریق نمونه (Sample Injector)
انژکتور یا Injector دستگاهی است برای آماده‌سازی نمونه جهت تزریق در داخل ستون؛ برای رسیدن به راندمان بهینه ستون، نمونه باید در حالت بخار وارد ستون گردد. با توجه به اینکه بخش انژکتور در دستگاه GC قابلیت دمادهی و تنظیم دما را دارد، می‌توان دمای آن‌را کمی بیش از دمای تبخیر نمونه تنظیم کرد.
ستون (Column)
به طور کلی دو نوع ستون در آنالایزر GC داریم:
۱- ستون پر شده (Filled Column)
۲- ستون مویین (Capillary Column)
ستون پر شده، از ذرات ریزی پر شده که کاملا بی‌اثر می‌باشند و توسط فاز مایع پوشیده شده و فاز ساکن را تشکیل می‌دهند.
بخش گرمایش و دمای ستون (Column Temperature)
دمای بهینه ستون دستگاه کروماتوگرافی به دمای جوش نمونه بستگی دارد؛ به‌طور کلی دمای ستون به دو صورت ایزوترمال (Isothermal) و برنامه پذیر (Programing) تنظیم می‌گردد؛ به‌عنوان یک قاعده کلی دمای ستون GC بایستی کمی بالاتر از متوسط دمای جوش اجزای نمونه باشد.
دتکتور یا آشکار ساز دستگاه GC
دتکتورهای بسیاری وجود دارند که می‌توانند در کروماتوگرافی گازی مورد استفاده قرار گیرند. دتکتورهای مختلف انتخاب‌پذیری‌های مختلفی نسبت به نمونه‌های مختلف دارند. انتخاب یک دتکتور بدون انتخاب‌پذیری به همه‌ی ترکیبات بجز گاز حامل پاسخ می‌دهد.
انواع دتکتور در کروماتوگرافی گازی
دتکتور FID (Flame Ionization Detector) در تشخیص ترکیبات کربن‌دار رایج ترین نوع دتکتور در کروماتوگرافی گازی
دتکتور NPD (Nitrogen Phosphorous Detector) برای تشخیص ترکیبات نیتروژن و فسفر دار
دتکتور ECD (Electron Capture detector) برای آنالیز ترکیبات هالوژن‌دار
دتکتور طیف‌سنج جرمی (Mass Spectrometer) برای تشخیص نمونه‌های مجهول
دتکتور (TCD (Thermal conductivity Detector برای تشخیص کلیه ترکیبات آلی و معدنی
آنالایزر خواص فیزیکی
Reid vapor pressure یا به اختصار (RVP) یکی از روش‌های متدوال اندازه‌گیری نوسانات بنزین و مواد نفتی می‌باشد.
RVP به عنوان فشار مطلق بخار اعمال شده توسط بخار مایع و گاز محلول در آن در دمای 37.8 درجه سانتی‌گراد تعریف شده است.
فشار بخارهای ریز (RVPs) بعضی اوقات توسط خریداران نفت خام مشخص می‌شود، به‌ویژه اگر این نفت خام قبل از رسیدن به کارخانه فرآوری توسط تانکر یا کامیون منتقل شود.
RVP روش تست فشار بخار بنزین ، نفت خام فرار، سوخت‌های جت ، نفتا و سایر فرآورده های‌نفتی فرار را اندازه گیری می‌کند.
سیستم پایش آلاینده‌های محیط زیست
در تمامی فرآیندهای شیمیایی، پتروشیمی، پالایشگاهی و نیروگاهی، پایش و مهار فرآیند و مقادیر گازهای خروجی از دودکش‌ها، بدون سیستم‌های آنالیز ترکیبات شیمیایی امکان پذیر نمی‌باشد.
کنترل فرآیند، بهبود کیفیت فرآورده، حفظ محیط زیست و ایمنی فرآیندها با آنالایزرها بدست می‌آید.
امروزه، سیستم مانیتورینگ و پایش مداوم آلاینده‌های خروجی از دودکش مراکز صنعتی و تولیدی مطابق با استانداردهای بین‌المللی TUV و MCERT جزء یکی از الزامات زیست‌محیطی به شمار می‌آید.
اندازه‌گیری میزان گازهای خروجی از دودکش به دلایل متعددی از جمله پاسخ به الزامات قانونی، ملاحظات ایمنی، مانیتورینگ فرآیند و کاهش هزینه‌ها انجام می‌شود.
استفاده صحیح از سیستم های‌پایش آنلاین علاوه بر برآورده نمودن الزامات قانونی باعث کنترل محصولات، افزایش راندمان و بهره‌وری و اقتصادی شدن تولید خواهد شد.
سیستم‌های مذکور قابلیت اندازه‌گیری پارامترهای ذیل به صورت آنلاین را دارا می‌باشد:
H2S – SO2 – O2- CO- CO2- NOX – THC (Total hydrocarbon) – – دبی – دما
سیستم آنالیز سیکل‌های آب و بخار
آب جزء جدایی ناپذیر و پرمصرف در فرآیند تولید انرژی در نیروگاه‌های بخار و سیکل ترکیبی و واحدهای,Utility در صنایع مختلف است، به همین جهت کنترل کیفیت آب در تمامی بخش‌های این فرآیند و بررسی تأثیر کیفیت آب بر حفظ عملکرد و کاهش زمان‌های توقف تولید انرژی از اهمیت بسزایی برخوردار است. مطالعات نشان می‌دهد نزدیک به 60% از خاموشی در نیروگاه‌ها ناشی از وجود ناخالصی در آب (عدم نمونه‌برداری صحیح) و یا مشکلات آنالیز شیمیایی (عدم اندازه‌گیری صحیح) است.
علاوه بر طراحی اولیه مناسب در سیستم سمپلینگ نیروگاه‌ها، صنایع پتروشیمی و پالایشگاه‌ها، صنایع غذایی و دارویی و … به‌کارگیری تجهیزات آنالیز دقیق آب و بخار نیز اهمیت بسیار زیادی دارد.
آنالیز آنلاین کنترل کیفی آب و فاضلاب به منظور سنجش آنلاین انواع پارامترهای کیفی و کمی آب هم چون کلر، pH، کدورت، هدایت الکتریکی ECو … و پارامترهای فاضلابی نظیر BOD، COD ،TSS ، نیترات و … در چرخه بسیاری از صنایع امری حیاتی می‌باشد.
انواع آنالیز:
◦ آناليز چرخه آب و بخار در نيروگاه‌های حرارتی و بويلرهای بزرگ به همراه سيستم نمونه‌برداری
◦ کنترل کیفیت آب ورودی به سیکل (عملکرد صحیح واحد demineralization) و همچنین جلوگیری از ایجاد رسوب و خوردگی در بویلرها، خطوط لوله و تیوب‌ها منجر می‌شود.
◦ اندازه‌گيري ميزان نفت در آب (Oil in Water) در پالايشگاه‌ها و در خروجی آب از کشتی‌ها و يا سکوهای فراساحل به دريا
پکیج آنالایزر (Analyzer House Package Integration)
آنالایزرهای آنلاین در نزدیک ترین محل به فرآیند نصب می‌شوند و عملیات نمونه‌گیری و اندازه‌گیری را انجام می‌دهند. این آنالایزرها در محل فرآیند درون محفظه‌های ویژه‌ای قرار داده می‌شوند که به نام Analyzer House یا پکیج آنالایزر شناخته می‌شوند.
در این محفظه امکانات جانبی مورد نیاز دستگاه آنالایزر از جمله شرایط دمایی و رطوبتی مناسب، محفظه ضد انفجار، امکانات تعیین فشار، دما و مقدار نمونه‌گیری، کپسول‌های گاز استاندارد و امکانات لازم جهت کالیبراسیون آنالایزر، مدارات و حفاظت‌های برقی، سیگنال‌های ارتباطاتی با سیستم کنترل و… تأمین می‌شود.
پکیج آنالایزر که عموما جهت استفاده از آنالایزرهای گازی شاملCO ،CO2،NO و SO2 طراحی می‌شود، لازم است شامل امکانات و تمهیدات زیر باید باشد:
• محفظه ضد انفجار؛ ازآنجایی که آنالایزر در سایت و کنار تأسیسات نصب می شود، باید شرایط ضدانفجار را داشته باشد.
• شرایط محیطی؛ تأمین شرایط محیطی از قبیل دمای مطلوب و رطوبت از طریق پکیج انجام می‌شود.
• امکان نمونه برداری؛ فشار و دمای سیال وارد شده به آنالایزر و همچنین مقدار جریان ورودی به آن باید مطابق دستورالعمل سازنده باشد.
لذا با تعبیه شیر کنترل فشار و جریان این الزامات باید رعایت شود، همچنین جهت جلوگیری از ورود ذرات غیرمطلوب، فیلتر نیز در مسیر ورودی باید تعبیه شود.
• امکانات کالیبراسیون؛ کالیبراسیون آناالیزرهای آنلاین از طریق وارد کردن گازهای استاندارد با ترکیب مشخص و دقیق انجام می شود.
جهت اتصال این کپسول ها و تغییر مسیر به آنها در مواقع نیاز به کالیبراسیون، شرایط لازم باید فراهم شود.
• مدارات برق و سیگنال‌ها؛ مدارات برقی و حفاظت‌های مربوط به تغذیه آنالایزر و همچنین سیگنال‌های دریافتی و ارسالی به سیستم کنترل مرکزی در داخل پکیج آنالایزر تأمین می‌گردد.
