Opdracht “LGI hoge druk injectie”
Boosting laboratory efficiency
www.davinci-ls.com
DVLS LGI hoge druk injectie”
Version 1.0
19/10/2022
Page 2 of 8
Stageopdracht LGI hoge druk injectie”
19/10/2022
Version 1.0
DVLS LGI hoge druk injectie”
Version 1.0
19/10/2022
Page 3 of 8
Table of Contents
1
INLEIDING ..................................................................................................................... 5
2
LIQUEFIED GAS INJECTOR ........................................................................................... 6
2.1
3
WERKING .............................................................................................................................7
DE OPDRACHT .............................................................................................................. 8
3.1
VEILIGHEID ...........................................................................................................................8
DVLS LGI hoge druk injectie”
Version 1.0
19/10/2022
Page 4 of 8
1 Inleiding
Da Vinci Laboratory Solutions (DVLS) is opgericht in 2000 en is inmiddels wereldwijd
leverancier van analysers voor de (petro)chemische industrie op basis van vloeistof- en gaschromatografie en massa spectrometrie.
DVLS heeft haar hoofdvestiging in Rotterdam en heeft kantoren in het Midden Oosten en
Azie. In Rotterdam zetelt de directie, R&D and productie.
DVLS ontwikkelt verschillende producten die modulair van opzet zijn. Hiermee kan worden
ingespeeld op een verscheidenheid van applicatievragen uit de markt.
DVLS LGI hoge druk injectie”
Version 1.0
19/10/2022
Page 5 of 8
2 Liquefied Gas Injector
De Liquefied Gas Injector (LGI) bestaat uit de Injector en Controller. De injector wordt
geplaatst op de gaschromatograaf (GC) en injecteert een hoeveelheid vloeibaar gas onder
hoge druk (tot 80 bar). Hiermee kan zeer snel en precies de samenstellng van het gas
worden gepaald.
De injector is niets meer dan een vertikaal beweegbare scherpe naald die met een stappenmotor wordt aangedreven. Het injectie proces bestaat uit een aantal bewegingen die
zijn vastgelegd in een aantal parameters (de methode). Dit zijn bijvoorbeeld de injectiediepte, hoeveelheid, aantal keren spoelen etc. Deze parameters worden ingesteld in de controller d.m.v. een touchscreen. De injectie wordt vanaf de controller gestart en start uiteindelijk de GC.
Zie:
A safe and reliable solution for gas and liquified gas analysis sampling and analysis Petro
Online (petro-online.com)
DVLS LGI hoge druk injectie”
Version 1.0
19/10/2022
Page 6 of 8
2.1 Werking
Het LGI systeem is medio 2010 ontwikkelt om tot vloeistof verdicht gas (LPG) onder druk te
kunnen injecteren op een gas chromatograaf (GC). In het vloeibare gas zijn ongewenste
zware koolwaterstoffen (C10 en hoger) opgelost (verontreiniging). Met een GC kunnen
deze stoffen worden geindentificeerd en kan de concentratie worden bepaald.
Doel hiervan is na te gaan hoe en waarom deze zware componenten in het vloeibare gas
zijn gekomen. Het verbrandingsproces maar ook de goede werking van LPG-distributie en
veiliugheidssystemen worden hierdoor nadeling beinvloed.
LPG is opgebouwd uit propaan (C3) en butaan (C4) en is bij omgevingsdruk en -temperatuur
gasvormig. Om het gas vloeibaar te houden moet het onder druk gehouden worden vanaf
ongeveer 15 bar. Met een normale vloeistofspuit is het niet mogelijk hiervan een monster te
nemen omdat de plunjer dan uit de spuit zou schieten.
De oplossing is een brandstofverstuiver uit een verbrandingsmotor toe te passen. Deze is
juist bedoeld om onder hoge druk brandstof (benzine) in te spuiten. In 2010 is de Gasoline
Direct Injection (GDI) van Mitsubishi met succes geintegreerd in de LGI. In 2018 is deze
vervangen door de Fuel Stratisfied Injector (FSI) van Bosch/VAG. Een GDI/FSI is een
magneetventiel dat elektrisch wordt geopend. Dit moet zeer snel kunnen met korte opentijden (tot 1ms). Hiervoor is speciale besturingselektronica nodig.
In het productieproces van LPG worden monsters genomen door een stalen cylinder te vullen met het vloeibare gas onder druk. Deze druk is variabel maar altijd boven de 15 bar. Om
een reproduceerbare GC resultaten te krijgen, moet altijd dezelfde hoeveelheid monster
worden geinjecteerd. Omdat de monsterdosering wordt bepaald door de open-tijd van de
verstuiver, is het van belang dat de monsterdruk constant is. Dit wordt gerealiseerd met de
Pressure Station (PST): de sample cylinder wordt hierop aangesloten en verder opgedrukt
naar een constante druk (afleesbaar) van 25 bar. Een vaste pulsebreedte geeft nu bij een
constante druk een reproduceerbaar injectie volume.
In een brandstofmotor wordt benzine met een GDI ingespoten bij een druk van max 69 bar
en met een FSI tot max 110 bar. De maximale monster druk die wordt gehanteerd voor een
LGI is 80 bar. De PST is uitgerust met een Pressure Relief Valve die openspringt als de samplecylinder druk groter is dan 110 bar.
DVLS LGI hoge druk injectie”
Version 1.0
19/10/2022
Page 7 of 8
3 De opdracht
De LGI is inzetbaar voor vloeibare gassen tot 80 bar. Vanuit de markt komen er nu vragen of
er drukken vanaf 110 tot 300 bar mogelijk zijn. Met een benzineverstuiver is dat niet mogelijk.
Diesel daarentegen wordt ingespoten bij drukken van 2000 bar (!) of hoger. De opdracht is
te onderzoeken of een dieselverstuiver inzetbaar is in de LGI.
Dit onderzoek heeft de volgende aspecten:
•
•
•
•
•
•
•
•
Werking: hoe werkt een dieselverstuiver en hoe wordt hij aangestuurd. Meestal zijn
dit piezo gestuuurde injectoren. Wat zijn de minimale / maximale drukken, flows
etc. Zijn er alternatieven?
Interface: injectie op de GC kan alleen met een naald gebeuren. Er moet dus een
naald op de verstuiver gemonteerd kunnen worden. Dit moet een servicevriendelijke interface zijn die lekdicht is tot 300 bar en met een zo klein mogelijk
doodvolume.
S electie: welke injectoren zijn er commercieel verkrijgbaar (liefst inclusief besturing
/ driver) en welke is het meest beschik voor de toepassing
Adapter: er moet een adapter ontworpen worden om de naald te monteren. Met
SolidWorks wordt een 3D model ontworpen waarvan een prototype gemaakt moet
worden. Dit kan in de workshop van Da Vinci (draai/frees bank), draai/frees werk
uitsteden of 3D printing in metaal.
Bes turing: De verstuiver moet aangestuurd kunnen met een instelbare open-tijd.
Afhankelijk van de beschikbaarheid wordt een controller ingekocht of (deels) zelf
gebouwd. De besturing kan bijvoorbeeld met een PLC, HMI (touch-screen interface)
of met andere industriele componenten. Wat is de kleinste open-tijd en wat is de injectie frequentie.
Herhaalbaarheid: als de verstuiver is voorzien van een naald en besturing, kunnen
de eerste tests worden uitgevoerd. Een belangrijke parameter is de herhaalbaarheid
gemeten in het werkelijke monstervolume dat wordt ingespoten.
Integratie: is de dieselverstuiver te integreren in het huidige ontwerp van de LGI.
Wat is er voor nodig om dit om te bouwen
Analy tis ch tes t: Er wordt nu met echte monsters gemeten. Wat is de herhaalbaarheid op basis van GC analyse resutlaten.
3.1 Veiligheid
Het werken met brandbare gassen onder druk is niet zonder risico. Da Vinci LS heeft alle
middelen en kennis om hier veilig mee te werken. Veilig werken begint met juiste instructie
en het werken met de juiste materialen en gereedschappen. Tot aan de analytisch test
kunnen de tests gedaan worden met niet brandbare vloeistoffen waarmee ook de werking
van het systeem kan worden aangetoond. Dit reduceert de gevaren aanzienlijk.
DVLS LGI hoge druk injectie”
Version 1.0
19/10/2022
Page 8 of 8