가스 그랩 샘플링의 안전한 기술: 정확한 분석을 위한 대표성 확보

가스 및 휘발성 액체 샘플링 모범 사례

맷 딕슨(Matt Dixon), 스웨즈락 수석 수석 설계 엔지니어

화학 공정 비용 최적화와 고품질 제품 생산을 위해서는 정기적으로 대표성 있는 공정 유체를 채취해 실험실 분석을 수행해야 합니다. 그랩 샘플링(스팟 샘플링, 현장 샘플링이라고도 함)은 공정 조건을 검증하고 생산 제품이 내부 또는 고객 사양을 충족하는지 확인하는 데 도움이 됩니다. 또한 온라인 분석기의 판독값을 검증하는 데에도 유용하며, 이는 공정에 대한 실시간 통찰을 얻는 점점 더 대중적인 방법입니다.

가스 그랩 샘플링은 운영자가 실제 공정 상태를 정확하게 파악하기 위해 극복해야 할 고유한 과제를 안고 있습니다. 이러한 과제와 올바른 기술로 극복하는 방법을 알아보겠습니다.

샘플링의 기본 원칙

가스와 휘발성 액체는 샘플 조성을 변경할 수 있는 상변화를 방지하는 온도와 압력 조건에서 채취 및 유지되어야 합니다. 다음 기본 원칙을 기억하십시오.

1. 샘플은 공정을 대표해야 합니다. 프로브를 사용해 공정 배관 중앙에서 샘플을 채취하고, 샘플 이송 중 상변화가 발생하지 않도록 해야 합니다.
2. 샘플은 적시성이 있어야 합니다. 채취 지점에서 실험실까지 이송 시간을 최소화해 공정 조건이 정확하게 반영되도록 해야 합니다.
3. 샘플은 순수해야 합니다. 샘플 용기 업스트림의 데드 레그(dead leg)를 피하고, 샘플링 시스템의 적절한 퍼징과 플러싱으로 오염 가능성을 최소화해야 합니다.
4. 샘플링은 안전해야 합니다. 그랩 샘플링은 본질적으로 작업자가 공정 유체와 직접 상호작용하므로, 직접 접촉 시 유해할 수 있습니다. 따라서 모범 사례 준수와 잘 설계된 샘플링 시스템 사용은 샘플 정확성뿐만 아니라 작업자 안전을 위해서도 필수적입니다.

가스 및 휘발성 액체 샘플링은 비휘발성 액체 샘플링과 다른 고려사항이 필요합니다. 본 문서는 가스 및 휘발성 액체 샘플링에 초점을 맞춥니다. 비휘발성 액체 샘플링 전략은 '액체 샘플링 전략으로 비용 관리' 블로그를 참조하십시오.

적절한 샘플 실린더 선택 방법

가스와 휘발성 액체는 상변화에 더 취약하고 정확한 분석을 위해 압력을 유지해야 하므로, 비가압 샘플 병 대신 샘플 실린더를 사용해 채취하고 대표성을 보존해야 합니다. 가스 샘플 실린더는 독성 가스의 경우 흄이나 배출로부터 기술자와 환경을 보호하는 데에도 매우 효과적입니다.

가스와 휘발성 액체는 상변화에 더 취약하므로 샘플 실린더 사용이 필수적입니다.

대부분의 샘플 실린더는 일관된 벽 두께, 크기, 용량을 위해 이음매 없는 튜빙으로 제작되지만, 특정 샘플링 요구사항에 따라 고려해야 할 변수들이 있습니다. 실린더 공급업체와 협력해 적절한 유형을 선택할 수 있습니다.

실린더 선택 시 고려해야 할 주요 특징은 다음과 같습니다.

• 효율적이고 안전한 샘플링 포인트 연결/분리를 위한 손쉬운 작동의 퀵 커넥트
• 갇힌 유체를 방지하고 세척 및 재사용이 용이한 매끄러운 내부 넥 전환부
• 작업자 안전성을 높이는 과압 보호 기능. 파열 디스크와 릴리프 밸브는 티 형태 또는 실린더 메인 밸브에 일체형으로 제공 가능
• 샘플링 대상 가스 또는 휘발성 액체에 따라 특수 합금이나 재료가 필요할 수 있는 적절한 재질 구성과 마감
• 독성 샘플 잔여물 퍼징과 기술자 안전 강화에 유리한 바이패스 라인 내장. 바이패스 라인은 퍼지 유체가 퀵 커넥트를 통해 흐르도록 해, 실린더 분리 시 유출이 발생하더라도 독성 샘플이 아닌 퍼지 유체가 흘러나오게 함
• 내구성 있는 설계와 구조. 샘플 실린더는 실험실 분석을 위해 장거리 이송되는 경우가 많음

실린더 올바르게 충전하는 방법

대부분의 경우 샘플 실린더를 수직 방향으로 충전하는 것이 가장 적절합니다. 그 이유는 다음과 같습니다.

휘발성 액체 샘플링 시에는 실린더를 아래에서 위로 충전하는 것이 가장 좋습니다. 이렇게 하면 실린더 내부에 갇혀 있을 수 있는 가스가 충전 과정에서 상단의 아웃테이지 튜브(outage tube)를 통해 배출됩니다. 아웃테이지 튜브는 실린더가 일정량의 증기 공간을 유지하도록 해, 실린더가 완전히 충전된 상태에서 예기치 않은 온도 변화로 인한 파열을 방지합니다. 반대로 가스 샘플링 시에는 실린더를 위에서 아래로 충전해야 합니다. 이렇게 하면 라인에 생성된 응축수가 하단을 통해 배출될 수 있습니다.

샘플 실린더 유지관리 방법

모든 산업 장비와 마찬가지로 샘플 실린더도 정기적인 운영 마모와 손상이 발생합니다. 손상되거나 오작동하는 실린더는 직원 안전에 위협이 되며 샘플링 관행의 정확성과 무결성을 해칠 수 있습니다. 이 모든 것이 정기적이고 사전 예방적인 샘플 실린더 유지관리를 모든 샘플링 중심 운영에 필수적으로 만듭니다. 최소한 샘플 실린더는 연 1회 검사와 내압 시험을 받아야 하며, 5년마다 재인증을 받아야 합니다.

그러나 검사 사이에 손상이 발생할 수도 있습니다. 주의해야 할 가장 일반적인 문제는 다음과 같습니다.

• 밸브와 퀵 커넥트 등 주요 부품의 누설
• 샘플과의 호환성 문제로 인한 부식
• 내부 표면 상태, 흡착
• 부적절하게 설치된 구성품

인적 오류 가능성 최소화 방법

그랩 샘플링은 필연적으로 기술자가 공정에서 직접 샘플을 채취하는 과정을 포함하므로, 본질적으로 공정에 인적 오류 가능성을 도입합니다. 다행히 이러한 오류를 제한하는 몇 가지 전략이 있습니다.

문서화. 그랩 샘플링 패널에는 패널 작동 방법과 필요 시 교체 부품 주문 방법 등 유용한 정보가 새겨진 명판이 부착될 수 있습니다. 사용 설명서는 해당 패널을 처음 조작하는 기술자도 쉽게 샘플을 채취할 수 있게 합니다. 부품 문서화는 추측 없이 공급업체에 정확히 필요한 부품을 알릴 수 있게 합니다.

단순화. 단순하고 직관적으로 조작할 수 있는 그랩 샘플링 시스템도 인적 오류 가능성을 줄여줍니다. 예를 들어, 가스 샘플링 전용으로 설계된 그랩 샘플링 패널은 실린더의 올바른 방향과 상향식 샘플 채취를 매번 보장합니다. 앞서 언급한 바와 같이 이는 기술자가 샘플을 잘못 삽입하거나 채취할 가능성을 제거합니다. 휘발성 액체 샘플링 전용 패널도 마찬가지입니다.

기어드 밸브 어셈블리는 샘플 채취에 필요한 모든 밸브가 올바른 순서로 작동하도록 보장합니다.

또한 사용 가능한 기어드 밸브 어셈블리는 샘플 채취에 필요한 모든 밸브가 올바른 순서로 작동하도록 보장합니다. 이는 작업자가 해당 밸브들을 수동으로 개폐할 필요를 없애 안전한 샵취에 기여합니다. 퍼지 기능도 기어드 밸브 어셈블리에 통합할 수 있어, 인적 오류로 인해 퍼지 유체가 메인 공정으로 재유입되는 것을 방지합니다.

자동화. 샘플 채취 자동화는 초기 비용이 더 들지만 인적 오류를 더욱 줄일 수 있습니다. 자동화 패널은 인클로저 도어가 제대로 닫혔는지, 밸브가 올바른 순서로 열리는지, 제품과 퍼지 유량 및 압력이 정밀하게 유지되는지 확인할 수 있습니다. 이는 일반적으로 그랩 샘플링 패널을 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC) 또는 플랜트 제어 시스템에 배선해 구현합니다. 배선을 추가하는 곳이면 어디든 유해 구역 요구사항을 확인해야 합니다.

궁극적으로 그랩 샘플링은 고객에게 고품질의 규격품 제품을 공급하고 있다는 더 큰 확신을 주는 과정이어야 합니다. 사용하기 쉽고 잘 설계된 그랩 샘플링 시스템을 선택하고, 시설 전체에서 확립된 모범 사례를 따르는 것이 이 목표 달성에 기여할 수 있습니다.

시설의 그랩 샘플링 관행 개선 방법에 대해 더 알고 싶으십니까? 스웨즈락 전문가들이 그랩 샘플링 요구사항 평가와 귀사에 적합한 시스템 선택을 도와드릴 수 있습니다.