분석 기기 시스템에서 조정기를 사용하여 시간 지연을 줄이는 방법

분석 시스템에서 시간 지연을 줄이기 위해 조절기를 사용하는 방법

Mike Strobel, 현장 엔지니어링 감독자

공정 측정은 즉각적이지만 분석기 응답은 절대 그렇지 않습니다. 탭에서 분석기에 이르기까지 항상 시간 지연이 있습니다. 불행히도 이러한 지연은 종종 과소평가되거나 오해됩니다.

분석 샘플링 시스템에서 시간 지연은 새 샘플이 분석기에 도달하는 데 걸리는 시간으로 정의됩니다. 별도의 블로그 기사에서는 시간 지연이 작동하는 방식과 이를 상위 수준에서 최소화하기 위한 팁을 설명하지만 이 기사에서는 압력 조절기로 시간 지연을 제어하는 ​​방법에 중점을 둘 것입니다. 레귤레이터는 압력을 제어하고 분석 시스템의 압력은 시간과 밀접한 관련이 있습니다. 유량이 제어되는 가스 시스템의 경우 압력이 낮을수록 시간 지연이 짧아집니다.

시간 지연은 공정 라인, 탭 및 프로브, 현장 스테이션, 운송 라인, 샘플 컨디셔닝 시스템, 스트림 스위칭 시스템 및 분석기를 포함한 분석 기기 시스템의 주요 부분에서 발생할 수 있습니다. 아래 다이어그램은 일반적인 프로세스 분석기 샘플링 시스템의 예입니다.

시간 지연은 누적됩니다. 유체가 모니터링 중인 프로세스에서 분석기로 이동하는 데 걸리는 총 시간으로 구성됩니다. 여기에서 시간 지연을 측정하는 방법에 대해 자세히 알아볼 수 있습니다. 지금은 현장 스테이션과 그곳에서 시간 지연을 줄이는 데 있어 규제 기관이 하는 중요한 역할에 초점을 맞출 것입니다.

필드 스테이션 앞에서

시간 지연을 최소화하는 것은 탭의 위치에서 시작됩니다. 탭을 가능한 한 공정 분석기에 가깝게 배치하는 것이 가장 좋으며, 드럼, 탱크, 교착 상태, 정체 라인, 중복되거나 노후된 장비와 같은 공정 시간 지연 원인의 업스트림에도 위치해야 합니다.

액체를 샘플링할 때 탭의 압력은 추가 성능 변수를 유발하는 값비싼 구성 요소인 펌프 없이 이송 라인이나 고속 루프를 통해 샘플을 전달하기에 충분해야 합니다.

많은 경우 탭의 위치를 ​​지정하지 못할 수 있습니다. 기존 탭 위치와 종종 기존 분석기 셰드 위치를 처리해야 할 수도 있습니다. 탭이 분석기에서 먼 거리에 있는 경우 유체를 분석기로 신속하게 전달하고 사용하지 않은 부분을 프로세스로 되돌리는 수단으로 빠른 루프가 권장됩니다.

대부분의 분석 기기 시스템에서 시간 지연의 또 다른 원인은 프로브입니다. 프로브의 볼륨이 클수록 지연이 커집니다. 부피는 프로브의 길이와 너비 모두에 영향을 받습니다. 시간 지연을 최소화하려고 할 때 저용량 프로브를 선택하십시오.

필드 스테이션에서

공정 분석기에 액체 샘플이 필요한 경우 현장 스테이션의 조절기는 사용되지 않습니다. 기포 형성을 피하기 위해 액체를 고압으로 유지하는 것이 좋습니다. 가스 샘플의 경우 현장 스테이션은 운송 라인의 압력을 줄이는 수단으로 사용됩니다.

시간 지연은 절대 압력에 정비례하여 감소합니다. 절반의 압력에서 절반의 시간 지연이 발생합니다. 현장 스테이션은 가능한 한 수도꼭지와 가까운 위치에 있습니다. 압력은 빠를수록 좋습니다. 필드 스테이션의 레귤레이터에 대한 세 가지 가능한 응용 프로그램을 살펴보겠습니다. 각각에 대해 레귤레이터는 다소 다르게 구성됩니다.

조정기 애플리케이션 #1

첫 번째 응용 프로그램의 목적은 가스 압력을 줄이는 것입니다. 압력 강하는 응축을 일으킬 것으로 예상되지 않습니다. 따라서 간단한 감압 레귤레이터를 사용할 수 있습니다. 감압 조절기는 출구에서 일정한 압력을 유지합니다. 일반적으로 다이어프램이나 피스톤과 같은 감지 요소는 하류 압력에 응답하여 이동하여 제어 요소(대부분 원뿔 모양의 포핏)가 가스가 통과하는 오리피스의 흐름 영역을 변경할 수 있도록 합니다. 센싱 요소가 더 높은 압력에 반응하여 위로 밀려 올라감에 따라 제어 요소가 레귤레이터 시트에 더 가깝게 이동하고 오리피스 영역이 작아집니다. 감지 요소가 더 낮은 압력으로 아래쪽으로 이동함에 따라 오리피스는 더 커집니다. 대부분의 분석 조절기에서 조절기의 핸들을 사용하면 작업자가 출구 압력에 대해 감지 요소의 움직임을 구동하는 설정 스프링을 압축하거나 이완하여 출구 압력을 설정할 수 있습니다.

금속 다이어프램은 입구 압력이 크게 변하지 않거나 화학적 호환성이 중요한 응용 분야에 이상적입니다. 그러나 압력이 일정하지 않거나 스파이크가 발생할 수 있는 응용 분야에서는 피스톤 스타일 조절기가 더 적합할 수 있습니다.

규제 애플리케이션 #2

두 번째 레귤레이터 애플리케이션에서는 압력 강하로 인해 응결이 발생할 것으로 예상됩니다. 압력이 떨어지면 거의 모든 가스가 에너지를 잃는 데 줄-톰슨 효과라고 하며 결과적으로 냉각됩니다. 가스가 이슬점에 가까우면 이 냉각으로 인해 응축이 발생할 수 있습니다. 어떤 경우에는 열 손실이 응결을 유발할 만큼 충분히 클 수 있으므로 잠재적으로 조절기가 동결될 수 있습니다. 줄-톰슨 효과 때문에 가스 온도를 이슬점 이상으로 유지하려면 가열된 조절기가 필요할 수 있습니다. 가열식 조절기는 시스템 유체가 가열된 요소 위로 흐르는 감압 조절기입니다. 히터 카트리지가 필요합니다.

올바른 전력 범위에서 지정할 수 있도록 히터 카트리지에서 필요한 에너지(또는 와트수)의 양을 계산할 수 있습니다. 모든 가스에는 필요한 와트 수를 생성하기 위해 압력 강하 및 유량과 함께 공식에 연결된 줄-톰슨 계수가 있습니다.

레귤레이터 애플리케이션 #3

세 번째 조절기 응용 프로그램에서 액체는 기체 크로마토그래피 또는 기타 분석기로 분석되기 전에 기체가 되어야 합니다. 이 경우 기화 조절기가 사용됩니다. 기화 조절기는 선택하기 어려울 수 있지만 적절한 크기와 설치가 있는 경우 액체 샘플을 준비하는 신뢰할 수 있는 수단이 될 수 있습니다. 기화 조절기의 목적은 기화된 샘플이 액체 공정을 대표하도록 전체 샘플을 즉시 기체로 플래시하는 것입니다.

기화 조절기를 사용하면 온도와 증기 유량에 세심한 주의를 기울여야 합니다. 흐름이 너무 크면 샘플이 부분적으로만 기화되고 액체가 조절기를 통해 분석기로 흐릅니다. 기화기 온도가 너무 높으면 상류의 액체 샘플이 기화됩니다. 여기에서 샘플링 시스템의 기화 관리에 대해 자세히 알아볼 수 있습니다.

마지막으로 상당한 시간 지연이 발생하지 않도록 기화 조절기를 올바르게 설정해야 합니다. 유체가 액체에서 기체로 변화함에 따라 부피가 급격히 증가합니다. 증가량은 액체의 분자량에 따라 달라집니다. 일반적으로 조절기 이후의 측정된 증기 흐름은 기화 조절기 이전의 액체 흐름의>300배가 됩니다.

예:600cm의 증기 흐름 ³ /min., 액체 흐름은 2cm ³ 미만일 수 있습니다. /분 이 경우 액체가 3미터(약 10피트)의 6mm(1/4인치) 튜브를 통과하는 데 25분이 걸립니다. 이 시간을 줄이려면 조절기 앞에 있는 튜빙의 부피를 줄여야 합니다. 예를 들어, 30.5cm(1피트)의 3.2mm(1/8인치) 튜브만 있으면 액체가 조절기에 도달하는 데 30초밖에 걸리지 않습니다. 그러나 이때까지 프로브에 시간 지연을 추가해야 합니다. 프로브가 좁을수록 응답이 빨라집니다.

더 빠른 응답을 얻는 또 다른 방법은 빠른 액체 루프를 사용하여 기화기를 분석기에 더 가깝게 이동하는 것입니다. 아래 다이어그램에서 조절기는 두 번째 액체 저속 우회 루프가 있는 고속 루프 필터 뒤에 위치하여 기화 조절기까지 좋은 액체 흐름이 계속되도록 합니다. 목표는 기화 조절기로 가는 느리게 움직이는 액체 부피를 최소화하는 것입니다.

지연을 줄이기 위한 올바른 규제 기관 선택

레귤레이터는 분석 시스템에서 시간 지연을 해결하는 데 중요한 도구입니다. 가스 시스템의 압력이 낮을수록 응답 시간이 빨라집니다. 일반적으로 가스 시스템의 압력은 빠를수록 좋습니다. 액체가 기화되는 경우 액체가 기화 조절기로 바로 이동할 수 있도록 빠른 액체 루프를 고려하십시오. 현장 스테이션은 시간 지연을 크게 줄일 수 있는 복잡한 분석 기기 시스템의 한 위치이지만 시간 지연에 대한 접근 방식은 항상 포괄적이어야 합니다. 시간 지연을 줄이려면 시스템 지연의 모든 잠재적 원인을 면밀히 조사해야 합니다.

분석 시스템의 시간 지연 문제로 어려움을 겪고 있다면 레귤레이터 선택과 관련하여 위의 조언을 따르는 것 외에도 도움을 요청할 수 있는 다른 곳이 몇 군데 있습니다. 당사는 샘플링 전문가가 가르치는 여러 샘플링 시스템 교육 과정을 제공하고 모범 사례에 따라 설계된 사전 엔지니어링된 분석 하위 시스템을 제공하며 현장 엔지니어링 팀도 현장에 방문하여 분석 시스템의 문제를 식별하고 해결할 수 있습니다. 분석 시스템의 지연 감소에 대해 자세히 알아보거나 대화를 시작하려면 아래 버튼을 클릭하십시오.