샘플링 시스템에서 시간 지연을 측정할 때 검사해야 할 4가지 영역

샘플링 시스템에서 시간 지연을 측정할 때 검사해야 할 4가지 영역

Karim Mahraz, 제품 관리자

공정 분석기 샘플링 시스템에서는 샘플을 채취하는 순간과 판독값을 얻는 시간 사이에 항상 지연이 있습니다.

시간 지연은 누적되며, 샘플이 프로세스 라인의 탭에서 프로세스 분석기로 이동하여 결과를 얻는 데 걸리는 총 시간을 고려합니다. 이 시간 지연은 생각보다 길 수 있으며 과소 평가하면 공정 제어가 열악해질 수 있습니다. 시간 지연이 1분과 같다고 가정하지만 실제로는 2시간이면 분석기 판독값이 더 이상 적절하지 않거나 목적이 없을 수 있습니다. 탭에서 분석기 판독까지 1분 이내의 공통 목표로 이 지연을 최소화하려고 합니다.

전체 분석 기기 시스템에서 시간 지연의 원인을 찾을 수 있습니다. 다음은 시스템의 시간 지연을 줄이기 위해 검사해야 할 4가지 주요 영역입니다.

1. 조사 지연
2. 샘플 운송 지연(현장 스테이션 및 운송 라인 포함)
3. 샘플링 컨디셔닝 지연(스트림 전환 포함)
4. 분석기의 지연

1. 프로브의 시간 지연

너무 큰 샘플 프로브는 피하십시오. 프로브는 스트림이 가장 빠르게 이동하고 가장 깨끗하고 가장 대표적인 샘플을 제공하는 공정 라인 직경의 중간 1/3에 도달할 만큼 충분히 길어야 합니다. 프로브의 부피가 클수록 지연이 커지므로 필요 이상으로 더 이상 또는 더 넓어서는 안 됩니다.

프로세스 튜브의 탭 위치는 고려해야 할 또 다른 관련 문제입니다. 프로세스 튜브의 저유량 섹션 근처에서 프로브를 찾으면 프로세스 화학 물질의 변경 사항이 나타날 때까지 더 오래 기다려야 합니다. 예를 들어, 새로운 분자가 대용량 탱크 또는 드럼에 들어가면 '혼합 부피'가 생성되며, 부피가 완전히 제거될 때까지 출구에 새로운 분자와 기존 분자가 모두 나타납니다. 시간 지연을 줄이려면 혼합 볼륨의 다운스트림에 탭을 배치해서는 안 됩니다. 대신, 드럼, 탱크, 데드 레그 및 정체 라인을 포함하여 이러한 공정 중 시간 지연 소스의 업스트림에 탭을 배치하십시오.

2. 샘플 운송의 시간 지연

• 원격 샘플 탭 위치: 샘플이 분석을 위해 이동해야 하는 거리가 멀수록 시간 지연이 길어집니다. 가능한 한 분석기에 가까운 탭을 찾으십시오. 더 긴 운송 라인의 경우 빠른 루프를 사용하여 흐름을 가속화하고 분석기에 최신 샘플을 제공하는 것을 고려하십시오.
• 줄 길이 및 지름: 샘플이 더 멀리 이동해야 하고 운송 라인의 내부 부피가 클수록 시간 지연이 길어집니다. 이 지연을 줄이려면 선 길이와 직경을 계산하고 그에 따라 조정하여 정확성을 보장하십시오.
• 액체 시료 이송 라인의 저압: 액체 샘플의 경우 탭 위치는 펌프 없이 이송 라인이나 빠른 루프를 통해 샘플을 전달하기에 충분한 압력을 제공해야 합니다. 시간 지연을 증가시키기 때문에 펌프와 같은 값비싼 추가 변수를 추가하지 마십시오.
• 가스 샘플 운송 라인의 고압: 기체의 경우 압력이 높을수록 흐름이 느려집니다. 흐름 속도를 높이고 시간 지연을 줄이려면 압력을 낮추십시오. 예를 들어 압력이 절반이면 시간 지연이 절반이 됩니다.

3. 샘플 컨디셔닝 시스템의 시간 지연

• 죽은 다리를 일으키는 제거되지 않은 티셔츠: 데드 레그는 분자가 흐르는 시스템 매체 안팎으로 확산되도록 하는 퍼지되지 않은 측면 볼륨입니다. 분석된 샘플 라인의 모든 티 또는 크로스는 모든 포트가 흐르지 않는 한 데드 레그입니다. 일반적인 데드 레그에는 압력 및 온도 게이지용 연결 지점, 퍼지 및 블리드 밸브, 교정 매니폴드, 실험실 샘플링 지점이 포함됩니다. 퍼지 기간이 시간 지연에 영향을 미치므로 샘플 분석을 수행하기 전에 이러한 영역을 제거해야 합니다. 데드 레그(예:게이지)를 재배치하는 것이 때때로 가장 간단한 솔루션입니다.
• 튜브 벽 및 필터에 시료 흡착: 샘플이 튜브의 벽이나 기타 고체 표면에 닿으면 일부 분자가 해당 표면에 달라붙습니다. ppm(parts-per-million) 분석에서 흡착으로 인한 분자 손실(또는 탈착으로 인한 이득)이 상당할 수 있습니다. 그러나 손실은 가스 샘플의 경우에만 통계적으로 중요합니다. 1ppm 미만으로 측정할 때만 액체 샘플로 흡착하는 것에 대해 걱정하십시오. 가스 샘플의 경우 이전 가스 분자가 제거될 수 있도록 소스 전환 사이에 충분한 대기 시간을 구축하십시오.
• 높은 내부 구성요소 볼륨: 대표적인 샘플을 보장하고 정확한 분석기 판독값을 얻으려면 흐름 경로에 있는 모든 장치의 전체 부피를 퍼지해야 합니다. 필터 또는 코어레서와 같은 대용량 장치가 있는 경우 완전히 제거할 수 있도록 충분한 시간을 허용합니다. 일반적인 지침은 볼륨의 3배에 해당하는 장치로 세척하는 것입니다. 가능하면 이러한 구성요소의 크기를 최소화하십시오.

4. 분석기의 시간 지연

• 불연속 분석기 응답 시간: 특정 분석기는 분석기 내에서 발생하는 프로세스로 인해 다른 분석기보다 분석을 수행하는 데 더 많은 시간이 걸립니다. 예를 들어, 비색계는 분석을 완료하기 전에 측정된 색상을 개발해야 하고, 가스 크로마토그래프는 분석하기 전에 측정된 구성 요소를 분리해야 합니다.
• 지속적인 분석기 응답 시간: 일부 분석기는 지속적으로 실행되지만 이들조차도 즉각적인 결과를 제공하지 않으므로 항상 약간의 지연이 있습니다.
• 수동 시스템 운영자 응답 시간: 시료 분석 프로세스를 수동으로 관리할 때 필요한 시스템 조정을 작업자가 인지하고 대응하기 전에 발생하는 불가피한 시간 지연을 고려하십시오.

정확한 시스템 응답을 위한 지연 시간 파악

탭의 공정 라인에서 샘플을 처음 채취한 순간부터 샘플이 분석기에 도달할 때부터 결과를 받을 때까지 사이에 얼마나 많은 시간이 흘렀는지 인식하는 것이 중요합니다. 이 시간 경과에 대한 잘못된 가정은 프로세스 라인에 있는 것과 분석 결과 사이의 관계를 이해하지 못한다는 것을 의미합니다. 이 문서에서 논의된 지연에 민감한 샘플링 시스템의 요소(프로브, 샘플 전송, 샘플 컨디셔닝 및 분석기)를 이해하면 시스템 내에서 시간 지연이 발생하는 위치에 대한 결론을 도출하고 전반적인 프로세스 제어를 개선할 수 있습니다.