산업기술
산업 제조
Karim Mahraz, Swagelok 제품 관리자, 분석 기기
분석 기기(AI) 시스템의 목적은 샘플을 채취할 당시 공정 라인의 유체를 나타내는 적시에 분석 결과를 제공하는 것입니다. AI 시스템의 구성에 따라 샘플이 변경되어 분석 결과가 달라지면 샘플은 더 이상 대표성이 없으며 결과는 더 이상 의미가 없거나 유용하지 않습니다. 샘플이 수돗물에서 적절하게 채취되었다고 가정하면 다음과 같은 경우에는 여전히 대표성이 없을 수 있습니다.
믹싱 볼륨과 데드레그의 차이를 이해하는 것이 중요합니다. 혼합 부피는 필터 또는 녹아웃 포트와 같이 별도의 입구와 출구가 있는 저장소입니다. 유체는 혼합 볼륨을 통해 종종 천천히 흐릅니다. 반면에 교착 상태는 일반적으로 끝에 블록이 있는 티 형태이므로 통과 흐름이 없습니다(그림 1 참조).
그림 1. 이 교착 상태 구성에서 T자형 형성에 갇힌 오래된 샘플이 주요 유체 흐름으로 누출되어 새 샘플을 오염시킵니다.
교착 상태의 예로는 압력 게이지, 변환기, 실험실 샘플링 밸브 또는 릴리프 밸브가 있습니다. 혼합 부피가 오래된 샘플을 씻어내는 비율을 계산할 수 있지만 교착 상태의 경우에는 그렇지 않습니다. 교착 상태는 오래된 샘플을 유지하여 일부가 새 샘플과 혼합되어 오염되도록 합니다.
교착 상태는 결국 개입 없이 사라질 수 있습니다. 그들은 예측 가능한 방식으로 행동하지 않습니다. 일반적으로 데드레그는 길이 대 직경의 비율이 증가함에 따라 더 문제가 됩니다. 또한 분석 라인의 유량이 낮을수록 데드레그 효과의 정도가 증가합니다. 데드레그 부피가 10cm인 압력계 3 고유량에서는 큰 영향을 미치지 않지만 저유량(예:30cm 3 /min) 잘못된 위치에 있는 경우 전체 응용 프로그램을 손상시킬 수 있습니다.
다음은 교착 상태에 관한 몇 가지 일반적인 지침입니다.
그림 2. 이 구성에서 5개의 교착 상태는 샘플을 오염시킬 위험이 있습니다.
그림 3. 그림 2의 변형인 이 구성은 교착 상태를 제거하거나 분석기 판독에 영향을 미치지 않는 위치로 이동시키는 설계 개선 사항을 도입합니다.
대부분의 공정 제어 시스템에서 데드레그 구성 요소는 대부분이 분석기로의 활성 흐름과 직선에 있지 않도록 배치할 수 있습니다. Deadleg 구성 요소는 바이패스 루프에 배치할 수 있으며 여전히 의도한 목적을 수행합니다. 바이패스 루프(또는 고속 루프)는 프로세스 라인으로 되돌아가는 루프에서 상대적으로 빠른 흐름을 가능하게 하는 구성입니다. 루프의 한 지점에서 흐름의 일부가 분석기로 전환됩니다. 그림 2는 5개의 교착 상태가 있는 시스템을 보여줍니다. 그림 3은 다음과 같이 개선된 이 구성의 변형을 보여줍니다.
여러 유체 스트림이 스트림 선택 시스템을 통해 동일한 분석기로 실행되는 경우 교착 상태가 있는 구성 요소는 가능하면 교차 스트림 오염 가능성을 최소화하기 위해 바이패스 또는 리턴 라인의 스트림 선택 시스템 앞에 배치해야 합니다. "메모리"가 있는 구성 요소, 즉 표면적이 많은 구성 요소(필터) 또는 탄성 중합체와 같은 투과성 재료가 있는 구성 요소도 마찬가지입니다. 예를 들어, 스트림 선택 시스템 뒤에 하나의 필터를 찾는 것보다 여러 필터를 구입하여 스트림 선택 시스템보다 먼저 찾는 것이 좋습니다(여러 줄 각각에 하나씩). 마찬가지로, 티 구성이 교차 스트림 오염을 유발할 수 있는 교착 상태이기 때문에 스트림 선택 시스템 이후에 티 및 빠른 연결이 있는 실험실 샘플 포트를 찾는 것은 바람직하지 않습니다.
그림 4. 빠른 연결 실험실 샘플 포트는 스트림 선택 시스템 앞의 바이패스 루프에 있습니다. 이렇게 하면 샘플 스트림이 공유하는 라인에 교착 상태가 발생하지 않습니다.
그림 4와 같이 이상적인 구성은 실험실 샘플 포트를 스트림 선택 시스템 앞의 바이패스 루프(각 샘플 라인에 대한 별도의 바이패스 루프)에 배치하는 것입니다. 실험실 샘플 포트, 게이지 및 기타 데드레그는 흐름이 분석기로 전환되는 지점의 다운스트림인 바이패스 루프에 위치할 수 있습니다. 이 구성의 또 다른 이점은 하나의 스트림이 분석기로 실행되는 동안 다른 스트림은 샘플 전류를 유지하면서 각각의 바이패스 루프를 통해 계속 흐릅니다. 스트림 선택 시스템 이후에 안전하게 찾을 수 있는 메모리가 제한된 구성 요소에는 일부 고품질 조절기, 차단 밸브, 체크 밸브 및 유량계가 포함됩니다. 액체 시료의 경우 분석기를 통한 압력 강하가 최소화되면 게이지와 같은 교착 부품이 분석기 뒤에 위치할 수 있습니다.
두 개의 블록 밸브와 벤트로 연결되는 블리드 밸브로 구성된 DBB(더블 블록 및 블리드) 구성을 사용하는 것은 업계에서 잘 정립된 표준이며 그만한 이유가 있습니다. 유체 흐름 간의 오염을 방지합니다. 이 구성은 분리된 상태로 유지되어야 하는 두 유체 흐름 사이에 의도된 블록이 있을 때마다 사용해야 합니다. DBB는 모든 스트림 선택기 시스템의 기초입니다.
부품 배치 외에도 부품 선택은 공정 제어 시스템 설계에서 중요한 요소입니다. 구성 요소는 포함하는 데드 스페이스의 양에 따라 다릅니다. 시스템 설계자는 절단 도면을 검토하고 사각지대를 찾아야 합니다. 밸브 또는 구성 요소 어셈블리를 통과하는 흐름 경로는 부드럽고 방향이 급격하게 바뀌지 않아야 하며, 이로 인해 압력이 떨어질 수 있습니다.
낮은 분압 방향으로 누출 및 침투가 발생합니다. 누출 또는 침투가 시스템의 문제인지 여부를 결정하려면 샘플 구성과 절대 압력을 식별하고 시스템 외부의 대기에 대해서도 동일한 작업을 수행합니다. 거기에서 부분 압력을 결정하십시오. 예를 들어, 시스템 매체가 100psia에서 100% 질소인 경우 질소 부분압은 100psia입니다. 단순화를 위해 대기가 15 psia에서 80% 질소와 20% 산소라고 하면 분압은 질소 12 psia와 산소 3 psia가 됩니다. 이러한 조건이 주어지면 산소는 시스템으로 누출되고 질소는 시스템 밖으로 누출됩니다. 시스템 압력이 200 psia, 1000 psia 이상으로 증가하더라도 산소 분압이 시스템 내부보다 시스템 외부에서 더 크기 때문에 대기의 산소는 여전히 누출됩니다.
침투가 항상 문제는 아닙니다. 시료로 누출되는 소량의 산소는 응용 분야에 따라 문제가 되지 않을 수 있습니다. 침투가 잠재적인 문제인 경우 시스템 설계자는 O-링, 엘라스토머 및 PTFE를 피하고 대신 가능하면 스테인리스 스틸 및 금속 대 금속 씰을 사용해야 합니다. 또 다른 가능성은 샘플링 컨디셔닝 시스템이나 시스템의 다른 부분을 질소 퍼지 상자에 넣는 것입니다.
일부 공압 밸브의 설계 구성은 샘플과 작동 공기 사이의 누출 또는 침투를 허용합니다. 밸브의 액추에이터는 소형 모듈식 밸브에서와 같이 밸브 설계에 통합될 수 있습니다. 즉, 밸브바디와 액츄에이터가 같은 블록에 들어있고, 오링과 같은 씰 하나만으로 분리될 수 있다. 이 단일 밀봉이 실패하면 공압 공기의 분자가 샘플로 누출되거나 샘플의 분자가 작동 공기로 빠져나갈 수 있습니다. 이러한 누출은 잘못된 분석 판독값으로 이어질 수 있으며 더 심한 경우 화재나 폭발을 일으킬 수 있습니다. 밸브 설계에 통합된 액추에이터를 사용할 때 이중 씰이 있는 밸브와 공기 또는 공정 누출이 안전하게 빠져나갈 수 있도록 하는 통풍 에어 갭과 같은 안전 장치를 찾으십시오(그림 5).
그림 5. 이중 블록 및 블리드 밸브의 이 도면에서 이중 씰 및 환기된 에어 갭은 작동 공기가 유체 흐름으로 누출될 가능성을 방지합니다.
흡착은 일부 분자가 튜브 내부를 포함하여 고체 표면에 달라붙는 경향을 나타냅니다. 질소, 산소 및 기타 "영구 가스"와 같은 일부 분자는 고체 표면에 달라붙지만 쉽게 떨어집니다. 물과 황화수소와 같은 다른 분자는 튜브에 달라붙어 단단히 고정됩니다. 이 끈적한 분자 중 하나가 샘플에 있으면 튜브의 내부 표면에 달라붙어 얼마 동안 분석 판독값에 나타나지 않습니다.
일부 작업자는 튜브 내부가 포화되면 흡착 문제가 사라진다고 생각하지만 이는 사실이 아닙니다. 태양의 강도가 매일 변화하여 튜브의 온도가 증가한다고 가정합니다. 더 높은 온도는 분자에 더 많은 에너지를 제공하여 튜브의 벽을 떠나 분석 판독값에 변화를 일으킵니다.
측정 중인 분자가 샘플에서 100ppm 이상을 구성하는 경우 흡착은 그다지 중요하지 않을 것입니다. 그러나 측정되는 분자가 이 양보다 적은 경우 흡착 문제를 해결해야 합니다. 튜빙 또는 PTFE 라이닝 내부의 전해 연마된 표면은 흡착 속도에서 약간의 개선을 제공합니다. 또 다른 옵션은 실리콘 라이닝 튜브입니다. 제조 과정에서 매우 얇은 실리콘 코팅이 튜브 내부에 증착됩니다. 제품은 비싸지만 개선 속도는 극적입니다. 최소 굽힘 반경이 증가했지만 튜브는 실리콘 라이닝으로 여전히 유연합니다.
대표적인 샘플을 유지하려면 샘플의 부분적인 위상 변화를 피해야 합니다. 분자는 시스템의 온도와 압력에 따라 고체, 액체, 기체 또는 혼합물과 같은 다른 상을 가정합니다. 각 분자에 대해 위상이 변경되기 시작하는 지점은 위상 다이어그램에 표시된 것처럼 한 축의 온도와 다른 축의 압력이 다릅니다. 그림 6은 물의 구성을 보여줍니다. 실선은 단계 간의 인터페이스를 보여줍니다.
그림 6. 상변화 차트는 물이 고체, 액체, 기체 사이에서 변하는 지점을 보여줍니다.
분석 샘플은 일반적으로 두 가지 이상의 분자 유형으로 구성됩니다. 샘플의 구성을 결정하는 것이 중요합니다(즉, 분자 A로 구성된 백분율, 분자 B로 구성된 백분율 등).
샘플이 모두 액체 또는 모든 기체로 유지되는 한 조성은 동일하게 유지됩니다. 그러나 샘플의 부분적인 위상 변화를 허용하면 구성이 변경됩니다. 아래 그림 7은 분자 혼합물에 대한 위상 차트를 보여줍니다. 이러한 액체상과 증기상 사이의 어느 지점에서나 2상 조합이 발생하여 다른 조성이 생성됩니다. 즉, 샘플이 두 개의 다른 구성으로 분할되었으며 분석기는 더 이상 원래 구성이 무엇인지 결정할 수 없습니다.
그림 7. 분자 혼합물에 대한 위상 차트
분석기 엔지니어와 기술자가 직면한 과제는 분석 시스템 전체에서 한 단계에서 전체 샘플을 보존할 영역에서 압력과 온도를 유지하는 것입니다. 가스 샘플의 경우 가장 간단한 솔루션은 압력을 낮추는 조절기를 설치하는 것입니다. 또한 필요한 경우 샘플 라인을 가열하고 절연된 번들 튜브를 사용하여 고온에서 유지할 수 있습니다. 레귤레이터와 번들 튜빙 모두 설치 및 유지 관리가 상당히 쉬운 구성 요소입니다.
액체 샘플의 경우 문제가 다소 더 큽니다. 펌프로 압력을 높일 수 있으며 필요한 경우 냉각기를 설치할 수 있습니다. 유감스럽게도 펌프나 냉각기는 필요할 수 있지만 설치 및 유지 관리가 특히 쉬운 구성 요소가 아닙니다.
대표 표본을 유지하는 것은 어려울 수 있습니다. 샘플이 대표성이 없다고 알리는 분석 기기 시스템에서는 알람이 울리지 않습니다. 문제를 밝히는 유일한 방법은 샘플 시스템이 흔들릴 수 있는 지점에 익숙해지는 것입니다. 다행스럽게도 이러한 각 문제는 피할 수 있거나 수정할 수 있습니다. 대부분의 시정 조치는 다음과 같이 요약할 수 있습니다.
분석 기기 시스템으로 대표 샘플을 유지하기 위해 공장이나 시설에 추가 지원이 필요합니까? Swagelok의 샘플 시스템 문제 해결 및 유지보수(SSM) 교육 과정을 통해 일반적인 샘플링 시스템 오류를 해결하는 방법을 배우십시오. 팀을 등록하려면 지역 판매 및 서비스 센터에 문의하십시오.
이미지 © 2013 “산업용 샘플링 시스템 "산업기술
더 안전한 산업용 유체 시스템 구축을 위한 7가지 팁 Ken Backus, 현장 엔지니어, 북미 산업 플랜트나 정유 공장에서는 모든 구석에 잠재적인 안전 위험이 도사리고 있습니다. 공장 관리자로서 귀하의 주요 책임 중 하나는 이러한 위험을 줄여서 안전을 보장할 뿐만 아니라 가동 시간을 유지하고 시설에서 안정적인 수익 흐름을 유지하는 것입니다. 한 가지 중요한 초점 영역은 공장의 산업용 유체 시스템입니다. 이러한 시스템은 종종 문제가 발생할 경우 건강, 안전 및 환경 문제를 증가시킬 수 있는 고압 및 고온 유체 및 가스를 운
대규모 산업 건설:샘플 채취 품질, 안전성 및 수익성을 최적화하는 방법 화학 정제소, 폐수 처리 공장, 제조 현장, 석유 및 가스 플랫폼과 같은 대규모 시설 건설을 관리하는 것은 본질적으로 어렵습니다. 수천 명의 사람들이 참여하고 경쟁이 치열하며 물류가 복잡합니다. 이러한 대규모 프로젝트의 복잡성 속에서 산업용 유체 시스템 및 그랩 샘플링 시스템 설계의 모범 사례는 종종 간과됩니다. 산업 건설은 종종 설계에 따라 현장에서 건설하기 위해 하청업체에 제공되는 사전 승인된 유체 시스템 도식으로 시작합니다. 이 표준화된 접근 방식을