공정 분석기 정확도를 위협하는 8가지 주요 과제와 해결 방안

샘플링 시스템: 공정 분석기 정확도에 영향을 미치는 8가지 일반적인 과제

토니 워터스, 샘플링 시스템 전문가 및 강사

샘플링 시스템은 플랜트에서 가장 복잡한 시스템 중 하나입니다. 수많은 구성 요소와 공정이 함께 작동하여 공정 스트림 상태에 대한 분석 값을 도출합니다. 이 결과는 정확하고 신속해야 하며, 플랜트의 제어 목표 달성을 위한 중요한 기반이 됩니다. 그러나 엔지니어와 기술자들은 샘플링 시스템이 예민할 수 있음을 잘 알고 있습니다. 시스템의 모든 요소가 공정 분석기의 정확도에 영향을 미칠 수 있습니다. 팀의 분석기 신뢰도 향상을 돕기 위해, 스와제로크 현장 엔지니어들이 시스템 정확도에 영향을 미치는 8가지 일반적인 과제를 파악했습니다.

분석기 정확도에 미치는 영향

샘플링 시스템의 설계 실수는 다음 요소에 영향을 주어 샘플 무결성을 위협할 수 있습니다:

• 대표성: 설계 결함으로 인해 샘플이 공정을 정확하게 대표하지 못하거나, 공정 유체의 화학적 구성이 예측하지 못한 방식으로 왜곡될 수 있습니다. 제어 목표를 충족하는 측정을 위해서는 대표적인 샘플이 필수적입니다.
• 적시성: 샘플 채취부터 분석기 판독까지 과도한 시간 지연이 발생하면, 플랜트는 제품 손실이나 생산 오류 수정을 위한 비용이 많이 드는 재처리 위험에 직면합니다. 업계 표준 응답 시간은 1분입니다.
• 호환성: 온도, 압력, 유량, 상태가 공정 분석기의 요구 사항과 일치하지 않으면 샘플이 분석기를 손상시키거나 정확도를 저하시킬 수 있습니다. 또한 정확한 분석기 결과는 잠재적으로 위험한 운전 조건을 감지하여 안전한 플랜트 환경을 유지하는 데 도움이 됩니다.

일반적인 과제 식별 및 해결

과제 1: 부적절한 탭 위치 선정

탭 위치를 선정하는 것은 미묘한 결정일 수 있습니다. 한 가지 목표는 시간 지연을 피하는 것입니다. 탭이 공정 배관의 저유량 구간에 있으면 공정 화학 물질의 변화가 분석 결과에 나타나기까지 더 오래 걸립니다. 타워 바텀, 탱크, 드럼과 같은 혼합 구간도 지연의 주요 원인입니다. 또한 펌프 토출구, 유량 오리피스, 배관 엘보에서 유도된 난류 하류 등 샘플이 잘 혼합된 위치를 선택해야 합니다.

과제 2: 프로브 오용

샘플 채취를 위해 프로브를 사용할 때, 이상적으로는 공정 배관의 중앙 1/3 지점까지 도달할 만큼 충분히 길어야 대표적인 샘플을 얻을 수 있습니다. 공정 배관 중심부에서 유속이 더 빠르기 때문에 더 신속한 결과를 얻을 수 있습니다. 그러나 프로브가 공진 진동을 겪지 않도록 최대 허용 길이를 항상 계산해야 합니다. 때로는 배관 직경의 15%만 삽입해도 충분합니다. 프로브는 필요한 것보다 넓지 않아야 합니다. 큰 부피는 시간 지연을 초래하기 때문입니다. 프로브 없이 노즐만 사용하는 경우, 시스템 부피가 훨씬 커져 상당한 지연이 발생할 가능성이 높습니다.

과제 3: 잘못된 필드 스테이션 설계

가스 샘플의 경우, 시스템 설계자는 가능한 한 빨리 압력을 낮추려 합니다(10~15 psig, 또는 시스템 설계가 허용한다면 5 psig까지). 고압 가스는 분자가 빽빽하게 모여 있어 더 천천히 이동하므로 시간 지연을 초래합니다. 또한 저압은 응축 위험을 줄여주는데, 이는 많은 가스 공정 분석기와 호환되지 않고 샘플의 대표성을 해치기 때문에 피해야 합니다. 저압 유지는 운영자와 기술자의 안전에도 중요합니다.

필드 스테이션의 레귤레이터가 샘플 압력을 낮춰 분석기로 더 빠르게 흐르도록 합니다.

과제 4: 패스트 루프 생략

액체 샘플을 기화할 때, 샘플링 시스템에는 기화 레귤레이터 상류에 패스트 루프 또는 바이패스가 필요할 수 있습니다. 그렇지 않으면 액체 샘플이 너무 천천히 흐를 수 있습니다. 소량의 액체가 대량의 기체를 생성하기 때문입니다. 패스트 루프 없이 레귤레이터 상류에 100mL 이상의 천천히 움직이는 액체 부피가 있으면 수 시간의 시간 지연이 발생할 수 있습니다.

과제 5: 데드레그

데드레그는 이전 샘플 분자를 저장하고 새 샘플로 천천히 유출시켜 샘플의 대표성을 해칩니다. 샘플 라인의 모든 티나 크로스는 모든 포트가 흐르지 않는 한 데드레그입니다. 예를 들어 게이지, 스위치, 압력 안전 밸브, 실험실 샘플링 포인트 등이 있습니다. 고농도 스트림에서 저농도 스트림으로 전환할 때 데드레그가 분석 결과를 해칠 가능성이 더 큽니다. 저유량에서도 문제가 되기 쉽습니다. 분석기로 직접 연결된 라인의 데드레그는 이동시키거나 제거해야 합니다.

과제 6: 교차 스트림 오염

단일 3웨이 밸브는 교정 유체와 샘플 사이의 충분한 차단막이 되지 못합니다. 이 구성에서는 교정 유체가 밸브 시트를 통해 누출되어 샘플을 오염시키거나, 더 일반적으로 공정 스트림 샘플이 교정 유체로 누출될 수 있습니다. 어느 경우든 분석을 망칩니다. 더 나은 구성은 더블 블록 앤 블리드 방식으로, 차단된 포트에서 누출이 발생하더라도 블리드 또는 벤트 라인으로 배출되어 샘플로 들어가지 않도록 합니다.

과제 7: 부적절한 온도 및 압력

샘플의 상 변화를 주의해야 합니다. 부분적인 상 변화를 방지해야 합니다. 혼합 상 샘플은 대표적이지 않으며 분석기와 호환되지 않을 가능성이 높습니다. 소프트웨어 프로그램을 사용하면 시스템 화학 조성에 대한 상 다이어그램을 생성할 수 있어 상 변화 여부를 쉽게 판단할 수 있습니다. 원칙적으로 가스 샘플은 이슬점 이상으로 유지해 응축을 방지하고, 액체 샘플은 버블 포인트 이하로 유지해 경질 성분이 끓어오르는 것을 방지해야 합니다. 라인을 가열하는 경우, 전체를 가열해야 합니다. 몇 인치의 비가열 구간만으로도 온도가 낮아져 응축을 유발할 수 있습니다. 가스는 이슬점보다 약 20°C 높게 유지하는 것을 목표로 하십시오.

과제 8: 부적절한 샘플 컨디셔닝

샘플 컨디셔닝 시스템에서는 가스 샘플에서 액체를 제거해야 합니다. 액체는 공정 분석기를 손상시키고 분석 결과를 왜곡할 수 있기 때문입니다. 가스 샘플의 큰 물방울은 중력(녹아웃 팟 또는 폴백 튜브) 또는 관성(키네틱 세퍼레이터 또는 사이클론)으로 제거할 수 있습니다. 그러나 에어로졸 형태로 부유하는 매우 미세한 물방울은 코일레서가 필요합니다. 코일레서는 큰 물방울을 걸러내지 못한다는 점을 이해하는 것이 중요합니다. 또한 유속이 너무 높으면 작은 물방울이 코일레서 엘리먼트를 통과하여 제대로 떨어지지 않습니다. 마지막으로 샘플이 코일레서를 떠날 때는 포화 상태(이슬점 근처)로 다시 응축되기 쉽습니다. 온도를 높이거나 압력을 낮춰 이슬점에서 멀어지도록 하는 것이 도움이 됩니다. 니들 밸브로 압력 강하를 만들 수 있습니다.

샘플링 시스템에서 공정 분석기 정확성을 위협하는 요소를 식별하고 해결하는 방법에 대한 자세한 내용은 스와제로크의 샘플링 시스템 실습 교육 과정을 살펴보거나, 지역 스와제로크 영업 및 서비스 센터에 문의하여 스와제로크 교육 과정의 기반이 되는 교과서 Industrial Sampling Systems 사본을 요청하십시오.