샘플링을 단순화하기 위한 샘플링 프로브, 교정 및 스위칭 모듈

샘플 프로브 모듈 및 표준 하위 시스템으로 샘플링을 단순화하는 기타 방법

Karim Mahraz, Swagelok 제품 관리자, 분석 기기

사전 설계된 표준 하위 시스템은 유체 샘플링 및 제어 시스템의 설계를 단순화하여 운영 효율성을 높일 수 있습니다. 표준 시스템을 사용하면 설치 비용, 가동 중지 시간 및 전반적인 유지 관리를 크게 줄일 수 있는 추가 이점이 있어 공장 및 시설 관리자가 부품을 획득 및 조립할 수 있으며 시설 전반에 걸쳐(심지어 대륙 간에도) 일관성을 보장할 수 있습니다.

궁극적으로 플랜트 및 시설 관리자는 효율성을 개선하고 플랜트의 다른 영역에서 비용을 줄이기 위해 용도를 변경할 수 있는 시간, 노력 및 에너지를 절약하고 있습니다.

다음은 샘플링 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 일반적인 유형의 하위 시스템과 각각이 샘플링 시스템의 효율성을 향상시키기 위해 작동하는 방법입니다.

교정 및 스위칭 모듈(CSM)

CSM의 주요 기능은 공정 흐름을 조절하고 선택하거나 분석을 위해 보정 흐름을 선택하는 것입니다. 각 시스템에는 최소한 2개의 유입구가 있어야 합니다. 즉, 2개의 공정 스트림 유입구 또는 1개의 공정 스트림 유입구와 1개의 교정 스트림 유입구입니다. 시스템은 외부 소스, 일반적으로 분석기의 공압 신호에 대한 응답으로 분석할 유체를 선택합니다. 신호는 분석할 유체를 포함하는 스트림에 해당하는 스트림 선택기 밸브(SSV) 이중 차단 및 배출 밸브 모듈 중 하나를 엽니다. Swagelok에서 제공하는 것과 같은 CSM을 사용하면 다음과 같은 몇 가지 추가 이점이 있습니다.

• 응용 분야 요구 사항을 충족하기 위해 다양한 샘플 컨디셔닝 구성을 사용할 수 있습니다.
• 운영자가 언제든지 분석기를 교정할 수 있는 수동 교정 옵션.
• 색상으로 구분된 스트림 식별 - 프로세스 스트림 입구는 항상 파란색, 보정 스트림은 주황색, 우회 녹색 및 출구 흰색입니다.
• 모든 스트림에서 분석기에 일관된 전달 시간을 보장하고 교차 스트림 오염 가능성이나 교착 상태를 제거하기 위한 통합된 플로우 루프 설계.
• 공압 공기가 압력을 받고 있는 시스템 유체와 혼합될 수 있는 위험한 가능성을 방지하는 통기식 에어 갭.
• 유지 보수가 용이한 모듈식 디자인. 패널 상단에서 접근할 수 있는 4개의 나사를 풀어 개별 구성 요소를 어셈블리에서 제거할 수 있습니다. 실수로 전체 장치를 분해하거나 다른 유체 연결을 방해할 위험이 없습니다.
• CSM에 대한 고유량 및 그에 따른 감소된 샘플 시간 지연을 허용하는 바이패스 옵션.

애플리케이션에 따라 고속 루프 모듈(아래에서 더 자세히 설명)은 분석기에 대한 개선된 응답 시간을 위해 바이패스 고속 루프 필터의 흐름을 CSM에 공급할 수 있습니다. CSM은 고속 루프를 통해 또는 개별적으로 공정 라인으로 되돌려 보내거나 폐기 시스템으로 보낼 수 있는 추가 우회를 통합할 수 있습니다. 입구의 수는 단일 분석기로 전송되는 샘플 및 교정 라인의 수에 따라 결정됩니다.

샘플 프로브 모듈(SPM)

샘플 프로브 밸브(SPV)와 함께 샘플 프로브 모듈을 사용하면 샘플 순도 및 적시성뿐만 아니라 안전성을 향상시킬 수 있습니다. 프로브는 샘플 시스템의 부피를 줄여 더 빠른 분석기 응답을 제공합니다. 노즐 부피는 상당할 수 있으므로 전체 샘플 시스템에 필요한 퍼지 부피가 증가합니다. 또한 프로브를 사용하면 프로세스 파이프의 중앙에서 샘플을 추출할 수 있으므로 파이프 벽을 따라 슬러지가 추출되지 않습니다. 또한, 프로브에서 45° 각도 절단을 사용하면 샘플 시스템으로 추출되는 미립자의 양이 크게 줄어듭니다. 두 기능 모두 프로브가 프로세스에서 대표적인 샘플을 추출하도록 합니다.

이러한 이유로 2인치(50mm)보다 큰 파이프에는 프로브를 사용하는 것이 좋습니다. 이것은 4인치(100mm)보다 큰 파이프에 특히 중요합니다. 프로브 디자인은 길이, 직경, 벽 두께 및 구성 재료가 다를 수 있습니다. 이러한 매개변수는 프로브의 강도, 필터링 능력 및 내부 유속에 영향을 미칩니다. 더 두껍고 더 큰 용접 프로브는 높은 공정 흐름의 더 많은 충격을 견디지만 더 큰 내부 직경을 통해 더 느린 흐름 속도를 제공합니다. 그러나 이 느린 유속으로 인해 샘플 시스템으로 계속 들어가는 대신 프로브에서 더 많은 입자가 떨어질 수 있습니다. 더 작은 개폐식 프로브는 용접된 프로브만큼 강하지 않지만 내부 부피가 작을수록 분석기에 더 빠른 유속을 제공합니다. 여기에서 Swagelok 샘플 프로브 모듈에 대해 자세히 알아보십시오.

고속 루프 모듈(FLM)

고속 루프 모듈은 온라인 분석기 시스템의 시간 지연을 줄이기 위해 시료 이송 라인의 높은 흐름을 처리하도록 설계되었습니다. 분석기 보호소에 위치하고 우회를 제공하는 FLM(고속 루프 모듈)은 샘플 시스템을 분리하고 시스템 세척을 위해 퍼지 가스를 도입할 수 있습니다. Swagelok의 FLM은 필터 요소를 깨끗하게 유지하기 위해 바이패스의 높은 유속을 사용하면서 필터를 통해 샘플을 추출합니다.

빠른 루프에는 두 개의 프로세스 탭이 필요합니다. 하나는 샘플 공급용이고 다른 하나는 샘플 반환용입니다. 샘플 펌프 비용을 피하고 샘플링 시스템 신뢰성을 향상시키려면 공급 탭보다 압력이 낮은 리턴 포인트 위치를 선택하십시오. 가능한 한 분석기에 가까운 공정 탭 위치를 선택하십시오. 샘플에 응축성 가스가 포함된 경우 고속 루프 라인과 FLM을 공정 압력에서 샘플의 이슬점 온도 이상으로 가열합니다. 액체 샘플은 얼지 않도록 해야 하는 경우에만 가열하면 됩니다.

필드 스테이션 모듈(FSM)

현장 스테이션 모듈(FSM)은 분석기로 운반하기 전에 공정 가스 압력을 줄입니다. 저압에서 가스 샘플을 운송하면 세 가지 주요 이점이 있습니다.

• 빠른 분석기 응답 시간: 다운스트림 흐름 제어가 있는 고압 라인에서는 가스 분자가 더 조밀하게 채워져 유속이 느려지고 퍼지 시간이 길어집니다. 가스 샘플의 압력을 낮추는 것은 샘플 운송 라인과 샘플 컨디셔닝 구성 요소의 분자 수가 적다는 것을 의미합니다. 따라서 시스템을 세척하는 것이 더 쉽고 분석기가 프로세스 변경에 더 빠르게 응답할 수 있습니다. 수송 라인에 있는 가스의 양은 절대 압력에 비례합니다. 절대 압력의 절반에서는 라인에 가스 분자가 절반으로 있으므로 다른 모든 조건이 동일하면 새 샘플이 분석기에 도달하는 데 절반의 시간이 걸립니다. 일반적으로 FSM은 공정 압력이 3bar(게이지)(43.5psig) 이상일 때 사용됩니다.
• 결로 감소: 기체의 상대 습도는 혼합물의 수증기 부분압에 정비례합니다. 100%의 상대 습도(또는 포화도)는 작동 온도에서 가능한 최대 수증기 부분압을 나타냅니다. 따라서 혼합 가스의 수증기가 포화 한계의 100%에 도달하면 수증기가 샘플 운송 라인에서 응축되기 시작합니다. 가스 샘플링에서 응축을 방지하기 위해 FSM은 샘플 혼합물에 있는 모든 가스의 부분 압력을 줄입니다. 모든 가스의 부분 압력을 낮추는 한 가지 방법은 전체 시스템 압력을 줄이는 것입니다. 각 기체의 분압은 전체 압력 변화에 비례하여 떨어집니다. 예를 들어, 샘플의 절대 압력이 반으로 줄어들면 혼합물의 각 가스 부분압도 반으로 줄어들어 샘플의 물 포화도가 반으로 줄어듭니다. FSM을 사용하면 시료 이송 라인에서 응결이 형성될 가능성이 크게 줄어듭니다.
• 안전한 환경: 시스템이 손상되면 가압된 가스가 대기압으로 빠르게 팽창하여 시스템 손상이나 부상을 유발할 수 있습니다. 체적 팽창비는 절대 압력 감소에 정비례합니다. 필드 스테이션 모듈이 없는 고압 시스템에서는 팽창이 너무 커서 결과적으로 폭발적일 수 있습니다. 공정 샘플링 지점에 FSM을 설치하면 샘플 시스템의 더 작은 부분이 고압에 노출되어 전체 환경이 더 안전해집니다.

유체 분배 헤더(FDH)

유체 분배 헤더는 다양한 기체 및 액체 응용 분야에 사용되는 일반적인 구성 요소 어셈블리입니다. FDH는 대형 분기 피팅처럼 작동하는 다중 배출구를 허용하면서 흐름 경로를 제공합니다. 유체 분배 헤더는 한쪽 끝에 입구가 있고 다른 쪽 끝에 배수구가 있고 측면에 여러 개의 출구가 있는 것이 특징입니다. 일반적인 유체 분배 헤더는 파이프 또는 막대 조각으로 제조되며 용접 또는 나사산 연결부가 특징입니다.

분배 매니폴드 또는 헤더로서 FDH는 여러 사용자를 유틸리티 유체 소스에 연결합니다. 일반적인 응용 프로그램은 다음과 같습니다.

• 냉각수
• 스팀
• 압축 공기
• 식물성 질소

예를 들어 일반적인 분석기 하우스에서 하나의 FDH는 기기 공기 헤더이고 다른 FDH는 식물 질소 헤더이며 또 다른 FDH는 LP 증기 헤더입니다. 필요한 경우 여러 FDH 하위 시스템을 종단 간 나사로 연결하여 더 긴 헤더 실행을 만들 수 있습니다.

일반적으로 FDH에는 주 격리 밸브와 여러 개의 배출구가 있으며 각각에는 자체 격리 밸브가 있습니다. 압축 공기나 증기와 같이 잠재적으로 습한 가스의 경우 FDH를 바닥에 배수 밸브가 있는 수직으로 설치하는 것이 가장 좋습니다. 액체 서비스의 경우 FDH를 수직으로 설치하는 것이 가장 좋습니다. 공급은 하단으로 들어가고 상단 밸브는 갇힌 공기를 제거하거나 유지 보수 중에 FDH를 배출하기 위해 공기가 유입되도록 하는 통풍구 역할을 합니다.

Swagelok 표준 사전 엔지니어링 서브시스템 또는 기타 유체 평가 및 자문 서비스에 대한 문의 또는 추가 정보는 지역 판매 및 서비스 센터에 문의하십시오.