액체 및 천연 가스 샘플링 시스템에서 노즐을 배치하는 방법

액체 및 천연 가스 샘플링 시스템에서 노즐을 배치하는 방법

카림 마라즈

액체 또는 가스 샘플링 시스템에서 노즐은 탭 위치에 사용되어 샘플을 분석기에 공급합니다. 이 노즐의 적절한 배치, 위치 및 방향은 적시에 정확한 분석 측정을 보장하는 데 매우 중요하므로 올바르게 수행해야 합니다. 노즐 배치가 불량하면 분석 지연, 샘플 오염 및 부정확한 결과가 발생할 수 있습니다.

이상적으로는 샘플링 시스템 엔지니어가 배관 레이아웃과 공정 용기 설계를 지시하여 노즐이 제대로 배치되었는지 확인합니다. 그러나 엔지니어는 노즐의 위치나 방향이 적절하지 않은 경우에도 기존 회로도를 사용하여 작업해야 하는 경우가 많습니다. 아래에서 우리는 액체 및 기체 샘플링 시스템 모두를 위한 노즐의 위치를 ​​찾고 구성하는 일을 맡은 엔지니어를 위한 중요한 고려 사항을 검토할 것입니다. 또한 자격을 갖춘 분석기 엔지니어, 공정 엔지니어 및 화학자, 다양한 설계 단계의 부품 공급업체를 참여시켜 모든 변수를 고려하는 것이 좋습니다.

노즐 위치 선택

노즐은 일반적으로 분기되는 주 공정 라인보다 직경이 더 작고 짧습니다. 프로브는 가장 단순한 형태로 프로세스 유체로 돌출되어 분석을 위해 액체 또는 기체의 연속적인 흐름을 빼내는 금속, 유리 또는 세라믹 코인 프로브를 수용합니다.

파이프라인이나 용기에서 노즐을 배치할 위치를 결정할 때 공정 유체가 완전히 혼합된 위치를 선택하여 시료가 공정 조건을 정확하게 반영하도록 합니다. 가능하면 공정 라인에 인라인 스태틱 믹서를 설치하십시오. 이것이 옵션이 아닌 경우 펌프 배출, 흐름 오리피스 또는 배관 엘보우와 같은 유도 난류 지점에서 다운스트림에 탭을 배치합니다. 난류는 샘플링 전에 공정 유체를 혼합하는 데 도움이 됩니다.

난류의 원인이 된 직후에 샘플링 탭을 두는 것은 좋은 습관이 아닙니다. 난류는 압력 변동과 와전류를 유발하며, 둘 중 하나가 분석 측정에 영향을 미칠 수 있습니다.

가스 샘플링

마지막 흐름 방해의 하류에 적어도 두 파이프 직경의 탭을 배치하면 더 나은 서비스를 받을 수 있습니다. 미국 환경 보호국(EPA)은 이 방법을 권장합니다. 수동 굴뚝 가스 샘플링을 위해 두 위치를 허용합니다.

1. 흐름 방해의 하류에서 최소 8개의 굴뚝 또는 덕트 직경과 2개의 상류 직경; 또는
2. 흐름 방해로부터 최소 2개의 스택 또는 덕트 직경 하류 및 상류 직경 절반.

EPA는 첫 번째 위치가 이상적이라고 생각합니다. 첫 번째 규칙을 충족할 수 없는 경우 EPA 지침은 계층화 가능성을 방지하기 위해 추가 샘플링 지점을 요구합니다.

액체 샘플링

파이프라인 샘플링의 경우 유량 측정 요소를 방해하지 않는 모든 곳에서 마지막 흐름 방해의 다운스트림에서 최소 두 개의 파이프 직경을 찾으십시오. 그러나 공정 유체가 기포점에 가까운 액체인 경우 더 보수적인 것이 좋습니다. 샘플에 기포가 생기는 것을 방지하려면 상류에 투명한 직선 파이프 지름이 5개 이상이고 하류에 2개 지름이 있는 탭을 찾으십시오.

증기 샘플링

샘플링되는 스트림이 이슬점 온도 또는 그 근처의 증기인 경우 탭 위치가 더 중요해집니다. 흐름 방해 근처의 압력 지점에서 약간의 응결이 발생할 수 있습니다. 가스 샘플에 액체 응축수가 포함되는 것을 원하지 않습니다. 이러한 가능성을 최소화하기 위해 천연 가스 측정에 대한 한 유럽 표준(ISO 10715 1997, 13)에서는 샘플링 탭이 마지막 흐름 방해의 하류에서 최소 20 파이프 직경이 되어야 한다고 요구합니다. 관련 미국 표준(API MPMS 14.1 2006, 15)은 최소 5개의 파이프 직경을 요구합니다. 파이프에 써모웰과 같은 다른 프로브가 포함된 경우 샘플링 프로브는 써모웰에서 직경 5개 이상 떨어져 있어야 합니다.

등속 샘플링에는 더 큰 분리가 필요하며, 이는 프로브의 속도가 공정 라인의 속도와 일치해야 합니다. 예를 들어, 포화 증기의 경우 관련 미국 표준(ASTM D1066)은 샘플링 탭이 흐름 방해의 하류에서 최소 35개의 파이프 직경과 4개의 파이프 직경을 상류로 할 것을 권장합니다. 이러한 분리는 달성하기 어려울 수 있기 때문에 ASTM은 비준수 위치에서 업스트림과 다운스트림 거리의 비율을 9:1로 유지할 것을 제안합니다.

노즐 구성

설계 단계로 이동하면 방향을 포함한 노즐 설계가 프로브의 요구 사항에 크게 의존한다는 것을 알 수 있습니다. 노즐, 따라서 프로브, 위치 및 방향은 프로세스 스트림 내의 입자가 분석에 미치는 영향에 영향을 줄 수 있습니다. 올바른 노즐과 프로브 배치는 입자가 프로브에 들어갈 가능성을 최소화하여 샘플을 오염시키거나 프로브를 수집하여 결국 막을 수 있습니다.

노즐을 구성하는 가장 간단한 방법은 암나사형 보스를 파이프라인에 용접하고 구멍을 뚫는 것입니다. 먼저 벽이 충분히 두껍지 않은 경우 보강판을 파이프라인에 용접합니다. 다음으로, 사용 중인 나사형 프로브 또는 밸브를 수용할 보스 크기를 선택합니다. 또 다른 방법은 수나사형 파이프 니플을 라인에 용접하는 것입니다.

물론, 이러한 간단한 방법 중 어느 것도 프로세스 엔벨로프에서 나사 결합을 금지하는 프로세스 배관 사양을 충족하지 못합니다. 이러한 제약에 직면하여 밸브를 니플에 용접하거나 플랜지 파이프 노즐을 대신 사용할 수 있습니다.

가스 흐름 탭하기

가능하면 공정 가스 샘플링을 위해 수평 파이프를 선택하십시오. 수평 방향은 노즐이 수직이 되도록 합니다. 길고 직선적인 달리기를 찾는 것도 더 쉽습니다. 노즐을 라인 상단에 배치하여 먼지나 액체가 공정 파이프로 다시 떨어지도록 합니다. 공정 가스가 깨끗하고 건조한 경우 수평 파이프 측면에 가스 노즐을 찾을 수 있습니다. 그러나 프로브의 가스 흐름이 난류가 아닐 수 있으므로 더러운 샘플에 대해 이러한 수평 프로브 방향을 피하십시오. 고체 입자가 떨어져 프로브를 막을 수 있습니다.

막힘에 대한 동일한 우려가 수직 가스 파이프라인의 수평 노즐에도 적용됩니다. 경사 노즐을 사용하면 혼입된 액체 또는 고체가 공정으로 되돌아갈 수 있습니다. 이 기능은 액체 제거에는 잘 작동하지만 프로브에 달라붙을 수 있는 고체에는 작동하지 않을 수 있습니다.

수직 스택의 경우 노즐은 수평이거나 약간 기울어져 있어야 하며 특수 프로브를 수용할 수 있도록 훨씬 커야 합니다. 여기서 노즐 위치는 가스 온도를 기준으로 합니다. 너무 뜨겁지 않고(재료 비용이 합리적임) 산 이슬점 온도보다 높으면(프로브에서 황산이 응축되지 않음) 굴뚝 가스 모니터링의 경우 노즐의 최적 가스 온도는 완전 연소를 보장하기 위해 600°C(1,112°F)보다 약간 높습니다.

포화 증기 시스템과 같은 응축수 방울을 포함할 수 있는 공정 증기 흐름에서 샘플링할 때 선호되는 탭 위치는 길고 아래쪽으로 흐르는 공정 파이프입니다. 그러나 항상 라인 압력을 확인하십시오. 다운 라인은 종종 프로세스 펌프의 흡입측에 연결되며 낮은 압력에서 작동할 수 있습니다. 저압 소스는 플레어로 배출되는 가스 샘플에 적합하지만 빠른 루프를 통해 프로세스로 돌아가려는 샘플에는 적합하지 않습니다. 빠른 루프를 사용하면 프로세스 펌프 배출에서 샘플링하고 가스를 흡입 측으로 되돌릴 수 있습니다.

액체를 두드리기

위쪽으로 흐르는 수직 파이프라인은 파이프가 가득 찬 것을 확인할 수 있기 때문에 액체 샘플링 노즐에 가장 적합한 위치입니다. 이 설정의 경우 진동 가능성이 적은 더 짧은 프로브를 허용하는 수평 노즐을 선택하십시오. 수평 노즐은 탐침의 흐름이 난류이므로 탐침의 고체 침전을 방지하기 때문에 액체 샘플에 적합합니다.

탭 위의 배관에 있는 액체 헤드는 약간의 추가 압력을 제공하여 탭의 공정 액체가 기포점 위에 있도록 할 수 있습니다. 추가 압력은 또한 샘플을 운반하는 데 도움이 됩니다. 아래로 흐르는 수직 공정 파이프에서 액체를 샘플링하지 마십시오. 라인이 가득 차 있다는 보장은 없습니다.

수평 라인에서 액체 스트림을 샘플링하는 것은 프로세스 파이프가 가득 차 있지 않아 2상 샘플이 생성될 수 있기 때문에 위험합니다. 수평 실행 후 공정 파이프가 위쪽으로 회전하면 라인이 가득 찬 것을 확인할 수 있습니다. 그것이 아래로 향하면 수평 부분은 흐르는 액체 층 위에 갇힌 정적 가스 층을 수용할 수 있습니다.

일반적인 통념에 따르면 액체 탭은 항상 수평 공정 라인의 측면에 있어야 합니다. 이것은 프로브 없이 샘플링할 때 좋은 조언입니다. 라인 측면의 노즐에서 샘플링하면 파이프 상단에서 동반된 증기 또는 하단에서 슬러지가 추출될 위험이 줄어듭니다.

실제로는 일반적으로 프로브를 사용하여 라인의 중앙에 도달하는 것이 좋습니다. 프로브를 사용할 때 방향은 덜 중요합니다. 일반적으로 라인 상단의 수직 노즐은 무거운 고체가 공정 파이프로 다시 떨어질 수 있기 때문에 선호됩니다. 일반적으로 노즐은 수평 파이프의 바닥에 있으면 안 됩니다. 고형물이 파이프에 들어가 샘플 컨디셔닝의 어려움이 증가하기 때문입니다. 기존 바닥 노즐을 사용해야 하는 경우 파이프 직경의 1/3까지 도달하는 프로브를 설치하십시오.

탭 위치를 확정하기 전

최종 탭 위치를 결정하기 전에 선택한 프로브에 따라 노즐과 끝단 피팅의 방향과 직경이 결정된다는 점을 기억하십시오. 프로브를 선택한 후에는 선택한 위치를 다시 방문하여 설치 및 유지보수 작업에 사용할 수 있는 물리적 공간을 확인하십시오. 노즐 제작, 공정 차단 밸브 유지 및 프로브 회수를 위한 충분한 여유 공간이 있는지 확인하십시오. 또한 접근성과 조명을 고려하십시오. 간단한 탭 및 파이프 프로브에는 작은 플랫폼과 사다리만 필요할 수 있지만 현장 스테이션에는 전체 플랫폼과 조명이 필요합니다.

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