[기고] 샘플링 시스템 정확성을 위한 주의사항
[기고] 샘플링 시스템 정확성을 위한 주의사항
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  • 승인 2022.10.21 09:45
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손수일 / 스웨즈락 코리아필드 엔지니어

[에너지데일리] 가장 경험이 많은 유체 시스템 엔지니어와 분석 기술자도 공정 샘플의 정확성을 안정적으로 얻기 쉽지 않다. 대부분 샘플이 부정확한 원인을 가려내기에도 만만치 않으며, 문제를 진단하는 데 시간이 오래 걸릴수록 사양에 맞지 않는 제품으로 인한 손실 비용 또한 증가한다. 이에 따라 스웨즈락은 아래에서 플랜트에서 더 정확한 샘플을 얻을 수 있는 간단한 주의사항을 소개한다.

반드시 단순 오류를 놓치지 말고 확인해야한다. 공정 샘플링이 부정확한 이유는 의외로 파악하기 쉬울 때가 있다. 샘플링 시스템을 주기적으로 점검하여, 혹시 거꾸로 설치된 체크 밸브가 샘플 흐름을 방해하지 않는지, 패스트 루프가 반대 방향으로 흐르지 않는지 확인해 단순한 실수를 바로잡아야한다.

반드시 샘플 흐름을 유지해야 한다. 성공적인 샘플링은 공정 샘플 유체가 올바른 유속, 압력, 온도를 유지하여 분석하기에 적합한 상태를 확보하는 것이다.

이 세 가지 조건을 유지하는 것만으로도 전 세계에 있는 공정 분석기의 끊이지 않은 문제를 다수 해결할 수 있다. 적절한 샘플 혼합, 더 깨끗한 샘플 라인, 더 빠른 반응 시간을 확보하기 위해서는 일반적으로 더 빠른 유속이 권장된다.

반드시 시간 지연의 원인을 파악해야한다. 시간 지연은 샘플이 주요 공정 라인의 탭에서 분석기로 이동하는 데 걸리는 총 시간을 의미한다. 지연이 길어지면 샘플의 정확성에 부정적인 영향을 미친다.

이때 나타나는 현상은 공정을 대표하지 않는 측정값, 무반응, 실험 결과와 불일치, 제어 계통 성능 저하 등이 있다.

이 밖에도 시간 지연에 영향을 미치는 요소로 샘플 프로브의 길이, 샘플 이송 라인의 길이 및 직경, 샘플 이송 라인의 과도하게 높거나 낮은 압력 등이 있다.

어디서부터 시작해야 할까? 반드시 외부업체의 도움을 통하여 시간 지연의 잠재적인 원인을 파악해야한다.

반드시 상단 체적(gas volume upstream)을 줄여야 한다. 가스가 고압인 상태로 메인 시스템을 통과하는 경우, 잘 설계된 샘플링 시스템이 손상될 수 있다. 이때 부품 손상으로 급격한 압력 떨어짐이 발생하면, 위에서 설명한 시간 지연뿐만 아니라 안전 문제를 야기할 수도 있다.

따라서 샘플링 시스템 체적을 최소화하기 위해서는 레귤레이터 상단 측에서 가스 압력을 최대한 빨리 낮추는 것이 가장 좋다.

절대로 호환되지 않는 재질을 사용하지 않아야 한다. 유체가 표면에 닿으면 미립자가 남게 되고, 흡착으로 인해 공정 샘플이 너무 많은 미립자를 잃게 되면 샘플이 손상된다.

샘플의 정확성을 개선하기 위해 엔지니어들은 필터 엘리먼트, 레귤레이터 다이어프램, 튜브 혹은 실린더 벽의 재질을 올바르게 선택하여 흡착을 최소화해야 한다.

또한, 샘플 유체와 맞지 않는 재질을 사용하는 경우 샘플링 장치 안에서 샘플이 누설되거나, 심한 경우 막히는 등, 다양한 고장을 야기할 수 있다. 정확한 샘플 분석을 확보하려면 반드시 호환 가능한 탄성체 밀폐제를 사용해야 한다.

절대로 침체된 라인에서 샘플을 채취하지 않아야 한다. 정확한 샘플은 활성화되고 흐름이 있는 공정 라인에서만 얻을 수 있다.

반드시 샘플이 공정에서 추출 지점으로 이동하는 시간도 샘플의 적시성에 영향을 줄 수 있다는 것을 기억해야 한다. 성공적인 샘플링 시스템을 위해서는 샘플을 채취하는 위치도 매우 중요하다.

절대로 샘플 이동 라인에 데드레그(dead legs)가 생기지 않도록 주의해야한다. ‘데드레그(dead legs)’ 혹은 퍼지(purge) 되지 않은 체적을 함유한 라인은 공정 샘플 정확성에 부정적인 영향을 미친다. 이와 같은 라인은 앞선 공정의 미립자를 현재 샘플로 확산시켜, 분석 반응이 느려지고 시스템을 계속해서 오염될 수 있다.

절대로 기화기 레귤레이터에 과도한 유량을 허용하지 않아야 한다. 기화기의 최대 성능을 위해서는 줄-톰슨(JT: Joule-Thomson) 효과에 대응하는 발열체를 사용하여 반드시 특정 온도를 유지해야 한다.

과열로 인해 부정확한 샘플이 초래될 수 있지만, 과도한 유량으로 인해 기화기가 동결되는 경우 문제가 더 자주 발생한다. 경험에 비추어 보면 기화기를 통과하는 가스가 분당 2리터를 초과하면 안된다.
 

 


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