액체 및 가스 샘플링 시스템의 전형적인 실수를 방지하는 방법

액체 및 가스 샘플링 시스템의 전형적인 실수를 방지하는 방법

샘플링 시스템 설계는 정교한 공정입니다. 아주 작은 실수라도 전체 시스템 작동을 불안정하게 만들 수 있습니다. 요즘에 많이 발생하는 설계 오류는 과거에도 많이 발생했습니다. 이제부터 액체 및 가스 샘플링 시스템과 관련된 오류를 방지하는 방법에 대해 알아보겠습니다.  

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더 좋은 품질의 가스 샘플 확보하기

가스는 압력 및 온도 변화에 민감하게 반응하는데, 이 두 가지 변화 모두 샘플링 시스템에서 흔히 발생하는 현상입니다. 이런 변화는 응축이나 시간 지연을 초래하여 분석기 결과에 영향을 미칩니다. 이와 같은 문제를 방지하기 위해서는 가스 샘플의 압력을 가능한 한 많이, 빠르게 낮춰야 합니다. 이렇게 하면 샘플의 온도가 내려가고, 가스가 샘플링 시스템을 따라 흐르는 동안 응축의 가능성을 최소화할 수 있습니다. 압력 저하로 인해 라인 하단 또한 최소한만 가열해도 될 것입니다. 가스 샘플의 압력은 니들 밸브(needle valve), 오리피스(orifice) 또는 모세관(capillary tube) 등의 레귤레이터와 유량 제한기로 낮출 수 있습니다. 이러한 부품을 고압에서 사용하는 경우, 응축이 발생할 가능성이 큽니다.

가스 샘플링 시스템 설계 시 금기사항:

• 이슬점 온도의 가스를 이송하지 마십시오. 이슬점 온도의 가스는 포화된 상태로, 언제라도 응축될 수 있습니다. 압력을 낮추거나 라인을 가열하십시오. 이때 라인을 가열하는 방법이 더 좋습니다. 압력을 저하시키는 방법은 가스가 라인 하단에서 냉각되어 버리면, 응축을 완벽히 방지하지 못할 수도 있습니다.
• 단열이 가스 라인을 따뜻하게 유지한다고 가정하지 마십시오. 단열이 어느 정도 도움이 되긴 하지만, 시스템 내에서 압력 저하가 발생할 때마다 가스 온도는 내려갑니다. 결국, 이슬점 온도까지 내려간 가스는 응축될 것입니다. 따라서 필요하면 가열 트레이싱(heat tracing)을 사용하여 라인 전체가 균일하게 가열되도록 하십시오.
• 라인 하단을 가열하는 경우, 가열되지 않은 상단에서 압력 저하가 발생하지 않게 하십시오. 가스 샘플 온도는 압력이 저하될 때 함께 내려간다는 사실을 기억하십시오. 이런 이유로 라인에서 온도 차이가 크게 날수록 응축 가능성도 더 커집니다.
• 20bar 이상의 급격한 압력 강하로 레귤레이터의 열이 손실되지 않도록 하십시오. 가스에 급격한 압력 강하가 발생하면 급격한 온도 손실로 이어져 레귤레이터가 얼어붙을 수도 있습니다. 이러한 현상은 줄-톰슨 효과(Joule-Thomson effect) 때문에 발생합니다. 레귤레이터 및 인접한 튜빙과 기타 부품을 가열하면, 이 영향을 최소화할 수 있습니다.
• 외부 라인을 가열 트레이싱할 때, 가열되지 않은 튜브를 에어컨이 작동하는 쉘터에서 사용하지 마십시오. 고온에서 저온으로 온도가 급격히 떨어지면 원치 않는 응축 가능성뿐만 아니라 압력 저하까지 발생합니다. 쉘터 내부에서도 라인을 가열 트레이싱하십시오.

더 좋은 품질의 액체 샘플 확보하기

가스 샘플에는 상당한 압력 저하가 필요하지만, 액체 샘플은 높은 압력을 가능한 한 오래 유지해야 합니다. 액체 압력은 튜브나 유량 제한기를 통해 이동하며 계속 떨어지기 때문입니다. 시작부터 높은 압력을 유지해야 다운스트림 펌프를 사용하거나 시간 지연을 일부러 개선하지 않아도, 유체가 더 높은 압력에서도 시스템을 원활히 통과할 수 있습니다.

액체 샘플링 시스템 설계 시 금기사항:

• 버블점 온도의 액체를 이송하지 마십시오. 버블점 온도는 액체가 끓기 시작하는 지점이며, 특히 액체가 용존 가스(dissolved gas)를 함유했다면 예상보다 더 낮을 수 있습니다. 분석기에 도달할 때까지 압력을 최대한 높게 유지하십시오.
• 탭에서 액체 압력을 낮추지 마십시오. 탭에서 액체 압력을 낮추는 경우, 상당한 시간 지연이 발생하거나 하단에 펌프 설치가 필요할 수도 있습니다. 탭에서도, 분석기로 이동할 때 거치는 모든 중간 부품에서도 충분한 압력을 계속 유지해야 합니다.
• 분석기 혹은 유량계 앞에 니들 밸브를 설치하지 마십시오. 니들 밸브 혹은 기타 제한 장치가 압력 저하를 유발하면, 액체 샘플로 증기 버블이 방출될 수 있고 분석기 결과를 저해하게 됩니다. 버블을 방지하려면 압력은 높고 온도는 낮게 유지하되, 액체의 유동점 밑으로 내려가지 않게 주의하십시오.
• 기화기 앞에 니들 밸브를 설치하지 마십시오. 액체 샘플링 시스템에서 시간 지연은 매우 흔히 발생하지만, 기화기의 입구 라인에서 가장 많이 발생합니다. 기화기를 함께 사용하면 분석기 응답을 5분 내에 얻기 힘들어집니다. 기화기 앞에 니들 밸브를 설치하면 공정은 더 느려질 것입니다.

성공적인 샘플링 시스템의 구현

샘플링 시스템 설계는 정교한 기술인데, 모든 시스템이 서로 다르기 때문입니다. 위의 방법들을 잘 따른다면 샘플링을 성공적으로 할 수 있게 될 뿐만 아니라, 여러분의 설계를 사용하는 후속 시스템 설계자의 작업도 더욱 쉬워질 것입니다.

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