현장 샘플링, 실험실 샘플링, 필드 샘플링 또는 그냥 샘플링이라고도 하며 파이프라인, 탱크 또는 시스템의 샘플 유체를 채취하는 과정을 포함합니다. 이후 샘플을 분석하여 작업자가 공정 조건을 인증하고, 현지 규정에 따라 제품의 환경 배출을 평가하고, 제품이 고객의 사양에 부합하는지 확인합니다.
중요한 것은, 그랩 샘플링은 확립된 모범 사례에 따라 신뢰할 수 있는 장비로 수행해야 하는 과정이라는 것입니다. 잘못 수행하는 경우, 샘플의 무결성이 손상되어 작업자가 공정을 부정확하게 분석하게 될 수 있으며 이는 의사결정에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 이 백서는 기체 및 액체 유체 시스템 매체에 대한 그랩 샘플링 모범 사례, 잘 설계되고 쉽게 작동할 수 있는 그랩 샘플링 시스템의 특성, 그리고 안정적으로 그랩 샘플링 정확도를 달성하는 방법에 대해 자세히 설명합니다.
주문 제작 그랩 샘플링 시스템은 샘플을 안전하고 효율적으로 확보할 수 있도록 하여 고객의 특정 플랜트 애플리케이션(plant application) 요구사항을 충족시킵니다. 패널은 다양한 구성과 고급 기능으로 제공됩니다.
육안으로 산업용 유체 시스템의 내부 공정을 알아보는 것은 언제나 어려운 일입니다. 이러한 이유로 작업자들이 공정 조건 및 시스템 유체의 정확한 과정을 이해할 수 있도록 샘플링 관행을 제공해 왔던 것입니다.
그랩 샘플링은 원격 실험실 분석을 위해 유체 시스템에서 샘플을 추출하는 공정입니다. 샘플링 판넬은 가까운 보관 용기, 긴 운송 라인, 공정 라인, 플레어 지점 등을 비롯해 시설을 통틀어 편리한 위치에 설치할 수 있습니다. 분석용 유체를 추출해야 하는 장소라면 그 어디든 말이죠. 공정 유체를 실시간으로 분석하는 기능 때문에 온라인 분석기의 인기가 점점 더 커지고는 있지만, 기존 그랩 샘플링은 여전히 뚜렷한 장점을 갖고 있습니다.
일반적으로 그랩 샘플링 시스템은 다음과 같은 특징을 지닙니다.
고객은 모범 사례를 준수함으로써 그랩 샘플링을 통해 공정 조건을 있는 그대로 완벽하게 이해할 수 있고, 올바른 정보를 전달받아 필요한 만큼 조정을 수행할 수 있습니다. 공장에서 그랩 샘플링을 성공적으로 달성하는 방법에 대해 알아봅시다.
| 조건 | 샘플링판넬시스템(Grab Sampling) | 온라인 분석기 | |
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공장의 작업 공간은 제한되어 있습니다. |  |
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예산도 한정되어 있습니다. |  |
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공정에는 유해 물질이 사용되기 때문에 사람이 노출되는 것을 제한해야 합니다. | |
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유체 시스템은 그 규모가 크며 샘플은 반드시 여러 지점에서 채취해야 합니다. |  |
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샘플 순도는 매우 중요한 우선순위입니다. | |
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시간 지연은 반드시 최소 수준으로 유지되어야 합니다. | |
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공정 변화 속도는 매우 느립니다. | |
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샘플 온도 유지는 매우 중요한 우선순위입니다. | |
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현장 대기 조건은 가변적입니다. | |
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샘플링 중인 공정은 미립자 하중이 높습니다. | |
그랩 샘플링과 온라인 분석기는 공정 조건을 모니터링하는 2가지의 보편적인 방법입니다. 고객의 요건에 따라 이 중 한 방법이 다른 하나보다 유용할 수 있습니다.
이상적인 관점에서 볼 때, 샘플은 현재 시스템을 따라 흐르고 있는 유체를 그대로 복제한 화학물질입니다. 하지만 그랩 샘플링이 수동 공정인 만큼, 외부 요인으로 인해 샘플이 공정 조건을 있는 그대로 대표하지 못하게 될 수 있습니다.
그랩 샘플링의 목표는 이러한 가능성을 가능한 한 큰 폭으로 최소화하는 것입니다. 공정 및 작업의 특수성에 따라 개별적인 사항들을 고려해야 할 수도 있으나, 대표성 있는 샘플링은 일반적으로 몇 가지 주요 모범 사례를 따릅니다.
분석의 정확도는 공정 조건을 완벽하게 대표하는 샘플의 확보 여부에 따라 좌우됩니다. 이 정도의 정확도를 달성하려면 제일 먼저 공정 튜브 또는 파이프에서 샘플을 올바르게 추출해야 합니다.
대부분의 시스템에서는 프로브를 사용해 공정 라인의 중앙 3분점으로부터 샘플을 추출하는 것이 최선의 방법으로 간주됩니다. 프로브는 일반적으로 금속으로 제조되며 공정 탭 경로의 노즐에 삽입됩니다. 프로브는 샘플 유체가 입구로 흘러드는 공정 유체까지 연장되며, 이로써 프로브를 사용해 분석에 필요한 유량을 끊임 없이 추출할 수 있습니다.
제시된 것처럼 프로브는 추출한 샘플로부터 일정량의 고체 미립자, 파이프 눈금, 혼입된 액체 방울을 제외시키는 일종의 필터 역할을 합니다. 작동 조건 및 공정 스트림 내에 존재하는 입자의 수에 따라, 프로브의 여과 능력은 늘어난 필터 수명으로 인해 막대한 절약을 야기할 수 있습니다.
프로브의 여과 특성은 입자 운동량으로 인해 생긴 결과입니다. 입자는 입구로 급격히 유입되지 않고, 대신 관성으로 인해 공정 스트림 내에서 하향 이동합니다. 입자가 공정 유체보다 무거워지거나 그 밀도가 더 높아지면 분리하는 게 가장 효과적입니다. 프로브는 공정 스트림의 중심에서 샘플링을 수행하거나, 잠재적인 이물질을 여과함으로써 고객이 직접 노즐 연결부보다 대표성이 높은 샘플을 추출하도록 돕습니다.
프로브가 그랩 샘플링에 항상 이상적인 건 아닙니다. 예를 들어 공정 스트림이 고체를 막지 못한다면, 프로브의 여과 능력으로는 추가적인 가치를 거의 얻을 수 없습니다. 비용이 문제가 된다면 시스템에서 프로브를 생략하는 데 더 이로울 수 있습니다. 게다가 특정 어플리케이션의 경우, 일부 고체 및 액체를 샘플에서 뺀다면 샘플의 대표성에 악영향을 미칠 수 있습니다.
샘플링에 성공하려면 샘플을 추출한 시기를 파악해야 합니다. 샘플이 공정 라인에서 샘플 용기까지 이동하는 데 소요되는 시간을 최소화하는 일은 중요하며, 이를 통해 외부 요인이 샘플에 해를 끼칠 가능성을 줄일 수 있습니다. 프로브는 이동 시간을 최소화하기 위해 여러 이점을 제공할 수 있습니다. 프로브는 스트림 속도가 가장 빠른 공정 라인의 중심에서 샘플링을 수행하여 응답 시간을 높일 수 있습니다. 이어서 고품질의 용기를 사용해 샘플 상태를 보존할 수 있습니다. 그러나 고품질의 용기로도 정확한 온도 수준을 오랫동안 유지할 수는 없습니다. 이것이 문제가 된다면 온라인 분석을 고려해 보는 게 더 나을 수도 있습니다.
일반적으로 기억해야 할 점은 온라인 분석기의 최대 장점 중 하나가 샘플 조건을 실시간으로(주 공정으로부터 추출한 후 1분 이내에) 분석하는 기능이라는 점입니다. 이는 공정으로부터 추출된 후 단계가 빠르게 바뀌거나 손상될 수 있는 취약한 시스템 유체에 유용합니다. 그랩 샘플링 애플리케이션에서는 판넬에서 추출한 샘플을 실험실에서 분석하기까지 시간이 훨씬 더 오래 걸릴 수 있습니다. 공정 조건이 빨리 바뀐다면 온라인 분석기가 유용할 수 있습니다. 이 장치를 사용하면 필요한 경우 온라인 분석기의 결과를 토대로 공정 제어 권한에 맞게 변경을 신속히 수행할 수 있습니다. 공정 유체의 변화 속도가 느리고 신속한 제어 조치가 필요하지 않다면 그랩 샘플링이 이상적일 수 있습니다.
샘플이 오염되지 않도록 보존하는 것은 중요한 일입니다. 의도치 않게 미립자가 유입되면 실험실 내 분석이 부정확해지거나 그 대표성을 잃을 수 있습니다. 올바른 샘플링 시스템 설계는 샘플 순도를 높일 수 있습니다. 설계 시 고려해야 하는 몇 가지 사항은 다음과 같습니다.
예를 들어 샘플링 경로를 설계하는 경우, 샘플링 용기의 상단에 데드레그가 생기는 것을 방지해야 합니다. 데드레그는 오래된 샘플 물질을 잡아 가둘 수 있는 공간으로 티(tee), 압력 게이지, 온도 표시기 또는 기타 구역에서 발생할 수 있습니다. 갇힌 물질이 신규 샘플로 흘러 들어가면 샘플의 정확도가 떨어질 수 있습니다.
데드레그는 예측 가능한 방식으로 작용하지 않으나, 일반적으로 길이 대 직경 비율이 커질수록 더 큰 문제가 됩니다. 또한 분석 라인의 유량이 감소하면 데드레그가 샘플에 미치는 악영향의 정도도 커집니다. 이런 경우에는 오염 가능성을 최소화할 수 있도록 데드레그를 샘플 병 또는 실린더의 하단으로 이동시키는 게 가장 좋습니다.
운송 라인 및 샘플링 시스템에 갖힌 무용 용적은 반드시 샘플 추출 전에 세척해야 합니다. 운송 라인을 정기적으로 세척하면 운송 라인이 깨끗하게 유지되면서 샘플 오염의 가능성을 줄일 수 있습니다. 지속적인 유량 역시 세척 시간을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.
사용할 때마다 샘플링 판넬을 완전히 퍼징하면 잔여 물질이 후속 샘플을 손상시킬 가능성을 줄일 수 있습니다. 이러한 이유로, 샘플링 시스템에는 오래된 샘플을 배출구 또는 폐기 시스템으로 완전히 퍼지할 수 있도록 별도의 퍼징 옵션이나 충분한 유량이 있어야 합니다. 게다가 업계 표준에 따르면, 오래된 샘플의 미립자로 인해 오염될 가능성을 줄일 수 있도록 재사용 전에 샘플링 실린더를 세척하고 건조시키는 게 좋습니다.
샘플링 용기와 함께 작업자의 샘플 추출 및 처리 방법을 선택하는 작업을 포함하는 적절한 샘플 봉쇄는 샘플링의 성공을 보장하는 데에도 매우 중요합니다.
샘플 용기를 선택하는 것은 샘플의 단계 구성 및 작용에 따라 좌우됩니다. 압력이나 온도의 급격한 변화는 샘플의 작용에 영향을 미치고 샘플의 구성을 바꿔 버릴 수 있습니다. 이러한 요인들을 다음과 같이 고려해야만 합니다.
이와 같은 단계 변화는 샘플의 구성을 바꿔 버림으로써 샘플이 공정 조건을 제대로 대표하지 못하게 만듭니다. 가능한 경우 샘플을 공정 조건대로 유지해야 하며, 용기를 선택하는 과정이 그러한 샘플 유지에 도움이 될 수 있습니다.
일반적으로 유리로 만들어진(혹은 때때로 폴리에틸렌으로도 제조됨) 병은 비휘발성 액체 또는 주변 조건에서 최대 증기압이 14.7psi인 액체에 가장 적합합니다. 병은 압력을 누를 수 없으므로, 단계 변화 방지를 위해 특정 압력에서 보관해야만 하는 공정 유체에 사용할 생각은 하지 말아야 합니다. 그러나 병은 가장 경제적인 용기이기 때문에, 다른 요인을 통해 압력 방지 실린더의 사용 여부를 결정할 수 없는 경우에는 병을 사용해도 괜찮습니다.
실린더는 휘발성 액체 및 가스 샘플링에 사용해야 합니다. 실린더를 사용하면 압력에서 샘플을 오랫동안 보관함으로써 실험실의 샘플링 지점에서부터 실린더 사용 기간 전체에 걸쳐 대표성을 유지할 수 있습니다. 실린더는 샘플에 독성이 있어 사용자가 이에 노출될 위험을 최소화해야 하는 경우에도 탁월한 선택이 될 수 있습니다.
실린더를 사용할 때는 시스템 유체와 호환되어야만 하는 물질의 구조에 대해서도 고려해야 합니다. 316 스테인리스강은 일반적인 산업 애플리케이션에 좋은 옵션이나, 특히 민감한 화학물질을 샘플링하는 경우에는 성능이 더 우수한 합금이 필요할 수도 있습니다.
그랩 샘플링은 본질적으로 수동 공정이기 때문에, 작업자는 수집 지점에서부터 실험실로 이동하는 과정 내내 샘플을 처리할 때 확립된 모범 사례를 따라야 합니다. 가장 잘 설계된 그랩 샘플링 시스템이라도 인적 오류가 발생하면 오염을 유발할 수 있으며, 심한 경우 작업자가 부상을 입기도 합니다.
고압 공급원에서 액체를 샘플링하면 공정 유체가 넘쳐 흐르고 튀길 수 있습니다. 이러한 현상은 낭비일 뿐만 아니라 기술자를 큰 안전 위험에 처하게 할 수도 있습니다. 또한 환경 규정에 위배될 수도 있습니다.
액체 샘플을 실험실로 다시 이송할 때 개봉된 병을 사용하는 것은 엎지를 위험을 야기할 뿐만 아니라 필연적으로 샘플의 부정확성을 초래합니다. 샘플의 가벼운 구성 요소가 특정 압력 및 온도 하에 유지되지 않으면 해당 구성 요소가 이슬점보다 높은 지점에서 기화하거나 분리됩니다. 또한 개봉된 병을 운반하면 기술자가 잠재적으로 위험한 연기에 노출됩니다.
작업자들이 제대로 교육을 받으면 지식의 기초를 쌓을 수 있습니다. 모든 샘플링 지점에서는 확립된 모범 사례를 따라야 합니다.
그랩 샘플링은 공정 조건을 모니터링하는 매우 효과적인 방법일 수 있습니다. 그러나 그랩 샘플링은 본질적으로 인적 오류를 유발할 가능성이 있으므로 위험을 최소화하고, 사용성을 향상시키고, 안전을 극대화할 수 있는 그랩 샘플링 판넬 및 시스템 내 요소들을 살펴보는 게 좋습니다.
특정 애플리케이션이 다음의 모든 설계 요소를 요하지 않더라도, 이러한 요소들은 적절한 시기 및 장소에서 엄청난 이점들을 가져다 줄 수 있습니다.
가스 및 휘발성 액체 샘플링에서는 액체 샘플링에 비해 특수한 사항들을 고려해야 하므로, 해당 공정에 맞게 특수 설계된 시스템을 설치하는 것이 좋습니다.
예컨대 폐쇄 루프 샘플링 시스템은 다양한 압력을 이용해 유체를 시스템으로 통과시킴으로써, 공정에서 시작되어 저압 지점(예: 펌프 상단)의 공정으로 회귀하며, 가스 또는 휘발성 액체를 샘플링하는 데 이상적일 수 있습니다. 샘플은 내구성이 높고 정격 압력을 갖춘 금속 샘플 실린더에 저장되며, 이 실린더는 샘플이 새어 나가지 못하도록 막아 작업자를 보호합니다. 상대적으로 기압에 보관할 경우 공정 액체가 분리될 위험이 없는 애플리케이션에서는, 샘플링 시스템이 압력 방지 기능이 없는 병(자가 씰링 격막 캡이 달려 있음)으로 액체를 분주할 수 있습니다.
또한 잘 설계된 그랩 샘플링 판넬은 사용 용이성을 향상시키고 오류 발생 가능성을 줄여 줍니다. 예를 들어 가스 그랩 샘플링 용도로 설계된 판넬은 하향식 샘플 수집 시 실린더 방향이 올바르게 되도록 합니다.
샘플 확보, 환기, 세척 및 퍼징 모두 그랩 샘플링 시스템에서 여러 밸브를 연속으로 작동시켜 수행할 수 있습니다. 전통적으로, 대표성을 띤 샘플을 올바르게 추출하기 위해서는 이 밸브들을 적절한 순서에 따라 각각 독립적으로 활성화시켜야 했습니다.
오늘날 기어 밸브 어셈블리는 각 밸브를 적절한 순서대로 작동시키도록 설계된 상태로 제공되며, 작업자는 이를 통해 유체가 판넬을 따라 용기로 흘러 들어가는 것을 보다 쉽게 제어할 수 있습니다. 이러한 설계상의 특징은 밸브가 순서를 벗어나 작동하는 것을 방지하여 오류의 발생 가능성을 줄여 주며, 이로써 교차 오염의 가능성 역시 감소합니다.
유량이 지속적으로 발생하도록 설계된 샘플링 시스템은 운송 라인이 긴 경우 세척 시간을 줄여 주는 장점이 있습니다. 게다가 이 시스템은 공정 조건을 유지하는 동시에, 운송 라인이 항상 깨끗하면서 즉시 샘플 수집을 수행할 수 있는 상태가 되도록 유지하는 데 도움이 됩니다. 지속적인 유량은 점성이 있는 샘플이 운송 라인 내에서 굳어지는 것을 방지하는 데에도 도움이 될 수 있습니다.
고정 부피 샘플 채취 장치는 특정 용량의 유체를 병으로 분주되기 전에 미리 측정함으로써 샘플 병이 과충진되지 않도록 방지합니다. 이 기능으로 인해 작업자 안전이 향상되고 낭비가 줄어들 수 있습니다.
일부 그랩 샘플링 판넬에는 맞춤형 지침 플래카드가 새겨져 있습니다. 이 플래카드는 잘 모르는 작업자들이 샘플 추출 공정을 더욱 자신 있게 수행하도록 돕습니다. 장치를 정비해야 할 때 어림짐작으로 일하는 것을 줄일 수 있도록 도면, 테스트 기록, 예비 부품 목록 및 기타 서류 등의 문서를 샘플링 판넬에 보관할 수 있습니다.
그랩 샘플링 판넬은 원래부터 부식성을 띤 유체나 가스와 자주 접촉할 수밖에 없으며, 이 때문에 반드시 오랫동안 성능 저하를 방지할 수 있는 재질로 제조되어야 합니다. 습식 물질에 적합한 316 스테인리스강 구조는 다양한 일반 샘플링 애플리케이션에서 부식의 가능성을 줄여 줍니다. 비습식 물질에 적합한 304 스테인리스강 구조는 장기적인 내구성을 형성할 수 있습니다. 적절한 합금 조합을 선택하면 비용을 최적화하는 동시에 성능을 극대화할 수 있습니다.
그랩 샘플링 판넬의 선택 과정을 표준화하는 것 역시 전반적인 작업을 향상시킬 수 있습니다. 특히 대규모 시설 중에는 그랩 샘플링을 정기적으로 수행해야 하는 곳이 많습니다. 모든 샘플링 지점에 표준화된 그랩 샘플링 판넬 설계를 적용하면 잠재적인 혼란을 없애고 모든 시설에서 일관된 공정이 이뤄지는 데 도움이 될 수 있습니다.
또한 고객이 그랩 샘플링 기술을 익히는 데 도움이 되는 리소스를 다양한 형태로 제공합니다.
