분석기의 정확성을 위한 3가지 규칙

분석기의 정확성을 위한 3가지 규칙

미국의 필드 엔지니어링 매니저, Stacey Phillips

대부분의 애플리케이션들에서 작업자들은 분석기 결과를 통해 제품이 사양에 부합하는지를 알 수 있다고 믿고 있습니다. 분석기 결과가 완제품의 성분을 정확하게 반영하지 않는다면, 공정 샘플은 샘플링 시스템의 설계 혹은 성능 문제로 인해 잘못되었을 가능성이 큽니다. 사실 분석기 문제의 80% 정도가 샘플링 시스템의 성능 문제로 발생합니다.

스웨즈락의 필드 엔지니어들은 전세계에 있는 다양한 산업 분야 고객들을 도와 샘플링 시스템이 정확한지 혹은 미달 제품이 생산되는 것은 아닌지 점검합니다. 이러한 경험을 통해 익힌 시스템 작업 규칙 3가지를 아래에서 소개합니다.

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#1. 시스템 호환성 개선하기

정확한 분석기 결과를 도출하려면 시스템 유체와 호환하는 샘플링 시스템을 설계해야 합니다. 이를테면, 가스와 액체는 요구조건이 다르므로, 이에 맞춰 샘플링 시스템을 설계해야 합니다. 결과에 큰 영향을 줄 수 있는 변수는 다음과 같습니다.

• 온도 화학 조성은 온도에 민감하기 때문에 온도 편차가 발생하면 결과에 영향을 줄 수 있습니다. 예컨대, 뜨거운 기화기에 들어오는 액체 샘플은 끓게 될 수 있습니다. 반면에 가스 샘플의 온도는 매우 빠르게 하강하기 때문에, 작업자는 대표 온도를 유지하기 위한 적절한 방법을 사용해야만 합니다. 그중에는 단열 및 튜브 가열 부품을 함께 사용하는 방법도 있습니다.
• 압력 압력 또한 분석기 정확성에 영향을 줍니다. 샘플이 시스템을 통과할 때 압력은 자연스럽게 떨어지게 되며, 측정을 잘못하면 문제가 발생합니다. 액체 샘플에서 압력이 감소하면 가스가 용해되어 액체가 끓거나 거품이 생깁니다. 적절한 압력을 유지하려면 올바른 밸브를 사용하는 것이 도움이 됩니다.
• 유속 샘플이 더 천천히 흐를수록 튜빙 내벽에 점성의 장애물이 더 많이 생기게 되고, 결국 덩어리가 형성됩니다. 유체가 분석기를 통과하기 위해 감속해야 할 때를 제외하고, 우수한 샘플 혼합과 더 깨끗한 샘플 라인, 더 빠른 반응 시간을 위해서는 샘플링 시스템 유속을 빠르게 유지해야 합니다.

#2. 샘플 적시성 유지

작업자는 공정 라인에서 샘플을 추출할 때부터 분석기의 결과를 얻을 때까지 소요되는 시간을 최소화해야 합니다. 지연이 발생하면 샘플의 성분이 변하고 실제 공정 조건을 대표하지 않을 수 있기 때문입니다. 따라서 시간 지연을 최소화하는 것이 최우선입니다.

이상적인 시간 지연은 1분을 넘기지 않는 것입니다. 시간을 더 지연시키는 몇 가지 요인은 다음과 같습니다.

• 압력 운송 라인의 가스 압력은 탭에서부터 최대한 감소시켜야 밀도가 낮은 가스 샘플이 분석기로 더 빠르게 이동할 수 있습니다.
• 프로브 프로브는 샘플을 빠르게 추출하고, 샘플의 대표성을 유지하려는 두 가지 목적으로 사용할 수 있습니다. 하지만 프로브의 크기가 중요하며, 애플리케이션에 불필요하게 큰 샘플 프로브를 사용하면 시간이 더 오래 지연될 수 있습니다.
• 라인 크기 프로브와 같이 라인의 크기도 중요한데, 과도하게 큰 라인은 시간 지연을 증가시킵니다. 샘플이 더 멀리 이동해야만 하고 운송 라인의 내부 부피가 더 클수록, 시간 지연도 더 길어집니다.
• 데드레그(Dead legs) 데드레그 혹은 퍼지 되지 않는 공간(unpurged volume)으로 인해 미립자가 샘플 속으로 확산되면, 분석기 반응이 느려지고 시스템이 오염될 수 있습니다.
• 분석기 지연 시간 지연은 가끔 분석기 안에서도 발생합니다. 예컨대 분석기를 수동으로 조작해야 하는 경우, 작업자는 샘플이 들어올 때에 맞춰 분석기 조작을 준비해야 합니다.

샘플링 시스템 작업자들은 가끔 상당히 지연된 시간을 깨닫지 못하는 경우가 있는데, 짧게 발생한 시간 지연들이 누적되어 발생하기 때문입니다. 이를테면, 정상적인 조건에 있는 샘플은 탭에서 샘플 컨디셔닝 시스템에 도달하기까지 49초가 걸립니다. 샘플링 컨디셔닝 시스템의 문제로 인해 시간 지연이 누적되는 경우, 샘플 추출부터 결과가 나오는 분석기까지 걸리는 시간 지연이 목표한 1분을 초과할 수 있습니다. 이는 분석된 샘플이 전반적인 공정 유체를 더이상 대표하지 않음을 의미합니다.

#3. 샘플 조성 유지

앞의 두 가지 규칙을 잘 따랐음에도, 추가 문제가 발생하여 온전한 샘플의 조성을 방해하고 분석기 결과를 망칠 수 있습니다. 추가 문제들은 다음과 같습니다.

• 예상치 못한 분별 분별 혹은 부분적 상 변화(partial phase change)는 분석기 결과를 완전히 바꾸어 놓을 수 있습니다. 샘플이 분별된 경우, 분석기는 원래의 조성을 찾을 수 없기 때문에 대표성이 없는 판독 값을 내놓게 됩니다. 첫 번째 규칙에서 언급하였듯이 올바른 온도와 압력을 유지하면 분별을 방지할 수 있습니다.
• 흡착 샘플 유체가 표면에 닿으면 미립자가 달라붙습니다. 흡착으로 인한 미립자 손실은 샘플을 못 쓰게 만들 수 있습니다. 이 문제를 방지하려면 시스템을 설계하거나 유지보수할 때, 필터 엘리먼트(filter element), 레귤레이터 다이어프램(regulator diaphragm), 튜브 벽(tube wall), 가스 실린더(gas cylinder)의 재질을 올바르게 선택해야 합니다.
• 오염 오염을 방지하기 위해서는 필터를 신중히 선정해야 합니다. 대부분의 작업자가 시스템 필터의 중요성을 인지하고 있지만, 실제로는 잘못된 유형의 필터가 배치된 경우가 많습니다. 어떤 경우에는 필터가 공정 유체에 적합하지 않아 미립자를 그대로 통과시키고 샘플을 오염시킵니다. 반면에 필터가 유량을 심하게 제한하여 심각한 시간 지연을 발생시키거나, 분석기에 공정 유체를 충분히 제공하지 못하는 경우도 있습니다. 또한, 데드레그에 있는 오래된 샘플은 새로운 샘플에 혼합되어 교차 감염을 야기합니다. 여러 가지 샘플을 선택하고 전환하는 경우, 스트림 선택 밸브(stream selection valve)가 시트에서 누설되어 샘플에 교차 감염이 발생할 수 있기 때문에, 더블 블록 앤 블리드 밸브(double block and bleed valve)가 설치된 올바른 스트림 선택 밸브를 사용해야만 합니다.

작업자가 앞의 3가지 규칙을 잘 따른다면, 대표 샘플과 정확한 분석기 판독 값을 확보할 수 있을 것입니다. 샘플링 시스템 문제를 어디서부터 해결해야 할지 궁금하신가요? Swagelok^® 샘플링 시스템 평가 및 자문 서비스를 받아보십시오. 귀하의 고객에게 우수한 제품을 제공할 수 있도록 실질적인 인사이트를 도출하고, 우선순위에 따라 샘플링 시스템 뿐만 아니라 다른 문제들까지 식별하여 시스템을 개선할 수 있게 도와드립니다.

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