그랩 샘플링(Grab sampling)에서 흔히 발견할 수 있는 문제를 해결하는 방법

그랩 샘플링(Grab sampling)에서 흔히 발견할 수 있는 문제를 해결하는 방법

스웨즈락의 필드 엔지니어링 유럽 및 중동(EMEA) 지역 관리자 Danny Van Den Berg

그랩 샘플링은 많은 산업용 유체 시스템에서 반드시 실시해야 하는 것으로, 작업자가 샘플링 시스템을 이용해 안전한 곳에서 고품질의 테스트 결과를 낼 수 있도록 구성되어있어야 합니다.

대표성 샘플 분석이 중요한 이유는, 공정 상태와 온라인 분석 품질을 검증하고, 목표한 품질 규격에 맞는 완제품이 생산되는지 확인함으로써 고객을 만족시킬 수 있는 제품을 제공할 수 있기 때문입니다. 안전성 역시 매우 중요합니다. 올바른 샘플링 절차 준수, 적합한 장비 사용, 안전한 시스템 설계 원칙을 지키면, 특히 공정에 사용되는 액체 및 가스가 유독성이거나 가연성일 경우 위험한 상황이 발생하는 가능성을 낮춥니다.

스웨즈락 필드 엔지니어링 팀은 전 세계의 현장에서 다양한 액체 및 가스 그랩 샘플링 시스템과 구성을 점검합니다. 최적의 상태로 작동하는 시스템도 많지만, 그렇지 않은 경우도 많습니다. 우리의 목표는 특히 고위험 시스템에서 일하는 고객을 도와, 그랩 샘플링 설계와 성능을 점검하는 것입니다. 스웨즈락은 새로운 부품이나 그랩 샘플 시스템 설계, 모범 사례 공유 등을 통해 시스템을 향상시킬 수 있도록 도와드릴 것입니다.

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스웨즈락은 수 년 동안 업계에서 축적한 경험을 통해, 공통적으로 일어나는 문제들은 가장 쉽게 해결할 수 있다는 사실을 깨달았습니다. 어떤 경우에는 새로운 장비를 구매하거나 부품 교체를 고려해야 하고, 또 다른 경우에는 작업 방식과 절차만 바꾸어도 샘플을 안전하게 처리하여 이송할 수 있습니다. 문제점의 원인이 무엇이던지 간에, 전체 작업을 개선시키기 위해 기술자가 고품질의 샘플을 안전하고 균일하게 얻을 수 있도록 해야 합니다.

샘플 식별.

우선 유체 시스템의 그랩 샘플링 지점을 올바르게 파악 및 표시해야 합니다. 이는 펌프, 용기(vessel), 제어 밸브, 열교환기 등의 부가 장비를 다루는 플랜트에서는 기본적으로 준수해야 하는 것으로, 그랩 샘플링 위치도 마찬가지입니다.

문제점: 샘플링 지점(Sample point)은 특성에 따라 분류하고 표기해야 하지만, 모든 현장에서 이를 따르고 있지는 않습니다. 이를테면, 그랩 샘플링 지점을 단순히 “샘플 지점”이라고 표기하여 작업자 외에는 정확한 지점을 알 수 없는 경우도 가끔 있습니다. 이런 경우에는 시스템 도면을 참고하거나, 배관을 추적하여 가장 가까운 공정 장비가 어디에 연결되어 있는지 확인하는 방법으로만 각 샘플 지점을 정확히 알 수 있습니다. 샘플 지점을 분류하지 않으면 용기(실린더)가 특정 샘플 시스템 전용이 아닐 경우, 다른 샘플이 서로 혼합될 수 있고, 용기가 공정 조건에 부합하지 않으면 위험한 상황이 발생할 수 있습니다.

해결 방법: 가장 좋은 방법은 작업자가 그랩 샘플 지점을 알기 쉽고 구체적으로 표시하는 작업 문화를 형성하는 것입니다. 자산 등록을 할 때에는 샘플 지점과 연관되어야 하며 다음의 정보를 포함해야 합니다.

• 샘플 지점 위치
• 샘플링 유체, 조성, 유체 상태
• 압력 및 온도
• 잠재적 위험성
• 용기 유형
• 필수 예비품과 부품 번호
• 샘플링 빈도
• 대표 샘플링 플러시 시간(Flush time)

고품질의 효율적인 샘플링

샘플 품질의 중요성은 거듭 강조해도 모자라지 않으며, 샘플의 품질, 대표성, 일관성을 확보하는 그랩 샘플링의 전략과 설계 사례를 참고하는 것도 좋은 방법입니다.

문제점: 그랩 샘플 지점을 노즐에서 바로 채취할 수 있는 곳으로 지정하는 것을 자주 목격할 수 있습니다. 이는 효율 저하 및 잠재적인 품질 저하 등의 몇 가지 문제점을 야기할 수 있습니다. 가스 샘플의 경우, 노즐 내 추가 용적은 파이프 노즐 용적 내의 고압 압축가스로 인해 샘플 반응 시간을 지연시킬 수 있습니다. 일부 시스템에서는 대표성을 갖는 분석을 위해 이 시간이 몇 시간이고 지속될 수 있습니다. 어떤 노즐은 필터 기능을 제공하지 않습니다. 이러한 시스템에서는 분석 전, 채취한 샘플에서 응축액(Condensate)을 반드시 배출해야 합니다. 이를 적절하게 시행하지 않으면 샘플의 품질 및 정확성이 저하될 수 있습니다.

해결 방법: 샘플링 목적으로 프로브(Probe)를 사용하면 다양한 유체 애플리케이션에서 위와 같은 비효율적인 문제를 해결할 수 있습니다. 프로브는 미립자를 방지하고 추가 용적을 방지합니다. 또한, 파이프 내벽의 1/3부터 공정 라인 중앙까지의 공간에서 샘플을 채취하기 때문에, 정확도가 높고 대표성을 확보할 수 있습니다. 샘플 반응 시간을 단축하려면 공정 인터페이스 밸브 직후 가스 압력을 낮춰, 압축 가스양을 줄여야 합니다. 이 방법을 사용하면, 플랜트 전체에 고압가스를 이송하게 되는 위험성 또한 줄어듭니다.

샘플 프로브는 적합한 연결구만 있다면, 거의 모든 공정 라인에 있는 기존 샘플 공급 노즐에 설치할 수 있습니다. 프로브는 액체 샘플링 시 수직 공정 라인 하단에 설치하는 것이 가장 좋으며, 이는 라인에 액체와 함께 존재하는 가스가 프로브를 따라 유입되지 않도록 하기 위함입니다. 가스 샘플링의 경우, 프로브는 수평 파이프 맨 위에 설치해야 합니다. 프로브 설치 시, 굽힘 부위에 설치해 분리된 샘플이 채취되거나, 파이프 바닥에서 떨어뜨려 설치해 미립자와 같은 물질 오염이 발생하지 않도록 주의해야 합니다. 그렇지 않으면 가스의 응축액은 프로브를 따라 이송 라인으로 유입될 것입니다.

안전하고 정확한 샘플 처리.

채취 및 처리는 공정에서 샘플을 채취한 이후에 샘플의 대표성을 유지하기 위한 매우 중요한 과정입니다. 이때 고려해야 할 몇 가지 변수가 있습니다.

문제점: 샘플 채취 및 처리 시 반복해서 발견되는 몇 가지 문제점이 있습니다. 이를테면, 고압의 액체 그랩 샘플링 시 제품을 넘쳐흐르게 만드는 경우입니다. 이는 유체를 낭비하기도 하지만, 무엇보다 샘플링 기술자를 위험에 빠트릴 수도 있고 환경 규정을 위반할 수도 있기 때문에 조심해야 합니다. 또한, 기술자가 채취한 액체 샘플을 덮개가 없는 용기에 넣어 실험실로 운송하는 모습도 쉽게 관찰할 수 있습니다. 하지만 가벼운 입자는 증발하거나 이슬점 위로 분리되기 때문에, 알맞은 압력 및 온도를 유지하지 않으면, 덮개가 없는 용기에 담긴 샘플은 부적절할 수밖에 없습니다. 샘플을 밀폐하지 않으면 기술자가 유독성의 샘플과 흄(fume)에 노출되어 위험이 발생할 가능성이 높아집니다.

해결 방법: 고정 용적(Fixed-volume) 액체 샘플링을 통해 이러한 위험 요소를 안정적으로 예방할 수 있습니다. 이 방법은 고압 애플리케이션에 특히 도움이 되며, 반복적으로 정확한 샘플량을 확보할 수 있습니다. 고정 용적 샘플링은 용기 용적의 20%를 남겨두고 채취할 수 있어 액체의 열팽창이 일어나도 안전합니다.

합리적인 샘플링 위치.

마지막으로 운영 효율성을 고려해야 합니다. 플랜트에 효율성 향상을 위해 도입한 그랩 샘플링의 비용을 감당할 수 있습니까? 샘플링 스테이션은 팀이 작업하는 데 가장 편리한 위치에 있습니까?

문제점: 샘플 시스템이 최적화되지 않은 장소에 설치된 경우도 빈번합니다. 일례로 샘플링 시스템이 제어 밸브 위에 위치한 경우가 많습니다. 제어 밸브가 닫히면 시스템의 흐름이 차단되어, 샘플의 품질 및 대표성이 저하됩니다. 제어 밸브가 완전히 열리면 압력 강하를 막아, 샘플 시스템의 유량을 전혀 측정할 수 없거나 흐름이 전혀 없을 수도 있습니다.

해결 방법: 샘플 지점은 보통 펌프 위, 공정 스트림 앞과 뒤, 혹은 완제품 라인에 설치해야 합니다. 그렇게 해야 작업자가 차단이나 밸브, 제어 밸브 위치를 신경 쓰지 않고 안정적인 샘플을 효율적으로 채취할 수 있습니다. 그리고 전체 시스템에서 샘플링 위치의 접근성 또한 고려하여 샘플링 지점에 쉽게 접근할 수 있어야 합니다. 가능하다면 각각의 샘플 지점을 통합해서 서로 다른 지점에서 샘플을 채취하는 오류를 줄이고 비용을 절감할 수 있도록 하십시오.

그랩 샘플링을 전반적으로 점검하여 플랜트를 개선하는데 관심이 있으시다면, 스웨즈락 평가 및 자문 서비스에서 상세 정보를 확인하고 도움을 받으실 수 있습니다.

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