점성 샘플링(Viscous Sampling)이 무엇이며 어려운 이유는 무엇 때문입니까?
Matt Dixon이 위험을 완화하고 안전하며 효율적인 점성 샘플링 시스템을 설계하는 방법을 설명합니다.
KEVIN MCCLELLAND:
Ask Swagelok에 다시 오신 것을 환영합니다. 저는 Kevin McClelland이며, 글로벌 기술 책임자인 Matt Dixon이 함께 나와 있습니다. 저희가 있는 곳은 오늘 Swagelok 솔론 캠퍼스의 맞춤형 솔루션 빌딩입니다. 이제 점성 샘플링과 몇 가지 설계 고려 사항에 대해 말씀드리려 합니다.
KEVIN MCCLELLAND:
Matt씨, 점성(viscous) 샘플링이 무엇이며 그것이 어려운 이유에 대해 설명해주시겠습니까?
MATT DIXON:
그러죠. 우선, 점성 샘플링은 여러 가지 다른 이름으로 알려져 있습니다. 잔여(residual) 샘플링 또는 레진(resin) 샘플링이라고도 하지만, 더 흔하게는 하단(bottom) 샘플링이라고 알려져 있습니다. 이 용어는 증류탑에서 나오는 뜨거운 오일을 샘플링하는 정유 산업에서 유래되었습니다.
이 오일은 아주 뜨거운 온도로 배출되며 500, 600, 700도에 이를 수 있습니다. 온도가 이렇게 뜨거우므로 안전 우려가 매우 큽니다. 더구나 오일이 많이 식도록 놔둘 수도 없습니다. 온도가 내려가면 오일이 굳기 시작하여 시스템이 막힐 수 있기 때문입니다.
그러므로 오일을 뜨거운 상태로 유지해야 합니다. 일반적으로 오일을 유동 상태로 유지해야 하며, 무엇보다도 안전한 상태로 유지하는 것이 중요합니다. 따라서 안전 우려가 가장 중요한 문제가 됩니다. 여기에 많은 경우 점성 샘플 안에 기체가 갇혀 있다는 사실이 상황을 더욱 복잡하게 만듭니다.
따라서 분배할 때 샘플이 소량 분출되고 튀어서 작업자에게 묻을 수 있습니다. 다시 말하지만, 몇 가지 중대한 안전 우려 사항이 있습니다.
KEVIN MCCLELLAND:
이러한 점성 유체용 샘플러를 설계할 때 어떤 점을 명심해야 하겠습니까?
MATT DIXON:
첫 번째 고려 사항은 안전입니다. 작업자가 뜨거운 물건을 실수로 만지지 않도록 고온 표면의 단열과 같은 문제를 검토해야 합니다. 또한 작업자를 분출로부터 보호해야 하며, 작업자에게 튈 가능성이 없도록 샘플러를 인클로저 안에 넣어야 합니다.
또한 샘플이 뜨거운 상태를 유지하며 계속 유동하도록 해야 합니다. 일반적으로 샘플링 스테이션에 연결된 1인치 파이프 또는 튜브를 통해 공정에서 샘플을 채취한 다음 시스템의 더 낮은 압력 지점에서 공정으로 되돌리는 패스트 루프 배열을 구현하게 됩니다.
그렇게 하면 스팀을 되돌림으로써 라인을 적절한 고온 상태로 유지하고 유체가 계속 이동하도록 만들 수 있습니다. 유체가 정지 및 정체되고 냉각되어 라인이 막히는 것은 바람직하지 않기 때문입니다.
마지막으로 샘플링 시스템의 모든 부분이 비교적 간단하게 유지되는지 확인해야 합니다. 점성 샘플링을 사용할 때는 샘플링 시스템에서 생길 수 있는 꼬임과 회전을 최소화하는 것이 좋습니다. 꼬임과 회전이 적을수록 샘플이 정체되고 냉각되면서 굳기 시작하여 라인이 막힐 수 있는 지점이 줄어듭니다.
그래서 엘보우 대신 매끄럽게 뻗은 튜브 벤딩을 사용하려는 것입니다.
KEVIN MCCLELLAND:
밸브에 대해 언급하셨는데, 점성 샘플링용으로 설계된 밸브의 중요한 특성으로는 어떤 것이 있습니까?
MATT DIXON:
우선 밸브는 온도 프로파일을 충족해야 합니다. 샘플이 고온이므로 그러한 높은 온도 조건을 견딜 수 있어야 합니다. 그밖에도 유체가 걸쭉한 특성이 있으므로 밸브의 오리피스가 비교적 커야 합니다. 오리피스 크기를 최소 1/4인치 이상의 직경으로 설정하는 것이 막힘을 방지하는 핵심입니다.
패스트 루프 배열을 사용할 때는 인라인 샘플링 밸브를 사용하는 것이 가장 좋습니다. 그래야 뜨겁고 점성이 큰 액체가 샘플 밸브를 통해 흐르며 밸브가 따뜻하게 유지되고 저온 지점이 최소화됩니다. 또한 밸브 내에 굳은 유체가 모여 막히는 것을 방지할 수 있습니다.
그 결과 패스트 루프와 샘플 채취 지점 사이의 데드 레그가 최소화되는 장점도 있습니다. 그러므로 일석이조라고 할 수 있습니다.
더불어 라인을 깨끗하게 유지할 수 있도록 퍼지가 가능한 밸브도 있어야 합니다. 샘플을 채취한 후 스팀 등을 사용하여 밸브를 퍼지하면 잔여물이 제거되어 시간이 지나면서 막힘을 유발할 수 있는 퇴적을 방지할 수 있습니다.
KEVIN MCCLELLAND:
점성 샘플에 특별한 취급 조건이 있습니까?
MATT DIXON:
네. 샘플이 밸브에서 나오면 이를 샘플 용기로 옮겨야 합니다. 일반적으로 액체라면 유리병이나 플라스틱 병을 사용하지만 이 애플리케이션에서는 온도 조건 때문에 사용할 수 없습니다. 따라서 금속 샘플 용기를 사용하게 됩니다.
미국에서 가장 흔한 사례는 철물점에서 쉽게 구할 수 있는 금속 페인트 캔입니다. 비교적 저렴하고 어디에서나 구할 수 있습니다. 또 다른 흔한 용기는 스테인리스강 재질의 나사 뚜껑 병입니다. 선택지는 다양하지만 일반적으로 모두 금속 재질입니다.
샘플을 용기에 넣을 때는 일반적으로 노즐을 사용합니다. 간단하게는 최종 밸브에서 샘플 용기까지 이어지는 짧은 튜브 스터브를 사용할 수 있습니다. 하지만 이 튜브 스터브는 가열되지 않기 때문에 막힘 위험이 있습니다.
그래서 때로는 스팅어(stinger) 어셈블리를 만듭니다. 스팅어는 같은 튜브 스터브를 사용하지만 외부에 스팀 재킷을 둘러 팁까지 따뜻하게 유지합니다. 저온 지점이 없고 유체가 굳어 막힐 가능성이 사라집니다.
또한 샘플링을 완료한 후 시스템을 퍼지하는 것도 중요합니다. 퍼지를 통해 잔여물을 제거하면 샘플 순도 측면에서도, 유지보수 및 운영 측면에서도 막힘을 방지하는 데 큰 도움이 됩니다.
KEVIN MCCLELLAND:
다시 한번 Matt씨의 탁월한 기술적 전문성에 감사드립니다. 지금까지 Ask Swagelok의 또 다른 에피소드였습니다. 다음에 다시 뵙겠습니다.
