프로세스 내에서 압력, 유량 또는 레벨을 측정할 때는 항상 안전성과 정확성에 신경써야 한다. 탭에서 트랜스미터에 이르기까지, 프로세스 계장 측정 루프 내의 각 부품이 올바르게 기능하느냐에 따라 프로세스 측정의 정확성이 좌우된다. 엔지니어와 기술자는 주로 트랜스미터에만 집중하지만, 사실 트랜스미터는 임펄스 배관의 입력값을 정확히 보여줄 뿐이다.

따라서, 프로세스 계장 라인이 제대로 작동하고 있는지 여부를 파악하는 데에는 한계가 있다. 임펄스 배관의 성능이 저하되었을 때 트랜스미터에만 집중한다면, 성공적으로 공정을 운영할 수가 없다.

공정 현황을 정확히 측정하려면, 프로세스 임펄스 배관의 잠재적인 문제점 및 전반적인 설계와 배치에 관해 꾸준히 공부해야 한다. 여기에서는 엔지니어와 기술자가 프로세스 임펄스 배관을 성공적으로 관리할 수 있도록 검증된 모범 사례들을 집중적으로 소개하겠다.

재질 선택

공정 계장 라인을 구축하는 공정용 인터페이스 밸브(PIV, Process Interface Valve), 임펄스 라인, 매니폴드 등의 각 기초 블록은 정확성에 영향을 줄 수 있기 때문에 재질을 신중하게 선택해야 한다.

대체로 합금은 프로세스 도구, 환경 조건, 시스템 압력 및 온도를 고려하여 선택하게 된다. 스테인리스강이나 더 높은 금속 합금은 내식성이 우수하기 때문에 거의 모든 애플리케이션에 적합하다. 그러나 많은 산업용 플랜트에서 공정용 인터페이스 밸브, 배관, 심지어 일부 매니폴드에도 탄소강을 계속해서 사용하고 있다. 일부 저수분 애플리케이션에는 탄소강을 사용해도 괜찮지만, 대부분의 경우에는 위험이 따를 수 있다. 탄소강에 흔히 축적되는 스케일링은 분리된 후 하단으로 흘러 들어가 밸브 시트에 고이게 되고, 셧오프를 방해할 수 있다. 결국엔 트랜스미터 캘리브레이션이나 판독 값이 부정확하게 된다. 계장 루프에 탄소강 부품을 사용하고 있다면, 스케일링이 시스템 내에서 밸브가 작동하는 데 영향을 미치지 않는지 주의 깊게 살펴야 한다. 스웨즈락은 재료 과학 교육을 제공, 고객들이 애플리케이션별로 적합한 내식성 재질을 선택하는 방법을 배울 수 있도록 지원하고 있다.

표준화를 통한 유지보수 간소화

긴 시간 동안 수없이 변경된 설계는 더 이상 신뢰할 수 없거나 정확도가 떨어진다. 게다가 시스템마다 유지 보수 방법이 다르면 유지 보수팀 입장에서는 관리 방법이 더 복잡해진다.

모든 프로세스 측정 시스템은 예산 설정과 다운 타임, 유지 보수, 정확성 등을 고려하여 일관된 기준 집합을 사용하고 설계하는 것이 정석이다. 표준화가 잘 되어 있을수록 시스템을 최적화하기 쉽다. 일례로, 프로세스 계장을 표준화하기 전의 한 정유 플랜트에서는 프로세스 계장 라인의 종류만 30가지에 달했다. 이 플랜트는 표준화 작업을 거쳐, 트랜스미터 마운트, 매니폴드 시스템, 아이솔레이션 밸브 등의 기본 부품으로 구성된 프로세스 계장 라인의 종류를 6개로 줄일 수 있었다. 공정 계장 라인은 튜빙 런과 차단 밸브(DBB, 게이지 루트 등)의 유형에 따라 달라지며, 결국 매질, 온도, 압력, 트랜스미터 또는 게이지의 위치에 따라 좌우된다.

표준화를 거치면 유지 보수, 설치, 교육, 진단 등 많은 과정이 간소화되며, 신뢰성 또한 더 높아진다. 또한, 시설에서 대체 부품의 재고를 줄여 간접 비용을 절약할 수 있다.

공정용 인터페이스 밸브(PIV)

공정용 인터페이스 밸브(PIV)는 공정 라인의 첫 번째 밸브다. 오랜 시간 PIV에는 하나의 게이트 밸브 또는 볼 밸브를 사용해왔다. 특히 미국에서는 두 가지 밸브를 계속 사용하지만, 가장 적합한 밸브는 더블 블록 앤 블리드(DBB) 밸브로, 두 개의 차단 밸브와 하나의 블리드 밸브가 그 사이에 있는 형태다.

DBB 밸브의 사용을 권하는 이유는 바로 안전성 때문이다. 유지 보수를 위해 프로세스 계장 라인을 폐쇄해야 할 땐, 양쪽 블록 밸브를 모두 닫고 블리드 밸브를 열어놓는다. 만약 첫 번째 블록 밸브에서 누설이 발생하면, 두 번째 블록 밸브가 프로세스 계장 라인의 압력 또는 유체 증강을 방지한다.

더블 블록 앤 블리드는 밸브 세 개를 각기 조립하여 맞춰 구성하거나, 크기가 더 작고 가벼운 단일 제품으로 구매할 수 있다. 단일 DBB는 모든 유체에 사용할 수 있도록 획기적으로 설계되었으며, 특히 볼 밸브를 사용하고, 높은 점도를 갖는 유체에 사용하면 좋다. 

임펄스 배관

임펄스 배관은 PIV를 매니폴드와 트랜스미터에 연결한다. 다른 모든 공정 계장 부품과 마찬가지로, 임펄스 배관의 목표는 트랜스미터에 공정 조건을 정밀하게 전달하는 것이다.

임펄스 배관을 설치하는 목적은 세 가지가 있다.
•부식, 스케일링, 플러깅 방지
•누설 포인트 감소
•특정 범위 내로 온도 유지 또는 동결 방지

첫 번째와 두 번째 목적은 탄소강 배관과 나사산 연결 대신에 스테인리스강과 같은 적합한 합금으로 만든 튜빙과 튜브 피팅을 사용한다면 손쉽게 달성할 수 있다. 스테인리스강 튜빙을 굽히고 구성하여 기계식 연결부의 수를 줄일 수 있으며, 연결 부품으로 기존의 경사 파이프 나사산 피팅 대신에 2페럴과 기계식 조임의 튜브 피팅을 사용해, 열 사이클 또는 진동 영향을 최소화할 수 있다.

세 번째 목적은 특정 범위 내로 온도를 유지하는 것으로, 이를 달성하려면 임펄스 배관을 가열한다. 임펄스 배관은 일일이 필드 트레이싱 하거나, 폴리머 재킷으로 단열 및 봉입 처리된 튜빙을 구매하여 단열할 수 있다. 단열 번들 튜빙은 손쉽게 설치할 수 있도록 적절한 길이로 감아져 나온다. 이 번들을 접합하거나, 절단할 때는 제조업체의 지침에 따라 사전 단열 튜빙 번들로 단열재를 봉인해야 한다.

매니폴드

매니폴드는 본체가 금속(보통 스테인리스강)의 단일 블록으로 가공된 일련의 밸브로 이루어져 있다. 트랜스미터에 장착하여 사용하는 매니폴드는 트랜스미터 캘리브레이션 또는 점검을 위해 분리하는 중요한 기능을 한다.

매니폴드를 사용할 때 품질과 신뢰도를 특별히 잘 살펴야 한다. 캘리브레이션 또는 일반적인 작동 시, 매니폴드에서 한 개 이상의 밸브가 셧오프 위치에 있다. 셧오프가 완료되지 않으면, 트랜스미터에서 나오는 판독이 부정확하다.

스웨즈락은 프로세스 계장 라인의 문제점을 파악하고 싶어하는 고객을 위해 숙련된 필드 엔지니어가 직접 시설을 방문, 시스템을 진단하고 운영 개선 방안을 조언하고 있다.

클로즈 커플 매니폴드 – 옵션

이제부터는 설계를 더 간소하게 해 주는 옵션을 설명하겠다. 이 솔루션은 애플리케이션에 따라 그 사용이 가능한 경우 매우 간단하다.

임펄스 배관은 클로깅, 누설 포인트, 온도 제어, 부식 등의 문제로 설치와 유지 보수 비용이 많이 든다. 하지만 ‘클로즈 커플’이라 불리는 옵션을 사용하면 임펄스 배관을 생략할 수 있다. 클로즈 커플은 공정용 인터페이스 밸브와 매니폴드를 하나로 구성하고, 여기에 트랜스미터를 직접 부착한다. 그런 다음, 이를 공정 라인에 설치한다. 많은 엔지니어가 이 솔루션을 선호하지만, 클로즈 커플 설치에는 몇 가지 제약이 따른다.

그중 하나는 온도다. 기존처럼 임펄스 배관을 설치하는 이유는 공정 라인의 높은 온도로부터 트랜스미터를 보호해야 하기 때문이다. 공정 라인이 너무 뜨거우면, 클로즈 커플과 함께 설치된 트랜스미터는 제대로 작동하지 못할 수 있다.

두 번째 제약 사항은 접근성이다. 캘리브레이션을 위해 트랜스미터를 사용하려면 접근이 가능해야 한다. 하지만 클로즈 커플이 공중 15m에 위치한 프로세스에 부착되어 있다면 접근을 할 수 없다.

마지막 제약 사항은 비용이다. 클로즈 커플링은 선투자 비용이 큰 편이다. 장기적 관점에서는 전체 비용을 줄일 수 있는 솔루션이다. 만약, 클로즈 커플링을 사용할 수 있는 환경이라면 추천 드린다.

결 론

여러분이 정확한 측정을 위해 고급 트랜스미터에 투자했다면, 프로세스 계장 라인 또한 같은 수준의 설비가 필요하다. 트랜스미터는 프로세스 측정 라인의 설치 및 유지 보수 방법, 부품의 품질에 영향을 받고, 프로세스 측정의 정확성 또한 달라진다. 시설을 표준화할 때 계기 연결과 프로세스 임펄스 배관의 세부 사항까지 신경써서 믿을 만한 부품을 사용한다면, 측정의 신뢰도와 정확성을 높일 수 있다. 측정값의 정확성을 높인다는 것은 곧 시간, 효율성, 플랜트 수익성을 개선한다는 것을 의미한다.

SwagelokKorea@swagelok.com