가스 공급 시스템의 비용 관리 및 안전 개선

가스 분배 시스템의 비용을 관리하고 안전을 개선하는 방법

Jeff DeWitt, 애플리케이션 엔지니어, 가스 분배 시스템 엔지니어

대부분의 실험실, 테스트 센터, 산업 현장에서는 안전하게 지속적으로 공급되는 기본 가스 및 특수 가스를 사용하여 주요 공정을 지원합니다. 이러한 가스를 공급하는 가스 분배 시스템이 중요함에도 불구하고, 이를 간과하거나 하찮게 생각하는 경우가 너무 많습니다.

그 이유가 무엇일까요? 가스 분배 시스템은 흔히 유틸리티로 간주됩니다. 플랜트의 전력망과 마찬가지로, 가스 분배 시스템도 항상 의도대로 작동하는 것이 당연하게 여겨질 수 있습니다. 또한, 가스 분배 시스템은 전체 시설에 걸쳐 있으므로, 한 부서가 시스템 최적화를 전적으로 책임지는 일도 없습니다. 플랜트 매니저에게는 다른 긴급한 운영상 문제가 흔히 우선순위로 다가옵니다.

가스 분배 시스템은 매우 중요하며, 산업 시설 전반에서 안전을 강화하고 비용을 통제할 수 있는 최적의 기회이기도 합니다.

가스 분배 시스템이란?

가스 분배 시스템은 가압 가스를 소스에서 원하는 사용 지점으로 이송하는 튜브, 파이프, 기타 부품의 네트워크입니다. 또한, 일반적으로 다음과 같은 기능을 제공합니다.

• 가스 공급 시스템에 대한 접근 지점 제공
• 소스 압력을 더 낮은 정압으로 감압
• 무중단 가스 공급 지원
• 반응성, 유독성, 부식성 또는 고순도 가스를 취급할 수 있음

가스 공급 최적화에 대해 알아보기

어떤 이해관계가 있습니까?

가스 분배 시스템이 부적절하게 작동하면 심각한 위험이 발생할 수 있습니다.

가스 분배 시스템은 흔히 고압, 고온의 내용물을 취급합니다. 가스가 본질적으로 위험하지 않더라도, 시스템에서 누설된 가스가 근처의 작업자에게 화상이나 다른 부상을 일으킬 수 있습니다. 더불어, 과압으로 인해 민감한 다운스트림 장비가 손상되어 비용이 많이 드는 수리와 교체로 이어질 수 있습니다. 가스 분배 시스템이 유해, 유독성 또는 인화성 가스를 이송하는 경우, 눈치채지 못한 누설이 작업자와 장비에 더 심각한 위험을 초래할 수 있습니다.

알고 계십니까?

미국 산업안전위원회(NSC)에 따르면, 2020년 산재 비용 합계는 1,639억 달러에 달했습니다.

겉보기에 해가 없는 가스 누설이라도 플랜트 운영업체에 문제를 일으킬 수 있습니다. 사소한 가스 누설이 장기간 발견되지 않고 지속될 수 있으며, 이러한 손실이 상당한 비용으로 누적될 수 있습니다. 예를 들어 보통 표준 입방 피트(scf)당 0.01달러인 질소와 같은 가스 누설이 발견되지 않는다면, 연간 기준으로 수천 달러의 손실로 이어질 수 있습니다. 표준 입방 피트당 1달러에 달하는 헬륨과 같이 더 고가의 가스 누설에 따른 비용은 더 빨리 고액으로 누적될 수 있습니다.

가스 분배 서브시스템 설명

안전하고 효율적인 가스 분배 시스템 운영은 적절한 시스템 구성에서 시작합니다.

가스 분배 시스템의 일차적인 기능은 공급 소스의 압력을 감압하여 중단을 최소화하면서 사용 지점에 안정적인 압력으로 공급하는 것입니다. 소스 입구 연결구, 일차 가스 압력 제어, 자동 전환, 사용 지점의 네 가지 핵심 서브시스템으로 가스 분배 시스템을 구축하면 이를 안정적으로 달성할 수 있습니다.

소스 입구는 고압 가스 소스를 가스 분배 시스템에 연결합니다. 이 입구는 적절한 실린더 연결구, 호스, 튜빙, 필터, 벤트, 퍼지, 릴리프로 구성해야 합니다. 일부 가스 판넬에는 표준 소스 입구가 포함되지 않았을 수 있으므로, 항상 구성 부품을 확인하고 판넬에 올바른 실린더 커넥터가 사용되는지 확인하십시오. 일부 고압 및/또는 유해 가스(산소 포함) 역시 특수 애플리케이션 호스를 사용해야 합니다.

일차 가스 압력 제어 판넬은 일차 감압을 완료하며 소스 가스가 시스템의 다음 단계에 정확한 유량으로 전달되도록 보장합니다. 감압은 1 Stage 압력 레귤레이터 또는 2 Stage 압력 레귤레이터를 통해 이루어집니다. 올바른 입구 및 공급 압력을 정확히 파악하는 것은 어려운 일입니다. 예를 들어, 약 116 psi(8 bar)로 병입되는 암모니아와 4351 psi(300 bar)로 병입되는 질소와 같이 매체 사이의 차이를 고려하는 것이 중요합니다. 한편, 2 Stage 압력 레귤레이터를 사용하는 병의 경우 대부분 하나는 필요 없을 수 있습니다. 이는 비용을 절감할 기회가 될 수 있습니다.

자동 전환 판넬은 한 가스 소스에서 다른 소스로 전환하여 핵심 사용 지점에서 중단 없는 공급을 보장합니다. 이는 두 압력 레귤레이터의 엇갈린 설정값을 통해 수행되므로 기본 가스 소스가 변경되더라도 시스템을 계속 작동할 수 있습니다. 자동 전환 판넬을 활용하면 각각의 병에서 최대한의 가스를 뽑아냄으로써 낭비를 최소화할 수 있습니다. 또한, 전환 작업에서 사람을 배제할 수 있는 자동 전환 시스템을 사용하면 직접적인 노동력을 절감하고 위험을 완화할 수 있습니다.

사용 지점(point-of-use)은 중요한 마지막 제어 단계를 제공합니다. 일반적으로 압력 레귤레이터, 게이지, 차단 밸브로 구성되는 이 서브 시스템은 작업자에게 압력을 쉽고 정확하게 조절할 수 있는 방법을 제공합니다. 일차 가스 압력 제어와 사용 지점 사이에 다양한 라인 압력이 허용되는 경우, 1 stage 압력 레귤레이터를 사용하여 비용과 복잡성을 줄일 수 있습니다.

가스 분배 시스템의 설계 및 조립

적절한 부품 선정, 견실한 설계 및 조립, 지속적인 유지보수는 가스 분배 시스템의 장기적인 신뢰성에 필수적인 요소입니다.

부품 선정

부적절한 부품 선정은 안전하지 않거나 비용이 많이 드는 가스 시스템의 흔한 원인입니다. 광범위한 일반 산업용 피팅, 밸브, 레귤레이터 및 기타 부품이 시판 중임을 고려할 때, 최적의 부품을 선정했는지 확신하기가 어려울 수 있습니다.

예를 들어, 적절한 압력 레귤레이터의 선정 여부는 몇 가지 핵심 특성에 따라 결정됩니다. 적절한 레귤레이터의 특징:

• 시스템의 압력을 다룰 수 있음
• 사용 지점에서 요구에 부합하는 적절한 유량(C_v) 제공
• 정상적인 사용 도중 부식이나 기타 품질 저하가 생기지 않는 호환 재질로 제조됨(이는 시스템의 모든 부품에 해당되는 내용임)

시스템 설계

사려 깊은 시스템 설계 또한 모든 부품이 서로 작동하면서 최적의 시스템 효율과 안전을 제공하도록 보장하는 데 필수적인 요소입니다. 이론상, 잠재적인 누설 지점을 줄이려면 서브시스템에 나사 가공 연결구를 최소화해야 합니다. 또한, 연결구를 직관적으로 사용하고 유지보수할 수 있도록 설계해야 합니다. 가스 판넬에 작동 부품을 명확하게 표시하면 사용을 간소화하고 잠재적인 사용자 오류를 줄일 수 있습니다.

산업용 서브시스템 이외에도, 전체 시스템 설계에 가스 분배 요구 조건의 의도된 목적과 기능을 고려해야 합니다. 이는 새로운 시스템을 구축할 때나 기존 시스템을 수정할 때 모두 적용됩니다. 튜브 경로 지정, 부품 선정 등과 관련하여 일관적이고 잘 고려된 선택을 내리면 더 안전하고 효율적인 시스템에 기여할 수 있습니다.

조립 및 설치

시스템 조립과 설치 도중 오류가 발생하면 불필요한 안전 문제로 이어질 수 있습니다. 가압 전에 잘못된 조립과 함께 부적절한 테스트가 실행되면 시스템의 장기적인 성능뿐만 아니라 작업자와 주변 사람의 안전에도 위협이 될 수 있습니다. 유체 시스템 관련 교육  부족이 조립 및 설치 문제의 핵심 원인입니다 설치를 완료한 후, 시스템을 사용하고 유지보수할 수 있도록 작업자를 올바르게 교육하는 것이 중요합니다.

가스 분배 평가를 통해 어떻게 운영을 개선할 수 있는지 알아보십시오

유지보수

유지보수가 용이한 가스 판넬이라면 추후 유지보수를 상당히 줄이는 데 도움이 됩니다. 레귤레이터와 같은 기본 부품이 뒤쪽이 아니라 앞쪽에 오도록 판넬을 설계하면, 필터를 교체하거나 다른 유지보수 작업이 필요할 때 더 쉽게 접근할 수 있습니다.

레귤레이터에 손쉽게 접근할 수 있다면 다음과 같은 효과가 있습니다.

조건에 따라 30분~2시간의 시간 절약

각 유지보수 간격마다 수천 달러의 비용 절감

새로운 가스 시스템을 설계, 구축, 조립하거나 기존 시스템의 문제를 평가할 때 도움이 필요하다면, 압력 제어 전문 지식을 보유한 유체 시스템 전문가가 지원할 수 있습니다. 또한, 사전 설계되고, 완벽하게 테스트되었으며, 표준화된 서브시스템을 단일 부품 번호로 선정함으로써, 귀사 엔지니어들이 새로운 시스템의 사양을 지정하고 구매하며 학습하는 데 투자해야 하는 시간을 최소화할 수 있습니다. 더불어, 공급업체가 귀사 요구 조건에 따라 필요한 대로 기능을 추가하거나 수정할 수 있게 됩니다.

제삼자 평가는 대규모 시스템 업그레이드 기회를 파악하고, 레귤레이터 크기 지정 및 선정에 대한 정보를 제공하며, 엔지니어링 솔루션의 설계 및 조립을 안내하는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한, 특정 가스 공급 문제에 익숙한 컨설턴트가 새로운 조건에 적합하도록 기존 시스템을 수정하는 방법을 제안할 수 있습니다.

흔히 간과되지만, 가스 공급은 시설의 안전, 효율, 경제적 운영에 핵심적인 부분입니다. 가스 분배 시스템은 더 면밀하게 살펴볼 가치가 있습니다.

가스 분배 시스템 최적화