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현장 압력 교정에서 측정 정확도 향상과 비용 절감 

이 백서는 현장 교정 응용 분야에서 전통적인 방법보다 질소를 사용하여 교정함으로써 비용 절감 가능성을 조사합니다. 질소의 특유의 비활성, 안정성, 정밀성 등의 특성을 활용하면

기술자들이 더 정확하고 일관된 교정 결과를 얻을 수 있으며, 전통적인 유압 핸드 펌프 교정과 관련된 유지 보수 비용, 가동 중지 시간, 운영 비효율성을 줄일 수 있습니다.

소개

현장 교정은 다양한 산업 부문에서 압력 측정 기기의 정확성과 신뢰성을 보장하는 데 중요한 역할을 하며, 교정 장비의 선택은 시간이 지남에 따라 운영 비용에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 전통적인 방법을 면밀히 검토하면 수많은 오류와 실수가 발생할 수 있는 잠재성이 드러나며, 이는 측정 정확성을 저하시켜 테스트 지연이나 비용이 많이 드는 가동 중단을 초래할 수 있습니다. 유압 핸드 펌프는 파이프라인, 석유 및 가스 웰헤드, 유압 시스템 및 고압 생성 및 유지를 필요로 하는 산업 공정에서 현장 테스트를 위한 가장 일반적으로 사용되는 압력 생성 도구입니다. 유체 변위를 원리로 작동하여, 오일 또는 물을 압축하여 유압을 생성함으로써 10,000 psi 이상의 압력 수준에 도달할 수 있으며, 이는 교정에 사용되는 제어 및 조정 가능한 압력 출력을 제공합니다. 그러나 유압 압력 펌프에 의존함으로써 정확도에 영향을 미치고 유지 보수에 시간이 많이 소요되는 비효율성이 발생할 수 있습니다. 이러한 문제는 질소 압력 조절기를 사용함으로써 회피할 수 있습니다.

현장 압력 시험에서의  일반적인 도전 과제

압력 생성의 불안정성 

안정된 압력은 기기를 정밀한 운영 사양에 맞추기 위한 기초를 형성하며, 신뢰할 수 있는 데이터 수집과 분석을 위한 일관된 반복 가능한 결과를 가능하게 합니다. 그러나 현장 환경에서 안정된 압력을 유지하는 것은 여러 중요한 도전 과제를 안겨줍니다. 

단열 효과

단열 효과는 유채로 채워진 시스템 내 작은 공기 주머니의 급격한 온도 변화 및 유압 유체 자체의 점진적인 변화로 인해 목표 압력에서 즉시 벗어나는 현상을 특징으로 합니다. 실제적인 의미에서, 유압 펌프 내의 액체가 압축될 때 빠르게 가열되지만, 압력 점이 도달되고 펌핑이 멈추면 액체가 즉시 냉각되어 압력이 뚜렷하게 감소합니다. 이는 유체의 밀도, 점성 및 기타 특성에 영향을 미칠 수 있으며, 결과적으로 압력 출력의 안정성과 정확도에 영향을 줄 수 있습니다.

수압 감소는 누수(LEAK)인가 아니면 단열(ADIABATIC) 효과인가?

- 단열 효과와 누수 간의 주요 차이점은 압력 변동 패턴에 있습니다.

단열 효과에서는 압력 감소가 두드러지게 높게 시작하여 점차 감속되고 마침내 안정화됩니다 (녹색 선).

반면, 누수에서는 시간이 지나도 압력 감소가 일정하고 선형적으로 유지됩니다 (파란 선).

부피 변화 

유압 시스템 내의 최소한의 부피 변화도, 예를 들어 누출로 인한 유체의 이동, 압력의 눈에 띄는 하락을 초래할 수 있습니다. 파손된 씰, 느슨한 연결 등과 같은 문제가 있든, 누출은 시스템 내의 유체 부피를 감소시키고, 따라서 유압 유체가 발생시키는 압력도 비례적으로 감소시킵니다. 단 한 방울의 유체 누출도 특정 상황에 따라 최대 500 psi 이상의 중대한 압력 감소를 초래할 수 있습니다.

장비 제한

히스테리시스는 입력 변화에 대한 측정 시스템의 느린 반응으로, 적용된 압력과 출력 읽기 간에 지연을 초래할 수 있습니다. 압력이 점진적으로 증가한 후 감소하면 출력 읽기가 입력 압력과 즉시 일치하지 않을 수 있으며, 이는 압력 측정의 불안정성을 초래할 수 있습니다. 특히 출력 읽기에 따라 조정이 이루어지는 경우 더욱 그렇습니다. 또한, 기계적 마모, 닳은 씰, 손상된 구성 요소, 공기 포집, 유체 캐비테이션, 또는 부족한 시스템 감쇠로 인해 불안정성이 발생할 수 있습니다.

환경 조건 

석유화학, 공공 시설 및 에너지와 같은 산업에서의 보정은 종종 불규칙하거나 극단적인 날씨 조건에서 진행됩니다. 이는 뜨거운 열, 높은 습도, 그리고 얼어붙는 비 또는 눈을 포함합니다. 유압 유체는 온도 변화에 민감하며, 이는 점도와 열팽창 특성을 변경할 수 있습니다. 온도가 변화함에 따라 유체의 밀도와 유동 특성이 변하게 되며, 이는 유압 구성 요소의 성능에 영향을 미칩니다. 일관되지 않은 유속은 압력 출력의 변동을 일으켜 보정 시험의 안정성, 반복성, 정확성을 저해할 수 있습니다. 

인간의 실수 

사용자의 기술, 힘, 일관성의 차이는 압력 출력에서의 변동이나 진동을 일으킬 수 있으며, 이는 측정의 정확성을 저해하고 불확실성을 초래할 수 있습니다. 일관되지 않은 펌핑 속도, 제어 장치의 부적절한 다루기, 압력 게이지의 잘못된 읽기는 모두 인간의 실수의 일반적인 원인입니다. 경험이나 교육 부족으로 인해 단열 효과의 영향을 줄이기 위한 조치가 항상 취해지지는 않습니다. 게다가, 유압 펌프를 기동 시키는 것은 교정 과정에서 중요한 단계이지만 종종 간과되거나 부적절하게 실행됩니다. 적절한 기동은 특정 절차와 기법을 준수하여 시스템이 완전히 유체로 충전되고 공기가 없음을 보장하는 것을 필요로 합니다. 이러한 사항들은 교육 프로그램에서 충분히 전달되지 않거나 강조되지 않을 수 있습니다. 결과적으로 기술자들은 이 중요한 단계에서 어려움을 겪으며, 압력 생성과 교정 결과의 불일치가 발생할 수 있습니다.  

유체 역학과 점성

핸드 펌프에서 사용되는 유압 유체의 점도는 압력 생성의 역학에 중대한 영향을 미칠 수 있습니다. 유체 점도의 변화로 인한 유동 패턴의 변화는 교정 중 안정된 압력 읽기를 달성하는 데 걸리는 시간에 영향을 줄 수 있습니다. 높은 점도의 유체는 펌프 작동 변화에 느린 반응을 보일 수 있어 압력 증가나 감소에 지연을 초래할 수 있으며, 점도의 감소는 더 빠른 압력 증가를 초래할 수 있습니다. 적절한 점도 등급의 유체를 선택하면 일관된 유동 행동과 압력 생성을 유지하는 데 도움이 될 수 있지만, 이는 항상 가능하지 않습니다. 예를 들어, 기술자들이 추운 기후에서 가스 파이프라인에 압력 변환기를 테스트해야 할 때, 교정 후에도 남아 있는 작은 양의 유체로 인해 변속기가 손상되지 않도록 저항력이 높은 유체를 선택해야 합니다. 전통적으로 에틸렌 글리콜과 알코올이 이에 해당하며, 이들 유체는 매우 낮은 냉동점을 가지고 있지만, 교정에는 이상적이지 않을 수 있으며,  유압 펌프 씰 손상을 초래하여 압력 불안정성과 교정 정확도를 저하시킬 수 있습니다.

오염과 유지 보수 

유압 시스템은 흙, 오물, 녹, 또는 입자 물질과 같은 외부 입자의 오염에 취약합니다. 이러한 물질들이 펌프 내부에 축적되어 유체 유동에 차단이나 제한을 일으킬 수 있습니다. 이는 일반적인 문제로, 펌프 내부의 피스톤, 밸브, 씰 등의 이동 부품 사이에서 마찰이 증가하게 하여 효율성 감소, 압력 손실, 그리고 교정 중 압력 생성의 정확도 감소를 초래할 수 있습니다. 오염물질은 시간이 지남에 따라 씰과 O링의 무결성을 저해하여 누출과 유체 유실을 초래할 수 있으며, 이로 인해 압력 감소, 일관되지 않은 압력 출력, 압력 수준 달성 및 유지의 어려움이 발생할 수 있습니다. 오염의 지속적인 위협으로 인해 예방적인 유지 보수가 중요하며, 유압 핸드 펌프를 잘 유지하기 위해 다운타임을 최소화하는 것이 필수적입니다. 교정 전후에 적절한 플러싱과 퍼징 절차가 필요하여 유압 시스템을 철저히 청소할 수 있으며, 마모와 손상을 확인하기 위한 정기적인 윤활과 주기적인 점검도 필요합니다.

부정확성 완화를 위한 압축 질소 압력의 장점

압축 질소 압력 제어는 안정된 압력 조절, 예측 가능한 가스 역학, 그리고 최소한의 유지보수 요구 사항을 포함하여 현장 교정 응용에서 매우 유리하고 경제적인 대안으로 여겨집니다. 이로 인해 더 정밀하고 효율적인 교정 작업이 가능하며 시간이 지남에 따라 상당한 비용 절감 효과를 가져옵니다.

오염의 지속적인 위협으로 인해 예방적인 유지 보수가 중요합니다. 이는 유지보수 다운타임을 최소화하여 유압 핸드 펌프를 좋은 작동 상태로 유지하는 데 필수적입니다.

안정된 압력 공급원

압축된 질소는 정밀 수동 컨트롤러와 결합할 때 즉각적인 압력 반응을 제공합니다. 조절된 압축 질소는 다양한 온도와 압력 범위에서 일관된 특성을 나타내어, 전형적인 현장 보정 상황에서 이상적인 시험 압력 공급원으로 적합합니다. 온도 변동과 고도 변화의 영향을 완전히 제거하는 것은 아니지만, 일반적인 보정 조건에서 질소의 밀도와 압축성은 비교적 안정하며, 유압 압력 공급원과 비교해 영향이 훨씬 작고 예측 가능합니다. 질소 압력 컨트롤러는 움직이는 부품이 적어 기계적 문제로 인한 예상치 못한 압력 변동 가능성이 줄어들며, 테스트 대상 장비의 제로 압력부터 전체 압력까지와 긴 시간 동안 안정된 압력 출력을 유지할 수 있어 일관된 보정 결과와 향상된 정확성을 보장합니다. 조절된 질소를 사용하면 다양한 시험 포인트 간의 전환도 원활하게 이루어지며, 다중 포인트 보정 중 과도한 압력 초과나 히스테리시스 오류 발생 위험을 최소화합니다.

정밀 제어 vs 물리적 힘

유압 압력은 압력 공급원으로 사용될 때 평평한 저울에 모래를 푼 것과 유사합니다. 모래는 처음에는 압력을 제공하지만, 일부 모래가 가장자리에서 빠져나가면 압력이 감소하여 더 많은 모래가 필요할 수 있습니다. 마찬가지로 시스템에 유압 압력을 가할 때 초기 압력 측정은 분자들의 갑작스러운 압축으로 발생하는 열에 영향을 받습니다. 열이 흩어지면 압력이 감소하게 되어 시스템에서 오인 읽기나 유출이 발생할 수 있습니다. 유압 압력은 진정된 측정을 하기 전에 온도에서 안정화되어야 합니다. 반면, 압축 질소는 탱크에서 처음 압축될 때 이미 급격히 압력이 증가했습니다. 이러한 과정은 이미 과거에 일어난 것이기 때문에, 안정화된 압력의 적용은 조정이나 안정화가 필요하지 않습니다. 이는 나중에 조정할 필요 없이 정확한 양의 모래를 용기에 추가하는 것과 유사합니다. 수동 질소 압력 조절기는 단순히 극도로 정밀하게 필요한 압력을 조절합니다. 

유지 보수 감소 

모든 교정 장비는 적절한 작동과 보정 정확도를 보장하기 위해 정기적인 유지 관리가 필요하지만, 더 간단한 기계적 설계와 오염 가능성이 적은 특성으로 인해 질소 제어 장치는 서비스와 수리 시간을 상당히 절약할 수 있습니다. 보통 교정 목적으로 사용되는 질소 가스는 고순 도로, 종종 99.9%를 초과하여 제공되며, 이는 질소 가스 자체가 보정 시스템에 오염 물질을 도입하지 않음을 보장합니다. 이는 이네르트 가스로 대부분의 물질이나 물질과 반응하지 않으며, 민감한 보정 장비의 오염이나 부식 위험을 제거하고, 보정 절차 중의 압력 측정의 무결성을 보장합니다. 질소 제어 장치를 최적의 상태로 유지하기 위해 일반적으로 누설, 밸브 기능, 청결도에 대한 정기 점검이 충분합니다. 반면, 핸드 펌프는 유체 관리와 관련된 더 많은 유지 관리가 필요하며, 이는 자주 기름 교환 및 처분, 필터 교체, 시스템 청소, 밀봉 무결성, 구성 요소 마모와 관련된 것입니다.

모든 교정 장비는 적절한 작동과 교정 정확도를 보장하기 위해 정기적인 유지 보수가 필요하지만, 간단한 기계 설계와 오염 가능성이 적은 질소 제어장치는 서비스와 수리 시간을 상당히 단축시킵니다. 

비용/시간 비교 

현장 교정에 있어 압축 질소 압력 제어 장치와 유압 핸드 펌프의 비용과 시간적 영향을 고려할 때, 전자의 장점이 명확해집니다. 압축 질소를 사용할 경우 초기 투자 비용은 일반적으로 더 높습니다. 평균적으로 완전한 교정 키트는 $2,000에서 $4,000에 이르며, 이에 비해 유압 핸드 펌프는 $1,000에서 $2,000 사이입니다. 그러나 시간이 지남에 따라 증가하는 유지 보수 및 다운타임 비용이 이러한 혜택을 상쇄할 수 있습니다. 유체 관리, 기름 교환 및 시스템 청소는 일반적으로 연간 추가 비용으로 약 $1,000에서 $2,000에 이릅니다. 펌프를 유지 보수하는 각 단계는 다운타임을 초래하며, 교정 작업을 방해하고 운영 효율에 영향을 미칠 수 있습니다. 유압 핸드 펌프를 사용한 전체 교정 과정은 테스트의 복잡성에 따라 최대 20분이 소요될 수 있습니다. 반면, 규제된 질소를 압력 원천으로 사용하는 경우 보다 단순화된 설치, 더 정밀한 압력 제어 및 빠른 압력 안정화로 인해 테스트 당 최대 5분의 시간을 단축할 수 있습니다. 시간당 $30의 비용으로 계산하면, 보정 당 약 $2.50을 절약할 수 있습니다. 기술자가 하루 평균 20회의 보정을 수행하는 경우, 기업은 압축 질소 사용으로 매월 약 $1,000을 절약할 수 있습니다.

결론 

유압 핸디 펌프는 현장 교정에 효과적인 압력 생성 도구이지만, 그들은 정밀성과 정확도를 저해하는 여러 내재적 운영 효율성을 가지고 있으며, 잠재적 다운 타임과 인건비 증가를 초래할 수 있는 높은 유지 보수 수준을 필요로 합니다. 압축 질소 장치로 전환함으로써 교정 기술자는 이러한 도전 과제를 극복하고 우수한 보정 정밀도를 달성할 수 있습니다. 고압 안정성, 예측 가능한 가스 역학, 그리고 최소한의 유지 보수 요구 사항으로 인해 질소 제어 장치는 현장 정 프로세스를 최적화하고 전체 비용을 줄이려는 기업에게 매력적이고 경제적인 대안을 제공합니다. 

 

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