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[가스분석기] 수분이 많은 곳에서 가스분석기로 배출가스를 측정할 때 수분을 제거하는 방법

가스분석기 수분제거 방법

 

 

 

수분이 많은 곳에서 장시간 연속으로 가스를 측정할 때 문제점

수분 및 응축수를 자동으로 배출하는 수분필터와 Automatic Water darain Pump 가 내장되어 수분 및 응축수를 자동으로 배출하는 시스템이 내장된 GreenLine MK2 와 MK 6000 은 다른 모델의 가스분석기와 달리 장시간 연속으로 사용할 수 있습니다. 다른 모델들은 응축수를 자동 배출하는 이런 기능이 없기 때문에 무조건 연속 측정을 사용할 수가 없습니다. 만약 장시간 사용하면 응축수 역류와 수분으로 인하여 장비 고장은 물론 가스 셀에 수분이 침투하여 가스 셀이 고장이 나서 가스 셀을 사용하지 못합니다. 그리고 수분이 아주 많은 곳에서 연속으로 장시간 가스를 측정할 때는 수분 문제로 인하여 특히, SO2 와 NO2 는 수분에 강한 흡착 현상으로 인해 측정 오차가 많이나며, 측정 반응 속도가 느려지며, 강한 수분 흡착력으로 인해 다른 가스 셀보다 고장이 빨리납니다. 이러한 문제점에 고민된다면 아래와 같은 방법을 선택하여 사용하시면 됩니다.
특히, 굴뚝에서 측정할 때 SO2 또는 NO2 가스가 처음에는 측정되다가 갑자기 측정이 안 될 때, 또는 가스분석기의 측정 화면에는 SO2 농도가 0 ppm 으로 나타나지만 가스 샘플링 프로브를 Stack에서 빼면, SO2 농도의 수치가 나타나는 것은 SO2 농도가 분명히 존재하는 것이지만 측정이 안 되는 것은 가스상의 수분 때문에 나타나는 현상이므로 GreenLine 9000 또는 MK 9000 이외의 장비는 아래와 같은 방법을 사용하면 측정이 잘 됩니다. 단, 조건은 GreenLine MK2 와 MK 6000 같이 응축수를 자동으로 배출하는 2차 수분 펌프 시스템이 내장된 가스분석기에 한하여 가능합니다.

 

 

그림 1

흡수병(얼음)을 이용하는 방법

 


 


 


가스분석기로 가스상 수분과 또는 고온에서 분석할 때에는 가스상 수분과 또는 뜨거운 온도가 가스분석기의 호스로 통과할 때 떨어짐으로 발생할 수 있는 응축수 때문에 특히, SO2, NO2 등 가스 측정에 많은 영향을 받게 됩니다. 즉, 실제 존재하는 가스보다 적게 또는 가스분석기에서 감지를 하지 못할 뿐 아니라 가스 센서에 수분이 침투하여 가스 센서가 고장이 날 수도 있습니다. 이러한 현상을 방지하기 위하여 수분을 제거하여야 하는데 가장 이상적인 방법은 가열식 수분 전처리가 내장된 가스분석기를 사용하는 것이 정확한 측정값을 얻을 수 있지만, 장비의 금액 문제로 인하여 간혹, 흡수병을 이용하거나 실리콘을 이용하는 식으로 수분을 제거한다고 믿고 있는 가스분석기 사용자가 있는 줄 압니다. 그러나 이는 전혀 수분을 제거할 수 없을 뿐 아니라, 단지 응축수가 병에 고이는 역할로, 병에 도달하기 전의 응축된 응축수만 고이고 응축되지 않는 수분은 그대로 가스분석기에 침투하여 가스센서에 도달하며, 실리카는 습기(Humidity)를 없애는 기능이지 응축수(물, Water Vapour)와는 전혀 관계없으며, 오히려 가스를 흡수하여 가스 측정에 방해가 되는 역할을 함으로 실리카를 사용하면 안 됩니다. 참고로 어떤 가스분석기는 응축수를 배출하는 기능을 수분을 제거하는 전처리 장치(Cooler)라고 하는데 이것은 아주 잘못된 것입니다. 반드시 전처리 장치(Cooler)는 가열식 히팅 호스가 있어야 됩니다. 가열식 호스(Heating Hose)가 없는 것은 어떠한 이유라도 원리상 전처리 장치(Cooler)가 될 수 없으므로 이는 Cooler 기능이 아니므로 유의하셔야 합니다.

즉, 히팅 호스가 아니면 이미 호스에서 온도 편차에 의해서 응축수가 발생하기 때문입니다. 모든 가스분석기는 고온이든 저온이든 관계없이 가스를 측정할 때는 Gas Sampling 호스를 지나면서 온도가 떨어짐으로서 가스분석기의 측정 셀 바로 앞 단계에서는 무조건 +5℃ 로 유지되어야만 가스 측정 셀이 가스를 감지하므로 이 원리로 인하여 장비 내부의 가스 셀 전 단계를 +5℃로 유지하도록 모든 가스분석기는 설계되어 있습니다. 이러한 Heating 기능을 전처리, Gas Cooler 또는 Heating 기능이라고 하는 것은 아주 잘못된 이해입니다. 그리고 Heating 또는 Gas Cooler 그리고 Heating Hose와도 전혀 무관한 원리입니다.

또한, 가스분석기에서 매연 농도(Smoke test : 0-9 Scale Index)를 축정할 때는 프로브를 Heating 해 주는 기능이 있는데, 이 Heating 기능은 가스를 측정할 때의 프로브 Heating Cooler 기능이 아니고 매연 농도를 측정할 때 매연이 프로브에 묻지 않기 위한 기능이므로 가스를 측정할 때 수분과 관계되는 Heating 이라고 생각하는 것도 아주 잘못 이해하는 것으로서 Gas Cooler 와는 전혀 다른 개념입니다.

그러나 그림에서 보여주는 것처럼 온도 편차를 위해서 얼음을 이용하면(얼음통 안에 용기를 넣음 또는 냉장고의 냉동실을 이용하면) 수분(응축수)이 가스보다 무거워서 용기의 바닥에 고이게 되고, 얼음의 온도 때문에 더 이상 응축이 생기지 않기 때문에 응축수를 제거할 수 있는 것입니다. 하지만 일단 용기(병)에 가스가 고여 있다가 가스분석기로 들어가기 때문에 실시간 분석이 아니며, 즉 평균값을 보는 것과 같은 효과가 됩니다. 가스는 실시간에 따라 가스 농도가 차이가 나는데, 이를 한 병에 모았다가 측정하는 결과로 인한 현상입니다.


장시간 연속으로 측정할 때

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GreenLine MK2

 

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[ GreenLine MK2의 응축수 자동 배출 시스템 내장 ]

 

 

그림 2

Gas Sampling 호스 전용 Water trap Kit을 이용하는 방법

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수분이 많은 곳에서 가스를 측정할 때 수분을 제거하기 위하여 수분 제거 필터가 내장된 Gas Sampling 호스용 Water trap kit 은 수분이 많은 곳에서 가스를 측정할 때 생기는 응축수를 가스분석기 본체 앞에서 제거하기 위하여 Gas Sampling Hose 후단에 연결하여 사용하는 Sampling Hose 전용 Water trap kit 로서 가스를 측정함에 있어서 제 1차로 수분, 먼지 등을 제거한 후 가스분석기 본체에 Dry Gas를 보내주고, 그리고 제 2차로 본체 안에 내장된 자동 수분제거 시스템인 Automatic Water trap kit 에서 또 다시 수분을 제 2차로 제거하여 자동으로 수분 펌프가 동작하여 응축수를 배출시킴으로서 완벽하지는 않지만, 수분 문제를 해결할 수 있다. 이러한 장점으로 인하여 GreenLine MK2를 비롯한 Eurotron 가스분석기는 타 장비들에는 없는 유일한 이런 기능 때문에 타 장비들과 달리 어떠한 수분의 악조건에서도 연속으로 가스를 측정할 수 있고, 따라서 강한 내구성을 갖춤으로서 가스 센서, 하드웨어 등에서 긴 수명을 가질 수 있는 탁월한 장점인 것이다. 참고로, Gas Sampling Hose 용 Water trap kit 은 반드시 호스 후단에 가스분석기 바로 전에 설치하여야합니다. 그래야만 가스가 호스를 지나면서 충분히 응축이 되어 제거되면서 본체에 수분이 침투하지 않습니다. 만약 프로브 바로 뒤에 설치하면, 프로브는 STACK 의 온도 때문에 뜨거운 상태이기 때문에 응축이 생기지 않으며, 호스 상단에 설치할 경우에도 충분히 응축이 되지 않고 후단에 가서 응축이 발생하면 응축수가 가스분석기 안으로 바로 침투하는 원인이 되기 때문에 반드시 Water trap kit 은 호스 후단에 설치하여야 하는 이유입니다.

이상으로 가장 보편화되고 간단한 방법으로 응축수를 제거하는 방법을 설명하고 있지만, 최상의 가스상 수분, 응축수를 제거하기 위해서는 GreenLine 9000처럼 가열식 Heating Hose 와 전처리 시스템(Peltier Gas Cooler) 시스템이 내장되어 있으면서 응축수를 자동으로 배출할 수 있는 Automatic Water trap 기능이 동시에 내장된 가스분석기를 사용하는 것이 가장 정확한 원리의 시스템이며, 이러한 기능이 있어야 연속 측정이 가능한 것 입니다.

 

 

그림 3

휴대용 가스분석기 수분ㆍ먼지 제거 시스템을 이용하는 방법

 

 

그림 4

가열식 수분 제거 시스템이 내장된 MK 9000 & GreenLine 9000으로 측정하는 방법

 

특히, 굴뚝에서 측정할 때 SO2 또는 NO2 가스가 처음부터 측정이 되지 않거나, 측정값이 현저히 낮게 측정이 될 경우, 혹은 처음에는 측정값이 나타났다가 갑자기 측정이 안 되거나, 가스분석기의 측정 화면에는 SO2 농도가 0ppm 으로 나타나지만 가스 샘플링 프로브를 Stack에서 제거했을 때 SO2 농도의 수치가 나타날 때, 이러한 현상의 경우 SO2 농도가 분명히 존재함에도 불구하고 측정이 되지 않는 것은 가스 상의 수분이나 굴뚝 안의 뜨거운 온도가 가스 샘플링 호스로 흡입되면서 온도 편차에 의해 발생하는 응축수로 인해 나타나는 현상입니다. 따라서, 반드시 Cooling System 기능과 자동으로 응축수를 배출하는 2차 자동 수분 펌프가 내장되고, 자동으로 200℃까지 히팅 되는 가열식 샘플링 호스가 있는 가스분석기를 사용하여야 정확하게 SO2, NO2 를 측정할 수 있습니다.
참고로, Water trap (응축수 트랩)은 이러한 기능과는 전혀 다른 용도로 SO2, NO2를 측정하는데 있어 어떠한 역할도 하지 못합니다. Water trap (응축수 트랩)은 단지, 응축수를 잠시 보관해 주는 용도로써, 측정 중 응축수 배출을 위해서는 사용자가 육안으로 수시로 체크하여, 응축수 트랩을 비워 주어야 하기 때문에 10~20분 이상 연속 측정이 불가능하며, 응축수 배출이 안 될 경우 응축수가 넘쳐 가스 센서 및 장비 고장을 일으키거나 장비에 따라 멈춰버리는 경우도 있습니다.
그러므로, 수분이 많은 곳이나 장시간 동안 실시간으로 연속 측정을 원할 경우
1) Cooling System 기능 내장 + 2) 2차 자동 수분 펌프 내장 + 3) 자동으로 200℃까지 히팅 되는 가열식 샘플링 호스가 있는 가스분석기를 사용하면 수분 문제를 완벽하게 해결할 수 있습니다. 이러한 기능은 전 세계적으로 GreenLine 9000과 GreenLine 9000, IR 9000이 유일합니다.



 

수분을 완벽히 제거하기 위해서 200℃ 가열식 히팅 호스를 사용하려면 이런 시스템에 대한 기본 이론적으로 뜨거운 가스, 수분, 공기 등을 가스분석을 하는 가스 센서 전 단계에서 +5 ℃ dew-point 로 냉각을 시켜줘야 가스분석이 가능하므로 반드시 전자식 Cooling System 이 필요하며, Electric Peltier Cooling System 이 있으면, 또한 반드시 전자식 Cooling Fan (Cooling 냉각팬)이 있어야만 가능한 System입니다.
전자식 Cooling 냉각팬이 없는 것은 이론적으로 Electric Cooling System의 기능이 없다는 뜻이며, 이는 매우 중요한 Point 이므로 쿨링 시스템의 전처리 기능이 필요할 때는 반드시 확인이 필요합니다.

Electric Peltier Cooling System의 기능이 있는 가스분석기는 실내 (실험실, 사무실 등등)에서 장비를 구동시킨 상태에서 가스를 측정을 하지 않아도 전자식 Cooling System에 의해서 냉각이 되기 때문에 Automatic water drain Pump (2차 수분펌프)에 의해서 냉각수가 배출됩니다. 이러한 현상이 발생하지 않으면 Electric Peltier Cooling System 기능이 없는 장비입니다.


GreenLine 9000에 내장된 전자 냉각 방식의 Electronic Peltier Cooling System에 대한 설명

 

 

전자 냉각 방식의 Electronic Peltier Cooling System 의 원리란?
다른 종류의 금속 2개를 접합시켜 전류를 통할 때에 전류의 방향에 따라 그 접합부가 냉각하는 현상을 이용한 원리로서 Peltier Cooling System의 크기가 20×17×14cm이기 때문에 아무리 고온 또는 장시간이라도 바로 가스센서 앞에서 +5℃ 로 냉각시켜 줍니다. 따라서 Cooling System의 용량이 적으면 냉각 기능이 떨어지기 때문에 고온 또는 장시간에서는 냉각 기능의 효과가 떨어지고, 가스와 응축수의 무게를 이용한 타 모델의 Cooler는 특히 NO2, SO2를 측정할 수 없을 뿐 아니라 수분이 침투하여 가스 센서가 고장이 나는 단점을 모두 보완하기 위하여 GreenLine 9000의 Peltier Cooling System은 20×17×14cm의 대용량으로 제작함으로서 이러한 모든 단점을 보완하여 고온 및 장시간에서도 아무 문제없이 가스 측정을 할 수 있는 최고의 Peltier Cooling System입니다. 단, 중요한 사실은 가열식 호스(Heating Hose)가 반드시 있어야만 Cooling System이 필요하다는 것입니다. 일반 검정색 샘플링 호스(Standard Hose)는 호스 내에서 뜨거운 가스가 응축되면서 호스 자체에서 이미 응축수가 발생하여 고이게 됨으로 본체에 있는 Cooling System은 가스 측정에는 아무 의미가 없는 무용지물입니다.

전자 냉각 방식의 Electronic Peltier Cooling System 이 하는 역할은?
가열식 호스를 사용하면 뜨거운 가스가 그대로 가스분석기로 유입되면서 가스를 분석하는 가스 센서가 고온으로 인하여 가스를 분석할 수 없을 뿐만 아니라 가스 센서가 바로 고장이 나며, NDIR 센서는 빛의 파장을 이용한 원리이므로 뜨거운 가스가 NDIR Sensor 에 유입되면서 발생하는 응축수에 의해서 NDIR Sensor의 빛의 파장을 방해하고 또한 센서가 바로 고장나는 것을 방지하기 위해서 Heating Hose에서 나오는 뜨거운 가스를 가스 센서 바로 앞 단계에서 +5℃ 로 가스 온도를 냉각시켜주는 역할을 하는 것이므로 Heating Hose 가 없는 장비에서는 Peliter Cooler 가 아무런 역할을 하지 못하므로 가스 측정에는 무의미한 존재가 되는 것입니다.
GreenLine 9000에 내장된 Peltier Cooling System은 타 메이커에서 Cooling System이라고 하여 적용된 자연히 온도가 떨어지는 자연공냉식의 Cooling System과는 전혀 다릅니다. 이런 자연공냉식 Cooler System은 무거운 응축수는 아래로 떨어져 배출되고, 가벼운 가스는 위쪽의 가스 센서로 유입되어 가스를 측정하는 방식을 사용하기 때문에 연속 측정과 수분 또는 응축수가 많은 곳에는 응축수와 가스를 완전히 분리 또는 배출을 하지 못하므로 Peltier Cooling System 또는 Cooler System이라 할 수 없습니다.
현재, 전세계에서 생산하는 모든 가스분석기 중에서 Peltier Cooling System 기능이 장비 자체에 내장된 가스분석기는 Eurotron 에서 생산하는 GreenLine 9000 만이 유일하게 존재합니다. 혹시, GreenLine 9000 이외의 타 모델에서도 Heating Host 또는 Peltier Cooling System 의 기능이 있다고 한다면, 그것은 장비 자체에 Peltier Cooling System이 내장된 것이 100% 아니고 Ventilation(자연 공냉식 또는 Electric) Dry Cooler 이거나 별도의 Cooling 기능만 있는 별도의 장비를 가스분석기에 서로 연결하여 사용하는 것으로 2대의 장비를 가지고 해야하는 원리로 측정할 때마다 불편하게 2대의 장비를 서로 연결하여 사용하는 방식으로, 이 원리는 Eurotron 에서는 1994년도에 이미 이런 기능(GreenLine MK2 + GreenCooler) 을 국내에 판매하였으나 사용상의 불편과 2대의 장비를 연결하는 호스에서는 Heating이 안 되어 외부의 온도 영향 등으로 인하여 2000년도에 이미 폐기해 버린 구형 방식의 고전적인 방법입니다. 따라서 Peltier Cooling System이 장비 본체 자체에 내장된 가스분석기는 오직 Eurotron에서 생산하는 GreenLine 9000만이 유일하게 존재함으로써, 전세계에서 가장 앞선 최첨단과 최신 기술력의 초정밀 명품 가스분석기입니다.

 

특히, 굴뚝에서 측정할 때 SO2 또는 NO2 가스가 처음부터 측정이 되지 않거나, 측정값이 현저히 낮게 측정이 될 경우, 혹은 처음에는 측정값이 나타났다가 갑자기 측정이 안 되거나, 가스분석기의 측정 화면에는 SO2 농도가 0ppm 으로 나타나지만 가스 샘플링 프로브를 Stack에서 제거했을 때 SO2 농도의 수치가 나타날 때, 이러한 현상의 경우 SO2 농도가 분명히 존재함에도 불구하고 측정이 되지 않는 것은 가스 상의 수분이나 굴뚝 안의 뜨거운 온도가 가스 샘플링 호스로 흡입되면서 온도 편차에 의해 발생하는 응축수로 인해 나타나는 현상으로 전 세계적으로 수분을 완전히 제거하는 시스템이 내장된 가스분석기로는 GreenLine 9000과 GreenLine 9000, IR 9000이 유일하며, 이 외의 장비는 [고객지원] - [기술자료]의 [수분이 많은 곳에서 가스분석기로 배출가스를 측정할 때 수분을 제거하는 방법]을 참고하시어 측정하시기 바랍니다.

 

[GreenLine 9000에 내장된 전자 냉각 방식의 Electronic Peltier Cooling System 모습]


가열식 수분 제거 시스템이 내장된 GreenLine 9000

 

 

 

수분(응축수)이 수분 펌프에 의해서 자동 배출되지 않으면 습식(10분), 건식(20분) 이상 연속으로 측정할 수 없습니다.


수분이 많은 곳에서 장시간 연속 자동 측정 및 온라인 PC 데이터 저장


예시) 질소산화물(NOx)를 측정한다고 할 때 실제로 배출되는 질소산화물(NOx)=150PPM을 배출하는데
이 중에서 실제로 배출되는 일산화질소(NO)=120PPM이고, 이산화질소(NO2)=30PPM이라고 한다면

1. NO 센서만 있는 장비로 측정할 때 NO = NOx = 120PPM을 나타냄(NO2를 측정하지 못하기 때문에)
2. NO 센서와 NO2 컨버터(CONVERT)만 있는 경우 NO(97%)+NO2(3%) = 120PPM+4PPM = 124PPM
3. NO 센서와 NO2 센서가 전부 있는 경우 NOx = NO+NO2 = 120PPM+30PPM = 150PPM이 되므로 정확하게 측정됨.

실제로 NOx를 정확하게 측정해야 하고 NOx(질소산화물)의 개념을 위해서라도 반드시 NO, NO2가 각각 측정이 되어야 한다.

 

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