Process Gas Chromatograph GC8000

플랜트 운영 간소화를 위한 최첨단 가스 크로마토그래프(GC)

공정 가스 크로마토그래프 GC8000은 가스 또는 휘발성 액체의 다성분 혼합물을 개별 성분으로 분리하여 검출하는 최첨단 공정 가스 크로마토그래프(공정 GC)입니다. 새로 개발된 GC 모듈은 다중 동시 분석을 위한 병렬 가스 크로마토그래피, 미세 화학 분야에서 요구되는 고정밀 분석 등 각 성분에 대한 최적의 조건에서 분석이 가능합니다.

주로 수작업으로 일괄 분석을 수행하는 실험실 가스 크로마토그래프(실험실 GC)와 달리, 공정 가스 크로마토그래프는 제조 공정에서 연속 분석을 완전히 자동화합니다. 이는 노동 집약적인 분석, 만성적인 인력 부족, 비용 증가와 같은 문제를 해결하여 보다 효율적인 공장 운영에 기여합니다.

> What are the improvements in plant operation efficiency the Process Gas Chromatograph GC8000 offers?

Yokogawa는 2023년부터 GC8000을 지속적으로 모니터링하고 측정 상태의 변화와 이상 징후를 판독하는 가스 크로마토그래프 AI 유지보수 지원(GCAI)을 제공하기 시작할 예정입니다. AI 분석 결과는 유지보수를 수행하고 문제가 발생하기 전에 문제를 예방하는 데 사용되어 안정적인 공장 운영으로 이어집니다.
> Gas Chromatograph AI Maintenance Support (GCAI)

The GC8000 meets the following needs:

수동 분석과 관련된 일상적인 작업으로부터의 자유
샘플 수집의 불일치 방지
운영 및 유지보수 비용 절감
고정밀 분석에서 재현성 향상

프로세스 가스 크로마토그래프 GC8000은 일반적인 실험실 가스 크로마토그래프보다 플랜트에서 사용하기에 더 적합한 기능을 갖추고 있습니다. GC8000이 플랜트 운영에 제공하는 몇 가지 이점은 다음과 같습니다.

Labor savings through automation of continuous analysis

GC8000은 미세 화학 분야에서 수백에서 수천 ppm 수준의 매우 어려운 측정을 수행할 수 있는 업계 최고의 공정 가스 크로마토그래프입니다. 측정할 사전 설정된 구성 요소의 분석은 완전히 자동화되어 24시간 연속적으로 수행됩니다.

작업장에서 멀리 떨어진 실험실 등에서 사용되는 실험실 가스 크로마토그래프와 달리 GC8000은 제조 공정과 밀접하게 사용되므로 샘플링 및 운송을 포함한 번거로운 수작업 분석이 필요 없어 노동력과 인력을 크게 절감할 수 있습니다. 또한 수작업 분석의 일상적인 작업에서 작업자를 해방하면 더 중요한 분석 작업에 더 많은 시간을 할애할 수 있습니다.

Labor savings through automation of continuous analysis

높은 재현성과 일관성을 통해 품질 향상

일반적인 실험실 가스 크로마토그래프는 혼합물에서 샘플링, 운송, 전처리, 주입 및 분석과 같은 일련의 수작업을 포함합니다. 그러나 최근 몇 년 동안 숙련된 작업자의 수가 감소함에 따라 작업 품질의 변동성과 저하에 대한 우려가 커지고 있습니다.

반면 GC8000은 각 제조 공정별로 성분을 측정하고 적절한 농도를 미리 설정할 수 있어 각 성분의 양을 완전히 자동화되고 연속적으로 분석할 수 있습니다. 작업자의 경험과 지식에 의존하지 않기 때문에 미세 화학 분야에서 요구되는 고정밀 분석의 재현성과 일관성을 향상시킬 수 있습니다. 또한 24시간 연속 분석을 통해 결함 및 불규칙성을 신속하게 감지할 수 있어 공장의 제품 품질 향상에 기여할 수 있습니다.

Improved quality through high reproducibility and consistency

운영 비용 절감 등

제조 공정에서 연속 분석의 완전 자동화는 수작업 분석 및 보고에 소요되는 3교대 노동 비용과 작업 시간을 줄여줍니다. 따라서 GC8000은 중장기적으로 운영 비용 등의 절감에 기여합니다. 분석 빈도가 실험실 가스 크로마토그래피보다 높아 결함 및 불규칙성을 더 빠르게 감지하고 처리할 수 있어 결함 제품 폐기와 관련된 비용을 절감할 수 있습니다.

수동 분석으로 인한 변동성과 지연 시간을 고려하여 실험실 가스 크로마토그래피의 통과 기준을 분석 결과에서 높게 설정하는 경우도 있습니다. 반면에 완전 자동으로 분석을 수행할 수 있는 GC8000은 변동성과 지연 시간으로 인한 위험을 최소화합니다.

Reduction of running costs, etc.

플랜트 전반의 최적화

GC8000은 통합 제어 시스템 및 분산 제어 시스템(DCS)과 연동할 수 있습니다. Yokogawa의 CENTUM VP통합 생산 제어 시스템은 운영 모니터링, 제어, 엔지니어링, 현장 디지털, 보안 등 플랜트 운영과 관련된 다양한 기능으로 구성되어 있습니다. 플랜트 설계부터 운영 종료까지 플랜트의 전체 라이프사이클에 걸쳐 최적의 운영 및 엔지니어링 환경을 제공합니다.

GC8000을 CENTUM VP와 함께 사용하면 제조 공정의 분석 결과를 신속하게 공유하고 장비 제어에 반영할 수 있습니다. 결함 및 불규칙성 발생에 신속하게 대응할 수 있는 능력은 안정적인 제품 품질과 보다 효율적인 유지보수로 이어져 공장 전반의 최적화를 가속화합니다.

About OpreX

OpreX는 Yokogawa의 산업 자동화(IA) 및 제어 비즈니스를 위한 종합 브랜드로, 관련 기술 및 솔루션의 우수성을 상징합니다. 각 카테고리 아래의 제품군과 패밀리로 구성되어 있습니다. 이 제품은 OpreX Measurement 카테고리에 속하는 OpreX Analyzers 제품군에 속합니다.

공정 가스 크로마토그래프 GC8000은 다섯 가지 주요 장점을 제공합니다.

1. 다중 오븐 구조의 고속 분석

High-speed analysis with a multi-oven structure

GC8000은 여러 개의 가스 크로마토그래프가 장착된 것처럼 여러 개의 GC 모듈로 구성하여 단일 시스템을 구성할 수 있습니다. 이를 통해 분석 시간을 단축하고 고객의 요구에 맞춘 기기를 유연하게 구성할 수 있습니다.

GC 모듈은 밸브, 컬럼, 검출기 등으로 구성되며 독립적인 분석 주기, 오븐 온도 등도 가능합니다. 따라서 병렬 가스 크로마토그래피를 사용하여 여러 구성 요소를 동시에 분석할 수 있을 뿐만 아니라 복잡한 애플리케이션을 더 작은 단위로 나누어 최적의 조건에서 분석할 수 있습니다.

2. 터치 패널로 작동 개선

GC8000은 조작과 유지보수가 용이하도록 그래픽 디스플레이가 장착된 대형 12인치 컬러 터치 패널을 갖추고 있습니다.

화면을 터치하기만 하면 현장에서 분석 파라미터와 결과를 쉽게 확인할 수 있습니다. 개요 화면에 중요한 파라미터와 트렌드 데이터가 선명하게 표시되어 기기의 측정 상태를 쉽게 파악할 수 있습니다. 또한 시스템 구성이 그래픽으로 표시되어 GC8000을 처음 사용하는 사용자도 쉽게 이해할 수 있고 조작 및 숙련도에 소요되는 시간도 단축됩니다.

3. 유연하고 안전한 네트워킹

통신 네트워킹을 위해 GC8000은 이더넷 연결이 기본으로 장착되어 있습니다. 이를 통해 PC를 통해 GC 워크스테이션과 분산 제어 시스템(DCS)으로 유연하고 안전하게 데이터를 전송할 수 있습니다. 네트워크 중복성도 지원됩니다.

Modbus TCP/IP 프로토콜을 사용하기 때문에 많은 경우 DCS 장치에 연결하기 위해 통신 게이트웨이가 필요하지 않습니다. 이는 네트워크 구성을 단순화할 뿐만 아니라 잠재적인 통신 장애 위험도 줄여줍니다. 직렬 Modbus 게이트웨이가 필요한 통신 시스템의 경우 Yokogawa의 ASGW가 사용됩니다.

GC Workstation Configuration Diagram

PCAS Analyzer Server:여러 가스 크로마토그래프에서 데이터를 수집하고, 호스트 시스템과의 명령 제어 및 데이터 통신을 수행합니다.

ASET Engineering Terminal:
분석기 서버를 통해 여러 가스 크로마토그래프에 연결합니다. PC를 통해 분석기 모니터링 및 유지보수를 수행합니다.

ASGW Analyzer Server Gateway:
여러 가스 크로마토그래프와 호스트 시스템 사이의 게이트웨이.

Gas Chromatograph AI Maintenance Support (GCAI):
AI가 탑재된 소프트웨어는 GC8000의 가스 크로마토그램을 지속적으로 모니터링하여 정상 상태에서 벗어나는 징후를 감지하고 측정 피크의 미래 분리 상태를 예측합니다.

4. 최첨단 유지보수 소프트웨어를 통한 안정적인 예방 유지보수

Illustration of GCAI detection

가스 크로마토그래프 AI 유지보수 지원(GCAI)은 GC8000의 신뢰성을 향상시키고 모니터링 데이터를 기반으로 예방적 유지보수를 가능하게 하는 유지보수 소프트웨어입니다.

특히 GCAI는 크로마토그램의 지속적인 모니터링을 통해 예측 탐지를 달성하기 위해 AI를 활용합니다. GCAI를 기반으로 구축된 머신러닝 모델은 크로마토그램의 이상 징후(이상)를 실시간으로 감지하여 해당 인력에게 통보합니다. 이를 통해 측정 피크의 분리 상태 변화에 따라 부품 및 컬럼 교체와 같은 유지보수 방안을 계획할 수 있어 신뢰성 높은 예방 유지보수를 보장하는 데 도움이 됩니다.

*GCAI 운영을 위해서는 PCAS analyzer server software가 필요합니다.

> Gas Chromatograph AI Maintenance Support (GCAI)）

5. 매우 정확하고 신뢰할 수 있는 프로세스 분석

Yokogawa는 50년 이상 매우 정확하고 신뢰할 수 있는 공정 가스 크로마토그래피를 지속적으로 제공해 왔습니다. GC8000은 풍부한 경험과 전문 지식을 축적한 검출기 및 밸브와 같은 핵심 부품을 계속 사용하고 있습니다. 이를 통해 안심하고 매우 신뢰할 수 있는 사용이 가능하며, 기존 Yokogawa 제품과 서비스 가능한 부품을 공유할 수 있습니다.

또한 다양한 종류의 오븐을 결합하면 분석을 최적화하고 애플리케이션을 쉽게 확장할 수 있습니다. 고객의 분석적 요구를 충족하기 위해 GC 모듈과 오븐의 조합을 최적화하면 복잡한 분석도 간소화할 수 있어 서비스성이 향상됩니다.

Oven temperature control

뛰어난 오븐 온도 제어 기술 덕분에 GC8000은 가혹한 작동 환경에서도 뛰어난 반복성과 장기적인 안정성을 제공합니다.

등온 오븐의 팬은 설정 온도에 비해 실내 공기를 균일하게 교반하여 세계 최고 수준의 온도 제어를 달성합니다. 또한 등온 오븐에는 안정적인 캐리어 가스 흐름을 보장하기 위해 감압 밸브도 설치되어 있습니다.

Detectors

Example of chromatogram with TCD

GC8000은 또한 검출기에 혁신적인 기술을 사용합니다.

열전도도 검출기(TCD)는 세계에서 가장 높은 감도를 가지고 있으며, 수 ppm 수준에서 측정하는 데 자주 사용됩니다. 그렇지 않으면 수소 불꽃 이온화 검출기(FID)를 사용해야 했습니다. 수소 불꽃 이온화 검출기(FID)는 우수한 장기 안정성을 제공하며, 공기-연료 비율을 변경하지 않고도 버튼을 눌러 점화할 수 있습니다.

6.A New Platform for DX Solutions

GC8000 타입 6의 내장 무선 LAN 포트* 옵션을 통해 현장의 위험 지역에서 Ex 태블릿 PC를 사용하여 GC를 작동할 수 있습니다.
태블릿 PC의 엔지니어링 터미널은 HMI보다 더 유용한 기능을 제공합니다. 여기에는 분석 서버에 연결하고, 과거 데이터를 확인하고, 네트워크 내의 GC8000을 모니터링하는 기능이 포함됩니다.

화상 통신 도구를 사용하여 태블릿 PC를 통해 원격 전문가의 실시간 지원도 받을 수 있습니다.
유지보수 기록 및 기타 서비스 참조에 대한 접근성도 가능합니다.

*미국, 중국, EU에서 무선 LAN 포트를 사용할 수 있습니다. 다른 지역에서는 원격 데스크톱을 사용하는 대체 솔루션을 사용해야 합니다.

Specifications

A summary of the Process Gas Chromatograph GC8000’s specifications is presented below.

Measurable objects	Gases or volatile liquids (400°C or lower boiling point)
Analysis method	Gas chromatography
Measurable range	TCD: 1 ppm to 100% MTCD: 1 ppm to 100% FID: 1 ppm to 100% FID with methanizer: 1 ppm to 0.1% FPD: 1 ppm to 0.1%
Number of components to be measured	Maximum of 999 (total number of components in all streams including calibration standard sample stream)
Analysis period	Maximum of 21600.0 seconds (six hours)
Number of streams to be measured	Maximum of 31 (including calibration standard sample stream)
Material of sample-contact parts	RV: 316SS, Hastelloy-C, Rulon, PTFE (Teflon, Bearee) LSV: 316SS, Hastelloy-C, Rulon, PTFE (Teflon, Bearee), Glass, Fluororubber (Viton), perfloroelastomer (Kalrez)
Repeatability	Depends on analysis conditions. Gas sample: ±1% of full scale for measuring ranges (2σ) Liquid sample: ±2% of full scale for measuring ranges (2σ)

Analyzer

Type of protection	Pressurized enclosure, flame proof enclosure, increased safety, intrinsic safety and type of protection Certification standard: TIIS, FM, CSA, ATEX (DEKRA), IECEx (DEKRA), NEPSI TIIS: Ex pd IIB+H₂ T1 to T4 FM/CSA: Type X Pressurization and Explosionproof for Class I, Division 1, Groups B, C and D. T1 to T4 Type X and Y Pressurization for Class I, Division 1, Groups B, C and D. T1 to T4 ATEX： II2G Ex db pxb IIB+H₂ T1, T2, T3 or T4 Gb II2G Ex db ec ic nC pxb pyb IIB+H₂ T3 or T4 Gb IECEx： Ex db pxb IIB+H₂ T1, T2, T3 or T4 Gb Ex db ec ic nC pxb pyb IIB+H₂ T3 or T4 Gb NEPSI： Ex db pxb IIB+H₂ T1, T2, T3 or T4 Gb Ex db ec ic nC pxb pyb IIB+H₂ T3 or T4 Gb
Protection degree of enclosure	Type 3R (ANSI/UL 50E, CSA C22.2 No. 94.2) 、Equivalent to IP54 (IEC 60529) (dust and water resistant structure)
Ambient condition during operation	-10 to 50°C, 95 % RH or less (no condensation) Depends on analysis conditions.
Weight		Wall-mounting version	Self-standing version
	Type 1	Approx. 100 kg	Approx. 140 kg
	Type 2	Approx. 155 kg	Approx. 190 kg
	Type 3	Approx. 200 kg	Approx. 220 kg
	Type 4	Approx. 140 kg	Approx. 170 kg
	Type 5	Approx. 175 kg	Approx. 195 kg
	Type 6	Approx. 85 kg	-

Isothermal Oven / Programmed Temperature Oven

Volume	Large isothermal oven: Approx 45 L, Isothermal oven: Approx 31 L
Oven temperature range	Type1 to 5 : 55 to 225°C Type 6 : 55 to 135°C (Temperature can be set in one-degree step.)
Temperature stability	±0.03°C* *Reference value
Temperature control	PID

Input and Output

Analog Input/Output	Maximum of 16/Maximum of 32
Contact Input/Output	Maximum of 32/Maximum of 20
PC communication	Ethernet communication
DCS communication	RS422 Protocol: MODBUS, Y-Protocol, BTU for Japan Ethernet communication Protocol: Modbus/TCP

Utility

Power supply	Type 1, 2, 3, 5, 6: 100/110/115/120/200/220/230/240 V AC, ±10%, 50/60 Hz ±5% Type 4: 200/220/230/240 V AC, ±10%, 50/60 Hz ±5% Note: Depends on analysis conditions. Protection devices, such as a breaker, are required to avoid overcurrent.
Maximum rated power	Type 1: 0.8 to 1.6 kVA, Type 2: 1.4 to 2.9 kVA, Type 3: 2.0 to 4.3 kVA, Type 4: 1.7 to 3.7 kVA Type 5: 1.9 to 3.0 kVA, Type 6: 0.8 to 1.2 kVA
Instrument air	Pressure: 350 to 900 kPa, 500 to 900 kPa (with FPD) 350 to 900 kPa (Programmed temperature oven without cooler), 500 to 900 kPa (Programmed temperature oven with cooler) Maximum flowrate: Type 1: 140 L/min, 440 L/min (with FPD) (280 L/min typ. at Tamb=25℃) Type 2: 210 L/min, 510 L/min (with FPD) (340 L/min typ. at Tamb=25℃) Type 3: 280 L/min Type 4: 210 to 600 L/min (depends on specifications) Type 5: 210 L/min, 510 L/min (with 1 FPD)(340 L/min typ. at Tamb=25℃) , 870 L/min (with 2 FPDs)(550 L/min typ. at Tamb=25℃) Type 6: 70 L/min typ. (85 L/min max)
Carrier gas	Types: H₂, N₂, He, or Ar Purity: Measuring range from 0 to 50 ppm or more: 99.99% minimum (water: 10 ppm or less, organic components: 5 ppm or less) Measuring range from 0 to less than 50 ppm: 99.999% minimum (water: 5 ppm or less, organic components: 0.1 ppm or less) Pressure: H₂: 500 ±20 kPa (to meet explosion-proof requirements, install a separate pressure reducing valve and supply at 500 kPa) Other than H₂: 400 to 700 kPa Consumption: 60 to 300 mL/min per oven

공정 가스 크로마토그래프로 지원되는 산업 Application

공정 가스 크로마토그래프 GC8000은 다양한 유형의 제품 품질 보증 및 생산 시설의 유지보수 및 제어에 사용할 수 있습니다.

Chemical

화학 공장은 화학 반응과 관련된 제조 공정을 통해 다양한 물질을 생산합니다. 최근 몇 년 동안 고기능성과 고부가가치를 특징으로 하는 미세 화학 분야에 대한 수요가 계속 증가하고 있습니다. 그러나 이러한 화학 물질의 복잡한 구성으로 인해 제조 과정에서 고급 공정 제어가 필수적입니다.

화학 공장에 사용되는 가스 크로마토그래프는 다양한 물질을 처리하고 고정밀 분석을 제공하며 다른 기기와의 인터페이스를 통해 실시간 제어를 제공할 수 있을 만큼 유연해야 합니다. 최신 기술 발전으로 공정 가스 크로마토그래프는 이러한 요구 사항을 충족할 수 있게 되었으며 점점 더 많은 화학 공장에 설치되고 있습니다.

예시 application: 알코올, 알데하이드, 에스테르, 비닐, 할로겐화물, 페놀, 고리형 올레핀

Petrochemicals

석유화학 산업은 플라스틱, 세제, 비료, 농약 등 다양한 일상용품에 사용되는 화학 물질을 생산합니다. 이 산업에서 가장 큰 부문은 현대 사회 전반에 걸쳐 광범위하게 사용되는 다양한 플라스틱 및 합성 수지의 생산입니다. 플라스틱과 합성 수지는 화합물을 중합하여 긴 분자 사슬을 형성하여 만들어집니다.

석유화학 산업에서 사용되는 공정 가스 크로마토그래피는 감지하기 어려운 화합물을 분석해야 합니다. 일반적으로 이러한 분석기는 고감도 검출기, 첨단 컬럼 기술, 특수 하드웨어 및 신소재를 결합하여 제작됩니다.

예시 application: 에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, BTX, 부타디엔, 염화비닐, 스티렌, 알코올, 알데히드, 에스테르, 아세트산비닐

Petroleum refining

정유소에서 생산되는 휘발유는 자동차의 동력원으로서 현대 사회의 발전을 뒷받침해 왔습니다. 정유소는 원유에 포함된 소량의 천연 휘발유를 분리한 다음 남은 화학 물질을 반응시켜 휘발유로 전환합니다. 예를 들어 화학 물질 옥탄은 정유소의 알킬화 단위에서 두 개의 C4 분자를 서로 반응시켜 생산됩니다. 분자량이 너무 커서 휘발유에 사용할 수 없는 성분은 다른 장비에서 제거한 다음 촉매 분해 또는 열분해를 통해 분리합니다.

이러한 화학 반응은 동시에 일어나기 때문에 온라인 모니터링과 제어가 매우 중요합니다. 실제로 공정 가스 크로마토그래프는 정유소에 대규모로 설치되어 있습니다.

예시 Application: 증류점 분석, PINA/PIONA 분석, FCC, 황 회수

Natural gas

천연가스 가공에 종사하는 산업은 매일 소비되는 대량의 천연가스를 공급할 책임이 있습니다. 이 과정에서 공정 가스 크로마토그래피를 사용하여 BTU 값과 가스의 조성을 모니터링합니다.

천연가스 처리 산업의 요구 사항은 다른 산업과 매우 다릅니다. 분석적 측면은 비교적 간단하지만 환경적 요구 사항이 매우 까다롭습니다. 또한 천연가스를 모니터링하는 분석기에서 멀리 떨어진 곳에 모니터링 인력이 배치되는 경우가 많고 분석기가 넓은 지역에 설치되어 있어 원격 통신이 필요합니다.

분석 애플리케이션: BTU 분석

Environmental monitoring

환경 모니터링 시장은 안전한 작업 환경을 조성하고 산업이 환경에 미치는 영향을 최소화할 필요성에 따라 성장해 왔습니다. 화학물질로 인한 사고 및 유출을 방지하고 유해 물질이 안전하고 안정적으로 폐기될 수 있도록 모니터링이 필요합니다.

공정 가스 크로마토그래프는 폐수, 대기, 물, 화학 공정의 일부 오염 물질을 자동으로 모니터링하는 데 사용됩니다. 환경 모니터링 시장의 공정 가스 크로마토그래프는 엄격한 환경 기준을 정확하게 판단할 수 있어야 하며, 여러 현장에서 측정하고 데이터를 기록할 수 있어야 합니다.