(사)한국에너지기술인협회/이대철 교수
제2장 : 스팀의 사용
6. 스팀 유량계 선정을 위한 고려 사항, 설치 그리고 활용
6.1 밀도 보상
이상적인 조건에서 스팀 배관의 압력은 절대적으로 일정하게 유지되어야 한다. 그러나 불행히도 부하 변동, 마찰 압력 손실, 압력 변화에 영향을 주는 모든 공정 변수들 때문에 이와 같은 경우는 거의 없으며, 어떤 경우에는 압력 변화가 상당히 심하다.
정확하게 질량 유량(또는 에너지량)을 측정하기 위해서 반드시 압력 및 온도 변화를 고려해야 한다. 스팀은 통상 질량 기준으로 비용을 계산하기 때문에(즉 톤당 비용) 사용자에게는 질량 유량계가 더 유용하다.
유량 측정 지점에서 스팀 압력이 절대적으로 일정하게 유지되지 않으면 스팀의 밀도는 압력이 변동함에 따라 변한다. 따라서 소위 밀도 보상을 위하여 스팀 밀도를 결정할 필요가 있다. 온도 또는 압력을 측정하여 밀도를 계산하므로, 스팀의 온도와 압력과 함께 체적 유량을 측정한다.
스팀 밀도는 온도와 압력 조건으로부터 결정되며, 체적유량(Qv)에 밀도(ρ)를 곱하여 질량유량을 구한다.
Qm(kg/s)=ρ(kg/㎥)×Qv(㎥/s)
밀도 보상이 이루어지지 않으면 부정확한 질량 측정을 피할 수 없다. 예를 들어 온도가 1℃ 변화하면 측정 오차가 2%가 되며, 압력이 2% 변동하면 측정오차는 1%가 된다.
6.2 스팀의 건도
스팀의 체적유량을 측정한 후 밀도를 보상하여 얻어진 질량유량은 불가피하게 발생되는 스팀 압력의 변동을 고려하고 있다. 그러나 이들 계산은 증기가 완전히 건조하다고 가정한다.
하지만 대부분의 경우 스팀은 완전히 건조하지 않으며, 이 방법으로 적용된 밀도보상은 오차가 발생되기 쉽다. 습증기의 밀도는 건조 포화증기의 밀도보다 높으나, 이점을 고려하지 않으면 지시된 유량은 실제 값보다 적다.
즉, 유량계가 더 적은 값을 읽는다. 일부 유량계는 교정 장치를 가지고 있다. 교정된 건도가 실제 건도와 같다면 지시된 유량은 맞을 것이다(압력 변화에 대한 밀도보상 역시 했다고 가정하면). 이것은 아래에 예를 들어 설명되어 있다. 정확한 증기유량 측정을 위하여 모든 포화증기를 측정하는 유량계 앞에는 기수분리기를 항상 설치해야 한다.
기수분리기가 설치되면, 건도는 향상되어 일정해지고 분명히 높은 수치로 개선된다. 따라서 기수분리기가 설치된 경우 유량계 시운전 시 건도는 0.98정도로 입력할 것을 추천한다.
6.3 과열 증기
과열증기는 실제 가스에 가깝고, 온도와 압력 사이에 뚜렷한 관계가 존재하지 않는다. 따라서, 동일한 종류의 유량계로 과열 증기 유량을 측정하는 경우 스팀 압력과 온도를 모두 동시에 측정하고 전송해야 한다. 유량계의 계장에는 과열 증기 조건을 계산하고 올바른 값을 지시하기 위해 필요한 소프트웨어를 포함하고 있어야 한다.
6.4 유량계 설치
통계적으로 보면 유량계에서 발견되는 문제의 30% 이상이 잘못된 설치에 의한 것이다. 아무리 설계가 잘 되고 완벽하게 제작된 스팀 유량계라 하더라도 스팀 시스템의 설치와 배열 방법에 주의를 기울이지 않으면 문제점을 극복할 수 없다.
중략...
월간 에너지관리 2024년 2월호 게재
(사)한국에너지기술인협회/이대철 교수
제2장 : 스팀의 사용
6. 스팀 유량계 선정을 위한 고려 사항, 설치 그리고 활용
6.1 밀도 보상
이상적인 조건에서 스팀 배관의 압력은 절대적으로 일정하게 유지되어야 한다. 그러나 불행히도 부하 변동, 마찰 압력 손실, 압력 변화에 영향을 주는 모든 공정 변수들 때문에 이와 같은 경우는 거의 없으며, 어떤 경우에는 압력 변화가 상당히 심하다.
정확하게 질량 유량(또는 에너지량)을 측정하기 위해서 반드시 압력 및 온도 변화를 고려해야 한다. 스팀은 통상 질량 기준으로 비용을 계산하기 때문에(즉 톤당 비용) 사용자에게는 질량 유량계가 더 유용하다.
유량 측정 지점에서 스팀 압력이 절대적으로 일정하게 유지되지 않으면 스팀의 밀도는 압력이 변동함에 따라 변한다. 따라서 소위 밀도 보상을 위하여 스팀 밀도를 결정할 필요가 있다. 온도 또는 압력을 측정하여 밀도를 계산하므로, 스팀의 온도와 압력과 함께 체적 유량을 측정한다.
스팀 밀도는 온도와 압력 조건으로부터 결정되며, 체적유량(Qv)에 밀도(ρ)를 곱하여 질량유량을 구한다.
Qm(kg/s)=ρ(kg/㎥)×Qv(㎥/s)
밀도 보상이 이루어지지 않으면 부정확한 질량 측정을 피할 수 없다. 예를 들어 온도가 1℃ 변화하면 측정 오차가 2%가 되며, 압력이 2% 변동하면 측정오차는 1%가 된다.
6.2 스팀의 건도
스팀의 체적유량을 측정한 후 밀도를 보상하여 얻어진 질량유량은 불가피하게 발생되는 스팀 압력의 변동을 고려하고 있다. 그러나 이들 계산은 증기가 완전히 건조하다고 가정한다.
하지만 대부분의 경우 스팀은 완전히 건조하지 않으며, 이 방법으로 적용된 밀도보상은 오차가 발생되기 쉽다. 습증기의 밀도는 건조 포화증기의 밀도보다 높으나, 이점을 고려하지 않으면 지시된 유량은 실제 값보다 적다.
즉, 유량계가 더 적은 값을 읽는다. 일부 유량계는 교정 장치를 가지고 있다. 교정된 건도가 실제 건도와 같다면 지시된 유량은 맞을 것이다(압력 변화에 대한 밀도보상 역시 했다고 가정하면). 이것은 아래에 예를 들어 설명되어 있다. 정확한 증기유량 측정을 위하여 모든 포화증기를 측정하는 유량계 앞에는 기수분리기를 항상 설치해야 한다.
기수분리기가 설치되면, 건도는 향상되어 일정해지고 분명히 높은 수치로 개선된다. 따라서 기수분리기가 설치된 경우 유량계 시운전 시 건도는 0.98정도로 입력할 것을 추천한다.
6.3 과열 증기
과열증기는 실제 가스에 가깝고, 온도와 압력 사이에 뚜렷한 관계가 존재하지 않는다. 따라서, 동일한 종류의 유량계로 과열 증기 유량을 측정하는 경우 스팀 압력과 온도를 모두 동시에 측정하고 전송해야 한다. 유량계의 계장에는 과열 증기 조건을 계산하고 올바른 값을 지시하기 위해 필요한 소프트웨어를 포함하고 있어야 한다.
6.4 유량계 설치
통계적으로 보면 유량계에서 발견되는 문제의 30% 이상이 잘못된 설치에 의한 것이다. 아무리 설계가 잘 되고 완벽하게 제작된 스팀 유량계라 하더라도 스팀 시스템의 설치와 배열 방법에 주의를 기울이지 않으면 문제점을 극복할 수 없다.
중략...
월간 에너지관리 2024년 2월호 게재