초대형 관경 유량계의 선택

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초대형 관경이란 일반적으로 1미터보다 큰 관경을 말하며, 원통형관/정사각형관/직사각형관이 포함됩니다.매우 큰 직경의 파이프는 부피가 매우 커서, 설계 시 가장 중요하게 고려되는 것은 공간을 줄이고 비용을 절감하는 방법입니다.따라서 파이프의 설치 길이는 유량계의 설치 요구사항을 고려하지 않으며, 앞쪽 10, 뒤쪽 5의 설치용 직선 구간 거리도 존재하지 않습니다.이는 대부분의 유량계 응용 분야에서 상당한 한계가 있으며, 억지로 사용하더라도 성능이 매우 떨어집니다.이 문제를 어떻게 해결할까? 먼저 대형 파이프라인의 유량 특징에 대해 살펴보겠습니다: 1. 파이프 직경은 1미터 이상이며, 일부는 5.6미터에 달하기도 합니다.대부분 직사각형 형태이며, 구조가 복잡하고 직관 부분의 길이는 매우 짧아 보통 1D에 미치지 못합니다. 유속 분포도 복잡하며, 팬의 부하에 따라 계속 변화합니다(대구경 파이프의 경우 일반적으로 유량을 측정합니다). 2. 관 내부에는 소용돌이가 존재하며, 그 크기와 위치는 유량에 따라 계속 변화한다. 3. 압력 손실을 줄이기 위해, 관 내부의 유속은 대체로 초당 5~10미터 미만입니다. 상온에서 공기의 총 정압은 15~60Pa에 불과합니다. 4. 가스에는 먼지가 자주 포함되어 있어, 일반적으로 사용되는 차압 계측기가 쉽게 막힙니다. 아래에서는 현재 대구경을 측정하는 몇 가지 계측기에 대해 소개합니다.측정 지점 수에 따라 분류하면: 1) 단일 지점 측정은 파이프 내의 특정 지점(예: 원심)의 유속을 통해 유량을 추정하는 방식입니다. 예를 들어, 삽입형 터빈, 와류식 센서, 이중 벤추리형 센서, 열식 가스 질량 유량계 등이 있으며, 이들의 측정을 위해서는 직선 구간의 길이가 15~25D(D: 파이프 직경)가 되어야 합니다.대형 파이프라인 내에는 예측할 수 없는 소용돌이가 존재하기 때문에, 다양한 팬 부하 조건에서 일정한 평균 유속점이 존재할 가능성은 매우 낮습니다. 그래서 이러한 유형의 시스템에는 자동 제어 장치가 거의 도입되지 않습니다.여기서 한 가지 설명이 필요한데, 많은 유량계 제조업체들은 자사의 계측기가 풍동에서 교정을 거쳤으며 정확도가 ±1%에 달한다고 주장합니다. 하지만 이는 유속의 정확도일 뿐이며, 일반적으로 말하는 유량이란 전체 유속 프로파일의 합계를 의미합니다.전반적으로, 직관 구간이 충분하지 않거나 앞뒤에 저항 요소가 존재할 경우 단일 지점 측정의 측정 효과는 그다지 우수하지 않습니다. 높은 선형성/반복성 및 신뢰성이 요구되고, 정밀도는 허용 가능한 범위 내에 있으면 충분한 경우, 이러한 작업 환경에는 SIERRA 계측기 회사가 특별히 개발하고 개선한 ‘현장 그리드 점 선정 보정법’을 적용할 수 있습니다.이 방법을 통해 최적의 삽입 지점을 선택합니다.이 방법은 열식 가스 질량 유량계를 사용하여, 단일 유량계로 단면상의 여러 지점을 선정해(측정된 데이터와 공기량 변화의 일치도에 따라 결정) 유량 변화를 측정합니다. 그런 다음 모든 지점에서 얻은 데이터를 수학적으로 처리하여 최적의 측정 지점을 선정함으로써, 해당 지점에서의 유량 측정값이 선형성이 우수할 뿐만 아니라 전체 단면의 평균 유량을 나타낼 수 있도록 합니다. 2) 측정선상 다점: 파이프 내의 특정 직선(원관의 경우 직경, 직사각관의 경우 높이 또는 너비) 상의 여러 지점에서 유속을 측정하여 유량을 추정하며, 설치 방식은 여전히 삽입형 유량계를 사용한다.단일 지점 비교 시 정확도가 향상되고 설치도 용이하지만, 그 앞의 직관 구간도 최소 10D는 되어야 하며, 관 내부의 유속 분포가 동심원에 가까워야만 필요한 정확도를 얻을 수 있다.예를 들어, 특정 발전소의 파이프라인 면적은 1제곱미터도 되지 않습니다. 파이프라인 내부에 소용돌이가 있기 때문에, 그 크기와 위치는 공기량에 따라 계속 변합니다. 그 결과, 공기량이 30~50% 범위에서 조절될 때, 공기량이 증가함에 따라 유속 측정용 관에서 측정되는 압력 차이가 오히려 줄어드는 현상이 나타납니다.(나도 속도-면적법을 사용해 2차 공기관의 유속을 측정할 때, 환기구의 개도를 어떻게 조절해도 그 지점의 유속이 0으로 표시되는 경험이 있었다!)) 그래서 이러한 측정 방법도 산업 제어 시스템에는 적용하기 어렵습니다. 위에서 살펴본 바와 같이, 대형 파이프라인의 공기 유량을 측정하는 것은 매우 어렵다는 것을 알 수 있습니다.공사 현장의 조건을 변경할 수 없는 경우에는, 정확한 유량 측정을 위해 현장 조건을 개선할 수 있는 적절한 조치를 취해야 한다. 《1》정류기: 측정 문제가 발생하는 주된 원인은 직선 구간이 없다는 것입니다. 계측 장비의 측정면에 충분히 발달된 난류가 들어가도록만 한다면, 문제는 해결됩니다.매우 좋은 방법은 정류기를 추가하는 것입니다.현재 권장되는 것은 지난 100년간 풍동 장비에 성공적으로 적용된 벌집형 정류기입니다.특징은 압력 손실을 줄이기 위해 유동 면적과 파이프 단면적의 비율이 크다는 것입니다. 《2》다점 유속계는 원리와 피토관(국내에서는 피토미터라고 더 많이 부름)의 유속 측정 방식과 같아서, 절류부의 앞뒤 압력 차이를 측정하여 유속을 추정합니다. 다만 차이점은 측정 지점의 위치와 수가 관련 규격에 따라 매트릭스 형태로 구성되어, 파이프 내의 유속 분포를 충분히 반영한다는 점입니다.측정점이 많을수록 파이프 내부의 유속 분포를 더 정확하게 반영할 수 있습니다. 《3》자동 청소 장치: 화력발전소의 1차 및 2차 공기에는 불가피하게 먼지가 섞여 있기 때문에, 차압을 측정하여 유량을 계산하는 계측기가 막히는 경우가 생깁니다. 이로 인해 화력발전소에서의 활용이 제한됩니다.이 문제를 방지하기 위해 역방향 블로우 장치를 사용하여 파이프라인을 정기적으로 청소합니다. 《4》 측정이란 모든 데이터를 시스템 내에서 처리한 뒤 유량값을 출력하는 것으로, 매우 세밀하고 복잡합니다.흐름량 산출 등에 대해서는 여기서 간단히 넘어가겠습니다. 다점을 사용하는 장점: 1. 측정 정확도가 높음 2. 설치가 비교적 용이하며 압력 손실이 낮음. 미국의 화력발전이 시장의 90% 이상을 차지한다고 하나(확인되지는 않음).우리나라는 이 기술을 도입한 지 불과 몇 년밖에 되지 않았으며, 아직 개선 과정에 있습니다.물론 현재 해외에서는 점차적으로 매트릭스식 열식 질량 유량계를 기존의 차압식 유량계 대신 사용하기 시작하고 있습니다.현재 이 기술은 우리나라의 일부 발전소에서 이미 성공적으로 적용되고 있습니다.열식 가스 질량 유량계의 경우 브랜드에 대한 요구사항이 높으며, 국내 제품들은 사용 수명이 매우 짧고 고장률도 높으며 선형성도 형편없습니다.현재 국내외에서 이 분야에 주로 사용되는 것은 SIERRA/FCI/KURZ라는 세 가지 브랜드입니다.열식 가스 질량 유량계를 선택하는 주된 장점은 다음과 같습니다: 선형성과 반복성이 우수하며, 압력 손실이 없고, 측정 범위가 넓습니다. 질량 유량을 직접 측정할 수 있어 온도나 압력 보정이 필요하지 않습니다. 또한, 관의 직경은 유량계의 가격에 큰 영향을 미치지 않으며, 관의 직경이 클수록 열식 유량계의 장점이 더욱 커집니다. 설치도 다른 모든 유량계에 비해 가장 간단하며, 설치 비용과 유지보수 비용도 가장 낮습니다.위와 같은 특징들을 고려할 때, 대구경 유량 측정은 점점 더 주류의 선택 방식이 되고 있습니다.