삽입형 가스 유량계의 설계 및 응용

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이 게시물은 마지막으로 liaifeng에 의해 2020-6-4 18:49에 수정되었습니다. 요약: 가스 유량 측정 시 스로틀형 유량계가 가지는 문제들을 해결하기 위해, 압력 측정 부품, 압력 전달 장치, 그리고 밀봉 고정 장치의 세 부분으로 구성된 삽입형 가스 유량계가 개발되었습니다.삽입식 가스 유량계가 산강주식회사 래우분사의 코크스 오븐 가스, 고로 가스, 혼합 가스 등의 가스 유량 측정에 도입된 이후, 가스 계측 데이터의 정확도가 향상되었으며, 생산이 더욱 안정적으로 이루어지고 생산 비용도 절감되었습니다. 1 서문 현재 가스 유량 측정에 사용되는 장치는 주로 절류식 유량계인데, 예를 들어 공판, 내장형, V-콘 등이 있습니다. 이러한 유량 측정 장치들은 사용 시 여러 가지 단점이 있는데, 생산을 중단하고 설치해야 하며, 압력 손실이 크고, 막히기 쉽으며, 청소하기도 어렵다는 것입니다.코크스 가스를 예로 들면, 가스 정화 능력이 부족하고 불순물이 많으며 저온에서 나프탈렌이 생성되는 등의 이유로 저항 밸브가 막히게 되어, 가스 유량 측정에 심각한 영향을 미치며, 심할 경우 저항 밸브가 있는 부분의 파이프도 막힐 수 있습니다.밸브가 막히면 공정을 중단한 상태에서만 청소를 할 수 있어, 점검 기회가 적고 작업도 어렵습니다. 특히 대구경 파이프의 경우, 분해 및 조립 시 대형 리프팅 장비가 필요하여 시간과 노력이 많이 듭니다.이를 위해, 막힘을 방지하고 저압 손실이 적으며 온라인에서 설치 및 유지보수가 가능한 삽입식 가스 유량계를 개발해야 합니다. 2 삽입형 유량계의 작동 원리
삽입형 유량계는 피토관 원리를 이용하여 파이프 내부의 유속을 측정한 다음, 그 값을 유체의 부피유량 및 질량유량으로 변환하는 차압식 유량계입니다. 이 장치는 매체가 흐르는 파이프 내부의 유속을 측정하는 데 사용되며, 압력 측정용 관과 압력 측정용 헤드로 구성됩니다. 압력 측정용 관에는 전압 측정용 채널과 정압 측정용 채널이 각각 마련되어 있습니다. 압력 측정용 헤드의 유동 방향 쪽에는 전압 측정용 채널과 연결된 전압 측정용 구멍이 있고, 반대쪽에는 정압 측정용 채널과 연결된 정압 측정용 구멍이 있습니다.작업할 때는 삽입형 유량계의 압력 측정 부분을 파이프의 중심부에 삽입합니다. 전압 측정구는 유체가 흐르는 방향과 일치하도록 하고, 정압 측정구는 유체가 흘러나가는 방향과 일치하도록 합니다. 전압과 정압의 차이가 바로 파이프 중심부에서 측정된 실제 압력 차이입니다. 이 압력 차이를 바탕으로 풍동에서 얻은 교정 곡선을 이용해 해당 지점의 표준 압력 차이를 구합니다. 그리고 이 표준 압력 차이를 이용하여 유체의 유량을 계산합니다；동시에 압력 변환기를 사용하여 유체의 압력을 측정하고, 열저항체를 이용해 유체의 온도를 측정해야 합니다. 그런 다음 표준 차압 신호, 압력 신호, 온도 신호를 모두 유량 산출기나 DCS 시스템에 입력합니다. 한편으로는 압력 센서의 유량 공식을 계산하고, 다른 한편으로는 유체의 압력과 온도를 보정함으로써 측정 정확도를 높일 수 있습니다. 3 삽입형 유량계의 설계 및 설치 3.1 압력 측정 부품 압력 측정 부품은 삽입형 유량계의 핵심적인 구성 요소로, 유체가 생성하는 차압 신호를 측정하는 데 사용됩니다.압력 측정용 헤드는 곡면 형태로 설계되어 있습니다. 이 헤드를 파이프의 중심부에 삽입하면, 앞쪽 벽과 전압 포트는 유체가 오는 방향과 일치하고, 뒤쪽 벽과 정압 포트는 유체가 가는 방향과 일치합니다. 차단 부분은 전압 포트 쪽의 곡면에 위치하며, 이 차단 부분 덕분에 유체는 뒤쪽 벽에서 멀어지는 방향으로 흐르게 됩니다. 그 결과, 뒤쪽 벽 쪽으로 흐르는 유체의 양이 줄어들고, 결국 파이프 내부에서 정압 포트 쪽으로 흐르는 유체의 양도 줄어듭니다. 이로 인해 차압이 증가하여 측정의 안정성과 정확도가 향상됩니다.전압구멍이 유입 방향과 정면으로 마주하고 있기 때문에, 구멍 내부에는 고압 영역이 형성됩니다. 이 압력은 파이프 내부의 압력보다 약간 높아서, 가스 속의 불순물들이 전압구멍으로 들어가는 것을 막아줍니다. 그 결과, 압력 측정 장치가 막히는 것을 방지할 수 있습니다. 3.2 압력 측정 및 전달 장치
전자식 유량계의 작동원리에 따르면, 압력 측정 및 전달 장치란 압력 센서가 생성한 차압을 차압 변환기로 전달하여 물리적 신호로 변환하는 장치입니다. 압력 센서는 2개의 압력 전달관을 통해 위쪽에 위치한 3밸브 조합과 연결되며, 이 3밸브 조합은 다시 차압 변환기와 연결됩니다. 이를 통해 압력 센서 양쪽의 표준 차압을 측정할 수 있습니다.3밸브 유닛은 3051 모델을 사용하며, 시중에 있는 대부분의 차압 변환기와 직접 연결할 수 있습니다.압력 전달관은 소형 단면 설계를 채택하여 외부 직경이 30mm에 불과하며, 사용 과정에서 파이프 내 가스 흐름을 거의 방해하지 않아 파이프 내 가스의 압력 손실이 적습니다. 3.3 밀봉 고정 장치
밀봉 베이스는 주로 삽입형 유량계를 고정하고 밀봉하는 데 사용됩니다. 파이프 내의 가스가 유독할 수 있기 때문에, 가스가 누출되면 심각한 사고가 발생할 수 있습니다. 따라서 유량계의 밀봉은 매우 중요합니다.밀봉 고정 장치는 주로 파이프 용접 베이스, 볼밸브, 탄성 밀봉 링 및 밀봉 압축 장치로 구성되며, 그 구조는 그림 1에 나타나 있습니다.여기서 파이프 용접 베이스는 파이프에 직접 용접되어, 유량계와 파이프의 장비 연결을 실현합니다；볼밸브는 파이프라인 내의 가스를 차단하는 데 사용되며, 유량계를 삽입하기 전과 제거한 후의 파이프라인 내 가스를 밀봉하는 역할을 합니다；탄성 밀봉 링은 내식성과 고온 저항성을 가진 탄성 그래프트 소재로 만들어졌습니다. 이 링의 내경은 압력 전달관의 외경과 동일한 크기입니다. 유량계가 삽입된 후에는 밀봉 압축 장치를 통해 탄성 밀봉 링에 압력이 가해집니다. 그 결과 탄성 밀봉 링이 변형되어 압력 전달관과 단단히 밀착되면서 가스가 새지 않도록 합니다. http://www.jssanchang.com/d/file/jishu/d8de62bdf1791e4cca5c868cafdd4ed6.jpg 3.4 계산 방법 삽입식 유량계는 출하 전에 풍동을 이용해 교정을 거쳐야 하며, 표준 유량과 표준 차압을 통해 해당 유량계의 유량 배율 K를 산출합니다.실제 사용 시에는 유체의 밀도, 압력, 온도에 따라 보정이 필요하며, 유량 계산에는 차압 모델이 사용됩니다. 그 계산 공식은 다음과 같습니다: 여기서, M은 질량 유량으로, 단위는 kg입니다； K는 유량 배율입니다；ΔP는 차압값이며, 단위는 kPa입니다； ρ는 매질의 밀도로, 단위는 kg/m³입니다 ； ρ는 매질의 표준 상태 밀도로, 단위는 kg/m³입니다. 3.5 설치 방법 삽입식 유량계는 유량을 차단한 상태에서 설치할 수도 있고, 압력이 가해진 상태에서도 특수 도구를 사용하여 온라인 상태에서 설치할 수도 있습니다.설치할 때는 파이프에 직경 30mm의 원형 구멍을 뚫은 다음, 그 위에 밀폐 고정 장치를 용접하여 부착하고, 유량계를 그 안에 삽입하기만 하면 됩니다.온라인에서의 삽입 및 제거가 가능하므로, 가스 공급이 중단되어 생산에 차질이 생기는 것을 방지할 수 있습니다. 또한, 제조 공정상 가스 공급을 중단할 수 없는 일부 계량 지점에도 설치할 수 있습니다.파이프에 삽입하기 전에, 삽입 크기를 계산하고 압력 측정용 구멍의 전압 및 정압 구멍의 방향을 확인해야 합니다. 이는 설치 후 두 압력 측정용 구멍의 끝부분이 파이프의 중심선상에 위치하도록 하기 위함입니다. 즉, 파이프의 중심에 위치해야 하며, 전압 측정용 구멍은 유체가 들어오는 방향과 일치해야 하고, 정압 측정용 구멍은 유체가 나가는 방향과 일치해야 합니다. 전체적인 설치 방법은 그림 2에 나와 있습니다. http://www.jssanchang.com/d/file/jishu/f61276622ee67925cacc6689bdd7cc0b.jpg 4. 결론: 삽입식 가스 유량계는 산강주식회사 래우위 지사에서 사용되고 있으며, 코크스 오븐 가스, 고로 가스, 혼합 가스 등의 유량 측정에 활용되고 있습니다. 이 장치는 구멍이 뚫린 부품과 같은 저항 요소들이 가져오는 설치, 측정, 유지보수상의 문제점들을 완전히 해결해줍니다. 또한 정확한 측정 데이터를 제공하며, 막힘 방지 기능과 낮은 압력 손실 특성을 가지고 있어 온라인으로도 설치 및 유지보수가 가능합니다. 따라서 전통적인 유량계를 대체할 수 있는 이상적인 측정 장치입니다.삽입형 유량계를 사용하여 가스를 측정하면, 가스 측정 데이터가 더욱 정확해지고 생산이 더욱 안정적으로 이루어져 비용이 절감됩니다；기업의 생산 운영에 정확하고 신뢰할 수 있는 모니터링 및 측정 데이터를 제공하여, 기업이 가스를 효율적으로 관리하고 비용을 철저히 계산하며 에너지 소비를 줄이고 수익성을 높이는 데 도움을 줍니다.