가스 유량 계측기의 선택

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매체 특성: 가스의 종류는 매우 다양하며, 성분도 복잡합니다. 가스는 일반적으로 천연가스와 인공가스라는 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다.가스의 주요 성분은 CO, H2, CO2, N2, O2, CH4, H2S 등이며, 그 성분들의 비율은 가스 처리 공정에 따라 달라집니다. 인공가스는 석탄을 원료로 하여 가연성 성분을 포함하도록 가공하여 만들어진 기체입니다.가공 방법, 가스의 성질, 그리고 용도에 따라 다음과 같이 분류됩니다: 가스화를 통해 얻어지는 것은 수소가스, 반수소가스, 공기가스(또는 발생로 가스)입니다.석탄 건숙법에서 코킹을 통해 얻어지는 가스를 코크스 오븐 가스, 고로 가스라고 합니다. 가스는 부식성과 독성을 가지고 있으며, 부식성 성분으로는 주로 황화수소, 이산화황, 이산화탄소 등이 있습니다.이 가스들은 수분이 있을 때에만 부식성을 가집니다.독성을 가진 가스 성분들(일부 부생가스에는 이 중 일부 성분이 포함되어 있지 않음)로는 황화수소, 암모니아, 벤젠 등이 있으며, 이러한 성분들은 주로 코크스 오븐 가스에 함유되어 있습니다.많은 가스에는 분진이 포함되어 있으며, 그 함량은 처리 공정과 관련이 있습니다.또 다른 가스에는 습기와 타르가 포함되어 있습니다. 실제 작동 조건 가스의 실제 작동 조건은 상당히 복잡하여, 명확한 공식이 존재하지 않습니다.제조 공정이 다르기 때문에, 현장의 실제 작동 조건도 차이가 있습니다.비교적 통일된 특징들은 다음과 같습니다: 정압이 낮고, 유속이 낮으며, 허용되는 압력 손실이 적습니다.일반적으로 관의 직경을 줄이는 방법으로 유속을 높이는 것은 허용되지 않습니다.일부 가스 유체에는 습도가 있으며, 측정 대상 중에는 소량의 물이 포함되어 있어 파이프 바닥에서 층별로 흐릅니다.일부 측정 대상의 수소 함량이 비교적 높고, 유체의 밀도가 낮아 최소 유량과 최대 유량의 차이가 매우 크며, 송수관은 직경이 크고 직선 구간의 길이가 짧습니다. 계측기의 종류와 사용법
가스의 유량을 측정하는 데 사용될 수 있는 계측기는 매우 다양하지만, 석탄가스의 유량을 측정하기에 적합한 계측기는 거의 찾아볼 수 없습니다. 이는 주로 석탄가스의 특성 때문입니다.타르와 같은 점성 물질이 존재하기 때문에, 회전식 부피 유량계는 사용하기 어렵으며, 가스 터빈 유량계나 로터 유량계도 적합하지 않습니다.밀도가 낮고 유속이 느리며 유량의 변동 폭이 크기 때문에, 가스 사용량이 많은 시간대와 적은 시간대의 유량 차이는 20배 이상 나며, 와류식 유량계와 차압식 유량계의 사용이 제한됩니다.현재 주로 차압식 유량계와 열식 가스 질량 유량계가 사용되며, 일부 경우에는 가스 초음파 유량계도 사용됩니다.이제 주요 유량계들의 용도에 대해 설명하겠습니다: (1) 와류식 유량계: 가스의 특성상, 유속이 낮고 압력도 낮으며, 유량의 변동 폭이 큽니다. 또한 일부 가스는 부식성을 가지고 있으며, 압력을 가하는 장비로 인한 진동이나 가스의 불규칙한 압력 변동도 와류식 유량계의 측정에 영향을 미칩니다.게다가 실제 적용에서는 가스의 유속을 5m/s 이상으로 유지하기가 매우 어렵습니다.따라서 와류형 센서는 가스 유량 측정에 적합하지 않아, 현재는 거의 사용되지 않습니다. (2) 공판 차압 유량계: 차압식 유량계는 적용 범위가 비교적 넓고 역사도 오래되었으며, 가스 유량 측정 분야에서 특정한 상황에서는 여전히 일정한 활용 사례가 있다.하지만 차압식 유량계 자체의 결함과 한계도 더 광범위한 활용을 제한하는데, 예를 들어 압력 측정관에 물방울이 묻으면 압력 차이값이 정확하지 않게 됩니다.부하 변화가 큰 공정 조건에서는 차압식 유량계의 낮은 비율 범위로는 요구 사항을 충족할 수 없습니다.대구경 유량계는 설치 요구사항이 높고 시공 난이도도 크며, 이러한 점들이 차압식 유량계의 한계가 됩니다.가스에는 먼지가 포함되어 있어 표준 공칭판은 이러한 환경에서 사용할 수 없습니다. 이러한 단점을 극복하기 위해, 교체 가능한 공칭판이나 다중 파이프 병렬 연결과 같은 다양한 저항 장치들이 개발되었습니다.효과는 좋을 때도 있고 나쁠 때도 있으며, 특정한 조건 하에서만 비교적 좋은 효과를 얻을 수 있다. (3) 등속관 차압 유량계: 등속관도 차압식 유량계에 속합니다.큰 직경의 가스 유량 측정 시, 교체 가능한 슬리브를 사용하는 것은 제조 비용이 높고 설치가 번거로우며 불편하기 때문에, 측정 데이터가 단지 공정 모니터링 용도로만 사용된다면 정확도도 그다지 높을 필요가 없습니다. 이런 경우 많은 고객들이 등속관 차압 유량계를 선택하기도 합니다.등속관 차압 유량계가 가스 유량 측정에 성공적으로 활용되려면, 압력안내입관이 물방울이나 오염된 입자들에 의해 막히지 않는 것이 핵심입니다.정형화된 등속관 제품에 장착된 차단 밸브는 대부분 바늘형 밸브이므로 직경이 작으며, 유체 내의 수증기가 응축되어 물방울이 되거나, 유체 내의 큰 입자들도 압력 유도관을 막을 수 있습니다.실제 운용 효과를 보면 문제가 많고, 고장률이 높으며, 유지보수 비용도 크다. 열식 가스 유량계: 열식 유량계는 열 확산 원리를 기반으로 설계된 유량 측정 장치입니다. 즉, 유체가 발열체를 통과할 때 발열체에서 방출되는 열의 양이 유체의 유량과 일정한 비례 관계에 있다는 원리를 이용합니다. 이 시리즈의 유량계에는 두 개의 표준 등급의 RTD가 있으며, 하나는 열원으로 사용되고 다른 하나는 유체의 온도를 측정하는 데 사용됩니다. 유체가 흐를 때, 두 센서 간의 온도 차이는 유량의 크기와 선형적인 관계를 가집니다. 그리고 마이크로일렉트로닉스 제어 기술을 통해 이러한 관계를 유량 신호의 선형적인 출력으로 변환합니다.열식 가스 질량 유량계는 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다: 매우 낮은 유속의 미세한 유량도 측정할 수 있으며, 움직이는 부품이 없어 신뢰성이 높습니다.압력 손실은 매우 작아 거의 무시할 수 있습니다.온도와 압력 보정 없이 질량 유량을 직접 측정합니다.측정 범위 비율이 1000:1로 매우 높으며, 가격은 관의 직경과 크게 관련이 없습니다. 특히 대직경 관의 경우 성능 대비 가격 면에서 더욱 우수한 장점을 보입니다. 설치가 간편하고 진동에도 강합니다.반복 성능이 우수하며, 거의 유지보수가 필요 없습니다. (5) 가스 초음파 유량계: 가스의 유량을 측정하는 데 사용되는 초음파 가스 유량계로, 일반적으로 측정용 파이프가 내장된 형태의 초음파 변환기 등으로 구성된 시차법 유량 측정 장치입니다.트랜스듀서는 일반적으로 관벽을 따라 설치되며 유체와 직접 접촉합니다. 한 트랜스듀서에서 발사된 초음파 펄스는 다른 트랜스듀서에 의해 수신되고, 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.초음파 펄스는 파이프를 따라 강을 건너는 배와 같이 이동합니다. 유체의 흐름이 없다면, 음파는 동일한 속도로 양방향으로 전파됩니다.기체의 유속이 0이 아닐 경우, 기류 방향을 따라 순류와 역류 방향으로의 전파 속도는 서로 다릅니다. 이 두 전파 시간의 차이를 통해 유체의 기체 유속을 계산할 수 있습니다.가스 초음파 유량계는 측정 정확도가 높고 압력 손실이 없으며, 측정 범위가 넓고 설치가 간편하다(배관에 구멍을 내거나 용접할 필요가 없음). 또한 오염된 가스, 습기가 많은 가스, 부식성 가스, 혼합 가스와 같은 복잡한 작동 조건에서도 사용할 수 있으며, 양방향으로 측정이 가능하다.각 브랜드의 기술적 성능에 차이가 있어, 현재 가격이 매우 높아 활용에 제약이 생기고 있습니다. 종합적으로 비교해 보면, 열식 가스 질량 유량계는 가스 유량 측정에서 그 우위가 상당히 뚜렷합니다. (1) 설치: 유도식 유량계(등속관 포함)는 가스 유량을 측정할 때 온도 및 압력 보상이 필요합니다.설치 공사량이 많고, 설치 비용이 높습니다(특히 대구경의 경우).부착물이 너무 많아 누수 문제가 발생하기 쉬워, **일상적인 유지보수 작업량이 증가합니다.열식 가스 유량계의 경우, 가스 유량 측정 시 온도와 압력에 대한 보정이 필요하지 않으며, 측정된 값은 질량 유량입니다. **이로 인해 다른 유량계들이 가스를 측정할 때 필요한 압력 안정화 보정 장치에 대한 요구사항이 줄어듭니다.**설치 비용을 줄이는 동시에 누출점과 고장점을 감소시켜, 계기가 장기간 안정적으로 작동할 수 있도록 했습니다.센서 부품은 압력 손실이 거의 없어 위생적인 문제나 막힘 등이 발생하지 않으며, 이로 인해 센서 신호의 샘플링에 영향을 주지 않습니다.특수하게 설계된 스테인리스 스틸 압축 부품형 프로세스 인터페이스를 선택할 수 있습니다. 이 프로세스 인터페이스는 특별한 방식으로 설계되어, 파이프에서 유량계를 여러 번 분해해도 손상이 가지 않도록 해줍니다.온라인 상태에서도 흐름계를 쉽게 분해할 수 있어, 사용자의 생산 공정 관리 및 조율에 큰 편의를 제공합니다.또한, 부식성 매체가 있는 가스의 유량 측정 시에는 열식 가스 유량계에서 내부식성이 매우 뛰어난 소재의 프로브를 선택할 수 있습니다.타르가 포함된 가스의 유량 측정을 위해, 열식 유량계는 두 가지 방법을 사용할 수 있습니다. 첫 번째 방법은 축방향 프로브를 활용하는 것입니다(현재 국제적으로도 이러한 제품들이 이미 출시되어 있습니다). 고객들이 오염된 부분을 정기적으로 청소할 수 있도록, 열-드릴링 모델과 드릴링 도구도 함께 사용됩니다.완벽한 방법을 통해, 열식 가스 유량계의 센서에 오염 물질이 달라붙은 경우에도 가스 공급을 중단하지 않고 온라인 상태에서 센서를 청소할 수 있습니다.두 번째 방안은 열식 가스 유량계 프로브에 특별한 처리를 가하여 타르와 같은 오물이 프로브에 달라붙는 시간을 늘리고, 프로브를 청소할 때의 편의성을 확보하는 것입니다(그림 참조). 2) 측정 범위: 열식 가스 유량계는 최저 유속 0.05Nm/s부터 최고 유속 100Nm/s에 이르는 가스 유량 값을 측정할 수 있습니다.측정 범위 비율은 1:1000에 달할 수 있습니다.가스 초음파 유량계는 0.01m/s~25m/s의 유량 범위를 측정할 수 있습니다.이 두 종류의 유량계는 다양한 가스 부하의 변동으로 인한 유량의 큰 폭의 변화를 충분히 감당할 수 있으며, 이 점이 바로 열식 가스 유량계가 다른 유량계들보다 우수한 가장 두드러진 특징입니다.차압식 유량계는 계기 신호(차압)와 유량이 제곱 관계에 있어, 일반적인 비율 범위는 3:1-4:1에 불과합니다.현대 과학기술의 발전과 전자 컴퓨터의 활용으로 인해, 넓은 범위의 차압 변환기가 등장하면서 차압식 유량계의 측정 범위도 크게 향상되었습니다. 현재 차압 유량계의 측정 범위는 1:10에 이를 수 있지만, 유량이 크게 변동하는 경우에는 여전히 이러한 측정 범위로는 충분하지 않습니다. (3) 정밀도: 열식 가스 질량 유량계는 40년 이상의 발전을 거치면서 여러 기술 면에서 큰 진보를 이루었습니다.현재의 열식 가스 질량 유량계는 단일 매질 가스를 측정할 때, 1:100의 비율 범위 내에서 전체 정밀도가 ±1.0%FS에 달하며, 반복성은 ±0.25%FS입니다. 이는 가스 측정 분야에서 상당히 높은 정밀도라고 할 수 있습니다.그러나 가스의 성분은 다양한 물질들이 혼합된 혼합기이므로(다른 혼합기에 대한 연구와 유사하며, 참고할 수 있음), 혼합기의 성분이 변하면 그 가스의 물성 파라미터도 변하게 됩니다.측정되는 가스의 성분 변화가 유량계의 출력 신호에 미치는 영향 문제에 대해, 대부분의 유량계는 이를 해결할 만한 효과적인 방법을 갖고 있지 않습니다. 반면, 열식 가스 질량 유량계는 성분 보상 알고리즘과 온도 보상 알고리즘을 사용합니다. 이러한 방법의 장점은, 측정되는 가스의 성분이나 온도가 변할 때, 이 보상 알고리즘을 적용함으로써 그로 인해 발생하는 오차를 줄일 수 있다는 것입니다.한 번의 교정(일반적으로 공기를 교정 매질로 사용)만으로도 다양한 성분 및 온도 조건에서 사용할 수 있어, 다시 가스를 준비하여 교정하는 데 드는 작업량과 비용을 절약할 수 있습니다.열식 가스 질량 유량계의 보급 및 활용을 위한 기술적 기반과 보장이 마련되었습니다.열식 가스 질량 유량계는 선형성과 반복성이 우수하기 때문에, 가스 유량 측정 시 거래용 계량이 아닌 공정 제어용으로 사용된다면, 비용 대비 효율성을 고려할 때 열식 유량계가 단연 최고의 선택입니다.차압식 유량계는 여러 요인의 영향을 크게 받으며, 설계, 제조부터 설치에 이르기까지 어느 단계에서든 문제가 생기면 상당한 오차가 발생하게 됩니다.특히 저유속 측정의 경우, 이때 발생하는 차압값은 매우 작아서 때로는 수십 파스칼이나 몇 파스칼에 불과한 경우도 있습니다.이렇게 작은 차압 값은 외부의 영향을 매우 크게 받습니다. 아주 작은 물방울 하나, 이물질 하나, 기름 얼룩 하나만으로도 차압 값을 상쇄시킬 수 있습니다.따라서 차압식 유량계로 가스를 측정할 경우, 그 종합 정밀도는 매우 높은 수준에 도달할 수 없습니다.또한 안정성과 유지보수의 편의성을 고려할 때, 차압식 유량계는 열식 유량계에 미치지 못합니다.가스 초음파 유량계의 우수성은 의심의 여지가 없지만, 그 구입 비용이 상당히 높아 현재는 대부분 무역 결제에 사용되고 있습니다. (4) 압력 손실: 가스 초음파 유량계는 외부 장착형(배관 외부에 프로브를 설치)이기 때문에 어떠한 압력 손실도 발생하지 않습니다.열식 유량계는 구조적인 이유로 인해 작동 시의 압력 손실이 매우 적으며, 저유속 및 대직경 상황에서는 압력 손실을 무시할 수 있습니다.반면, 차압식 유량계는 다릅니다. 압력 손실이 크다는 것이 차압식 유량계의 주요 단점 중 하나입니다.압력 손실은 에너지 절약을 위해 극복해야 할 주요 과제이자 장애물입니다. 가스를 장거리로 운송할 경우 압력 손실에 대한 요구가 더욱 높아지며, 그렇지 않으면 전력 소비가 크게 증가하고 기타 비용도 발생합니다.따라서 장기적인 관점과 에너지 절약 및 배출 감소에 대한 평가 기준을 고려할 때, 차압식 유량계를 가스 유량 측정 시스템에 사용하는 것은 최적의 선택이 아닙니다.다음은 각종 유량계의 비교입니다:
차압식 유량계, 균속관 유량계, 가스용 초음파 유량계, 열식 가스 질량 유량계

**압력 손실**: 크게, 작게, 없음, 매우 적음
**양방향 유량 측정 가능 여부**: 불가능, 불가능, 가능, 가능
**반복성**: 0.1%, 0.5%, 0.15%, 0.2%
**설치 조건의 까다로움**: 매우 까다로움, 보통, 보통, 보통, 낮음
**저유속에서의 성능**: 나쁨, 나쁨, 좋음, 좋음
**측정 범위 비율**: 10:1, 10:1, 50:1, 100:1
**수명**: 짧음, 비교적 길음, 길음, 매우 길음
**유지보수 필요성**: 높음, 높음
**정기적인 유지보수 필요 여부**: 필요, 필요
**안전성**: 낮음, 높음, 매우 높음, 매우 높음
**가격**: 저렴함, 보통, 매우 비쌈
**배관 직경과의 관계**: 반비례함