유량계의 종류에 관하여...

유량계 얘기가 나온김에 하나자료 더 올려 드립니다.. 예전에 소방기술사 기출문제 중에 유량계의 종류를 쓰고 기술하라는 문제가 있었던것으로 기억이 되어서 이렇게 자료를 올려드립니다. 참고하세요 제 목 : 유량계측장치의 설치에 관한 기술지침 공 표 일 : 1998년 07월 01일(KOSHA CODE E-12-1998) 1. 목적 이 지침은 산업안전기준에 관한 규칙 제292조의 규정에 의거 화학설비 및 부속 설비에 설치하는 유량계측장치(이하 “유량계”라 한다)에 관한 기술지침을 정함을 목적으로 한다. 2. 적용범위 이 지침은 화학공장의 공정설비, 장치 등에 적용한다. 3. 용어의 정의 3.1 이 지침에서 사용하는 용어의 정의는 다음과 같다. (1) '유량계'라 함은 배관 등의 화학공정·장치에 부착되어 공정중의 유량을 측정할 수 있는 차압식 유량계, 면적식 유량계, 전자식 유량계, 초음파 유량계, 용적식 유량계 등을 말한다. (2) '차압식 유량계'라 함은 배관에 측정요소을 이용하여 측정요소의 전후 단에 생성되는 압력차를 측정하여 유량을 측정하는 것을 말한다. (3) '면적식 유량계'라 함은 원통형 관내부에 프로오트(FLOAT)를 넣어 측정 유량을 아래에서 위로 흐르게 하면 프로오트는 위쪽으로 변위하게 되는데, 이 변위량은 유량과 유체의 밀도와 비례관계가 있으며 이로부터 유량을 측정하는 것을 말한다. (4) '전자식 유량계'라 함은 측정관로의 외측에 코일을 설치하여 유체의 흐름과 직교하는 자계를 만들고 자계와 직각방향으로 도전성 유체가 흐르면 기전력이 발생한다. 이 기전력을 전극으로 인출하면 유량은 기전력에 비례하고 자속밀도에 반비례하는 관계로 부터 유량을 측정하는 것을 말한다. (5) '초음파 유량계'라 함은 유체내에서 초음파의 전파속도가 유체의 평균 속도와 일정관계가 있으므로 초음파의 전파속도를 측정하여 유량을 측정 하는 것을 말한다. (6) '용적식 유량계'라 함은 치차(GEAR)나 루트(ROOT)를 두 개 조합하여 치차나 루트가 회전하는 회수로 유량을 측정하는 것을 말한다. (7) '유량측정요소(FLOW ELEMENT)'라 함은 베르누이의 정의에 의해서 배관 등에 부착되어 차압를 형성토록 하는 것을 말하며, 오리피스(ORIFICE), 프로노즐(FLOW NOZZLE), 벤츄리관(VENTURI TUBE), 피토관(PITOT TUBE) 등이 있다. (8) '응축포트(CONDENSATE POT)'라 함은 수증기 등의 유체를 측정할 때에 도압관내에 미리 액체를 응축시켜 갑자기 고온유체가 측정장치에 이상 상태를 유발하지 않토록 하거나 압력의 변화에 의한 액위변화를 방지 하기 위한 장치를 말한다. 3.2 기타 이 지침에서 사용하는 용어의 정의는 이 지침에서 특별히 규정하는 경우를 제외하고는 산업안전보건법, 동법 시행령, 산업안전기준에 관한 규칙 및 기타 고시에서 정한 바에 따른다. 4. 유량계의 형식 선정기준 4.1 유량계는 <표 1>에 따라 사용범위와 특징을 고려하여 선정한다. <표 1> 유량계의 형식 선정기준 ┌───┬─────┬────┬───┬─────────┬──────┐ │ 종류 │ 측정방법 │사용범위│정밀도│ 특 징 │ 비 고 │ ├───┼─────┼────┼───┼─────────┼──────┤ │차압식│베르누이의│20-2,000│ 1-2% │ο측정요소가 필요 │ 석유화학 │ │유량계│ 원리 │ │ │ο압력손실이 있슴 │ 공정용 │ │ │ │ │ │ο측정값은 │ │ ├───┼─────┼────┼───┼─────────┼──────┤ │면적식│ 프로오토 │ 20-200 │ 1-2% │ο압력손실이 있슴 │소구경의 │ │유량계│ 변위량 │ │ │ │ 배관 │ ├───┼─────┼────┼───┼─────────┼──────┤ │전자식│ 기전력 │제한없슴│ 1% │ο절연성 유체에는 │물 등 │ │유량계│ │ │ │ 적용할 수 없슴 │비절연성 │ │ │ │ │ │ο압력손실이 없슴 │유체 │ ├───┼─────┼────┼───┼─────────┼──────┤ │초음파│ 유체내의 │ 200이상│1-1.5%│ο압력손실이 없슴 │후레아 헤드 │ │유량계│초음파속도│ │ │ │ │ ├───┼─────┼────┼───┼─────────┼──────┤ │용적식│치차나 │ 20-200 │0.2- │ο압력손실이 있슴 │판매용으로 │ │유량계│루트 이용 │ │ 1.0% │ο필터 등 부속기기│사용할 경우 │ │ │ │ │ │ 필요 │개량법에 │ │ │ │ │ │ο고점도에도 사용 │의해 검사 │ │ │ │ │ │ │해야 함 │ └───┴─────┴────┴───┴─────────┴──────┘ 4.2 유량계의 용량산출기준은 다음과 같다. (1) 오리피스에 의한 유량측정은 다음 식과 같다. ┌──── │ p₁- p₂ Q = NmαD²ε│──── │ γ 여기서, Q : 유량[㎥/h] γ : 유체의 밀도[㎏/㎥] p1 : 오리피스 전단의 압력[mmH₂O] p2 : 오리피스 후단의 압력[mmH₂O] ┌─ π│2g N = ──── 4 ε : 팽창계수 D ² m(면적비) = (──) = β² d d : 오리피스의 지름[mm] D : 배관의 내경[mm] c α(유량계수) = ──── ┌─── │1-m² c(보정계수) = ∫(R,β) (2) 면적식 유량계의 유량산출식은 다음과 같다. ┌───────── │ 2gVf γf Q = cA │───·(── - 1) │ Af γf 여기서, c : 유출계수 Vf : 프로트의 체적[㎥] A : 로타메타의 단면적[㎡] Af : 프로트의 수압면적[㎡] γf : 프로트의 비중량 γo : 유체의 비중량 (3) 초음파 유량계의 유량산출식은 다음과 같다. σC²△T Q = ────── 2L 여기서, σ : 엑슨계수 L : 전극간의 거리[m] ΔT : 전극간의 도달시간[μsec] C : 초음파의 속도[m/s] (4) 전자식 유량계의 유량산출식은 다음과 같다. 1 πDE Q = ─── · ── × 10^10 144 B 여기서, E : 기전력[V] B : 자속밀도[Gauss] D : 배관의 내경[m] 4.3 차압식 유량계의 유량측정요소에 대한 선정기준은 다음과 같다. (1) 오리피스의 선택은 일반적인 유체를 측정할 때에는 정 중앙 오리피스 중에서 샤프에지(SHARP EDGE)타입을 사용하고, 점도가 높은 유체는 사분원 오리피스를 사용하며, 혼합유체인 경우에 기상과 액상으로 혼합된 유체는 위쪽의 편심오리피스를 사용하고, 액상과 고상이 혼합된 유체는 하부 편심 오리피스를 사용하여야 한다. 　[그림1 ]　 오리피스의 외형도 (a) 정중앙오리피스 　[그림2 ]　 오리피스의 외형도 (b) 사분원오리피스 　[그림3 ]　 오리피스의 외형도 (c) 편심오리피스 (2) 프로노즐은 오리피스의 측정이 일반적으로 25% 이하에서는 신뢰성이 낮아서 더 넓은 범위의 유량을 측정할 때에 사용된다. 　[그림4 ]　 프로노즐(FLOW NOZZLE)의 외형도 (3) 벤튜리튜브(VENTURI TUBE)는 압력이 낮고 차압이 적어야 하는 곳의 유량을 측정할 때에 사용된다. (4) 내부 주입식 오리피스는 25mm이하 배관의 유량을 측정할 때에 사용되고, 전송기내부에 삽입되어 유량을 측정함으로 입구측에 스트레이너를 설치 하여야 한다. 5. 유량계의 설치시 유의사항 5.1 차압식 유량계의 설치시 유의사항은 다음과 같다. (1) 오리피스의 플랜지탭은 측정유체가 액체인 경우는 90°이하 하부로, 증기 및 가스는 90°이상 상부로 설치하여야 한다. 단 수증기인 경우는 탭을 상부로 설치하고 응축포트를 설치하며 도압관을 아래로 하여 계측 기기를 설치할 수 있다. (2) 오리피스 및 프로노즐 설치시에는 오리피스 전단에 배관의 구경 25배 이상, 오리피스 후단에 배관의 구경 5배 이상의 직관부를 유지하여야 한다. (3) 계측기기(차압식 전송기 등)는 바닥에서 1200mm 이내에 설치하여야 하고, 그렇지 아니한 경우는 사람이 항상 정비 점검할 수 있는 위치에 있어야 한다. (4) 하나의 오리피스로 두가지 이상의 계측기기를 사용하는 경우에는 개별적 으로 밸브를 설치하여야 한다. (5) 오리피스 플랜지의 호칭압력은 300이상으로 하고, 연결부위는 배관사양과 일치되어야 한다. (6) 도압관에 스팀 트레싱을 하느 경우에는 개별적으로 스팀 트랩을 부착 하여야 하고, 측정기기에는 60℃ 이상 승온이 되지 않토록 조치하여야 한다. (7) 응축포트는 스팀 트레싱이나 보온을 해서는 아니된다. 5.2 면적식 유량계의 설치시 유의사항 (1) 면적식 유량계의 설치는 유체의 흐름이 아래에서 위로 하여야 한다. (2) 면적식 유량계의 고장시 정비할 수 있도록 밸브 등을 설치하여야 한다. 5.3 초음파 유량계의 설치시 유의사항은 다음과 같다. (1) 측정요소(전극)를 설치하는 배관의 전단은 배관의 구경 25배이상의 직관부를 유지하여야 한다. (2) 배관 등에서 측정요소를 인출할 수 있는 장치를 하여야 한다. (3) 초음파의 속도는 온도와 압력에 따라 변화됨으로 온도의 변화가 심한 곳은 온도를 보정할 수 있는 장치를 하여야 한다. (4) 측정요소는 정전유도, 전자유도 및 대지전위로부터 보호할 수 있도록 격리하고, 별도의 접지를 하여야 한다. 5.4 용적식 유량계의 설치시 유의사항은 다음과 같다. (1) 치차나 루트에 이물질 등의 유입으로 인하여 치차나 루트의 파손을 방지 하기 위해 필터를 부착하여야 한다. (2) 용적식 유량계는 온도 등에 따라 측정유량이 차이가 나므로 온도를 보정 하여야 하고, 특히 판매용 유량계는 단일제품을 측정하여야 한다. (3) 용적식 유량계는 치차나 루트를 오일 해머링 등으로 부터 보호하기 위해서 갑작스럽게 밸브를 조작해서는 아니된다. (4) 용적식 유량계에 증기나 공기가 유입되지 않토록 탈기기를 설치하여야 한다.