게시판 > 질답게시판 > 온압보정식 관련 질문 드립니다.

스테파노 Stefano

16-09-06 18:34

(1) 이전에 비슷한 주제의 질문이 올라와 있어서 답글을 올린적이 있습니다.

우선 먼저 이곳을 참조해 보시기 바랍니다.
http://www.chemeng.co.kr/site/bbs/board.php?bo_table=vqna&wr_id=75234&sca=&sfl=wr_subject&stx=Compensation&sop=and

(2) 필자가 보다 쉽고 자세한 온도 압력 Compensation 방법을 조사해서 답글로 올려두겠습니다. 조금만 기다리세요.

(3) 추가답글에 앞서 해당 유량계의 계측량 계산방법이 계측기 Catalog에 나와 있을 것이므로 이 자료를 먼저 참고자료로 올려주세요. 이를 기준으로 온도와 압력의 Compensating Factor들을 계산하는 방법을 설명하도록 하겠습니다.

스테파노 Stefano

16-09-20 18:47

(1) Orifice Type Flow Meter의 일반수식은 다음과 같습니다.
(Square Edge (Flange Tap, Corner Tap, Radius Tap), Quarter of Circle Orifice, Conical Entrance Orifice, Venturi Tube 등에 공통으로 적용하는 수식입니다. - Ref: ISO 5167, 261)

Qm = 3.512407(10^-5)* C * (1-β^4)^-2 * ε * X * d^2 * Fs * (DP * ρ)^0.5 .................(1)

Qm=Mass Flow, [kg/s]
C = Orifice Discharge Coefficient = func of (D, β, ReD), [-]
β = Orifice Diameter to Pipe Diameter Ratio = d/ D, [-]
d, D = Diameter of Orifice, Pipe, respectively, [mm]
ε = Expansion Factor = func of (β, DP/p Ratio, κ(=Cp/Cv)), Cp, Cv=Isobaric, Isochoric Specific Enthalpies respectively
X=Flow Meter Reading Scale as 0~10,[-]
Fs=Steam Quality Correction Factor = 1 + 0.0074 w , w= Liquid Content in Steam, [w%], Fx=1 for Liquid or Gas
DP=Differential Pressure, [Pa], p = Absolute Inlet Pressure,[bar]

(2) Gas Flow 보정원리

액상의 경우 밀도는 주로 온도에만 관계되기 때문에 온도에 따른 밀도의 보정에 중점을 두면 되지만 Gas의 경우라면 온도와 압력의 영향을 동시에 보정하여 계량하지 않으면 측정값에서 큰 오차를 낳을 수 있습니다. 온도변화에 따른 밀도와 점도의 변화에 의해 나타나는 현상은 단순한 밀도변화에 따른 질량유량 차이 뿐 만 아니라 유속과 Reynolds No의 변화로 인한 Orifice 계수에 변화를 나타냅니다.

우선 (1)식에서 온도와 압력이 변경될 경우 변동될 수 있는 Factor들을 나열해 보면 C, ε , ρ에 해당합니다. 유량계기의 사용조건은 유량계의 설치조건과 다를 수 있기 때문에 우선 실제측정조건을 계기의 설계조건(Reference Condition)으로 변환해주고 이를 다시 Base Condition으로 변환해 주어야 할 것입니다.

아래의 여러 온도, 압력에서의 측정값들을 Base(Standard) Condition에서의 유량으로 보정(Compensation) 해주는 일은 결국 i)온도압력에 따른 밀도보정 ii) 온도압력에 따른 Orifice Coefficient의 보정 iii)온도에 따른 Orifice Dia 및 배관경 차이 보정이 포함되어야 할 것입니다.

측정조건자료 ==>계기설계조건으로 보정 ==>표준유량계측조건으로 보정
Volume Flow at Flowing Condition Vf ==> ditto at Reference Condition Vr ==> ditto at Base(Standard) Condition

첨자 f...위의 Orifice 수식으로 Fluid Condition 값
r...계기의 Reference(Design) Condition 값
b...원하는 Base (Standard) 조건에서의 값

(3) 측정조건과 설계조건의 차이가 많지 않은 경우라고 한다면 Re값이 유사하고 C, ε 값이 크게 차이가 나지 않는다고 하면 위의 (1)식에서 밀도영향만 보정해주면 됩니다. 밀도는 맨킅항 루트속에 들어있기 때문에 밀도비의 루트값으로 보정하면 됩니다.

(4) 측정 온도 압력이 계기 초기 설치조건과 크게 다를 경우라면 Mass Flow를 먼저 가정하고 Reynolds No를 계산하여 C, ε를 계산하여 Mass Flow를 계산한 후 당초가정한 Mass Flow와 대조해봐야 하는 과정이 필요한데 실제 어느 수준에서 시행오차방법을 회피할 수 있는지 필자도 궁금합니다.

특히 이중 Orifice Coefficient값은 다른 값(예를들어 유량, Reynonds Number, 차압, Expansion Factor 등)들이 결정되고 나서 구해질 수 있는 성질의 것이라서 대수적 간단한 수식으로 계산되지 않고 시행오차의 방법으로 계산되어야 한다는 점 때문에 계산은 사실상 아주 복잡해져 버립니다. 특히 iii)의 영향까지 보정하는 경우라면 더더욱 복잡합니다. (참고3 참조)

우선 첨부의 참고자료를 먼저 이용해 보도록 하세요.

1)의 겨우 온도와 압력을 동시 보정이 가능한 유량 전환기의 사용으로 처리하는 방법이 개략 소개되어 있고
2)는 AGA(미국가스협회)의 자료의 일부를 기능을 이용한 온압 보상방법을 소개하고 있고
3)의 경우에는 아주 상세한 유량측정 및 보상방법에 대해 소개하고 있는데 대단히 복잡하군요.

참고1. Siemens의 자료: https://cache.industry.siemens.com/dl/files/366/51436366/att_21451/v1/AD353-124r2.pdf
참고2. Emerson Process Management 자료: http://www.documentation.emersonprocess.com/groups/public/documents/instruction_manuals/d301224x012.pdf
참고3. AGA(Americal Gas Assocition 자료: http://asgmt.com/wp-content/uploads/pdf-docs/2002/1/55.pdf

Qm = 3.512407(10^-5)* C * (1-β^4)^-2 * ε * X * d^2 * Fs * (DP * ρ)^0.5 .................(1)

Qm=Mass Flow, [kg/s]     
      C = Orifice Discharge Coefficient = func of (D, β, ReD), [-]
      β = Orifice Diameter to Pipe Diameter Ratio = d/ D, [-]
      d, D = Diameter of Orifice, Pipe, respectively, [mm]
      ε = Expansion Factor = func of (β, DP/p Ratio, κ(=Cp/Cv)),  Cp, Cv=Isobaric, Isochoric Specific Enthalpies respectively
      X=Flow Meter Reading Scale as 0~10,[-]
      Fs=Steam Quality Correction Factor = 1 + 0.0074 w  , w= Liquid Content in Steam, [w%], Fx=1 for Liquid or Gas
      DP=Differential Pressure, [Pa], p = Absolute Inlet Pressure,[bar]

(2) Gas Flow 보정원리

액상의 경우 밀도는 주로 온도에만 관계되기 때문에 온도에 따른 밀도의 보정에 중점을 두면 되지만 Gas의 경우라면 온도와 압력의 영향을 동시에 보정하여 계량하지 않으면 측정값에서 큰 오차를 낳을 수 있습니다.   온도변화에 따른 밀도와 점도의 변화에 의해 나타나는 현상은 단순한 밀도변화에 따른 질량유량 차이 뿐 만 아니라 유속과 Reynolds No의 변화로 인한 Orifice 계수에 변화를 나타냅니다.

우선 (1)식에서 온도와 압력이 변경될 경우 변동될 수 있는 Factor들을 나열해 보면  C,  ε , ρ에 해당합니다.  유량계기의 사용조건은 유량계의 설치조건과 다를 수 있기 때문에 우선 실제측정조건을 계기의 설계조건(Reference Condition)으로 변환해주고 이를 다시 Base Condition으로 변환해 주어야 할 것입니다.

아래의 여러 온도, 압력에서의 측정값들을 Base(Standard) Condition에서의 유량으로 보정(Compensation) 해주는 일은 결국 i)온도압력에 따른 밀도보정 ii) 온도압력에 따른 Orifice Coefficient의 보정 iii)온도에 따른 Orifice Dia 및 배관경 차이 보정이 포함되어야 할 것입니다.

측정조건자료 ==>계기설계조건으로 보정 ==>표준유량계측조건으로 보정
Volume Flow at Flowing Condition Vf ==> ditto at Reference Condition Vr ==> ditto at Base(Standard) Condition

첨자 f...위의 Orifice 수식으로 Fluid Condition 값
               r...계기의  Reference(Design)  Condition 값 
              b...원하는 Base (Standard) 조건에서의 값

(3) 측정조건과 설계조건의 차이가 많지 않은 경우라고 한다면 Re값이 유사하고 C,  ε 값이 크게 차이가 나지 않는다고 하면 위의 (1)식에서 밀도영향만 보정해주면 됩니다.   밀도는 맨킅항 루트속에 들어있기 때문에 밀도비의 루트값으로 보정하면 됩니다.

(4) 측정 온도 압력이 계기 초기 설치조건과 크게 다를 경우라면 Mass Flow를 먼저 가정하고 Reynolds No를 계산하여 C,  ε를 계산하여 Mass Flow를 계산한 후 당초가정한 Mass Flow와 대조해봐야 하는 과정이 필요한데 실제 어느 수준에서 시행오차방법을 회피할 수 있는지 필자도 궁금합니다.
 
특히 이중 Orifice Coefficient값은 다른 값(예를들어 유량, Reynonds Number, 차압, Expansion Factor 등)들이 결정되고 나서 구해질 수 있는 성질의 것이라서 대수적 간단한 수식으로 계산되지 않고 시행오차의 방법으로 계산되어야 한다는 점 때문에 계산은 사실상 아주 복잡해져 버립니다.  특히 iii)의 영향까지 보정하는 경우라면 더더욱 복잡합니다.   (참고3 참조)

우선 첨부의 참고자료를 먼저 이용해 보도록 하세요.

1)의 겨우 온도와 압력을 동시 보정이 가능한 유량 전환기의 사용으로 처리하는 방법이 개략 소개되어 있고 
2)는 AGA(미국가스협회)의 자료의 일부를 기능을 이용한 온압 보상방법을 소개하고 있고
3)의 경우에는 아주 상세한 유량측정 및 보상방법에 대해 소개하고 있는데 대단히 복잡하군요.

참고1.  Siemens의 자료:   https://cache.industry.siemens.com/dl/files/366/51436366/att_21451/v1/AD353-124r2.pdf
참고2.  Emerson Process Management 자료: http://www.documentation.emersonprocess.com/groups/public/documents/instruction_manuals/d301224x012.pdf
참고3.  AGA(Americal Gas Assocition 자료: http://asgmt.com/wp-content/uploads/pdf-docs/2002/1/55.pdf