스테파노 Stefano   15-07-29 11:19 Liquid Choked Flow A1)  기상의 Choked Flow는 Sonic Velocity에 도달했을 때의 흐름이고 액상의 Choked Flow는 액이 증발되는 조건에서의 흐름을 말합니다.  액체 Orifice 출구에서 액체의 증기압보다 낮아지면 액이 증발하면서 부피가 수백~1500배 가량 크게 증가하게 되는데 이로 인해 액의 순간적 증발,  증기의 응축으로 인한 초음파가 발생하는 현상이 일어나는데 이상태가 되면 Orifice 출구에서 소음, 마모등이 심해집니다.  초음파는 액이 서로 부딛치는 현상에 의해 발생되는 것으로 Pump내의 Cavitation으로 현상과 같습니다.  A2) 2), 3)의 경우가 Choked Flow에 해당하는데 2)의 경우에는 Flashing이 일어 나는 것을 어느 정도 허용하는 조건이고 3)의 경우에는 Flashing이 일어나 Two-Phase Flow로 흐른다고 가정하는 조건입니다.  (참고로.. 압력차가 많이 나는 Control Valve에 사용하는 Orifice의 경우 압력차가 적은 여러개의 Orifice를 사용하거나 미로형식의 Channel을 두어 Control Valve 전후의 압력차를 줄이도록 하여 Flashing을 방지할 수도 있습니다. ) A3) 압력이 낮아져서 기화되는 Flashing 현상이 일어나면 증발현상으로 부피가 크게 늘어나 앞서 흐르고 있는 액체의 저항에 의해 흐름의 저항이 크게 증가하여 더이상 유량이 증가하지  못하는 상황이  도달하는 것이지요.  Flashing이 발생하여 증기부피가 늘어나 증기유속이 음속을 초과할 수도 있겠지만 액체 Orifice의 경우 이런 현상은 거의 일어나지 않는데 그 이유는 증발과 팽창에 의해 온도가 크게 낮아져 증발이 더 이상 계속되지 않고 심하면 Freezing 현상에 의해 Snow가 생기는 현상이 나타날 수 있기 때문입니다.         RO Sizing  A1) RO Sizing은 설계유량을 배출해야 하는 조건에서의 구경을 정해야 하므로 당연히 Max Flow를 기준으로 해야 겠지요.  만일 Upstream 압력이 Normal ~ Max 범위로 정해져 있다면 Max Flow는 Max Upstream 압력에서 흐르도록 하면 되지요. A2, A3) 두번째, 세번째 질문의 의도를 이해할 수 없지만 RO 설계를 위해서는 당연히 배출조건에서의 물성이 주어져야 하겠지요.    Orifice 계산에 밀도, 점도를 알아야 Reynolds No.를 구할 수 있고 이로부터 Orifice 유량배출계수가 얻어지잖아요. Liquid Choked Flow A1) 기상의 Choked Flow는 Sonic Velocity에 도달했을 때의 흐름이고 액상의 Choked Flow는 액이 증발되는 조건에서의 흐름을 말합니다. 액체 Orifice 출구에서 액체의 증기압보다 낮아지면 액이 증발하면서 부피가 수백~1500배 가량 크게 증가하게 되는데 이로 인해 액의 순간적 증발, 증기의 응축으로 인한 초음파가 발생하는 현상이 일어나는데 이상태가 되면 Orifice 출구에서 소음, 마모등이 심해집니다. 초음파는 액이 서로 부딛치는 현상에 의해 발생되는 것으로 Pump내의 Cavitation으로 현상과 같습니다. A2) 2), 3)의 경우가 Choked Flow에 해당하는데 2)의 경우에는 Flashing이 일어 나는 것을 어느 정도 허용하는 조건이고 3)의 경우에는 Flashing이 일어나 Two-Phase Flow로 흐른다고 가정하는 조건입니다. (참고로.. 압력차가 많이 나는 Control Valve에 사용하는 Orifice의 경우 압력차가 적은 여러개의 Orifice를 사용하거나 미로형식의 Channel을 두어 Control Valve 전후의 압력차를 줄이도록 하여 Flashing을 방지할 수도 있습니다. ) A3) 압력이 낮아져서 기화되는 Flashing 현상이 일어나면 증발현상으로 부피가 크게 늘어나 앞서 흐르고 있는 액체의 저항에 의해 흐름의 저항이 크게 증가하여 더이상 유량이 증가하지 못하는 상황이 도달하는 것이지요. Flashing이 발생하여 증기부피가 늘어나 증기유속이 음속을 초과할 수도 있겠지만 액체 Orifice의 경우 이런 현상은 거의 일어나지 않는데 그 이유는 증발과 팽창에 의해 온도가 크게 낮아져 증발이 더 이상 계속되지 않고 심하면 Freezing 현상에 의해 Snow가 생기는 현상이 나타날 수 있기 때문입니다. RO Sizing A1) RO Sizing은 설계유량을 배출해야 하는 조건에서의 구경을 정해야 하므로 당연히 Max Flow를 기준으로 해야 겠지요. 만일 Upstream 압력이 Normal ~ Max 범위로 정해져 있다면 Max Flow는 Max Upstream 압력에서 흐르도록 하면 되지요. A2, A3) 두번째, 세번째 질문의 의도를 이해할 수 없지만 RO 설계를 위해서는 당연히 배출조건에서의 물성이 주어져야 하겠지요. Orifice 계산에 밀도, 점도를 알아야 Reynolds No.를 구할 수 있고 이로부터 Orifice 유량배출계수가 얻어지잖아요.

갼 j2929415   15-07-29 13:22 답변 감사합니다. 1. RO sizing에서의 타 엔지니어의 의견을 참조하자면, Normal / max 두 가지 흐름으로 sizing을 하고 더 size가 큰 case로 한다고 하는데, 이런 경우도 실제로 존재 할 수가 있는지요? 또한 후단에 큰 유량이 가면 안되는 경우는 normal로 하는 경우도 있다 들었습니다. 이것은 아마 발주처와의 협의에 달린 듯합니다. 2. Vendor로 data 제공되기전 공정팀에서 Liquid 의 choke flow를 판단하기 위해서는 vena contracta에서의 압력을 알아야 하는데 이 압력은 inlet/outlet pressure 보다 낮기 때문에 정확한 값을 알수가 없습니다. vena contracta에 대한 따로 equation이 존재하는건지요? 정확한 vena contracta를 알수가 없어 low / high pressure drop으로 나누어서 equation이 정해진 것인가요? 3. 만약 flashing 발생하는 곳이라면, multi stage로 하여 cavitation을 방지를 하는데, 이것은 즉 non- flashing (non-choke flow) 이므로 non-flashing에 따른 equation으로 size를 구하는 것이 맞는지요? 4. Flashing 조건에서 Multi stage 를 사용하느냐 마느냐 결정함에 있어 intermittant line 에 한해서는 multi를 사용하지 않는 것이 맞는지요? (Ex. Blowdown valve) A2, A3 는 제 질문의도에 대한 답변을 정확히 주셨습니다. 감사합니다. 답변 감사합니다. 1. RO sizing에서의 타 엔지니어의 의견을 참조하자면, Normal / max 두 가지 흐름으로 sizing을 하고 더 size가 큰 case로 한다고 하는데, 이런 경우도 실제로 존재 할 수가 있는지요? 또한 후단에 큰 유량이 가면 안되는 경우는 normal로 하는 경우도 있다 들었습니다. 이것은 아마 발주처와의 협의에 달린 듯합니다. 2. Vendor로 data 제공되기전 공정팀에서 Liquid 의 choke flow를 판단하기 위해서는 vena contracta에서의 압력을 알아야 하는데 이 압력은 inlet/outlet pressure 보다 낮기 때문에 정확한 값을 알수가 없습니다. vena contracta에 대한 따로 equation이 존재하는건지요? 정확한 vena contracta를 알수가 없어 low / high pressure drop으로 나누어서 equation이 정해진 것인가요? 3. 만약 flashing 발생하는 곳이라면, multi stage로 하여 cavitation을 방지를 하는데, 이것은 즉 non- flashing (non-choke flow) 이므로 non-flashing에 따른 equation으로 size를 구하는 것이 맞는지요? 4. Flashing 조건에서 Multi stage 를 사용하느냐 마느냐 결정함에 있어 intermittant line 에 한해서는 multi를 사용하지 않는 것이 맞는지요? (Ex. Blowdown valve) A2, A3 는 제 질문의도에 대한 답변을 정확히 주셨습니다. 감사합니다.

스테파노 Stefano   15-07-30 10:26 1A. RO에서 짐작할 수 있듯이 "Restriction"이라는 순수한 의미는 RO를 통과하는 유량을 어느 수치 이상으로 "흐르지 말라"는 뜻을 내포하고 있습니다.  그러나 그 흐름이 Upstream의 배출 유량을 Control 할수도 있고 Downstream으로 흘러들어가는 유량을 Control 할수가 있기 때문에 이중 어느 목적으로 쓰이고 있는가를 먼저 확인해봐야 합니다.   첫번째의 예는 유체가 흘러가는 방향쪽으로 과다하게 유량이 갑자기 흘러 Upstream의 압력이냐 액면을 크게 떨어뜨림을 방지하는 목적으로 사용하거나 일부러 압력이나 액면이 서서히 떨어지도록 유도하는 목적으로 사용되는 것이고 두번째는 유체가 흘러가다가 출구가 갑자기 막혀 흘러들어온 유량을 전량 배출해야하는 PSV의 용량을 제한하기 위해 사용되는 경우가 대표적인 예입니다.  이들은 공정장치체 아주 흔히 쓰이는 예들입니다.  두 경우 모두 Max 유량이하로 흐르지 못하도록 "흐름을 제한"하는  목적으로하지요.  그러나 과량의 흐름이 후단 공정에 영향을 주는 경우 정상운전중 Normal Rate 이상을 흐르지 못하도록 제한하기 위하여 사용하는 경우도 있습니다.  예를 들어 과량의 물질투입이 폭발적인 발열반응을 일으키는 경우 운전자의 수동밸브조작실수나 Control Valve의 고장에도 문제를 일으키지 않도록 Control Valve와 Bypass Loop 후단에 다시 Manual Valve와 (Normal Flow) RO를 부착할 수도 있지요.  (실제로 필자가 설계했던 공정에 적용하기도 했습니다.) 2A. Vena Contracta의 Pressure Profile은 과거 Vendor가 주로 실험적인 데이터에 의존했지만 지금은 Fluid Dynamics Model Simulation으로 구할 수 있을 것으로 봅니다.  Control Valve  Maker에서는 Control Valve의 소음도 예측하는 모델 수식도 사용하는 것 같습니다.  Orifice Sizing에 관해서는 전세계적으로 이미 수많은 실험연구가 되어 있어서 액체와 기체 유량계용 ISO표준 Orifice Type에 대새 정교한 수식이 만들어져 있습니다.    Pressure Profile은 Sizing에 별로 도움을 주지 않는데 이수식들을 사용하면 정교한 Orifice Size를 구할 수 있습니다.  이들 수식들은 유량의 정확도를 유지하기 위하여 관경, (Orifice/관의)직경비, Reynolds No등의 제한범위가 있는데 정확도가 문제되지않는 단순 RO에도 적용하는데 무리가 없을것입니다.  Low와 High Pressure Drop으로 나누어 어떤 Orifice Sizing하는 수식을 적용하는지 궁금하지만  (보통 압축성 유체에서) Orifice 통과 후 Sonic Velocity 이하 범위의 수식을 사용할 때를 Low Pressure, Sonic Velocity를 기준으로 할때를 High Pressure로 적용합니다.  절대압력비를 기준으로 음속(Mach No. 1)에 도달하는 P2/P1의 값에 의해 판단할 수 있는데 대략 2 정도에서 Sonic Velocity에 도달하기 때문에 그 이하의 압력비 범위에서의 계산은 Low Pressure 그 이상의 압력차 범위는 High Pressure 범위ㅇ서 계산하는데 바로 이 조건이 Critical Condition에 해당하지요.  3A, 4A. 액상 Orifice의 경우 Flashing이 일어나면 Erosion 문제, 소음문제 드을 피하려면 Multi Stage Orifice를 사용하는 것이 안전한데 그 경우 각 단별 압력차를 낮춰 조절함으로써 이들현상을 방지하는 대신 단별 차압이 낮어졌기 때문에 Orifice의 직경은 늘어나게 되겠지요.  다단으로 하는 경우 각 Orifice 후단에서 Flashing 된 Vapor가 다시 응축되는 현상만 방지하더라도 Cavitation과 Contraction 현상을 막을 수 있어서 소음, 마모를 크게 줄이는 효과를 낳습니다. 어쨋거나 액상의 경우 Orifice 계산수식은 기상의 계산수식에 비해 단순하며 Non-Flashing 조건으로 Orifice를 구하여 설치하는 것으로 할 터인데 Erosion, 소음 문제가 심각하면 나중에라도 Orifice를 추가하고 Sound Protection을 위한 Insulation (Accoustic Insulation)으로 해결해야 할 것입니다.  도움이 되었기를 바랍니다. 1A. RO에서 짐작할 수 있듯이 "Restriction"이라는 순수한 의미는 RO를 통과하는 유량을 어느 수치 이상으로 "흐르지 말라"는 뜻을 내포하고 있습니다. 그러나 그 흐름이 Upstream의 배출 유량을 Control 할수도 있고 Downstream으로 흘러들어가는 유량을 Control 할수가 있기 때문에 이중 어느 목적으로 쓰이고 있는가를 먼저 확인해봐야 합니다. 첫번째의 예는 유체가 흘러가는 방향쪽으로 과다하게 유량이 갑자기 흘러 Upstream의 압력이냐 액면을 크게 떨어뜨림을 방지하는 목적으로 사용하거나 일부러 압력이나 액면이 서서히 떨어지도록 유도하는 목적으로 사용되는 것이고 두번째는 유체가 흘러가다가 출구가 갑자기 막혀 흘러들어온 유량을 전량 배출해야하는 PSV의 용량을 제한하기 위해 사용되는 경우가 대표적인 예입니다. 이들은 공정장치체 아주 흔히 쓰이는 예들입니다. 두 경우 모두 Max 유량이하로 흐르지 못하도록 "흐름을 제한"하는 목적으로하지요. 그러나 과량의 흐름이 후단 공정에 영향을 주는 경우 정상운전중 Normal Rate 이상을 흐르지 못하도록 제한하기 위하여 사용하는 경우도 있습니다. 예를 들어 과량의 물질투입이 폭발적인 발열반응을 일으키는 경우 운전자의 수동밸브조작실수나 Control Valve의 고장에도 문제를 일으키지 않도록 Control Valve와 Bypass Loop 후단에 다시 Manual Valve와 (Normal Flow) RO를 부착할 수도 있지요. (실제로 필자가 설계했던 공정에 적용하기도 했습니다.) 2A. Vena Contracta의 Pressure Profile은 과거 Vendor가 주로 실험적인 데이터에 의존했지만 지금은 Fluid Dynamics Model Simulation으로 구할 수 있을 것으로 봅니다. Control Valve Maker에서는 Control Valve의 소음도 예측하는 모델 수식도 사용하는 것 같습니다. Orifice Sizing에 관해서는 전세계적으로 이미 수많은 실험연구가 되어 있어서 액체와 기체 유량계용 ISO표준 Orifice Type에 대새 정교한 수식이 만들어져 있습니다. Pressure Profile은 Sizing에 별로 도움을 주지 않는데 이수식들을 사용하면 정교한 Orifice Size를 구할 수 있습니다. 이들 수식들은 유량의 정확도를 유지하기 위하여 관경, (Orifice/관의)직경비, Reynolds No등의 제한범위가 있는데 정확도가 문제되지않는 단순 RO에도 적용하는데 무리가 없을것입니다. Low와 High Pressure Drop으로 나누어 어떤 Orifice Sizing하는 수식을 적용하는지 궁금하지만 (보통 압축성 유체에서) Orifice 통과 후 Sonic Velocity 이하 범위의 수식을 사용할 때를 Low Pressure, Sonic Velocity를 기준으로 할때를 High Pressure로 적용합니다. 절대압력비를 기준으로 음속(Mach No. 1)에 도달하는 P2/P1의 값에 의해 판단할 수 있는데 대략 2 정도에서 Sonic Velocity에 도달하기 때문에 그 이하의 압력비 범위에서의 계산은 Low Pressure 그 이상의 압력차 범위는 High Pressure 범위ㅇ서 계산하는데 바로 이 조건이 Critical Condition에 해당하지요. 3A, 4A. 액상 Orifice의 경우 Flashing이 일어나면 Erosion 문제, 소음문제 드을 피하려면 Multi Stage Orifice를 사용하는 것이 안전한데 그 경우 각 단별 압력차를 낮춰 조절함으로써 이들현상을 방지하는 대신 단별 차압이 낮어졌기 때문에 Orifice의 직경은 늘어나게 되겠지요. 다단으로 하는 경우 각 Orifice 후단에서 Flashing 된 Vapor가 다시 응축되는 현상만 방지하더라도 Cavitation과 Contraction 현상을 막을 수 있어서 소음, 마모를 크게 줄이는 효과를 낳습니다. 어쨋거나 액상의 경우 Orifice 계산수식은 기상의 계산수식에 비해 단순하며 Non-Flashing 조건으로 Orifice를 구하여 설치하는 것으로 할 터인데 Erosion, 소음 문제가 심각하면 나중에라도 Orifice를 추가하고 Sound Protection을 위한 Insulation (Accoustic Insulation)으로 해결해야 할 것입니다. 도움이 되었기를 바랍니다.

갼 j2929415   15-08-11 18:33 답변 감사드립니다. 4번의 물음에서 Intermittant에 대한 내용이 없는것 같아 재 질문을 드립니다. 저희 공사에서는 Blowdown valve의 경우나 Intermittant 한 Line 들은 multi stage로 처리하지 않았습니다. 일반적인 공사에서 이러한 라인들은 flash가 일어나더라도 multi를 설치하지 않는지 궁금합니다. 답변 감사드립니다. 4번의 물음에서 Intermittant에 대한 내용이 없는것 같아 재 질문을 드립니다. 저희 공사에서는 Blowdown valve의 경우나 Intermittant 한 Line 들은 multi stage로 처리하지 않았습니다. 일반적인 공사에서 이러한 라인들은 flash가 일어나더라도 multi를 설치하지 않는지 궁금합니다.

장현수 jddast   15-08-17 17:42 일반적인 것인지는 모르겟으나 제 경험으로는 Energy dissipation 100hp이상인 경우 intermittent/continuous service에 관계없이 Multi-stage로 갔습니다. 이는 공장주인이 특성에 따르는 것이 아닌가 합니다. 공장주인이 예전에 vibration failure에 치를 떤적이 있다면 plant life를 길고 안전하게 하고 싶을 것 입니다. 또한 RO (flow restriction이 목적이라면)는 주로 intermittent service가 아닌지?? ex., Pump min. flow line (continuous로 흘리는 경우도 있음), Emergency drain/vent line, Depressurization line, Loading/Unloading line, Makeup line, Startup (warmup) line, Deluge system 등등. 제 생각에는 intermittent service가 더욱 위험한게 아닌가 합니다. 수도꼭지를 갑자기 잠그거나 열면 많이 흔들림을 (water hammering) 볼 수 있는 것처럼 말입니다. 하지만 3년에 한번 maintenance turnaround에 쓸까말까한 곳에 돈 투자를 하고 싶지 않다는 정도의 판단은 가미해야 할 것 같습니다. 만약 flash가 일어난다면 즉 소음과 진동을 유발하겠지요. 이는 vibration analysis (AIV : Accoustic Induced Analysis (주로 기체), FIV : Flow Induced Analysis (주로 액체) 등)을 해서 위 스테파노님께서 말씀하신 Accoustic insulation을 포함하여 Additional Piping support, Strong bracing, Strong welding (weldolet), small branch 최소화 등의 방법이 있을 것 같습니다. 일반적인 것인지는 모르겟으나 제 경험으로는 Energy dissipation 100hp이상인 경우 intermittent/continuous service에 관계없이 Multi-stage로 갔습니다. 이는 공장주인이 특성에 따르는 것이 아닌가 합니다. 공장주인이 예전에 vibration failure에 치를 떤적이 있다면 plant life를 길고 안전하게 하고 싶을 것 입니다. 또한 RO (flow restriction이 목적이라면)는 주로 intermittent service가 아닌지?? ex., Pump min. flow line (continuous로 흘리는 경우도 있음), Emergency drain/vent line, Depressurization line, Loading/Unloading line, Makeup line, Startup (warmup) line, Deluge system 등등. 제 생각에는 intermittent service가 더욱 위험한게 아닌가 합니다. 수도꼭지를 갑자기 잠그거나 열면 많이 흔들림을 (water hammering) 볼 수 있는 것처럼 말입니다. 하지만 3년에 한번 maintenance turnaround에 쓸까말까한 곳에 돈 투자를 하고 싶지 않다는 정도의 판단은 가미해야 할 것 같습니다. 만약 flash가 일어난다면 즉 소음과 진동을 유발하겠지요. 이는 vibration analysis (AIV : Accoustic Induced Analysis (주로 기체), FIV : Flow Induced Analysis (주로 액체) 등)을 해서 위 스테파노님께서 말씀하신 Accoustic insulation을 포함하여 Additional Piping support, Strong bracing, Strong welding (weldolet), small branch 최소화 등의 방법이 있을 것 같습니다.