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  Plant Air 배관 압력변화에 따른 유량 계산 방법 질문
  글쓴이 : r34sky   고유ID : r34sky     날짜 : 19-09-30 10:57     조회 : 115    
   공정도.jpg (126.6K), Down : 10, 2019-09-30 13:26:36
안녕하십니까.
각각 250m씩 떨어져있는 3개 지점에서의 압력변화를 토대로 Plant Air 유량을 계산하는 방법을 알고싶어 문의드립니다.
공정 조건을 아래 및 첨부 공정도와 같이 기재하였습니다.

1. Heat Exchanger Air Flushing전 상태
  1) 유량 : 0 (Air 사용처 없음)
  2) 각 지점의 압력
      - A지점 : 7.33bar (Air Receiver Tank)
      - B지점 : 7.4bar (3" Branch 배관)
      - C지점 : 7.4bar (1-1/2" Branch 배관)

2. Heat Exchanger Air Flushing중 상태(Valve Full Open)
  1) 유량 : ?? (구하고자 하는 값)
  2) 각 지점의 압력
      - A지점 : 7.28bar (Air Receiver Tank)
      - B지점 : 5.8bar (3" Branch 배관)
      - C지점 : 0.5bar (1-1/2" Branch 배관)

상기와 같이 각 지점에서 압력이 변화할 때, Air Flushing에 사용되는 Air 유량은 얼마인지 계산이 가능할까요?
정답까지 알 수 있다면 좋겠지만 가능하다면 계산방법 및 식을 알려주시면 감사하겠습니다.

스테파노 Stefano   19-10-01 14:48
(1) 다른 Air 사용처에서 사용량이 불변이고 B지점에서 사용량이 없는 상태에서  해당 열교환기만 Flushing 할 경우 압력이 안전화 된 후의 압력이라고 한다면 계산은 A~B 구간의 압력차 만을 이용하여 계산하면 간단한 수식으로 대략의 유량을 계산할 수 있지만 정확한 계산을 위해서는 시행오차의 방법이 사용되어야 합니다.  A~B구간은 압력차가 아주 크지 않아서 개략계산시 오차가 크지 않지만 B~C 구간은 압력차가 커서 정확한 계산을 위해서는 압력손실 구간을 가정하고 나누어 지정유량이 나올때 까지 유량을 가정해서 유량을 찾아내야 하기 때문에 계산이 아주 복잡해집니다. 

(2) 질문에서 B지점에서의 압력이 A지점보다 높은데  혹시 다음 조건이 잘못기록된 것 아닙니까?  확인해 보세요.
*초기    :  A지점 7.4 barg,    B지점 7.33 barg, C지점 ?? barg
*Flushing:  A지점 7.28 barg,  B지점 5.8 barg,  C지점 ?? barg

(3) 초기 (Flushing전) A~B 구간 4" 240 m 거리의 배관에서의 압력차와 유량과의 관계

초기유량 Qo,  초기 드럼압력  7.4 barg에서 A~B구간 압력차 =  ΔPo_A~B  .......(1)   
Flushing시 유량 Q1,  7.28 barg(??)에세 A~\B구간 압력차  =    ΔP1_A~B  .......(2)
 
Air Flushing 유량(증가유량) = Q1-Qo ..........................................................(3)

위 각각의 경우 유량을 구하여 그 차를 구하면 증가된 유량이 계산되고 이 유량이 Flushing에 의해 증가된 유량이라고 계산하면 되겟지요.

(4) Air 유량 계산은 CRANE Co. (현 Ingersoll-Rand) TP 410M (SI Unit, 1982)  Appendix B-14에 7 barg 15℃에서의 Air Flow에 관한 <Pipe Size-유량-압력차>의 관계식이 나와 있습니다.    이로부터 유량을 계산할 수 있습니다.

예) 7.33 bar에서 A-B간 차압 (7.4-7.33)을 7 barg에서의 차압으로 환산:    0.07*(7+1.013)/(7.33+1.013) =0.0672 bar

Air 7 barg Chart에서 압력차가 유사한 두개의 유량으로부터 보간법으로 계산 
4" Sch40 Pipe -->0.062 bar-->34 Sm3/min  (at 1 bara, 15℃)
4" Sch40 Pipe --->0.070bar-->36 Sm3/min  (at 1 bara, 15℃)

위의 두점에서 0.0672 bar차압에서의 유량을 1차식 보간법으로 계산  즉  34+ (36-34)*(0.0672-0.062)/(0.070-0.062)=35.25 Sm3/min 

마찬가지로 변경후 차압을 기준으로 유량을 계산해서 증가된 유량을 알아내면 됩니다.
     
r34sky r34sky   19-10-08 10:23
답변 확인이 늦었습니다.

우선 압력 조건은 압력계를 이용해 측정한 값이며 올바르게 기록된 것입니다.
오차로 추정되며 A지점에서도 7.4bar로 보시면 무방할 것 같습니다.
그리고 생각보다 계산 방법이 복잡하네요. 차근차근 공부해서 풀어보도록 하겠습니다.

답변 감사드립니다.
Stefano    19-10-10 00:19
(1) 계산방법을 간단히 요약하자면..

용량이 늘기전(Case "1") 특정구간의 배관에서 <차압1>과 <관경> 및 <관길이>를 이용하여 그 <차압1>을 나타날 때의 <유량1>을 계산하고

마찬가지로 유량이 늘어난 후(Case "2") 동일 관경, 관길이 구간에서 <차압2>를 나타낼 때의 <유량2>를 구해놓고

<유량2>에서 <유량1>의 값을 빼면 증가된 유량이 되고 이 증가된 유량이 바로 Flushing을 위해 필요한 공기량이 되는 것이지요

(2) 문제는 <차압1> 또는 <차압2>은 알고 있지만 유량을 모르기 때문에 차압계산이 안된다는 것에 있습니다.

따라서 유량관련 서적에서 Darcy (Fanning or Moody) Equation을 이용하여 모르고 있는 <유량> 값을 가정해 보고 이 유량이 해당 배관의 구간을 흘러갈 깨 <차압>이 얼마되는 가를 계산해 보는 것입니다.    모르는 유량값을 몇차려 임의의 값으로 정한다음 그 유량에서의 차압이 실제 걸리는 <차압1> 또는 <차압2>값과 같아지면 그 임의로 정한 값이 맞는 값이 되지요.

이러한 계산 방법이 바로 Trial-and-Error 풀이 방법입니다.    설명은 복잡한듯하고 계산이 어려운 듯하나 계산은 아주 간단한 계산을 수차례 반복하는 일이 번거로울 뿐 어려운 작업은 아닙니다.
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