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  가스의 압력 및 유량/시간 문의
  글쓴이 : 소아아키   고유ID : soararchi12     날짜 : 20-07-07 08:18     조회 : 218    

안녕하세요.

가스 관련 업무에 종사하고 있으며 본 홈페이지를 통하여 매번 많은 것을 배우게 됩니다.  실무를 하다 보니 막히는 부분이 많이 있네요. 그때 마다 질의에 응답해주신 스테파노님께 감사의 말씀 전하면서 오늘도 어김없이 질의 드립니다.

 

1. 밀폐된 용기의 10mm pipe nozzlesolenoid valve가 설치가 되어있습니다. Solenoid valve가 약 10초 동안 작동하여 밀폐된 용기 안에 있는 GAS가 방출될 때, 용기의 압력과 방출된 CH4 가스의 유량에 대해 어떻게 계산해야 하나요?

  • 용기의 부피 : 2m3

  • 용기의 온도 : 20°C

  • 용기의 압력 : 10bar

  • Solenoid ValveCv : 10

  • Solenoid Valve의 후단은 10mm 직경의 Pipe가 설치가 되며, pipe의 길이는 약 10m로써 대기 방출로 되어있습니다.

2. 1.번 질문과 별개로 압축기의 토출 lineflow meter가 설치되어있습니다. Flow meter data를 보니 Pressure loss 값이 명기되어있으며 이는 Flow rate가 증가하면 Pressure loss도 증가하게 되는 것으로 나와 있습니다.
  1. Test7bar에서 할 때 보다 8bar에서 할 때 Pressure loss가 감소된다고 어떤 Engineer분이 말씀하셨습니다.

  • 단순히 에너지 방정식에 의하여 압력이 높아지면 속도가 감소되므로 “Pressure loss”가 감소한다고 판단하면 되는지 의문이 생깁니다.

    제 생각으로는 압축기는 용적식이므로 결국 압력이 증가되면 질량 유량이 증가 되고 유량이 증가되면 속도가 증가되니 반대로 pressure loss가 증가되는 것이 아닌가 생각해서 질의 드립니다.  

     

3. 1번과 2번 질문과 별개로 질의 드립니다.
  1. VFD로 작동하는 압축기가 있습니다. 이 압축기의 후단에는 1m3의 부피를 가지고 있는 용기가 있습니다. 이 용기의 상부에는 minimum valve라고 4bar의 압력이 될 때까지는 Valve가 작동하지 않으며 4bar초과가 되면 Valve가 작동되어 사용처 측으로 압축가스를 공급하는 system입니다. MotorStart되어 4bar가 될 때까지의 시간을 알 수 있나요? (즉, rpm에 따른 압력추이를 계산할수 있는 방법이 있나요?)


스테파노 Stefano   20-07-08 17:59
A1) 밸브나 배관, 노즐 등을 통하여 흐르는 유체의 유량은 대략 그들을 통과할 때 나타내는 차압의 제곱근에 비례하는데 만일 후단의 절대압력이 전단의 절대압력의 약 1/2 이하가 되는 경우라면 Hole 크기를 후단 압력조건에서 음속(Sonic Velocity)로 흐르게 되개 때문에  그 압력에서 음속에 단면적을 곱하여 유량을 추정할 수 있습니다.  그렇지 않으면 달라질 때마나 나타나는 차압에 따른 유량을 계산해야 합니다

A2) 올려둔 표는 유량감지기 차압에 따른 유량을 나타낸 도표로 보입니다.  Pressure Loss라고 쓰고 있는데 이는 해당측정조건에서 차압식 유량계의 <Differential Pressure>를 의미하고 있을 것입니다.  유량 Transmitter나 유량환산기는 유량계의 <Flow Coefficient>와 이 차압을 기준으로 유량으로 계산해 냅니다. 

측정압력이 높아지면 동일 차압이라도 유량이 늘어나게 될 것이므로  동일 유량이라면 압력이 높아지면 차압은 줄어들어 그 유량을 나타내게 될 것입니다.    이런 환산은 주로 해당 유량계에 환산계수를 조정해 두는 방법으로 조정합니다.  만일 압력이나 온도변화가 심한 경우라면  실시간 온도압력 보상기 (Temp-Press Compensator) 연산기를 통과해서 유량을 나타내도록 합니다.

압력이 높아지면 부피가 줄어들어 동일 질량유량이 통과할 때 해당 계측기가 동일유량을 나타내도록 하기 위해서는 차압이 낮아져야 되기 때문이지요.   

A3) "VFD"로 작동한다는 의미가 Variable Frequency에 의해 회전수가 달라지는 모터로 구동되는 압축기를 의미하는 것으로 봅니다.    이 압축기 후단에 설치된  Discharge Drum(Gas Receiver)의 후단에 달려있다는 "Minimum Valve"는 설명내용으로 보면 Service Valve에 해당하고 이 밸브는 저압에서는 열리지 않다가  최소 4bar 의 압력이 도달할 이후라야 열리는 밸브입니다.

질문내용은 Gas Receiver에 해당 Compressor로 몇분 걸려야 4bar (g)가 되는가?에 해당합니다.

1m3 용기가 대기압 (1 bar abs)에서  5 bar abs로 압력을 올리는데 소요되는 시간을 계산하면 됩니다. 

압축해야 할 가스의 양은  Δ n kg-mole = (ΔP) * V / (R * T) ...........(1)   
압축기 용량 =  m kg-mole/min ....................................................(2)

가압소요시간  t, min  =  Δ n /m  ...............................................(3)

위의 (2)식으로 나타낸 Compressor의 용량을 시동시 VFD 조건에서의 몰유량으로 나타내서 소요시간을 (3)식으로 계산하면 됩니다 .
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