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  "배관 Size, Valve 개도율" 로 물의 유량을 구할수 있나요?
  글쓴이 : Kobing   고유ID : totokbh1126     날짜 : 21-01-19 16:00     조회 : 129    

안녕하세요 화공 초년생입니다.

질의 드릴 사항으로 조건이 부족할 때 유량을 구하는 방법을 알고 싶습니다.

조건 1. 배관의 Size를 알고 있다 (ex. 2 Inch)
조건 2. 물질은  Water이며, 유속을 모른 상태에서 Valve 개도율만 알고 있다. (Ex. 30% Open)

상기 2가지 조건만 가지고서 물의 시간당 유량을 구할수 있을까요?


PS) 참고문헌을 참고해보니, 설계시 물의 유속은 2~2.5m/s 로 추정한다고 가정을 하던데,
      상기 조건에도 적용할수 있을까요?   적용시 어떠한 방법으로 계산이 가능한지 알고 싶습니다.


쌀쌀한 날씨 건강 유의하시길 바랍니다.

Stefano    21-01-19 17:13
(1) 배관 길이가 비교적 짧은 경우 Control Valve의 개도율과 차압으로부터 유량을  구할 수 있습니다.
그러나 차압을 모르면 유량을 알 수 없습니다. 밸브가 열려진 정도가 같다고 해도 차압이 크다면 유량이 달라지기 때문입니다. 
(탱크에 물이 가득 차 있을 때  하단에 밸브를 30% 열어준다고 했을 때  탱크 액면이 높을 때는 흘러나오는 양이 많지만 액면이 줄어들 수록 점점 유량이 줄어드는 것을 알 수 있습니다.)

(2) 배관의 설계유량과 실제 유량은 다를 수가 있는데  이를 조절하기위해 달아주는 것이 Flow Control Valve인데 유량을 감지하여 설정유량이 부족할 경우 자동적으로 밸브가 더 열리고 반대로 유량이 너무크면 닫아줍니다.   

설계유량이 2m/s  흘러가도록  배관과 밸브가 설치되어 있어도  탱크액면 높이 혹은 공급압력차에 따라 유량이 달라지는데  해당 조절밸브가 유량조절밸브라면 유량을 맞추어 주도록 조절합니다. 

(3) 밸브 조절없이  배관크기 만으로 유량을 추정하려면 배관압력손실을 이용해서 유량을 산출할 수 있습니다. 이럴때는 유량을 먼저 가정한 다음 해당압력손실과 맞추어 봐서 서로 맞으면  가정한 유량이 맞음을 확인해가는 시행오차방법이 사용돠니다.
     
Kobing totokbh1126   21-01-19 17:41
답변해주셔서 감사합니다.

배관압력손실로 유량을 산출한다 (시행착오법).

시행착오법은 알겠으나, 배관압력손실로써 유량을 산출한다는게 어떤 말씀인지 여쭤보고 싶습니다.
장해 onni22   21-01-22 06:48
1. 밸브개도와 (밸브 유량특성커브, 통상 Cv curve) 
2. 밸브가 설치된 배관 사이즈. 또는 밸브 사이즈
3. 밸브 앞단 압력( 압력계기가 없으면 가장 가까운 압력계의 수치와 밸브와 그 사이의 거리)
4. 밸브 후던 압력(압력계기가 없으면 가장 가까운 압력계의 수치와 밸브와 그 사이의 거리)

위 정보만 있으면 계산이 가능합니다.  일종의 연립방정식이라 4개중 1가지 정보라도 누락되면 그 부분은 가정?을 해서 계산하기 때문에 정확성이 떨어집니다.

정보 적어주시면 간단히 답변 적어드릴테니 파악하시는 상황과 비교해 보시면 될것 같네요
Stefano    21-01-27 08:20
(0) Control Valve 개도율에 따른 Cv값을 알아도 밸브 전후 차압이 정해져야 Valve에 흐르는 유량이 정해지고
일정길이의 배관의 경우 차압과 유량은 어느 하나가 정해져야 나머지도 정해지므로 어느 미지수 하나를 가정하여 나머지 미지수를 확인하는 방법으로 구하는 방법이 바로 시행오차의 방법입니다. 

처음 질문에서 밸브크기 열림정도, 배관크기, 길이가 정해져 있는 시스템에서 차압정보가 없으면 유량을 구할 수 없는데  차압은 유량이 결정되어야 구해집니다. 

(1) 따라서  주어진 배관에서 (즉 길이, 직경, 부품수효 정보를 모두 알고) 차압을 알고 유량을 계산하려면...
유량Q 가정---> Re No. -->Friction Factor --->배관내 차압계산 -->계산된 차압이 주어진 차압과 같으면 유량 Q가 맞음.  그렇지 않으면 Q를 다시가정하여 반복.   
(이 방법이 배관에서 압력차로부터 유량을 구하는 방법인데 배관내 차압력과 유량간의 관계식이 대수적 수식으로 풀어지는 수식이 아니라서 그리하는 것입니다.  컴퓨터로 푸는 것도 내부에서 시행오차의 방법이 사용됩니다. )

(2) 밸브의 개도율에 따른 Cv값과 차압을 모두 알고 유량을 구하는 방법은  Orifice에서  유량을 구하는 방법과 동일한 방법이 사용되는데 이 방법도 유량을 가정하고 차압을 계산해봐서 차압이 맞으면 가정한 유량이 맞다고 보는 것입니다.  Standard Orifice의 경우 많은 실험데이터가 많아서 Maker가 제공하는 차압과 유량과의 관계식으로부터  유량을 구할 수 있는데  엄밀하게는 시행오차방법이 적용되어 구하는 방식입니다.  Orifice에 비하여 Valve의 개도율과 차압에 따른 유량계산 결과의 오차은 원래 큰 오차를 포함하게됩니다. 

(3) 결론적으로... 
배관및 밸브의 차압으로부터 유량을 계산하는 방법은 적당하지도 않고 정확도도 크게 모자라서 실무에서 이용되는 목적은 공정 설계단계에서 펌프나 배관의 크기를 결정하기 위한 목적으로만 사용하며 유량측정에는 적용하지 않습니다.  유량을 측정하려면 정밀도가 높은 유량측정기를 이용해야 하는 이유가 되는 것이지요.
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