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  밸브 개폐시 배관사이즈에 따른 유량 및 압력변화에 대한 질의
  글쓴이 : lch2133   고유ID : lch2133     날짜 : 23-05-14 22:11     조회 : 163    
   캡처.JPG (71.6K), Down : 10, 2023-05-14 22:11:38
최근들어 질문 할 것이 많은데 답변 잘해주셔서 감사합니다.
작업하다가보니 밸브를 열때마다 압력이 올라가는 경우도 있고 내려가는 경우도 있어서 질문드립니다.
첨부파일에 확인 부탁 드립니다.
 
<조건1>경우,
저장탱크와 연결된 배관은 모두 50A이며, P1~P3의 각 액체사용밸브를 열어 액체를 라인내에 흘린 후
메인밸브(L1)을 얼만큼 개폐하는지에 따라 유랑과 압력이 결정됩니다.
이 경우 밸브를 열면 열수록 밸브스탬에 부하가 떨어져서 압력은 떨어지고 유량은 증가하는것으로 알고있습니다.

<조건2>경우,
저장탱크와 연결된 배관은 50A이나, P1~P3의 각 액체사용밸브를 열어 액체를 라인내에 흘린 후
메인밸브(L1) 전단의 배관은 25A이며, 메인밸브 배관 또한 25A입니다.

질문1.
<조건1>과 달리  밸브를 열면 열수록 압력은 증가하고 유량은 증가하는것을 Console에서 확인했습니다.
25A 배관은 50A 배관의 유량을 다 커버하지못하여 그 순간부터 압력이 발생하는걸로 추정하고있습니다.

"면적이 넓어질수록 압력이 작아진다"원리 처럼
밸브를 조금 열면 Valve stem이 조금밖에 열리지 않아 배관 내 유속과 Valve stem에 힘을 많이 받아 압력이 상승할것이며,
점점 밸브를 열수록 Valve stem이 많이 열리게 되며, 배관 내 유속과 Valve stem에 힘을 적게 받아 압력은 떨어질것으로 생각이 들었습니다.
(밸브를 열수록 부하를 적게 받는다)

정리하자면
밸브를 열면 열수록 Valve Stem의 공간이 짧아져 유량에 대한 밸브가 부하를 받지 않아 압력이 작아질꺼라 생각이 드는데 제생각이 틀린것 같습니다.
원리를 알려주시면 감사하겠습니다.

질문2.
액체질소저장탱크 (No.1,2,3) 3개의 탱크를 균압시키고 액체사용밸브 Open후 메인밸브를 사용하는데
액체질소저장탱크의 압력도 메인밸브의 압력에 영향을 미치는가요?

질문3.
액체질소저장탱크 (No.1)만 사용하는 경우 
해당 압력이 10Bar일 경우와 13Bar 일경우 액체사용밸브로 액체 공급 시 압력에 따른 유량차이가 있나요?

질문4.
<조건2>의 압력계는 차압식 압력계로 차압을 측정하는것으로 보면 되나요?




스테파노 Stefano   23-05-15 02:34
(A0) 우선 충전시스템에서 사용하는 밸브의 목적(역할), 압력계의 측정 목적, 압력계가 나타내는 압력의 의미, Valve 부품에 작용하는 힘(?) 등의 용어에서 잘못 이해하고 있는 듯 하여 이를 먼저 설명합니다.

- P1, P2, P2는 각 질소탱크 하단에 연결되어 있는 메인 배출밸브이고 충전시 함께 열어둠으로써 충전중 비교적 균일하게 압력을 유지하도록 합니다.  (세 밸브중 하나만 열어줄 경우 충전시 탱크측 압력(공급압력)이 크게 떨어져 충전시간이 오래걸리게 됩니다.)
- L1 밸브는 연결된 여러 저장탱크에서 충천탱크게 공급되는  메인밸브이고 이 밸브는 충전 개시, 정지 등이 목적으로 사용됩니다.(질문 내용에서 이 밸브를 사용한 압력조절 등의 목적으로 쓰이는 것으로 오해하기 쉽지만  압력조절 기능은 없다고 보면 됩니다.)

-두번째 조건의 그림에서 그려진 <압력계> 는 아마 유량계가 설치되듯 (잘못)그려져 있는데 차압식 유량계라고 하면 압력계가 두개 그려져 있고 그 사이에 오리피스가 설치되어 있어야 합니다.

-하나만 달린 압력계가 충전용기측으로 가는 압력계인 경우  충전충 압력은  줄곧 달라질 수 있고 충전이 완료되면  충전용기의 압력을 나타내면서  일정값을 지시할 것입니다.  (따라서 이 압력계의 기능은 충전이 완료되었는지 확인하는 목적으로 사용될 것입니다.)

-질문내용에서 <..밸브를 열면 열수록 밸브스탬에 부하가 떨어져서 압력은 떨어지고 유량은 증가...>로 적고있는데 여기서 밸브스템은  밸브핸들을 돌릴 때 오르락 내리락 하는 밸브 축을 말합니다.  여기에 <부하가 걸리다 떨어지는 것>이 아니고 밸브를 열게 되면 밸브의 퉁과 면적이 늘어나게 되고 전후에 걸리는 차압과 밸브 열림면적에 의해 유량이 정해집니다.

-충전초기 압력은 연결되 충전탱크측 압력을 나타내겠지만 메인충전밸브(L1)을 열게되면  압력이 올라가기 시작할 것입니다
(차압식 유량계의 경우 흘러가는 유량이 없으면 차압은 0이고 유량이 늘어나면 그 유량일 때의 차압이 (압력계가 아니고) 차압계에 나타나며 시스템에서는 이 차압을 기준으로 흐르는 유량으로 환산하여 지시할 것입니다.)

(A1)  밸브를 열면 유량증가는 당연하고  이 때  압력이라면 점점 상승하게 될 것이나 차압식 유량계라면 유량이 최대일 때 차압도 최대를 지시합니다. 

<25A 배관은 50A 배관의 유량을 다 커버하지못하여 그 순간부터 압력이 발생하는걸로 추정..> ==>이 말은 전혀 맞지 않습니다.
배관경이 다르면 위치멸 압력이 같더라도  흐름 유량이 달라질 수 있으며  그에따라  충전밸브측 압력상승 속도도 달라집니다.

<"면적이 넓어질수록 압력이 작아진다"원리 ...> ==> 본 시스템에 전혀 적용되지 않는 원리입니다.
<..밸브를 조금 열면 Valve stem이 조금밖에 열리지 않아 배관 내 유속과 Valve stem에 힘을 많이 받아 압력이 상승..> 이 해석도 이치에 맞지 않습니다.  밸브를 열게되면 충전탱크측 충전이 일어나면서 압력이 상승됩니다. 

<..밸브를 열면 열수록 Valve Stem의 공간이 짧아져 유량에 대한 밸브가 부하를 받지 않아 압력이 작아질꺼라 생각이 드는데 제생각이 틀린것...>  ==> 이치에 맞지 않는 추정이고 틀린생각 맞습니다.

(밸브크기와 관계없이) 밸브를 열면 밸브를 통과하는 단면적 (이를 흔히 "Valve Orifice 열림면적" 이라고합니다.)이 늘어나게 되고 일정유량이 이 Orifice를 통과하면서 밸브 전후의 압력차가 형성되면서  결과적으로 Valve Flow Rate를 결정해 줍니다.
(밸브가 닫혔을 때에는 전 후의 압력차가 크지만 흐름유량은 0이고 밸브가 열리면서  흐름량과 밸브 전후 차압이 자동 결정됩니다.

(A2) 충전하지 않을 때 Tank 1,2,3에 일정한 압력을 나타내고 있다가  밸브를 열어 충전이 시작되면 이들의 압력은 (당연히) 떨어지기 시작하고  빠져나간 액화질소 부피만큼의 공간은 충전되어 있던 액체질소가 증발하면서 채워지고,  액체의 일부가 증발되었기 때문에 온도가 약간 떨어지게 됩니다.   

충전속도가 빠르면 저장탱크 압력강하 속도도 빨리 떨어집니다.  충전울 멈추게 되면 충전탱크내 온도와 압력은 다시 회복됩니다. 

(A3) 당연히 유량차가 나타납니다.  충전속도(유량)는  저장탱크측 압력과 충전탱크측 간의 압력차와  배관 및 밸브 전후의 압력손실차에 의해 결정되기 때문입니다.

(A4) 앞서 설명했지만  도표에 나타낸 것처럼 압력계를 달아두는 경우는 없습니다.    이 압력계는  차압식 유량계일 것으로 보이며  이 유량계라면 이 위치 전후에 작은배관경으로 되어 있는 두개의 압력계가 달리게 되고 Differential Pressure Transmitter는 이 유량으로부터 차압을 유량계 측정 장치에 전송해서 유량을 나타냅니다.

압력계와 차압계는 완전히 다르기 때문에  표기된 <압력계>의 정체를 밝혀 답글로 올려주세요.

(추신:  함께 일하시는 동료, 선배엔지니어들과 함께  궁급한 사항을 이야기 하는 것이 먼저입니다.    선배엔지니어는 기꺼이 도움을 드릴 것이고 그 분은 더욱 후배엔지니어를 아끼게 될 것입니다.    도움받고 이쁨받고..  직장생활의 비결이 바로 이런 것이지요.)
lch2133 lch2133   23-05-15 23:32
게시판에는 말하기 민감한 사항이있어서 그런데  메일로 드려될까요?
Stefano    23-05-17 02:48
질문이 산만하다는 느낌과 함께 민감하다는 내용도 궁금한데 작업관리 측면에만 중점을 두고 질문해 보세요.
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