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기획특집 <특집: 최신 초음파 유량계와 그 응용> 기체의 고정밀도 계측에 기여하는 초음파 유량계

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작성자 댓글 0건 조회 189회 작성일 21-10-06 11:17

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그림 1. FLOWSIC600과 FLOWSIC600-XT 


서론

초음파 유량계는 낮은 압력 손실, 넓은 범위, 정역류 계측, 대구경 적용에 대한 용이함 등 다른 유량계는 가지지 못한 큰 장점이 있다. 최근에는 일렉트로닉 기술, 해석 기술의 진보로 인해 성능이 급격히 향상되었으며 한층 더 정밀도 높은 계측 기기로 진화한 결과, 광범위한 애플리케이션에서 사용되게 되었다. 이 때문에 다양한 현장에서 초음파 유량계가 활약하고 있다. 초음파 유량계에는 액체용과 기체용이 있으며, 여기에서는 당사 제품으로서 애플리케이션 사례까 다양하며 고정밀도 계측에 기여하는 기체용 초음파 유량계에 초점을 맞춰 소개하도록 한다.


애플리케이션 사례

초음파 유량계의 이점인 넓은 범위, 고정밀도에 더하여 낮은 압력 손실에 의한 에너지 절약, 정방향 및 역방향의 쌍방향 계측 등의 특징은 다양한 기체 계측에 가장 적합한 사양이라 할 수 있다. 여기에서는 주요 애플리케이션 사례에 관하여 소개하고자 한다.


(1) 도시 가스, 천연 가스의 계측

도시 가스는 겨울, 여름, 낮과 밤에 따라 사용량이 크게 달라진다. 이러한 가스 계측에는 정밀도가 높으면서 범위가 넓은 초음파 유량계가 가장 적합하다. 또한 도시 가스의 원료가 되는 천연 가스의 거래 제조사로서도 많은 실적을 보유하였다.


(2) 공장의 공기 소비량 계측

자동차 제조나 각종 기계 산업을 비롯한 공장 내부에서는 압축 공기가 제조 공정이나 블록 별로 누설 등의 불필요한 소비량의 감소, 에너지 절약 추진 등을 목적으로 정확한 유량 관리가 요구된다. 이러한 용도에도 초음파 유량계가 사용된다.


(3) 하수 처리장에서의 공급 공기 계측

하수 처리장은 운영 비용을 최대한 줄이기 위하여 다양한 연구가 이루어지고 있다. 오수 안에 공기 중 산소 등의 성분을 집어넣어 오수와 순환 접촉시켜서 정화할 때 공기를 공급하는 블로어는 대형이면서 그 동력 소비도 크기 때문에 손실을 최소화해야 한다. 이를 위해 낮은 압력 손실의 초음파 유량계가 사용된다.


(4) 엔진 개발에서의 연소 제어용 공기 계측

엔진 성능을 시험할 때는 연소 제어용 공기를 정확하게 계측해야 한다. 공기량은 엔진 부하 조건에 따라 아이들링 상태에서 최고 출력 상태까지 크게 변하기 때문에 넓은 범위의 초음파 유량계가 사용되었다.


천연가스의 유량 계측과 그 동향

기체용 초음파 유량계에서 가장 많은 애플리케이션은 일본 국내외 모두에서 천연가스 및 도시가스용이다. 천연가스의 유량 계측에서는 계절적, 시간적 사용량 변동을 1대의 유량계로 해결할 수 있도록 하려면 매우 넓은 유량 범위에 대한 대응이 요구된다.


지금까지 천연가스의 유량 계측에서는 오리피스 유량계나 와류 유량계가 많이 이용되었다. 이들 유량계는 소유량 계측에는 적합하지 않기 때문에 더 적은 유량까지 계측하고 싶어하는 요구에는 대응할 수 없었다. 또한 천연가스의 유량계측에 관해서는 JIS 규격(천연가스 계량 방법: JIS M 8010 (2020))이 존재한다. 이 규격은 가스 사업자, 발전 사업자 등을 중심으로 활용되며, 1993년 이후 계속 개정되지 않다가 2020년 1월에 개정이 이루어졌다. 1993년도 버전에서의 대상 유량계는 오리피스 유량계, 용적식 유량계, 와류 유량계의 3기종이었지만 2020년도 버전에는 초음파 유량계가 추가되었다. 이러한 정밀도가 높으면서 넓은 유량 범위를 가지는 성능적인 면의 특징과 JIS 규격의 개정에 힘입어 천연가스의 유량 계측에 초음파 유량계를 채용하는 사례가 늘어났다. 이미 유럽에서는 초음파 유량계에 의한 천연가스 유량 계측이 사실상 표준이 되는 상황이며 일본 국내에서도 초음파 유량계의 채용이 지금까지 이상으로 증가할 것이라 생각된다.


천연 가스 계측에 가장 적합한 초음파 유량계

당사는 천연 가스 계측에 적합한 초음파 유량계 2종을 라인업하였다. 여기에서는 각 제품의 개요와 특징에 관하여 설명하도록 한다.


(1) FLOWSIC600-XT

1) 개요

FLOWSIC600-XT는 기체용 다중 경로(다측선) 초음파 유량계이다. 이미 전 세계적으로 천연가스 거래로 많은 채용 실적을 가진 기존 제품 ‘FLOWSIC600’의 후속 제품으로 한층 더 진화한 고기능 및 고정밀도 초음파 유량계이다. 기존 기기 FLOWSIC600은 전 세계적으로 15,000대 이상의 판매 및 납품 실적이 있으며, 이 실적을 바탕으로 키워온 현장의 지식과 경험이 FLOWSIC600-XT의 유량 계측 기술에 집중되었다. 


다중 경로화(4패스)와 고도의 신호 처리 기술에 의해 실현된 고정밀도화, 중복 모델의 표준 라인업에 의한 용이한 이중화, 단면 간에서 컴팩트한 본체, 센서 케이블이 노출되지 않은 외관 등 기존 기기의 기본 사양은 그대로 이어받았다. 또한, FLOWSIC600과 면간 출력에 호환성을 갖도록 하여 보다 더 충실히 갖춘 자가진단, 프로세스 진단도 가능해졌다. 이외에도 옵션으로 백업 전지를 탑재하여 만일의 전원 차단 시를 위한 대책도 가능하다. 특히 고압의 천연가스나 에틸렌 가스의 거래 계량에 적합하다.


2) 특징

초음파 유량계 FLOWSIC600 시리즈가 가진 특징은 다음과 같다.

① 대향식 센서 배치에 따라 고유속까지 대응 가능

② 높은 정밀도: 표시 양의 ±0.5% (고압 교정에 의해 표시되는 양의 ±0.2% 대응 가능)

③ 본체는 용접부가 없는 일체형 구조

④ 일본 국내 방폭 인증 획득

⑤ 넓은 범위(레인지 어빌리티 최대 1:200)에서 낮은 압력 손실

⑥ 면간이 짧고 컴팩트한 외관

⑦ 가압 상태에서의 센서 교환 가능(온라인 리플레이스)

⑧ 2세트의 변환기와 센서를 1대에 집약시킨 완전 중복화 지원(사진 1)


또한, FLOWSIC600-XT에서 진화 및 향상된 내용은 다음과 같다.

① 전면 표시부의 적외선 인터페이스에 의해 컴퓨터와 통신이 쉬워짐(그림 2)

② 백업 전지 탑재(“Power In Technology”)에 의해 전원 차단 후에도 3주 동안 계측 가능

③ 신호 잡음비 향상에 의해 음향 노이즈 내성 향상

④ 소유역의 계측 범위를 확대하고 레인지 어빌리티가 한층 더 향상됨(주요 호칭 직경에서 최대 1:200)

⑤ 특허를 취득한 진단용 패스 “크로스 빔(사진 2)”의 탑재, 진단 통합 기능 “idiagnostics” 및 통신 소프트웨어 “FLOW gate (그림 3)”의 연계를 통해 한층 더 충실해진 자가 진단 및 프로세스 진단 기능


..(후략) 



磯田 伸一郎 / 오발

  본 기사는 2021년 10월호에 게재되었습니다. 

  

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본 기사는 월간지[計側技術] (일본일본공업출판주식회사 발행)로부터 번역·전재한 것입니다.

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