계장기술(PROCON)

기획특집 스마트 4튜브 기술로 대구경 사용 가능

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작성자 최고관리자 댓글 0건 조회 686회 작성일 22-11-14 15:59

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- 코리올리스 유량계 ‘Proline Promass Q 300/500’

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엔드레스하우저의 코리올리스 유량계 ‘Promass 시리즈’는 다양한 산업 분야에 적용 가능하며, 액체와 가스 측정 시 신뢰할 수 있는 결과값을 제공한다. 그 중에서도 Promass Q는 혁신적인 4 튜브 기술이 적용되어 DN150 /200/250의 파이프라인까지 망라하는 확장된 측정 범위를 자랑하며, 로딩 스테이션을 포함한 수많은 애플리케이션에서 다양한 이점을 제공하는 세계 최초의 유량계이다. 또한 특허 받은 ‘다중 주파수 기술’은 기체를 동반한 2상 유체에 대해서도 정확한 유량 측정이 가능하며, 기체가 액체 내 포집되어 있는 경우에도 적용 가능하다.

유량 측정 시장의 혁명이라 할 수 있는 ‘4튜브 기술’은 측정 튜브가 2개인 코리올리스 유량계와 비교할 때 최대 25%나 더 높은 유량 범위를 자랑하며, 정유 및 가스 비즈니스에서 제반 트랜잭션의 속도를 높여 비용을 절감할 수 있다. 유조선 적재 및 하역 시 정체 시간을 단축하여 항구 사용료를 최소화할 수 있는 것은 물론, 원치 않는 압력 손실 또한 방지 가능하다.

스테인리스강으로 IP66/67에 맞게 제작되는 Promass Q 센서는 오랜 기간 동안 안정적인 운영이 가능하며, 최소한의 유지 보수만을 필요로 하기 때문에 습한 대기와 염분이 높은 바닷물에 노출되는 해상과 같은 혹독한 환경에서도 문제없이 원활한 측정 기능을 수행한다. 최대 2,400 t/h ~ 18,900 bph에 달하는 처리 유량에도 불구하고, 콤팩트한 디자인으로 설계되어 공간의 여유가 크지 않은 제한적인 공간에도 설치가 가능하다. 

엔드레스하우저의 코리올리스 유량 측정 기술은 수많은 시험 측정을 통해 점성이 높은 탄화수소(중유, 역청 등) 또는 기체가 혼입된 유체에 가장 이상적인 방법이라는 것을 입증했다. DN 150(6)~250(10)인 Promass Q는 특수한 측정 튜브 형상과 독립적인 측정 튜브 2개 1쌍(‘투인원’)으로 구성된 혁신적인 4튜브 기술 덕분에 탁월한 성능으로 유량 및 밀도를 측정하는 것이 가능하다.

Promass Q 센서와 결합할 수 있는 Proline 300/500 트랜스미터는 수년에 걸쳐 성능이 입증된 수많은 혁신 기능을 제공하고 고객이 플랜트에서 진정한 부가가치를 실현할 수 있도록 무선 작동 및 현장 구성을 위한 WLAN
(웹 서버), 구성 및 계기 데이터를 안전하게 저장해주는 HistoROM, 스마트한 자가 진단 및 검증, 모니터링이 가능한 Heartbeat Technology(하트비트 기술)이 포함된다.


다중 주파수 기술(Multi-Frequency Technology)

실제 공정에서 유체 내 기포가 발생하는 경우가 빈번하다. 예를 들어, 대형 탱크의 스트리핑(Stripping)이나 큰 사이즈의 교반기에 의한 가스 포켓 또는 탱크 내로 낙하할 때 발생하는 기포에 의해 발생한다. 파이프의 가스 포켓은 배관 내 유체에 동반되어 버블 또는 슬러그 형태의 유량 패턴을 야기할 수 있으며, 불안정하고 부정확한 유량 측정의 원인이 된다.

플랜트 설계 단계에서 이러한 요인에 대한 적절한 조치를 취할 경우 동반 기포에 의한 불규칙한 유체 패턴을 방지할 수 있으나, 공정 상의 여러 조치에도 불구하고 여전히 많은 경우에는 공정 유체 내에 작은 부유 기포나 점성(Viscosity)에 의한 저항력으로 미립 기포가 발생한다. 이는 정유 및 가스 산업에서 점성을 가진 원유 에멀젼 등의 유체에서 자주 발생하는 현상이다. 반면 식음료 산업은 정유 및 가스 산업과는 달리 생산 과정에서 의도적으로 유체 내에 기포를 주입하기도 하는데, 아이스크림이나 크림 치즈를 생산할 때가 대표적이다.

코리올리스 질량 유량계의 정확한 측정을 위해서는 유체가 측정 튜브의 움직임을 따라 정확히 움직여주어야 한다. 즉, 두 질량의 중심이 동일하게 움직여야 한다. 하지만 유체 내 동반된 기체나 버블이 있을 경우에는 두 질량 중심의 움직임이 달라지기 때문에 튜브의 진동을 따르는 유체의 움직임에 영향을 주며, 이는 2상 유체가 갖는 높은 압축률에 의한 것으로, 매트리스(Mattress) 효과 또는 스프링(Spring) 효과를 일으킨다. 이 같은 현상이 발생하면 두 질량 중심의 움직임이 달라지기 때문에 튜브의 한쪽 면에 있는 기포는 진동에 의해 눌리는 반면, 다른 면에 있는 기포는 팽창하고, 측정 튜브의 벽면에 추가적인 힘을 일으킴으로써 부정확한 측정으로 이어진다.

Promass Q는 ‘다중 주파수 기술’을 통해 공정 중 유체 내 존재하는 기체로 인한 측정 오류를 보상 가능하도록 설계된 최초의 유량계로, 안정적인 공정과 생산물의 품질을 보장한다. 혁신적인 기술력의 작동 원리를 설명하면, 먼저 유량이 흐르지 않을 때 균일한 1차 진동(‘F1’이라 칭한다)을 발진 소자로 진동되는 측정 튜브에 적용되도록 한다. 그리고 유체 내 기체가 동반된 경우, Promass Q는 정확한 정보를 얻기 위해 측정 튜브를 보다 높은 발진 주파수(F2)로 진동시키는데, 이로써 F1과 F2의 두 진동이 생성되며, 하나의 단일 발진에 동시에 적용된다.
만약에 유체가 어떠한 가스도 포함하고 있지 않다면 Promass Q는 유체가 가진 밀도에 따라 특정 공진 주파수만 측정하지만, 유체 내 부유하는 기포가 있는 경우에는 전반적으로 유체의 밀도가 감소하고, 2상 혼합물의 압축률이 높아지기 때문에 진동하는 측정 튜브의 공진 주파수 F1이 변한다. 즉, 가스의 비율을 알 수 없는 상태에서는 원인이 되는 측정 오류를 알 수 없다.

유체 내 동반된 기체의 특성에 대해 더 많은 정보를 얻기 위해 측정 튜브는 2차적으로 더 높은 공진 주파수에서 진동하며, 이때 Promass Q는 가스에 의한 측정 오류가 명확하지 않은 F2 값을 측정한다. 두 공진 주파수 F1과 F2 사이의 비율이 일정하기 때문에 둘의 오차는 가스 부피에 무관하며, 상호 간에 일정한 수학적 관계를 갖는다.

Promass Q는 하나의 주파수가 아닌 두 주파수의 특정 공진에 대한 가스 함량의 영향을 분석한다. 동반 가스의 영향을 완전히 배제한 상태에서, 영점에 근접하는 오차 조건을 선형 관계로 단순화하여 수학적으로 계산할 수 있으며, 궁극적으로 유체 내 부유하는 버블로 인한 오류를 정확하게 계산하고 보정할 수 있다. 엔드레스하우저의 혁신적인 다중 주파수 기술은 동반 가스가 있는 유체의 밀도, 질량 유량 및 부피 유량을 가장 높은 정확도로 측정할 수 있다.
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코리올리스 유량 측정 원리

코리올리스 유량 측정 원리는 다양한 공정 변수의 동시 측정과 최고의 정확도로 다양한 산업 현장에서 각광받고 있으며, 정유&가스, 생명과학, 화학, 석유화학, 식음료 및 주요 상거래 분야에서 활용되고 있다. 또한 세정액, 솔벤트, 연료, 원유, 식물성 기름, 동물성 지방, 라텍스, 실리콘 오일, 알코올, 과즙, 치약, 식초, 케첩, 마요네즈, 가스 또는 액화가스 등 거의 모든 유체를 측정할 수 있다. 액체와 가스에 적용되는 범용 측정 원리로 질량 유량, 밀도, 농도 및 점성 등 다변수 동시 측정이 가능함은 물론 높은 측정 안전성을 보장한다. 구동되는 입구와 출구가 필요 없으며, 물리적 유체 속성과 유량 프로필에 영향받지 않는 측정 원리도 장점이다.

코리올리스 유량계에는 1개 이상의 측정 튜브와 튜브에 인위적 진동을 가하는 진동 소자가 있어, 유체가 측정 튜브 내에서 흐르기 시작하면 유체의 관성으로 진동에 뒤틀림이 더해진다. 센서 2개가 ‘위상차’라 하는 시간과 공간으로 튜브의 진동 변화를 감지하며, 이 차이로 질랑 유량을 직접 측정한다. 또한 측정 튜브의 진동 주파수로부터 유체 밀도를 확인하는 것이 가능하며, 측정 튜브에는 온도계가 체결되어 있어 열 작용을 보정한다. 여기서 파생된 프로세스 온도는 추가 출력 신호로 사용할 수 있다.

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성공 사례 : 고점성 아스팔트의 적재 애플리케이션

GRISARD BITUMEN는 스위스에 본사를 두고 100여 년 이상 고품질 아스팔트의 개발, 정제 및 유통을 전문으로 하는 기업으로 도로, 비행장 및 트럭 컨설, 타르 종이 또는 에멀젼 산업에 특화된 아스팔트를 생산하고 있다. GRISARD BITUMEN는 해상을 통해 전달된 표준 아스팔트에 첨가물을 넣어 정제, 고분자 개질 아스팔트(PmB)를 제조하며, 이를 중대형 탱크를 통해 고객에게 수송하고 있는데, 이 과정에서 고점성 아스팔트의 탈기체 프로세스로 인해 구형 코리올리스 유량계가 트럭 저울에 비해 최대 8%의 측정 오차를 보이는 문제를 안고 있었다. 유량 측정 포인트가 펌프의 배출구와 흡입구 모두에서 시스템에 독립적으로 작동되었기 때문에 압력 변동으로 인한 탈기체 프로세스가 불가피한 상황이었다.

엔드레스하우저의 Proline Promass Q 500은 상거래, 대금 청구 등 비즈니스 거래에 최적화된 솔루션으로, 프로세스의 압력 및 온도 변화에 따라 측정값이 변하지 않아 측정 오차를 최대 8%에서 0.1~0.2%로 감소시킬 수 있었다. 또한, 특허 받은 다중 주파수 기술을 통해 기체 비말 동반이나 미세 기포를 함유한 유체를 안정적으로 측정할 수 있었다.

뿐만 아니라 클라우드 기반 맞춤형 IIoT 솔루션을 통해 현재 또는 이전에 완료된 모든 적재 프로세스의 모든 측정 데이터에 실시간으로 액세스가 가능했으며, 프로세스 및 품질 파라미터(질량, 체적, 밀도, 온도 등)의 트렌드 분석이 가능해졌다. 


https://www.kr.endress.com/ko 

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