KR0176066B1

KR0176066B1 - 화학 추적자를 이용한 배관계통의 유량 측정방법

Info

Publication number: KR0176066B1
Application number: KR1019960033395A
Authority: KR
Inventors: 이철언; 정백순; 이선기
Original assignee: 이종훈; 한국전력공사
Priority date: 1996-08-12
Filing date: 1996-08-12
Publication date: 1999-05-15
Also published as: KR19980014424A

Abstract

본 발명은 화학 추적자(chemical tracer)를 이용하여 배관 내의 유량을 정확히 측정할 수 있는 유량 측정방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 배관계통의 유량 측정방법은, 배관 내에 흐르고 있는 유체의 유량을 측정하는 방법에 있어서, 상기한 배관의 상류에서 일정 농도의 화학 추적자를 일정 유량으로 배관 내에 주입하는 단계와, 하류 배관 단면 내에서 상기 단계에서 주입된 화학 추적자가 배관 내의 유체와 완전히 혼합되어 균일한 농도분포를 나타낼 때, 상기한 배관의 하류에서 주입된 화학 추적자의 농도를 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 배관계통의 유량 측정방법은, 유량 측정시 배관 계통의 구조 변경이 필요없으며, 배관계통의 온도 및 압력 등에도 큰 영향을 받지 않고 정확한 유량측정이 가능할 뿐 아니라, 유량계의 설치가 곤란한 배관에도 용이하게 적용할 수 있다는 것이 확인되었다.

Description

화학 추적자를 이용한 배관계통의 유량 측정방법(A method of measuring the quantity of flow in a pipe system using chemical tracer)

제1도는 본 발명의 유량 측정방법에 따른 유량측정의 정확도를 검증하기 위해 사용된 유량검증 실험장치의 개략적인 블록 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 수조 2 : 원심펌프

3 : 원추형 오리피스 4 : 터빈 유량계

5 : 물 무게 측정장치 6 : 화학 추적자 주입점

7 : 시료 채취점 8 : 밸브

본 발명은 배관계통의 유량 측정방법에 관한 것으로, 특히, 화학 추적자(chemical tracer)를 이용하여 배관 내의 유량을 정확히 측정할 수 있는 유량 측정방법에 관한 것이다.

유량은 온도, 압력 등과 더불어 가장 중요한 물리량의 하나로서, 공업, 농업, 의료, 항공 및 우주산업 분야 등과 같은 전 산업분야를 망라하여 배관계통에 대한 유량의 측정이 필수적으로 요구되며, 이는 일상생활과도 직접 또는 간접적으로 깊은 관계가 있다.

이와같은 배관계통의 유량측정을 위하여, 다양한 유량 측정방법이 사용되어 왔으며, 이러한 측정방법 및 원리에 따라 종래의 대표적인 유량계를 분류하면 다음과 같은 3가지 방식으로 대별될수 있다.

첫째는, 배관계통의 중간에 통상적으로 오리피스(orifice), 벤츄리(ventury) 및 노즐(nozzle)로 일컬어지는 유로축소 기구를 설치하여 그 전후의 압력차를 검출함으로써, 유량을 측정하는 유로 축소형 차압식 유량계이다.

상기한 차압식 유량계는 유량측정에 대한 오차가 대략 ±1.0%로 비교적 정확한 유량측정은 가능하지만, 차압식 유량계를 설치하기 위해서는 배관계통의 구조 변경이 요구될 뿐만 아리나, 장시간 사용할 경우에는 이물질이 유량계 내부에 축적되기 때문에[파울링(fouling) 현상], 유량계가 지시하는 압력이 실제의 압력보다 크게 나타나, 이러한 지식 압력값의 증가로 인하여 실제의 유량보다 측정유량이 크게 나타날 수 있다는 결정적인 단점을 지니고 있었다. 따라서, 상기한 차압식 유량계를 사용하여 배관 내의 정확한 유량을 측정하기 위해서는, 정기적으로 유량계수를 보정하거나 배관을 분해하여 유량계 내부에 부착되어 있는 이물질을 깨끗이 제거해야 하는 번거로운 부대 작업이 요구되었다.

둘째는, 관로 내를 흐르는 유체의 속도를 측정하여 유량을 검출하는 초음파 유량계(ultrasonic flow meter), 전자기 유량계(magnetic flow meter), 터빈유량계(turbine flow meter), 와류유량계 등과 같은 비접촉식의 유속 측정식 유량계로서, 이와같은 유속 측정식 유량계는 배관계통의 구조 변경없이 사용이 가능하다는 장점을 지니고 있다.

이중에서, 초음파 유량계는 설치 및 사용이 간편하나, 유량측정에 대한 오차가 ±5.0%로 정확도가 떨어짐은 물론, 재현성에 관한 정기적인 검증이 필요하고, 전자기 유량계는 압력손실이 없고 응답성이 우수하여 높은 정확도를 나타내는 반면에, 전기 전도도가 낮은 탈염수(demineralized water)에는 사용이 불가능하다는 문제점을 지니고 있으며, 터빈유량계 및 와류유량게 등은 비교적 정확한 유량측정이 가능하지만, 넓은 유량범위에의 적용이 곤란하다는 단점을 지니고 있었다.

셋째로는, 단위 시간당 흐르는 배관계통의 유체의 부피를 직접 측정하는 용적식 유량계(volumetric flow meter)로서, 이러한 용적식 유량계는 장치의 크기가 크기 때문에, 유량계의 설치공간에 제약을 받는다는 문제점을 지니고 있었다.

결국, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 배관 게통의 구조 변경이 필요없으며, 배관계통의 온도 및 압력 등에도 큰 영향을 받지 않고 정확한 유량측정이 가능할 뿐 아니라, 유량계의 설치가 곤란한 배관에도 용이하게 적용할 수 있는, 배관계통의 유량 측정방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배관계통의 유량 측정방법은, 배관내에 흐르고 있는 유체의 유량을 측정하는 방법에 있어서, 상기한 배관의 상류에서 일정 농도의 화학 추적자를 일정 유량으로 배관 내에 주입하는 단계와, 하류 배관 단면 내에서 상기 단계에서 주입된 화학 추적자가 배관 내의 유체와 완전히 혼합되어 균일한 농도분포를 나타낼 때, 상기한 배관의 하류에서 주입된 화학 추적자의 농도를 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 화학 추적자를 이용한 배관계통의 유량 측정방법을 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명의 유량 측정방법에 따른 유량측정의 정확도를 검증하기 위해 사용된 유량검증 실험장치의 개략적인 블록 구성도이다.

제1도에 도시된 바와 같이, 유량검증 실험장치는, 수조(water tank)(1)와, 원심펌프(centrifugal pump)(2)와, 배관의 상류에 위치하며 화학 추적자의 주입을 위한 화학 추적자 주입점(injection point)(6)과, 추적자 주입점(6)을 통해 주입된 화학 추적자의 균일한 혼합을 위해 추적자 주입점(6) 직후에 위치한 원추형 오리피스(cone orifice)(3)와, 배관의 하류에 위치하며 주입된 화학 추적자의 시료 채취를 위한 시료 채취점(sampling point)(7)과, 터빈 유량계(turbine flow meter)(4)와, 배관에 설치된 상기한 터빈 유량계(4)의 유량검증을 위해 물 무게를 측정하기 위한 물 무게 측정장치(water tank)(5)와 복수개의 밸브(8)로 구성되어 있다.

원심펌프(2)를 구동하여 수조(1)의 물이 원추형 오리피스(3), 터빈 유량계(4)를 통하여 유량 Q₀로 배출되고 있을 때, 추적자 주입점(6)에서 화학추적자를 유량 Q_in으로 배관 내에 주입하게 되면, 배관 하류에서의 혼합유량 Q₁은(Q₀+ Q_in)이 된다.

한편, 상기한 추적자 주입점(6)에서 주입된 화학 추적자의 농도를 C_in, 주입된 화학 추적자가 배관의 하류에서 완전히 혼합된 때의 농도를 C_1,저수조의 물에 주입된 화학 추적자의 성분이 포함되어 있을 경우의 상류측 저수조에서 검출되는 시료의 농도를 C₀라 하면, 질량보존의 법칙으로부터 다음의 식이 성립한다.

상기 식(2)를 식(1)에 대입하여, Q₀에 관하여 정리하면,

으로 나타낼 수 있다.

즉, 상기 식(3)으로부터, 주입된 화학 추적자의 유량 Q_in과, 상류측 저수조, 추적자 주입점(6), 시료 채취점(7)의 각 장소에서의 시료농도 C₀, C_in, C₁을 알면, 원하는 배관 내의 유량 Q₀를 구할 수 있음을 알수 있다.

상기 식(3)에 있어서,

C₀: 상류측 저수조에서 검출되는 시료의 농도(ppm)

Q₀: 배관 내의 상류측 유량(㎥/min)

C_in: 주입된 화학 추적자의 농도(ppm)

Q_in: 주입된 화학 추적자 용액의 유량(㎥/min)

C₁: 배관 하류에서의 샘플링된 용액의 주입시료 농도(ppm)

Q₁: 배관 하류에서의 혼합 유량(㎥/min)이다.

한편, 본 발명에 의한 배관계통의 유량 측정시 사용되는 화학 추적자의 선정시 고려해야 할 사항으로는, (ⅰ) 물에 균일하게 혼합될 것, (ⅱ) 중금속이나 방사성 물질이 아니며 취급이 용이할 것, (ⅲ) 저농도의 시료로도 정확한 농도 분석이 가능할 것, (ⅳ) 추적자의 주입으로 배관에 부식을 일으키지 않을 것, (ⅴ) 추적자의 주입으로 배관 내의 유체와 화학 반응을 일으키지 않을 것 등이다.

이와 같은 조건을 비교적 잘 만족시키는 화학 추적자로서는, Na(sodium), B(boron), Li(lithium), Mn(manganese)등을 사용하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기한 시료 채취점(7)에서 샘플링된 시료의 농도분석 방법으로는, 저농도의 시료를 취치한다는 점을 고려하여, ICP-MS법(동위원소희석법)을 사용하는 것이 바람직하다.

[실시예]

본 발명에 따른 화학 추적자를 이용한 유량측정에 대한 정확도 검증을 위하여, 제1도에 도시된 유량검증 실험장치를 사용하여 유량검증 실험을 실시하였으며, 시료 채취점(7)에서 샘플링된 화학 추적자의 농도분석을 ICP-MS법(동위원소희석법)에 의해 수행하였다.

3차례에 걸친 유량 측정 실험결과, 모든 경우에 있어서 기준 유량계를 기준으로 한 오차범위는 ±0.38% 이내의 값을 나타내었고, 95% 신뢰구가에서의 우연오차는 ±0.309% 이내이었으며, 시스템 오차 ±0.25%를 고려한 전체 오차는 ±0.55% 이내로서, 매우 정확한 유량측적이 가능함이 확인되었다.

상기한 본 발명에 따른 배관계통의 유량 측정방법은, 유량 측정시 배관 계통의 구조 변경이 필요없으며, 배관계통의 온도 및 압력 등에도 큰 영향을 받지 않고 정확한 유량측정이 가능할 뿐만 아니라, 유량계의 설치가 곤란한 배관에도 용이하게 적용할 수 있다는 것이 확인되었다.

Claims

배관내에 흐르고 있는 유체의 유량을 측정하는 방법에 있어서, 상기한 배관의 상류에서 일정 농도의 화학 추적자를 일정 유량으로 배관 내에 주입하는 단계와, 하류 배관 단면 내에서 상기 단계에서 주입된 화학 추적자가 배관 내의 유체와 완전히 혼합되어 균일한 농도분포를 나타낼 때, 상기한 배관의 하류에서 주입된 화학 추적자의 농도를 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관계통의 유량 측정방법.
제1항에 있어서, 상기한 화학 추적자로는 Na, B, Li 및 Mn으로부터 선택된 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 배관계통의 유량 측정방법.
제1항에 있어서, 상기한 농도분석 방법으로는 ICP-MS법(동위원소희석법)을 사용하는 것을 특징으로 하는 배관계통의 유량 측정방법.