가스 소용돌이 유량계 : 원리, 응용 및 장점

2. 작동 원리

가스 와류 유량계는 테오도르 폰 카르만(Theodore von Kármán)이 발견한 와류 발생 현상(vortex shedding phenomenon) 을 기반으로 작동합니다. 유체(기체 또는 액체)가 와류체(흐름 경로에 있는 고정된 물체)를 지날 때, 와류가 물체의 양쪽에서 번갈아 발생합니다. 이러한 와류의 빈도는 유속에 정비례합니다.

가스 소용돌이 유량계의 핵심 구성 요소는 다음과 같습니다.

• 블러프 바디 : 흐름을 방해하고 소용돌이를 생성하는 유선형이 아닌 물체입니다.
• 와류 센서 : 와류가 흩어지는 빈도를 감지합니다(종종 압전 또는 초음파 센서를 사용함).
• 유량 송신기 : 소용돌이 주파수를 유량 신호(예: 4-20 mA, HART 또는 디지털 통신)로 변환합니다.

와류 주파수( f )와 흐름 속도( v ) 사이의 관계는 다음과 같습니다.
$f = St \times \frac{v}{d}$ f=St×dv​
어디:

• St = Strouhal 수(블러프 바디의 무차원 상수)
• d = 블러프 바디의 직경

3. 가스 소용돌이 유량계의 주요 특징

• 폭넓은 측정 범위 : 낮은 유량에서 높은 유량까지 모두에 적합합니다.
• 높은 정확도 : 일반적으로 판독값의 ±1%입니다(모델 및 교정에 따라 다름).
• 낮은 압력 강하 : 흐름 저항을 최소화하여 에너지 소비를 줄입니다.
• 움직이는 부품이 없습니다 . 마모와 유지관리 필요성이 줄어듭니다.
• 폭넓은 온도 및 압력 범위 : 고온, 고압 가스를 처리할 수 있습니다.
• 디지털 통신 옵션 : 원격 모니터링을 위해 HART, Modbus, Profibus 및 기타 프로토콜을 지원합니다.

4. 가스 소용돌이 유량계의 응용 분야

가스 소용돌이 유량계는 다음을 포함한 다양한 산업에서 사용됩니다.

• 천연가스 측정 : 보관 이전 및 파이프라인 모니터링용입니다.
• 산업용 가스 공급 : 공기, 질소, 산소 및 기타 공정 가스를 측정합니다.
• 증기 유량 측정 : 발전소 및 난방 시스템에서.
• 화학 및 석유화학 산업 : 반응기 및 파이프라인의 가스 흐름 모니터링에 사용됩니다.
• HVAC 및 건물 관리 : 환기 및 공조 가스 흐름 측정.

5. 가스 소용돌이 유량계의 장점

✔ 높은 정확도 및 반복성 – 까다로운 조건에서도 신뢰할 수 있는 측정을 제공합니다.
✔ 유지 보수 비용 절감 – 움직이는 부품이 없어 마모와 파손이 줄었습니다.
✔ 폭넓은 턴다운 비율 – 매우 낮은 유량에서 매우 높은 유량까지 측정할 수 있습니다.
✔ 내화학성 및 내식성 – 스테인리스 스틸, 하스텔로이, PTFE 라이너 등의 소재로 제공됩니다.
✔ 간편한 설치 및 교정 – 최소한의 수정으로 기존 파이프라인에 설치할 수 있습니다.

6. 제한 사항 및 고려 사항

⚠ 최소 유속이 필요합니다 . 특정 유속 이하에서는 와류 분리가 안정적으로 발생하지 않을 수 있습니다.
⚠ 파이프 진동에 민감함 - 외부 진동은 와류 감지를 방해할 수 있습니다(최신 모델에는 진동 보상 기능이 있음).
⚠ 점도가 높은 유체에는 적합하지 않음 – 기체와 점도가 낮은 액체에 가장 적합합니다.
⚠ 온도 및 압력 효과 – 다양한 조건에서 정확한 측정을 위해서는 보상이 필요합니다.

7. 다른 유량계와의 비교

8. 결론

가스 와류 유량계는 산업 분야에서 가스 유량 측정을 위한 견고하고 신뢰할 수 있는 솔루션입니다. 높은 정확도, 낮은 유지 보수 비용, 그리고 혹독한 환경에서도 견딜 수 있는 성능 덕분에 천연가스, 산업용 가스, 증기 유량 모니터링에 널리 사용됩니다. 진동에 대한 민감도 등 몇 가지 한계가 있지만, 기술 발전으로 이러한 문제가 최소화되어 현대적인 유량 측정 요구에 맞는 다재다능하고 비용 효율적인 솔루션이 되었습니다.