공부중

PLC (Programmable Logic Controller)

DCS (Distributed Control System)

PLC & DCS의 주요기능 비교

큰 공장 내에 위험지역에 전기장치 공급업자나 제조업자 그리고 설계자들은 Steam trace heating 대신에 

실행 가능한 대안으로서 향상된 효율의 더 정확한 control system 에 의해 

Electrical Trace Heating(ETH)을 사용 할 것을 추천해요.

Electrical Trace Heating(ETH)은 옛날 방식의 Steam trace heating 보다 더 비용효과가 커요.

그리고 비교적 정비가 필요 없죠.

세부적인 응용에 따라 ETH system은 일반적으로 10년까지 보증되요. 

그리고 안전을 위해 지속적으로 절연처리(Insulation) 와 보호(Protection)를 하죠.

게다가 Electrical system은 석유산업(Petrochemicals industry)에 알맞게 steam을 사용하는것 보다 정확성이 더 높아요. 

Electrical system은 0.1℃ 내의 정확한 온도조절을 감안해요. 또한 이 system을 이용하여 엄청 많이(1 km) 장치(Equipment)나 파이프(Piping)을 감을 수 있어요. 그리고 아주 쉽게 더 연결하거나 수정이 가능해요.

이렇게 많은 이점이 있음에도 큰 공장에서는 Steam trace heating을 이용하죠. 

왜냐하면 큰 공장에서는 Steam을 이용할 수 있거든요. 공정 부산물이 나오면 이걸 원료로 해서 Steam을 생산하여 사용하면 더 싼 가격으로 Running 할 수 있어요. 

그런데 이렇게 Steam을 이용하면 정밀한 온도조절이 어렵고 상당한 설치비용과 유지보수 비용이 들어요.

수정하거나 보수하는것도 시간 제한이 있기 때문에 매우 어려워요. 

게다가 스팀 기술은 수명과 길이에 제한이 있어요. 

그리고 시간이 흐르면서 상단한 손상을 야기하는 것에 종종 노출되어 있죠.

Electrical trace heating 이 전혀 새로운 기술은 아니지만 지속적으로 개선되고 증진되어 왔기 때문에 이점이 많은거 같아요. 부산물을 연료로 사용하지 않는 작은 공장이라면 고려해 볼만 하겠어요.

대체로 Control 밸브로 Globe, Ball, Butterfly, Diaphragm 밸브가 Control용으로 많이 사용되고 있습니다.

그러나 밸브마다 압력회복이 다르기 때문에 밸브의 종류에 따라서 Cv가 같더라도 유량은 같지 않으며 밸브 종류에 따라 수십 %정도 차이가 있는것도 있습니다.

유체가 밸브의 제일 좁은 부위를 통과할 때 유속은 증가하며 증가한 만큼 압력은 감소합니다. 제일 좁은 부위를 통과한 유체는 흐르는 힘에 의하여 좀 더 수축되는데 이 부위를 수축부(Vena Contractor)라 합니다.

이때에 유체의 단면적과 압력은 최소가 되고 유속은 최대가 됩니다. 이 수축부를 지나면 압력과 유속은 다시 회복됩니다. 그러나 회복율은 밸브마다 다른데 이것을 밸브의 압력회복 계수(FI)라 합니다. 

Fl=((P1-P2)/(P1-Pvc))^0.5

Fl : 압력 회복계수

P1 : 입구 압력

P2 : 출구 압력

Pvc : 수축부 압력(Super Cooled Vapor Pressure)

Ball 이나 Butterfly 밸브는 압력회복이 Globe 밸브에 비하여 크기 때문에 저압에서는 Flashing이나 Cavitation 이 발생하기

쉽습니다. 예를 들어 Globe 밸브와 Butterfly 밸브를 비교했을때  두 밸브의 Cv가 같다면 측정된 차압이 달라도 유량은 같아야 합니다. 그런데 Cavitation, Flashing 현상이 일어난다면 실제 유량은 전혀 다르게 나타날 겁니다.

자 그럼 오늘의 가장 중요한 포인트! Cavitation과 Flashing을 방지하기위해선 어떻게 해야 할까요?

Cavitation은 먼저 고려해 보면

 ① 가능하면 dP 값을 적게 가져가는 겁니다. 

 ② 계산치보다 큰 구경을 선정 하고

 ③ 차압을 순차적으로 감소 시킬수 있게 밸브를 여러개 설치합니다.

 ④ 액체의 포화 증기압 이상이 될 수 있도록 밸브를 가능한 한 낮은 곳에 설치하여 수두를 크게 가져 가거나, 

     공정 압력을 올립니다.

Flashing은 유체의 증기압보다 낮고 회복된 압력도 유체의증기압보다 낮아 밸브출구측에서 Vapor가 발생하는 겁니다. 이 현상을 Flushing이라하며 이 증기가 액체와 같이 흘러 실제유량은 상대적으로 적어짚니다..따라서 계산상 Cv는 Flashing 일 때에는 반드시 보정해 주어야 합니다.

Dead Band :

출력신호에서 개시되어 식별되는 변화와 상관없이 방향 전환에 따라 입력신호가 변화 될 수 있는 범위.

Dead band는 모든 장치에 적용할 수 있는 일반 현상에 붙여진 이름이다.

밸브 조립체에 경우, 컨트롤러 출력(CO)은 밸브 조립체 및 공정 변수(PV)에 입력되고, 위 그림과 같이 출력된다.

Dead band 용어를 사용할 때는, 입력 및 출력 변수가 식별되는 것이 필수적이며, 모든 test는 fully loaded 조건하에서 Dead band를 측정한다.

Dead band는 통상적으로 입력 범위의 percent(%)로 표현된다.

위의 그림은 P&ID(piping & instrument diagram)에서 많이 봤었죠?

출처 : Control valve handbook, Fourth Edition, Emerson process management.

아래의 내용은 네이버에서 찾은 내용이에요. 참고하세요.

불감대 [dead band, 不感帶]
프로세스나 계측, 제어 시스템 또는 장치 등은 어느 크기의 입력 변화를 주면 그에 따라서 출력의 변화를 볼 수 있다. 그러나 입력의 변화량을 점차 작게 해 가면 어느 변화량 이하에서는 결국 출력측에 아무 변화도 나타나지 않는 대역에 이른다. 이와 같이 출력측의 변화량이 전혀 감지할 수 없게 되는 입력 변화량의 유한 범위를 불감대라고 한다. 이 특성을 의도적으로 이용하는 경우는 중립대(neutral zone)라고 하는 경우가 있다.

출처 : [네이버 지식백과] 불감대 [dead band, 不感帶] (전자용어사전, 1995. 3. 1., 성안당)

Vortex flow meter

1. Liquids, Gas and steam 의 공정 유체의 넓은 범위에 사용 가능.

2. 최소한의 측정가능한 흐름은 아래의 factors의 어느 하나에도 제한된다.

     - a low Reynolds number(20,000), 와류 방출 현상을 중지시키는 원인임.

        (preferably above 40,000)

     - minimum fluid velocity

     - too low a signal/noise ratio, sensors가 signal 진동수와 소음간의 차이를 구분짓지 

       못한다.

3. start-up과 같이 최소한의 흐름 조건들에서 vortex flow meter가 절적한 작동으로 측정될

   수 있도록 size 되어야 한다.

4. 일반적으로 vortex flow meter는 line size 보다 one or two 사이즈 적다.

5. vortex meters와 관련된 많이 발생하는 문제점은 oversizing과 관계된다.

   oversizng은 cut-off point(구분점)를 증가시키는데 적절한 control을 불안정하게 만든다.

6. 측정된 maximum flow는 선택된 vortex meter 의 최대로 측정가능한 flow rate의 35%보다 

   적어선 안된다.

7. low flow switch functions을 setting할 경우 cut-off point를 충분히 초과해야 한다.

8. vortex meters는 오직 single-phase 유체 조건하에 적절한 역할을 한다.

9. Liquid에 응용되는 경우, vortex meter는 압력 profile에 따라 모든 작동 조건하에도 

   cavitaion을 발생 하지 않는다.

10. Cavitation은 signal을 drop-out 시키거나 vortex meter와 downstream piping 에 손상을 

   줄 수 있다.

11. Vortex meter는 positive displacement pumps/compressors의 downstream 에 

    suction/discharge dampers와 상관없이 위치해서는 안된다.

12. Vortex meter는 wet gas 나 wet steam 또는 어떠한 다른 two-phase에 이용되어서는 

    안된다.

    (예, liquids with gas bubbles or foam, flashing liquids, half-full lines)

13. 매우 viscous하거나 waxy 또는 erosive services의 경우 고려해서는 안된다.

14. Process flanges와 함께 제공한다.

Swirl flow meter

1. Vortex flow meter의 특별한 type.

2. Vortex flow meter의 body 의 inlet에 helical blades 한(one) set이 설치되어 있고 이걸 통

   해서 공정 유체가 들어온다.

3. 장점은 swirl flow meter로 들어오는 유체의 flow pattern에 민감하지 않다.

   이건.. 다시 말해..기존에 있는 vortex meter보다 요구되는 straight length가 짧다.

   그리고 허용되는 Reynolds number가 낮다.