산업용 가스 장비 유량표 읽는 법: 압력-유량 관계 분석

안녕하세요 WITTGUY 입니다.

가스 설비 설계와 운영에서 각종 장비의 유량표를 정확히 해석하는 능력은 엔지니어에게 필수적인 역량입니다. 레귤레이터, 역화방지기, 필터, 체크밸브 등 각 장비마다 고유한 압력-유량 특성을 가지고 있으며, 이를 올바르게 이해해야 시스템 전체의 성능을 예측하고 최적화할 수 있습니다. 본 글에서는 실제 제품의 유량표를 통해 입구압력, 출구압력, 차압, 유량 간의 관계를 체계적으로 분석하고, 각 장비별 이상적인 선정 기준을 제시하여 현장 실무에 바로 적용할 수 있는 해석 방법을 제공합니다.

 

목차

1. 유량표 기본 구성 요소 이해
2. 레귤레이터 유량표 분석 (TESCOM 44-2200)
3. 역화방지기 유량표 분석 (WITT RF53N/H-ES)
4. 필터 유량표 분석 (WITT 77 모델)
5. 체크밸브 유량표 분석 (WITT ULTRA 10-ES)
6. 장비별 유량 특성 비교 분석
7. 전문 용어 정리
8. 장비별 이상적인 제품 선정 기준

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1. 유량표 기본 구성 요소 이해

핵심 4대 요소

모든 가스 장비의 유량표는 다음 4가지 요소의 관계로 구성됩니다:

요소	기호	단위	의미
입구압력	P₁	bar, psig	장비 입구에서의 압력
출구압력	P₂	bar, psig	장비 출구에서의 압력
차압	ΔP	bar, psi	P₁ - P₂ (압력 차이)
유량	Q	LPM, Nm³/h	표준상태 기준 유량

 

기본 관계식

차압(ΔP) = 입구압력(P₁) - 출구압력(P₂)
유량(Q) ∝ √ΔP (대부분의 장비에서 성립)

출처: 한국기계연구원. (2022). 유체역학 기초 이론.

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2. 레귤레이터 유량표 분석 (TESCOM 44-2200)

레귤레이터 특성 분석

TESCOM 44-2200 시리즈 유량표에서 주목할 점:

 

그래프 구성:

• X축: 유량 (LPM 질소 기준)
• Y축: 출구압력 (psig, bar)
• 각 곡선: 입구압력별 성능선

실제 유량표 해석 사례

사례 1: 입구압력 138bar, 출구압력 17.2bar 조건

• 최대 유량: 793 LPM
• 차압: 138 - 17.2 = 120.8bar
• 이상적인 유량 구간 (50-70%): 400-555 LPM
• 400 LPM에서 출구압력: 약 17.0bar (차압 121.0bar)
• 555 LPM에서 출구압력: 약 16.8bar (차압 121.2bar)
• 드룹: 17.2 - 16.8 = 0.4bar (약 2.3%)

사례 2: 입구압력 138bar, 출구압력 6.9bar 조건

• 최대 유량: 680 LPM
• 차압: 138 - 6.9 = 131.1bar
• 이상적인 유량 구간 (50-70%): 340-476 LPM
• 340 LPM에서 출구압력: 약 6.8bar (차압 131.2bar)
• 476 LPM에서 출구압력: 약 6.6bar (차압 131.4bar)
• 드룹: 6.9 - 6.6 = 0.3bar (약 4.3%)

출처: TESCOM Corporation. (2023). 44-2200 Series Technical Manual.

드룹(Droop) 현상 상세 분석

드룹의 정의: 드룹은 레귤레이터에서 가스 사용량이 증가할 때 출구압력이 점진적으로 떨어지는 현상입니다.

 

드룹 발생 과정:

가스 미사용 → 출구압력 10.0bar (설정압력)
↓
소량 사용 → 출구압력 9.8bar (0.2bar 감소)
↓
대량 사용 → 출구압력 9.5bar (0.5bar 감소)

 

드룹 계산식:

드룹(%) = (가스 미사용시 압력 - 최대 사용시 압력) / 설정압력 × 100

 

입구압력에 따른 드룹 특성 :

• 고압 입구 (207bar): 드룹 1.2% (우수한 성능)
• 중압 입구 (138bar): 드룹 2.3-4.3% (일반적 성능)
• 저압 입구 (69bar): 드룹 5-8% (성능 저하)

출처: 한국가스안전공사. (2023). 압력조정기 성능 기준.

레귤레이터 유량표 해석 방법

• Step 1: 입구압력과 출구압력 확인
  • 공급 가스의 압력 확인
  • 필요한 출구압력 설정값 확인
  • 해당 압력 곡선 선택
  Step 2: 최대 유량 확인
  • X축 끝점에서 해당 곡선의 유량 읽기
  • 시스템 최대 요구량과 비교
  Step 3: 이상적인 운전점 확인
  • 최대 유량의 50-70% 구간에서 운전
  • 해당 유량에서 출구압력 변화 확인
  • 드룹 계산으로 성능 평가

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3. 역화방지기 유량표 분석 (WITT RF53N/H-ES)

역화방지기 특성 분석

RF53N/H-ES 모델의 유량표 특징:

그래프 구성:

• X축: 입구압력 Pv (bar)
• Y축: 유량 (Nm³/h)
• 각 곡선: 차압(ΔP) 조건별 성능선

차압별 성능 데이터

입구압력 3bar 조건에서의 성능:

차압 조건	유량 (Nm³/h)	유량 (LPM)	출구압력	비고
ΔP = 0.1bar	약 1	17	2.9bar	최소 차압
ΔP = 0.3bar	약 2	33	2.7bar	표준 운전
ΔP = 0.6bar	약 3	50	2.4bar	고유량
ΔP = Pv	약 6	100	0bar	대기 방출

출처: WITT-GASETECHNIK GmbH. (2023). RF53N/H-ES 제품 카탈로그.

역화방지기 유량표 해석 방법

Step 1: 운전 조건 확인

• 시스템 입구압력 확인
• 하류 장비의 요구 압력 확인

Step 2: 차압 계산

차압 = 입구압력 - 하류 요구압력

 

Step 3: 해당 차압 곡선에서 유량 확인

• 입구압력에서 수직선
• 해당 차압 곡선과의 교점에서 유량 읽기

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4. 필터 유량표 분석 (WITT 77 모델)

필터 모델 77(40마이크론)

FILTER 77

 

WITT 77 (40μm) 필터의 유량표:

 

그래프 구성:

• X축: 입구압력 Pv (bar)
• Y축: 유량 (Nm³/h)
• 곡선: 차압별 성능 (ΔP = 0.3bar, 0.6bar, Pv)

필터 압력 손실 특성

입구압력 10bar 조건에서:

차압	유량 (Nm³/h)	유량 (LPM)	압력 효율	적용 분야
0.3bar	약 400	6,667	97%	일반 여과
0.6bar	약 600	10,000	94%	고유량
Pv	약 2000	33,333	-	비상 방출

출처: WITT-GASETECHNIK GmbH. (2023). Model 77 Filter 기술 자료.

필터 유량표 활용법

오염도에 따른 성능 변화:

• 신품 필터: 그래프 성능 100%
• 50% 오염: 그래프 성능의 70-80%
• 80% 오염: 그래프 성능의 50-60%

교체 시점 판단:

실제 차압 > 설계 차압 × 1.5배 → 필터 교체 필요

출처: 한국산업표준. (2022). KS B 6321 가스 필터 기준.

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5. 체크밸브 유량표 분석 (WITT ULTRA 10-ES)

체크밸브 ULTRA10-ES

 

ULTRA 10-ES 체크밸브의 유량표:

그래프 구성:

• X축: 입구압력 Pv (bar)
• Y축: 유량 (Nm³/h)
• 차압 곡선: 0.3bar, 0.6bar

체크밸브 압력 손실

입구압력 4bar 조건에서:

차압	유량 (Nm³/h)	유량 (LPM)	크래킹 압력(개방압력)	전류 방향
0.3bar	약 150	2,500	50mbar	순방향
0.6bar	약 200	3,333	-	순방향
역류	0	0	-	차단

출처: WITT-GASETECHNIK GmbH. (2023). ULTRA 10-ES 제품 사양서.

체크밸브 설계 고려사항

크래킹 압력(Cracking Pressure, 개방압력):

• 밸브가 열리기 시작하는 최소 압력
• 일반적으로 30-100mbar

압력 손실 최소화:

설계 차압 < 시스템 압력의 5%

출처: 대한기계학회. (2023). 밸브 설계 표준.

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6. 장비별 유량 특성 비교 분석

장비별 압력 손실 특성

장비 종류	주요 기능	일반적 압력 손실	유량제어 특성
레귤레이터	압력 조정	입구압력 의존	출구압력 일정
역화방지기	화염 차단	0.1-1.0bar	차압 비례
필터	이물질 제거	0.1-0.5bar	오염도 의존
체크밸브	역류 방지	50-300mbar	크래킹 압력

시스템 설계 시 고려사항

압력 손실 계산:

총 압력 손실 = Σ(각 장비별 압력 손실 + 배관 손실)

 

안전율 적용:

설계 압력 = 필요 압력 + 총 압력 손실 + 안전율(20%)

출처: 한국가스안전공사. (2023). 가스설비 설계 기준.

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7. 전문 용어 정리

기본 용어

용어	영문	정의	단위
입구압력	Inlet Pressure	장비 입구 측 압력	bar, psig
출구압력	Outlet Pressure	장비 출구 측 압력	bar, psig
차압	Differential Pressure (ΔP)	입구압력과 출구압력의 차이	bar, psi
유량	Flow Rate	단위 시간당 통과하는 가스량	LPM, Nm³/h

레귤레이터 관련 용어

용어	영문	정의
드룹	Droop	가스 미사용시와 최대 사용시 출구압력 차이
락업	Lock-up	유량이 0일 때 출구압력 상승 현상
크리핑	Creeping	출구압력이 서서히 증가하는 현상
챗터링	Chattering	밸브가 떨리는 현상

출처: 한국가스안전공사. (2023). 압력조정기 용어 표준.

유량계수

Cv값 (Flow Coefficient)

• 정의: 1psi 차압에서 60°F 물이 1GPM 흐를 때의 유량계수
• 계산식: Q = Cv × √(ΔP/SG)
• 단위: GPM/√psi

Kv값 (Flow Factor)

• 정의: 1bar 차압에서 20°C 물이 1m³/h 흐를 때의 유량계수
• 계산식: Q = Kv × √(ΔP/SG)
• 단위: m³/h/√bar
• 환산식: Kv = Cv × 0.865

출처: 국제표준기구. (2020). ISO 5167 유량 측정 표준.

가스 관련 용어

용어	영문	정의
표준상태	Standard Condition	0°C, 1.013bar 조건
크래킹 압력(개방압력)	Cracking Pressure	체크밸브가 열리는 최소 압력
백프레셰	Back Pressure	하류에서 형성되는 압력
쵸킹	Choking	임계압력비에서 유량이 제한되는 현상

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8. 장비별 이상적인 제품 선정 기준

레귤레이터 이상적인 선정 기준

1순위: 드룹 최소화

• 이상적 조건: 드룹 < 2% (가스 미사용시 대비)
• 선정 기준: 필요 유량의 50-70% 지점에서 운전
• 피해야 할 조건: 최대 유량의 90% 이상 사용

2순위: 적절한 입구압력

이상적 입구압력 = 출구압력 × 2~3배

출처: TESCOM Corporation. (2023). 레귤레이터 선정 가이드.

역화방지기 이상적인 선정 기준

1순위: 차압 최소화

• 이상적 조건: 필요 유량에서 차압 < 0.3bar
• 선정 방법: 필요 유량의 3-5배 용량 선정
• 설계 목표: 시스템 압력의 5% 이하 손실

차압별 평가:

차압 범위	평가	권장 적용
< 0.2bar	우수	정밀 공정
0.2-0.5bar	양호	일반 산업
> 0.5bar	부적절	재검토 필요

출처: WITT-GASETECHNIK GmbH. (2023). 역화방지기 선정 기준.

필터 이상적인 선정 기준

1순위: 압력 손실과 여과 성능 균형

• 이상적 조건: 신품 상태에서 차압 < 0.2bar
• 선정 기준: 필요 유량의 2-3배 용량
• 교체 기준: 차압이 초기값의 2배 도달 시

여과도별 권장 차압:

여과도	초기 차압	교체 차압	적용 분야
5μm	0.1bar	0.3bar	정밀 계측
40μm	0.05bar	0.2bar	일반 공정
100μm	0.03bar	0.1bar	거친 여과

출처: 한국산업표준. (2022). KS B 6321 가스 필터.

체크밸브 이상적인 선정 기준

1순위: 크래킹 압력(개방압력) 최소화

• 이상적 조건: 크래킹 압력 < 50mbar
• 선정 기준: 필요 유량의 1.5-2배 용량
• 설계 목표: 정상 운전 시 차압 < 100mbar

크래킹 압력별 평가:

크래킹 압력(개방압력)	평가	적용 시스템
< 30mbar	우수	저압 시스템
30-50mbar	양호	일반 시스템
> 50mbar	부적절	고압만 적용

출처: 대한기계학회. (2023). 체크밸브 설계 기준.

통합 선정 전략

시스템 전체 최적화:

총 압력 손실 = 레귤레이터 드룹 + 역화방지기 차압 + 필터 차압 + 체크밸브 차압
목표: 총 압력 손실 < 공급압력의 10%

 

선정 우선순위:

1. 안전 기능 확보 (역화방지, 체크 기능)
2. 압력 손실 최소화
3. 유지보수 편의성
4. 경제성

출처: 한국가스안전공사. (2023). 가스시설 통합 설계 가이드.

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FAQ

Q1: 유량표에서 곡선이 여러 개인 이유는 무엇인가요?

A1: 각 곡선은 서로 다른 운전 조건(차압, 입구압력 등)을 나타냅니다. 실제 시스템 조건에 맞는 곡선을 선택하여 성능을 확인해야 합니다.

 

Q2: Cv값과 Kv값 중 어떤 것을 사용해야 하나요?

A2: 국내에서는 SI 단위계인 Kv값 사용을 권장합니다. Cv값은 미국 단위계로, 필요시 Kv = Cv × 0.865로 환산 가능합니다.

 

Q3: 역화방지기 용량을 크게 선정하면 안전성이 떨어지나요?

A3: 아닙니다. 역화방지기는 용량이 클수록 차압이 작아져 시스템 효율은 높아지고, 안전성능은 동일하게 유지됩니다.

 

Q4: 필터 교체 주기를 어떻게 결정하나요?

A4: 차압 모니터링을 통해 결정합니다. 초기 차압의 2배에 도달하거나, 설계 차압의 1.5배를 초과하면 교체해야 합니다.

 

Q5: 레귤레이터 드룹이 클 때 해결 방법은?

A5: 더 큰 용량의 레귤레이터로 교체하거나, 입구압력을 높이는 방법이 있습니다. 가장 효과적인 것은 적정 용량 선정입니다.

 

참고문헌

한국가스안전공사. (2023). 가스설비 설계 및 시공 기준. 한국가스안전공사.

TESCOM Corporation. (2023). 44-2200 Series Regulator Technical Manual. TESCOM.

WITT-GASETECHNIK GmbH. (2023). Flame Arrester Selection Guide. WITT Korea.

한국기계연구원. (2022). 유체기계 성능 평가 표준. 한국기계연구원.

대한기계학회. (2023). 압력 용기 및 배관 설계 기준. 대한기계학회.

한국산업표준. (2022). KS B 6321 가스 필터 기준. 한국표준협회.

국제표준기구. (2020). ISO 5167 유량 측정 표준. ISO.

 

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