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
- 유량표 기본 구성 요소 이해
- 레귤레이터 유량표 분석 (TESCOM 44-2200)
- 역화방지기 유량표 분석 (WITT RF53N/H-ES)
- 필터 유량표 분석 (WITT 77 모델)
- 체크밸브 유량표 분석 (WITT ULTRA 10-ES)
- 장비별 유량 특성 비교 분석
- 전문 용어 정리
- 장비별 이상적인 제품 선정 기준
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.
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
- X축 끝점에서 해당 곡선의 유량 읽기
- 시스템 최대 요구량과 비교
- 최대 유량의 50-70% 구간에서 운전
- 해당 유량에서 출구압력 변화 확인
- 드룹 계산으로 성능 평가
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
4. 필터 유량표 분석 (WITT 77 모델)
필터 모델 77(40마이크론)
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.
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.
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.
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 |
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:
- 안전 기능 확보 (역화방지, 체크 기능)
- 압력 손실 최소화
- 유지보수 편의성
- 경제성
출처: 한국가스안전공사. (2023). 가스시설 통합 설계 가이드.
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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