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연재 매스플로우 천일야화(60) <질량 유량계의 기초>

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작성자 댓글 0건 조회 898회 작성일 20-06-10 15:48

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사진 1. (출처: 브롱코스트 재팬)

 

서론

이번 회에는 필자가 지금까지 현장에서 만나왔던 매스플로우 미터(이하, MFM)나 매스플로우 컨트롤러(이하, MFC)의 문제 해결에 관해 이야기하려 한다. 필자도 1992년부터 매스플로우(MFC+MFM 총칭) 업계와 관계를 맺은 지 벌써 28년이라는 세월이 흘렀다. 이 과정에서 생겨난 다양한 문제 사례 중에서 이제 공개해도 되지 않을까 생각되는 시효가 지난 일들에 대해 언급해보려 한다.

명탐정 셜록 홈즈가 된 기분으로 필자가 겪은 문제를 해결했던 무용담을 이야기하고 싶은 것이 아니다. 베이커가의 명탐정과 달리 이 바보 같은 탐정에게는 미해결 사건이 많기 때문에 다만 이런 사례들이 어떤 도움이 되었으면 하는 바람으로 이야기하는 것이니, 다른 연재보다는 가벼운 마음으로 읽어 주셨으면 한다.

 

1화 가스 누설! 위기일발

가정용 가스 경보기는 독자들에게도 익숙한 것이라 생각된다. 연소 가스의 누설은 폭발 사고를 일으키기 때문에 무서운 일이다. 이 때문에 가스 경보기의 검지기는 신중하게 설치되어야 한다. 이 검지기 설치 장소는 계약하는 가스 종류에 따라, 즉 도시가스인지 프로판가스인지에 따라 다르다는 것은 알고 계실 것이다. 도시 가스의 경우 검지기는 천장 부근에 설치된다. LP 가스는 그와 반대로 낮은 위치에 설치된다. 도시가스는 공기보다 가벼운 13A12A라는 가스가 이용되며, LP 가스는 프로판가스(C3H8) 등과 같이 공기보다 무거운 가스로 구성되어 있기 때문이다. 가스 경보기 제조사의 카탈로그를 살펴보면 도시가스는 6B를 제외하고 검지기 하단은 천정 등에서 아래쪽으로 30cm 이내로 연소기에서 수평 거리 8m 이내의 동일 실내 벽면(또는 천정면)에 설치하여 주십시오.” 그리고 도시 가스의 6BLP 가스는 검지부 등의 상단은 바닥면의 위쪽으로 30cm 이내로 연소기에서 수평 거리 4m 이내의 동일 실내 벽면에 설치하여 주십시오.”라고 되어 있다(모두 신코스모스전기홈페이지에서 인용).

  

물론 산업 용도에서도 가스 경보기의 중요성은 변함이 없다. 사용량과 규모가 커지는 만큼 더 신중한 대응이 이루어지고 있다. 사실 필자는 MFC의 유량 제어 불량 때문에 고객처 설비를 조사하러 갔을 때 폭발 사고를 당할 뻔 한 적이 있다.

어떤 산업용 버너의 가스 제어에 MFC를 사용하는 고객이 계셨다. 그때까지는 니들 밸브만으로 제어되었지만 당연히 온도, 압력 변화에 따라 유량이 변해버리고 말았다. 이것을 지금까지는 숙련된 직원이 불꽃의 형태를 보고 적절하게 조정했던 모양이었다. 조기 시업 시, 오전 휴식 후, 오후 휴식 후 이렇게 적어도 세 번은 라인을 살펴보고 일일이 불꽃의 색깔과 형태를 통해 니들 밸브 개도의 미세 조정을 실시했다고 한다. 60라인의 버너에는 연소 가스와 공기(혹은 산소) 라인이 두 개씩, 즉 니들 밸브가 120개 있었던 것이다. 아무리 숙련된 직원이라 해도 이것을 하루에 세 번 살펴보고 조정한다는 것은 큰 시간의 손실이다. 게다가 사용되는 니들 밸브는 투자를 했던 연대에 따라 제품도 다르고 Cv값도 제각각이었으며, 연소 가스용 Cv값의 니들 밸브와 공기용이 잘못 달린 라인도 있어 현장은 카오스 그 자체였다. 이것을 저렴한 MFC로 바꾸면 한 곳에 집약한 유량 표시계를 두어 유량을 일괄 관리할 수 있게 된다는 점, 원격 조작으로 유량 제어가 가능한 점, 원래 열식 유량계였기 때문에 질량 유량 제어라는 점에서 온도 및 압력의 어느 정도의 변동에는 자동으로 추종할 수 있다는 내용을 장점으로 설득하여 MFC의 채용을 결정한 중요한 고객이었다.


테스트 운전은 문제없이 이루어졌지만 본격적으로 가동할 때 문제가 생겼다. 연소 가스 라인의 유량이 아무리 해도 원하는 설정값에 도달하지 못했다. , MFC의 설정 입력(SV)>유량 출력(PV) 상태였다. 제품 사양과 연소 가스 라인의 압력을 다시 확인해 봐도 문제가 없었다(연소 가스는 기본적으로 공급 압력이 낮다). 부득이하게 필자가 방문하여 조사를 하면서 곧 문제를 발견했다. MFC의 문제가 아니라 배관 흐름이었다. <그림 1>과 같이 기존의 니들 밸브를 둔 채로 그 상류에 MFC를 설치했던 것이다. 이렇게 하면 2차 측에 니들 밸브의 개도에 따른 배관 저항이 계속 존재하게 된다. MFC상류압(P1)-하류압(P2)=차압이 필요 차압 조건 미만이 되면 MFC는 유량을 흘려보낼 수 없다. 원래 낮은 P1에 비해 P2가 니들 밸브의 압력이 손실된 만큼 상승하는 것은 상정하지 않았던 일이기 때문에 그대로 둘 수는 없었다. 니들 밸브의 개도를 가변 해봐도 그 저항의 변화에 따라 MFCPV에도 변화가 생기는 것을 보면서 고객도 납득을 해주셨다. MFC가 파손되었을 때 가스 제어 불량의 경우를 우려해서 공장 안전 관리 측의 요청으로 니들 밸브를 남겨둔 모양이었다. 그 마음을 모르는 것은 아니지만, 그렇다면 <그림 2>와 같이 병렬 배치를 했어야 한다.


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그림 1.
 


이 문제를 해결하고 나서 그 고객은 순조롭게 교체를 진행을 했었지만 얼마 지나지 않아 새로 교체한 라인에서 다시 같은 현상이 발생했다는 연락을 받았다. ‘이번 라인은 니들 밸브를 제거하고 배관 저항을 적게 만들었는데, 어떻게 된 일입니까?’라는 클레임에 가까운 나쁜 상황에서 현장으로의 호출을 받았다. 역시 이번에도 MFC 배관에는 문제가 없는 듯했다. 납품한 MFC는 디지털 통신 케이블을 연결하면 PC에서 정보가 다루어지는 현재의 디지털 MFC가 아닌 아날로그 MFC이었기 때문에 준비해 간 세 가지 무기(테스터, MFC 체커, 정밀 드라이버)를 들고 설비의 가스 라인 아래로 기어들어갔다. 우선은 안전을 살피고 공기를 흘려보내어 CF의 차이는 있지만 SV=PV 상태로 문제없이 MFC가 동작하고 있음을 확인했다. 어쩔 수 없이 연소 가스를 흘려보내기로 했다. 가스가 도입되고 시간이 지나 SV>PV를 미처 확인하기 전에 필자가 가스 누설입니다!”라고 외쳤다. 가스 라인을 긴급 정지시키고 전원 대피해야 하는 상황이었다. 설비 하부에 있는 MFC의 체크하기 위해 상반신을 아래로 집어넣었던 필자밖에 냄새를 판별할 수 없었던 상황에서 MFC의 상류 부근에서 LP 가스 리크가 있었던 것이다. 이 때문에 이번에는 P1이 내려가 버려서 MFC의 필요 차압 조건을 만족하지 못했던 것이다. 이상한 점은 그 때 가스 누설 경보가 울리지 않았다는 것이다. 검지기의 설치 위치가 적절하지 못하게 리크가 있었던 삼방 밸브보다 높은 위치에 있었기 때문에 사과를 받았다. MFC 조사를 하면서 아주 위험한 상황에 처할 수도 있었던 상황이었다. 리크는 MFC에 대한 배관 개조 작업 종료 시의 기밀시험이 적절했는지 하는 문제이긴 하지만, 검지기 설치 장소가 니들 밸브로 가스 제어를 했을 때와 같은 곳이기 때문에 LP 가스를 사용하는 업무의 안전 관리에서는 상당한 문제였던 것이 아닌가 생각된다. 지금까지 사고가 생기지 않은 것은 운이 좋았다고밖에 할 수 없다. 20년도 더 된 이야기이니 지금은 그런 일이 없을 것이라 생각되긴 하지만 말이다.

 

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그림 2.
 


...(후략)




黒田 誠 / EZ-Japan

본 기사는 2020년 6월호에 게재되었습니다. 

  

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본 기사는 월간지[計側技術] (일본, 일본공업출판주식회사 발행)로부터 번역·전재한 것입니다.

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