계측장비의 특성 및 계측방법

1. 에너지진단(열) 계측장비의 특성 및 계측방법 에너지관리공단 최일영(zero@kemco.or.kr)

2. 기술컨설팅사업단 소개 에너지관리공단 기술컨설팅사업단 진단활동 인원 : 40명 컨설팅 장비 : 적외선 열화상장치 외 47종 271점 컨설팅 & 엔지니어링 소프트웨어 : 6종 (열유동 해석, 설비 시뮬레이션& 설계, 발전 & Utility 전용) 1980년 ∼ 2004년 실적 : 6,636개 산업/건물 절감 기대효과 : 9,554억원/년 ISO 9001 & 식스시그마 / 최근 해외 사업장 진출

3. 기술컨설팅사업단 소개 2004년 에너지컨설팅 결과 요인별 기대효과 통계

4. CONTENT ▣ 열 에너지진단 일반 ▣ 계측 일반 및 오차 ▣ 유효 숫자 진단 일반 ▣ 온도 계측 ▣ 유량 계측 ▣ 압력 계측 진단측정항목 ▣ 습도계측 ▣ 배가스 성분 계측 ▣ 측정값의 기록과 정리 기타 계측기 활용

5. 열 에너지 진단 일반 열 에너지의 변형과 이동 과정 보일러 고온 배가스열 건조기 고온 배기열 대기 방출 증기 기타 방산열 저온의 용수 사 업 장 열에너지 저온의 공기 고온의 방류수 제품의 과건조

6. 열 에너지 진단 일반 열 에너지진단의 착안 방향 보일러 고온 배가스열 건조기 고온 배기열 대기 방출 증기 기타 방산열 저온의 용수 사 업 장 열에너지 저온의 공기 고온의 방류수 제품의 과건조

7. 열 에너지 진단 일반 열 에너지의 변형과 이동 과정 1차 에너지 2차 에너지 유효열 유효열 설비 현열 잠열 손실열 손실열 회수열 미회수열 배가스열 불완전연소열 방산열 기타 손실열 방산열 기타 손실열 현열/잠열 배기열 방산열 기타 손실열

8. 열 에너지 진단 일반 열 에너지진단 수행 조건과 장비의 역할 계 측 • 온도 • 압력 • 유량 • 배가스 성분 • 풍속 • 수분 등 인력 (진단/협조) 진단 열 분 석 장비 (계측/분석) • 컴퓨터 • 소프트웨어 • 계산기 • 도표 등 지식 (경험/이론) 안 전

9. 계측 일반 및 오차 계측장비 발달 시대 가격 단일기능 대형 고정식 관리용 다기능 소형, 경량 이동식 점검용 정확성 신뢰성 응용성

10. 계측 일반 및 오차 측정 오차 • 어떤 양의 측정에 있어서 그 참값을 구하기는 불가능 • 측정 결과는 반드시 그 양의 참값보다 다소의 차가 포함되는 것은 • 피할 수가 없으며, 이 차를 오차(error)라고 함. • 측정할 때 그 측정값에서 가능한 한 모든 오차를 제거 • 가장 확실한 값을 찾아서 참값에 대응 필요

11. 측정 조건의 변동 주의력의 동요 부주의 원인 이론적 오차 (이론적 근거에 원인) 측정기 오차 (계측기 고유 오차) 개인오차 (측정자의 습관) 계측 일반 및 오차 오차의 종류 과실 오차 계통적 오 차 우연 오차 오 차 (error)

12. 계측 일반 및 오차 정밀도(Precision) 정확도(Accuracy) • 측정값에 대한 흩어짐의 작은 정도 • 측정값의 재현성 (여러번 반복해도 처음과 비슷 한 실험 값이 나오는가 하는 값 이 바로 정밀도) • 관측의 균질성을 표시하는 척도 • 관측장비와 관측방법에 좌우 • 참값에 대한 한쪽으로 치우침의 작은 정도 • 참값에 얼마나 가까운 답을 얻었는가?

13. 유효 숫자 유효숫자(significant figure)란? 자연과학 분야에서 측정값을 표시할 때 • 마지막 자리의 숫자는 불확실 • 그 앞의 숫자는 확실 불확실도가 포함된 숫자까지를 포함한 유효숫자의 개수가 많을 수록 정밀한 측정 숫자의 크기(자리수 표시)를 나타내기 위해 붙이는 0과 측정에서 얻은 0을 구분 예) “1200”의 유효 숫자는 2개 / “1.200×10³”의 유효 숫자는 4개 단순히 자리수 표시 확실도가 포함되어 있는 측정값

14. 유효 숫자 유효 숫자 규칙    ① 0이 아닌 모든 정수는 유효 숫자    ② 0(zero)      - 앞 부분에 있는 0은 유효 숫자가 아님. 예) 0.0025의 유효 숫자는 두 개(2 와 5)      - 중간에 있는 0은 유효 숫자        예) 1.008의 유효 숫자는 4개(1과 두 개의 0 그리고 8)      - 마지막에 있는 0은 숫자에 소수점이 있을 때만 유효 숫자         예) 100은 유효 숫자가 1 한 개, 1.00×10³은 유효 숫자가 3개(1과 두개의 0)    ③ 완전수 : 측정 장치를 사용하여 얻지 않고 단지 counting을 통해 결정된 수. (열 번의 실험, 세 개의 사과, 여덟 개의 분자 등)

15. 유효 숫자 반올림의 규칙 만일 제거되는 숫자가 - 5보다 작으면, 앞에 있는 숫자는 그대로. (예, 1.33 ⇒ 1.3)   - 5보다 크면, 앞에 있는 숫자는 “1”이 증가. (예, 1.36 ⇒ 1.4)   - 5이고, 앞에 있는 숫자가 짝수이면 변하지 않고, 홀수이면 1이 증가. (예, 1.35 ⇒ 1.4, 1.25 ⇒ 1.2)

16. 유효 숫자  [{(2.234 × 5.67815) + 100.9049} × 4.60] = ? 유효 숫자를 고려해 매회 사사오입하는 경우 계산 중 정밀도 떨어짐 2.234 × 5.67815 = 12.6849871 = 12.68 12.68 + 100.9049 = 113.5849 = 113.58 = 522 113.58 × 4.60 = 522.468 유효 숫자+1항에서 계산을 진행시키는 경우 2.234 × 5.67815 = 12.6849871 = 12.685 12.685 + 100.9049 = 113.5899 = 113.590 = 523 113.590 × 4.60 = 522.514 유효 숫자를 고려하지 않는 경우 2.234 × 5.67815 = 12.6849871 12.68498710 + 100.9049 = 113.5898871 113.5898871 × 4.60 = 522.51348066

17. 기본계측 온도계측 m % 유량계측 hr ℃ ㎥ ㎘ 압력계측 ㎏ ㎏/㎠·g 계측 일반 및 오차 계측 항목 Coming Soon !!

18. 온도 계측 진단용 주요 온도계 종류 및 특성 접촉식온도계 • 임의의 곳의 온도를 측정 가능    • 온도측정범위 : 1000 ℃이하 온도측정 • 정밀도 : 눈금쪽의 1% 정도 • 예민도 : 느림 • - 감온자(센서)를 접촉시키면 • 측정하려는 온도가 변하는 경향 • 작은 물체의 온도 측정은 곤란 • - 움직이고 있는 물체의 온도 측정은 곤란

19. 온도 계측 접촉식온도계 센서 열전대 액체 & 침투용 표면용 Magnet 표면용 롤러용

20. 온도 계측 비접촉식온도계 • 일반적으로 표면온도 측정 • 온도범위 : 최저 -30℃부터 최고 3000℃ • 정밀도 : 10 degree 정도 • - 예민도 : 빠르다 • 감온자(센서)를 접촉시키지 않으므로 • 측정하려는 물체의 온도가 변화가 없음 • 움직이고 있는 물체의 온도측정 용이 • 사람의 손이 직접 닿을 수가 없는 원거리 • 물체 표면온도

21. 온도 계측 기타 진단용 온도계 건습구온도계 봉입 액체 온도계

22. 온도 계측 [ 건습구 온도계 ] • 두개의 온도계를 이용하여 습도를 알아내는 장치 • 건구 온도계 1개, 젖은 천에 감싼 습구 온도계 1개로 구성 습구온도계의 젖은 천에서 증발 발생 물의 증발이 일어날 때 주위의 열을 흡수 열을 빼앗겨 습구온도는 하강 건습구온도차 Air 상태 크다 건조 작다 습 없다 매우 습

23. 온도 계측 건습구 온도계에 의하여 온도를 계측할 때에 유의할 점 습구의 구부를 싸는 무명은 가급적 얇은 것을 선택 (풀기등 이물질 제거) 습구에서 물통으로 이어지는 부분에는 느슨하게 묶은 6～7가닥의 무명실을 가볍게 꼰 것을 사용 물통 속의 물은 가급적 증류수 사용 밀폐성 공간에서는 건구와 습구에 인위적 통풍도 필요

24. 온도 계측 측정대상에 관한 기본적인 검토 측정대상의 상태는? 고체, 액체, 기체의 어떤 상태인가？ 온도의 개략적인 범위는？ 정지되어 있는가? 운동하고 있는가？ 온도 변화의속도는 어떤가？ 발열 및 흡열 유무는？ 열류의 유무는？

25. 온도 계측 측정대상의 취득정보는? • 국부적인 온도인가? 전체를 대표하는 온도인가？ • 물체의 표면온도인가? 내부온도인가？ • 순간온도인가? 시간적평균온도 인가？

26. 온도 계측 측정대상의 중요 측정량은? 온도는 절대치인가? 상대치인가？ 온도치인가? 온도차인가? 온도차는 공간,시간 그외 무엇에 대한 것인가？ 온도치인가? 온도변화인가? 온도변화의 크기, 기울기, 속도인가？

27. 온도 계측 측정대상과 온도와의 관계 측정대상 형상과 온도계 설치방법과의 관계 측정대상 온도와 온도계 검출소자 온도와의 일치 정도 환경인자가 측정대상 및 온도계에 주는 영향의 정도 (분위기, 진동, 주위온도, 잡음등)

28. 온도 계측 온도 측정 방법 측정 온도의 목적에 따라서 어떤 부분의 온도를 어떤 방식으로 측정하여야 하는지 우선 결정 측정조건(시간, 포인트, 설비운전상태 등)에 따라서 오차 발생 가능성 온도를 측정하려는 물체의 종류 및상태를 고려 - 고체 : 표면 및 내부 상태 - 기체 및 액체 : 유체의  종류 및 흐름 그리고 주위의 영향 등 측정하려고 하는 온도 및 온도의분포는 변화 - 측정시에 그 온도가 가급적 변화하지 않도록 주의 - 일정 시간 간격으로 주기적 변화온도 고려 온도계의 종류와 사용하는 방법에 따라 측정 결과값 상이

29. 온도 계측 접촉 방식에 의한 온도 측정상의 주의사항 • 온도를 측정하고자 하는 물체의 온도 및 온도 분포를 가급적 변화시키지 말것 • 온도를 측정하려고 하는 물체와 센서는 충분히 접촉 • 다른 물체(부분)의 온도 영향을 받지 않도록 할것 • 센서를 충분한시간을 갖고 접촉시킬것 • 센서와 주위의 물체가 상호 물리적,화학적으로 손상되지 않게 주의

30. 온도 계측 비접촉 방식에 의한 온도 측정상의 주의사항 • 온도를 측정하려고 하는 물체를 완전 방사체로 하여 측정 • 측정대상 물체의 방사율을 사용하여 참 온도로 환산 • [주의]방사의 통로에 있는 기체(증기)가 방사 에너지 전달을 방해

31. 온도 계측 고체 내부온도 • 센서 삽입용 구멍을 뚫고 접촉 방식에 의한 온도계를 사용(액체 투입) 고체 표면온도 • 온도의 영향을 받고 있기 때문에 일반적으로 내부의 온도와 상이 • 표면의 열적 상태가 변화하기 쉬우므로 주의 액체 온도 • 관내 유체 온도측정은 센서를 충분히 그 액체와 접촉시키는 데 노력 • (중간 드레인 밸브 등에서 일부 유체를 순간 샘플링하여 측정)

32. 온도 계측 기체 온도 • 유동기체 온도분포 문제점 해소를 이해 다점 온도측정 • 고온의 기체온도 측정시 측정시간 최소화에 노력 • 방사에너지 이동이 클 때에는 방사에너지로부터 센서를 차단

33. 유량 계측 유량 측정 대상 • 일반적인 온수 및 냉수 • 공기 • 배기 & 배가스 • 공정수와 같은 혼합액 • 폐수 유량 형태 유체의 물성, 성분, 화학적 특성 등 다양하고 상이 유체의 흐름의 특성 또한 복잡하고 다양

34. 유량 계측 유량 특성별 적정 유량계 유량계는 유량 측정시 유체의 점성계수와 밀도 등의 물성치의 영향 (유체가 일정한 부피를 갖는 체적내를 유동하므로) 기체의 경우 부피유량에 온도와 압력을 보정 필요

35. 유량 계측 일반적 현장 설치 유량계 열관리용 수량계 • 보일러 및 일반 플렌트에 적용가능한 수량계 • 구경 25mm, 40mm, 50mm • 정확도 : ±1% 이내 • 최고사용온도 : 100℃(특수 180℃) • 최고사용압력 : 10kg/㎠ (특수 15,20kgf/㎠) 열관리용 오일 유량계 • 유체 : 경유, 중유, 벙커ABC유, 등유 및 기타 오일 • 온도 : Max 100℃(특수용 180℃) • 압력 : Max 10kg/㎠(특수용 25kg/㎠) • 정밀도 : ±0.5% 이내

36. 유량 계측 초음파 유량계 • 대유량 측정에 이용 • 기존 배관에 별도 가공없이 측정 가능 • 유체 유속 방해 없이 유속측정이 가능 • 초음파 전달 유체 대상 • 고점도액, 비전도체액 가능 • 가스의 유속 측정도 가능

37. 유량 계측 초음파 유량계의 장단점 장점 - 압력손실이 없음 - 관 밖에서 유량을 측정 가능 - 휴대용(clamp-on)   - 대구경 관로의 유량 측정 가능 - 정․역류 측정이 가능 단점 - 배관재질, 두께 등이 정도에 영향 - 배관의 설치 상황에 따라 측정 불가 - 액체 중에 고형물이나 기포가 장애

38. 유량 계측 초음파 유량계 측정시 주의사항 [액체 측정]   - clamp-on형인 경우 관이 초음파를 통과시킬 수 있어야 한다. (도관, 콘크리트관 등은 측정이 불가능)   - 관 내면에 다량의 부착물이 있거나 라이닝이 되어 있는 경우는 측정이 곤란 - 유속분포의 영향 - 액체 내에 기포나 고형물이 많으면 측정 곤란 [기체 측정]   - 유속분포에 영향 - 블로어, 감압밸브 등에서 소음이 발생할 경우, 오차의 원인 - 습기를 많이 포함시 노이즈를 발생 우려(드레인)

39. 압력 계측 압력계는 산업 프로세스에서 가장 많이 사용되는 계측기 중 하나 압력계는 측정원리, 구조, 용도등에 따라 여러 종류

40. 압력 계측 • 대기압을 측정하는 것을 기압계(atmospheric barometer) • 표준대기압 이하의 진공압력을 측정하는 것을 진공계(vacuum gauge) • 수백MPa 이상의 압력을 측정하는 것을 고압계(high pressure gauge) • 두 압력계의 압력차를 측정하는 것을 차압계(differential pressure gauge) 최고 전문가와 함께 !

41. 습도 계측 습도는 공기 중에 포함된 수증기의 비율 온도와 함께 건물내의 공기조화 중요한 측정항목 제조업에서는 건조 프로세스나 일부 화학 프로세스에 있어서 필수 제어량 습도측정에 고분자식, 세라믹식, 산화알루미늄식 습도센서 이용 포화수증기압과 노점 포화수증기압이란 어느 온도에서 단위 부피에 존재할 수 있는 최대 수증기량 일정온도에서 더 이상 증발이 되지 않는 평형상태의 수증기  포화수증기, 포화수증기압 기체의 온도가 내려가면 기체중의 수증기는 응결하여 이슬이 발생  노점온도

42. 상대습도 (%) 절대습도(g/㎥) 혼합비 (kg/kg dry gas) 습도 계측 상대습도와 절대습도 기체의 수증기압과 그 기체의 온도에 상당하는 포화수증기압과의 비를 100배로 한 것 용적 1㎥의 기체에 포함되어 있는 수증기의 질량 일정 용적에 포함된 수증기의 질량(kg) 수증기 이외의 기체의 질량(kg)

43. 습도 계측 예) 흡입급기 수분량 계산 건구온도(℃) 습구온도(℃) 건구온도에서의 수증기 포화압력(mmHg) 습구온도에서의 수증기 포화압력(mmHg) Apjohn 식에 의한 공기중 수증기 분압(Pw) 계산  노점온도(℃) Pw = 습구온도에서의 수증기 포화압력 - (760/1500) x (건구온도 - 습구온도) 상대 습도(A) A = Pw ÷ 건구온도포화압력 x 100 절대 습도(Xs) Xs = 0.622 x Pw ÷ (공기압 - Pw) 건공기 비중량(Ra) Ra = {(10332.5 ÷ 760) x (760 - Pw)} ÷ {ra x (273 + 건구온도)} 수분 비중량(Rw) Rw = {Pw x (10332 ÷ 760)} ÷ {rw x (273 + 건구온도)} 급기중 수분 중량(Gw) Gw = 수분 비중량(㎏/㎥) x 급기량(㎥/h) 급기중 건공기 중량(Ga) Ga = 건공기 비중량(㎏/㎥) x 급기량(㎥/h)

44. 연소에 필요한 산소(공기)의 양의 변화 - 연료중에 함유되어 있는 가연성분의 종류와 양 - 연료의 형태와 연소장치 - 연소조건 등 이론 공기량 배가스 성분 계측 연료 중에 함유되어 있는 가연성분을 완전 연소시키는데 필요한 최소 공기량 불완전 연소우려 (연소시간의 부족, 연소실 온도의 저하, 부분적 산소의 부족 등 원인) 실제연소시 이론 공기량보다 많은 공기 공급

45. CO2 MAX 21 CO2 측정시 : m = O2 측정시 : m = CO2(%) 21-O2(%) 배가스 성분 계측 연소 관리 연소관리 합리화 연소에 필요한공기의 양을 이론적인 공기량에접근하여 열효율을 향상 공기비(m) 연소 계산상 필요로 하는 이론공기량에 대한 실제 연소용 공기량의 비 [ 참고 : CO2 MAX ]

46. 배가스 성분 계측 진단 시, 보일러 공기비 운전 현황 대형 사업장 중소규모 사업장

47. 배가스 성분 계측 배가스성분 계측방법 • 계측항목, 계측의 빈도 및 계측방법은 • 진단현장 및 설비의 운전상태에 따라 효과적으로 • 운전부하와 가동패턴 관찰/고려 • 계측의 목적에 맞는 상태일 때 계측을 실시 • 배출계통에서 계측의 목적에 맞는 적절한 측정 포인트 선정 • 설비 고정 배가스 분석기 측정값 차이 등을 고려

48. 배가스 성분 계측 측정 위치는 어디에서 ? 1 2 3 4

49. 배가스 성분 계측 공기예열기 상태 점검 GAH

50. 배가스 성분 계측 측정 센서의 시료채취 측정 포인트 선정은 ? P P P Burner I.D.Fan 배가스 Duct 장비 : 배출유속에 대응한 충분한 흡입력 센서 : 측정 포인트 접근 및 측정구 삽입 가능