실제로 어떤 유형의 압력 게이지가 필요하며 어떻게 올바르게 선택합니까?

압력계 산업 시설에서 가장 일반적으로 설치되는 장비 중 하나이지만 가장 자주 잘못 지정되는 장비이기도 합니다. 프로세스 플랜트, 압축 공기 시스템 또는 유압 회로를 살펴보면 압력 게이지를 찾을 수 있습니다. 일부는 정확하고 안정적으로 판독되고, 일부는 판독할 수 없을 정도로 진동하고, 호환되지 않는 공정 매체로 인해 부식되거나 단순히 응용 분야에 잘못된 압력 범위에 설치되었습니다. 그 결과는 유용한 정보를 제공하지 않는 읽을 수 없는 게이지인 불편한 것부터 잘못 지정된 게이지가 과압 조건에서 구조적으로 고장나는 위험한 것까지 다양합니다. 다양한 유형의 압력 게이지, 특정 응용 분야에 대한 적합성을 결정하는 사양, 서비스 수명을 연장하는 설치 및 유지 관리 방법을 이해하는 것은 모든 종류의 가압 시스템을 사용하는 프로세스 엔지니어, 유지 관리 기술자 및 계측 전문가의 기본 지식입니다.

압력 게이지 작동 방식: 핵심 측정 원리

대부분의 산업용 압력 게이지는 가해진 압력에 따라 변형되는 기계적 감지 요소를 사용합니다. 감지 요소의 탄성 변형은 교정된 스케일을 가로질러 움직이는 포인터에 기계적으로 연결되어 물리적 변형을 읽을 수 있는 압력 표시로 변환합니다. 부르동관은 산업용 게이지에서 가장 널리 사용되는 감지 요소입니다. 이는 한쪽 끝이 밀봉되어 있고(포인터 메커니즘에 연결됨) 다른 쪽 끝이 열려 있는(프로세스 연결에 연결됨) 단면이 타원형 또는 타원형인 곡선 또는 나선형 튜브입니다. 내부 압력이 가해지면 곡선 형상에 작용하는 압력 차이로 인해 튜브가 직선화되는 경향이 있으며, 무브먼트라고 불리는 기어 및 레버 메커니즘을 통해 증폭되는 이 직선화 동작은 스케일을 가로질러 포인터를 구동합니다. 부르동관의 우아함은 단순성, 신뢰성 및 넓은 압력 범위 기능의 조합입니다. 부르동관 게이지는 튜브 재질, 벽 두께 및 형상에 따라 1bar 미만에서 10,000bar 이상의 압력을 정확하게 측정합니다.

부르동관의 감도가 부족한 낮은 압력 범위(일반적으로 0.6bar 미만)의 경우 다이어프램 및 캡슐 감지 요소가 대신 사용됩니다. 다이어프램 게이지는 두 플랜지 사이에 고정된 얇은 주름진 디스크를 감지 요소로 사용합니다. 다이어프램의 한쪽 면에 압력이 가해지면 다이어프램이 편향되고 이 편향이 포인터 메커니즘으로 전달됩니다. 캡슐 게이지는 밀봉된 캡슐을 형성하기 위해 주변에 용접된 두 개의 주름진 다이어프램을 사용합니다. 외부 또는 내부에 가해지는 압력은 캡슐을 팽창 또는 수축시켜 매우 낮은 압력 차이를 측정할 때 단일 다이어프램보다 더 높은 감도를 제공합니다. 이러한 감지 기술은 게이지의 기본 압력 범위 기능을 결정하며 다른 사양을 고려하기 전에 예상되는 프로세스 압력 범위와 일치해야 합니다.

압력 측정 유형과 그 의미

압력 게이지를 선택하기 전에 측정되는 압력 유형(게이지 압력, 절대 압력 또는 차압)을 이해하는 것이 중요합니다. 이는 기본적으로 서로 다른 게이지 유형이 필요하고 수정 없이는 직접 비교할 수 없는 결과를 생성하는 서로 다른 양이기 때문입니다.

• 게이지 압력(PSIG/bar g): 지역 대기압을 기준으로 압력을 측정합니다. 이는 산업 응용 분야에서 가장 일반적인 유형입니다. 게이지 압력 판독값이 0이라는 것은 측정된 압력이 대기압과 동일하다는 의미이지 시스템이 진공 상태라는 의미는 아닙니다. 압축 공기 시스템, 유압 회로, 증기 라인 및 물 공급 시스템은 모두 일반적으로 게이지 압력 계측기로 모니터링됩니다. 게이지의 기준 포트(있는 경우)는 기준을 제공하기 위해 대기에 개방되어 있습니다.
• 절대 압력(PSIA/bar a): 완전 진공(0압력)을 기준으로 압력을 측정합니다. 열역학 계산, 증기압 결정 또는 고도 보상 측정에 절대 압력 값이 필요한 응용 분야에 사용됩니다. 절대 압력 게이지에는 대기 기준 포트가 아닌 진공 상태의 기준 챔버가 밀봉되어 있습니다. 기상 기압계와 진공 시스템 모니터는 절대압 측정 애플리케이션의 예입니다.
• 차압(ΔP): 두 지점의 절대 압력에 관계없이 시스템의 두 지점 사이의 압력 차이를 측정합니다. 필터 상태 모니터링(ΔP 증가는 필터 로딩을 나타냄), 유량 측정(오리피스 플레이트 또는 벤츄리의 차압은 유량 제곱에 비례함) 및 가압 용기의 레벨 측정에 사용됩니다. 차압 게이지에는 두 개의 프로세스 연결부(높은 쪽과 낮은 쪽)가 있으며 둘 사이의 차이를 표시합니다.
• 진공 측정: 대기압 이하의 압력은 음의 게이지 압력(때때로 특수 스케일에서 수은 인치 또는 밀리바 진공으로 표시됨) 또는 0에 접근하는 절대 압력으로 측정됩니다. 진공 게이지는 진공 범위를 읽을 수 있도록 보정된 부르동관 또는 다이어프램을 사용하며, 눈금은 일반적으로 -1bar(또는 -29.9inHg)에서 0까지 실행됩니다.

압력 게이지 선택을 위한 주요 사양

응용 분야에 적합한 압력 게이지를 선택하려면 일련의 상호 의존적인 사양을 프로세스 조건, 설치 환경 및 측정 지점의 정확도 요구 사항에 맞춰야 합니다. 다음 표에는 가장 중요한 매개변수와 실제적인 의미가 요약되어 있습니다.

압력 범위 선택: 2/3 규칙

게이지의 압력 범위는 정상 작동 압력이 눈금의 중간 1/3(일반적으로 전체 눈금 압력의 25%~75%) 내에 들어가도록 선택해야 하며, 이상적인 작동 지점은 전체 눈금의 약 50~65%입니다. 범위의 상단에서 지속적으로 게이지를 작동하면 감지 요소가 탄성 한계 근처에 응력을 받게 되어 피로가 가속화되고 서비스 수명이 단축됩니다. 범위의 맨 아래에서 작동하면 판독 해상도가 감소하고 미묘한 압력 변화를 감지하기가 어렵습니다. 범위의 하한은 게이지의 지정된 과압 한계(일반적으로 표준 게이지의 경우 전체 눈금의 130%)를 초과하지 않고 예상되는 압력 과도 또는 서지 조건을 수용해야 합니다.

공정 호환성을 위한 습식 재료 선택

부르동관, 소켓(프로세스 연결 본체) 및 내부 습식 피팅과 같은 압력 게이지의 습식 재료는 프로세스 유체와 화학적으로 호환되어야 합니다. 비호환성으로 인해 감지 요소가 부식되거나 응력 부식 균열이 발생하여 측정 드리프트, 구조적 결함 또는 게이지 케이스에서 가압된 공정 유체가 방출될 수 있는 갑작스러운 파손이 발생합니다. 다음 재료 선택 지침은 가장 일반적인 산업용 유체 범주를 다룹니다.

• 황동(구리 합금): 물, 증기, 공기, 질소 및 중성 가스를 포함한 비부식성 유체용 표준 습식 재료입니다. 암모니아(구리 합금의 응력 부식 균열을 유발함), 아세틸렌(폭발성 구리 아세틸라이드를 형성함) 또는 강산성 또는 알칼리성 매체에는 적합하지 않습니다. 황동 습식 게이지는 비용이 저렴하며 대부분의 일반 유틸리티 서비스 응용 분야에 적합한 사양입니다.
• 316 스테인레스 스틸: 화학 공정 서비스, 식품 및 제약 응용 분야, 해수, 염수, 약산성 또는 알칼리성 유체를 위한 표준 재료입니다. 광범위한 산업용 화학물질에 대한 내식성을 제공하며 높은 농도와 온도에서 염화물 구멍을 유발하는 염산을 제외한 대부분의 산과 호환됩니다. 또한 오일 오염으로 인한 발화 위험으로 인해 황동이 금지된 산소 서비스 게이지의 표준 재료입니다.
• 모넬(Ni-Cu 합금): 스테인리스강이 구멍이나 일반적인 부식으로 인해 파손될 수 있는 불화수소산 서비스 및 부식성이 높은 특정 무기산 응용 분야에 적합합니다. 또한 염화물과 산소의 결합으로 인해 스테인레스강이 틈새가 있는 게이지 내부에서 적절하게 저항하지 못하는 특히 공격적인 부식 조건을 생성하는 해수 및 해양 서비스에도 사용됩니다.
• 하스텔로이 C276: 다른 모든 표준 재료가 허용할 수 없을 정도로 부식되는 농축 황산, 염산, 염소 가스 및 혼합산 서비스를 포함하여 가장 까다로운 부식성 서비스를 위한 고성능 니켈-몰리브덴-크롬 합금입니다. 스테인레스 스틸보다 훨씬 비싸지만 대안이 며칠 또는 몇 주 안에 실패하는 조건에서 서비스 수명을 제공합니다.
• 다이어프램 씰(케미컬 씰): 게이지의 내부 통로를 막거나 공격하는 매우 공격적인 유체, 점성이 높은 매체, 슬러리 또는 결정성 유체의 경우 다이어프램 씰(화학 씰 또는 원격 다이어프램이라고도 함)이 게이지를 공정 유체로부터 완전히 분리합니다. 씰은 실리콘 오일이나 글리세린과 같은 비부식성 유압 충진 유체를 통해 다이어프램에서 게이지로 압력을 전달하는 충진 유체 시스템에 결합된 유연한 다이어프램(공정 유체와 호환되는 재료)으로 구성됩니다. 그런 다음 게이지 자체는 공정 매체가 아닌 충전 유체에만 접촉합니다.

액체 충전 게이지: 사용 시기 및 이유

일반적으로 글리세린(글리세롤) 또는 실리콘 오일로 채워지는 액체 충전 압력 게이지는 맥동 압력, 진동과 관련된 응용 분야 또는 게이지가 펌프, 압축기 및 왕복 엔진과 같은 진동 장비에 직접 장착되는 용도로 지정됩니다. 액체 충진은 두 가지 뚜렷한 이점을 제공합니다. 압력 맥동으로 인한 포인터의 진동을 감쇠시키고(건조 게이지 포인터가 눈에 띄게 진동하고 판독이 불가능하게 하면서 무브먼트 마모를 가속화함) 무브먼트 메커니즘을 윤활하여 진동으로 인한 기어 및 레버 구성 요소의 미세 움직임으로 인한 마찰과 마모를 줄입니다.

글리세린 충전 게이지는 주변 온도 및 중간 온도(일반적으로 -20°C ~ 60°C)에 적합하며 결빙 온도가 발생하는 실외 설치에는 적합하지 않습니다. 글리세린은 수분 함량에 따라 약 -12°C(순수 글리세린) ~ -40°C에서 얼기 때문입니다. 실리콘 충전 게이지는 훨씬 더 넓은 온도 범위(일반적으로 -60°C ~ 200°C)를 가지며 추운 기후, 고온 서비스 응용 분야 또는 공정 공장 인클로저에서 게이지가 직접적인 태양열에 노출될 수 있는 실외 설치에 적합한 선택입니다. 두 충전 유형 모두 게이지 케이스와 창의 뒷면과 측면을 불투명하게 만들지 만 판독을 위한 깨끗한 앞면을 제공합니다. 글리세린 및 실리콘 충전 게이지는 건식 게이지보다 비싸며 충진액 손실을 방지하기 위해 밀봉된 케이스가 필요합니다. 따라서 케이스 재질과 창 밀봉 품질은 건식 게이지보다 충전 게이지의 더 중요한 품질 매개변수입니다.

정확도 등급 및 더 높은 정확도가 중요한 경우

압력 게이지 정확도는 정확도 등급으로 정의됩니다. 이는 기준 조건(일반적으로 주변 온도 20°C, 수직 설치) 하에서 스케일의 임의 지점에서 측정된 전체 스케일 범위의 백분율로 최대 허용 오류를 나타내는 숫자입니다. 0~10bar 범위의 클래스 1.0 게이지는 스케일의 모든 지점에서 ±0.1bar의 최대 허용 오차를 갖습니다. 동일한 범위의 클래스 2.5 게이지의 최대 허용 오차는 ±0.25bar로 정확도가 2.5배 낮습니다. 클래스 지정은 유럽에서는 EN 837 표준을 따르고 북미에서는 ASME B40.100을 따릅니다.

대부분의 프로세스 모니터링 및 안전 표시 애플리케이션의 경우 정확도 클래스 1.6 또는 클래스 2.5가 적합합니다. 게이지는 프로세스 상태를 모니터링하고 추세를 식별하며 작업자에게 심각한 편차를 경고하는 데 충분한 정확도를 제공합니다. 프로세스 제어 결정, 설정점 확인 또는 교정 참조를 위해 게이지 판독값이 직접 사용되는 응용 분야의 경우 클래스 1.0 이상이 적합합니다. 교정 기준으로 사용되는 테스트 게이지는 일반적으로 클래스 0.25 또는 클래스 0.1이며 눈금 표시 사이의 판독값 보간을 위해 더 미세한 눈금 눈금을 허용하는 정밀한 움직임과 더 큰 다이얼 직경을 갖추고 있습니다. 일반 프로세스 모니터링 응용 분야에 고정밀 클래스 0.25 게이지를 지정하는 것은 경제적으로 낭비적이고 운영상 불필요합니다. 응용 분야에서 더 높은 정확도가 필요하지 않은 경우 추가 비용은 운영상의 이점을 제공하지 않으며 정밀 게이지는 대부분의 산업 환경에 존재하는 맥동 및 진동으로 인한 손상에 더 취약합니다.

안정적인 게이지 성능을 위한 설치 모범 사례

올바르게 지정된 압력 게이지를 잘못 설치하면 정격 성능이나 서비스 수명을 제공할 수 없습니다. 여러 가지 설치 방법을 통해 산업용 응용 분야에서 게이지 오류 및 부정확성의 가장 일반적인 원인을 지속적으로 방지합니다.

• 프로세스와 게이지 사이에 압력 게이지 차단 밸브(게이지 콕)를 설치합니다. 게이지 연결 라인의 니들 밸브 또는 볼 밸브를 사용하면 시스템을 종료하지 않고도 유지 관리, 교체 또는 영점 조정 프로세스에서 게이지를 분리할 수 있습니다. 이 한 번의 추가로 일상적인 게이지 유지 관리로 인한 운영 중단이 크게 줄어들고 프로세스 중단 없이 교정을 위해 게이지를 제거할 수 있습니다.
• 맥동 시스템용 맥동 완충기 또는 제한 나사를 설치하십시오. 액체로 채워진 게이지가 맥동을 관리하기에 불충분한 왕복 펌프 또는 압축기 배출 라인의 게이지의 경우, 유압 완충기(게이지에 대한 압력 전달 속도를 늦추는 제한된 오리피스 또는 소결 디스크가 있는 장치)는 정상 상태 판독 정확도에 영향을 주지 않고 빠른 압력 과도 현상을 흡수합니다.
• 스팀 서비스에는 사이펀(돼지 꼬리)을 사용하십시오. 압력계 on steam lines must be protected from direct contact with high-temperature steam, which would overheat the Bourdon tube and accelerate material creep and fatigue. A pigtail siphon — a coiled or U-shaped section of tubing installed between the steam line and the gauge — traps condensate that forms a water barrier, protecting the gauge from steam temperature while still transmitting steam pressure accurately. The siphon must be filled with water before the gauge is put into service.
• 별도로 지정하지 않는 한 게이지를 수직으로 장착하십시오. 대부분의 압력 게이지는 직립(전면을 향한 다이얼, 하단의 프로세스 연결) 위치에서 교정됩니다. 비표준 방향, 특히 수평 또는 거꾸로 된 방향으로 게이지를 설치하면 스프링 힘에 대해 다른 방향으로 작용하는 무브먼트 구성 요소의 무게로 인해 중력으로 인한 제로 이동이 발생합니다. 수직이 아닌 설치가 필요한 경우 게이지는 설치된 방향에서 0으로 조정되거나 방향으로 인한 중력 효과를 보상하는 밀봉된 액체로 채워진 움직임이 있는 게이지를 지정해야 합니다.
• 프로세스 연결부에 적절한 나사 밀봉제를 바르십시오. 게이지 프로세스 연결 스레드의 프로세스 유체 및 온도에 적합한 PTFE 테이프 또는 액체 스레드 밀봉제를 사용하십시오. 실란트는 수나사에만 바르십시오. 게이지 내부로 들어가 압력 통로를 방해할 수 있는 게이지 소켓 내부에는 절대로 바르지 마십시오. 나사 조임의 비틀림 하중에 저항하도록 설계되지 않은 게이지 케이스가 아닌 소켓의 육각형 평면에 렌치를 사용하여 게이지를 손으로 조이고 조임 표면으로 사용할 경우 균열이나 왜곡이 발생하도록 1~2회 회전시킵니다.

압력 게이지 유지 관리, 교정 및 교체

압력 게이지는 종종 영구적으로 설치되고 유지 관리가 필요 없는 기기로 취급됩니다. 이러한 접근 방식은 기계적으로 손상되지 않았지만 판독이 부정확한 게이지 또는 성능 저하가 감지되지 않아 경고 없이 구조적으로 고장나는 게이지로 이어지는 접근 방식입니다. 체계적인 유지 관리 접근 방식은 가압 시스템 환경에서 측정 무결성과 개인 안전을 모두 보호합니다.

교정 검증(스케일 전체의 여러 지점에서 인증된 참조 게이지 또는 분동식 테스터와 게이지 판독값을 비교하는 것)은 측정의 중요성과 게이지의 과거 안정성에 따라 결정된 간격으로 공정 제어 또는 안전 기능에 사용되는 모든 게이지에 대해 수행되어야 합니다. 보일러 압력 표시, 압력 용기 릴리프 밸브 설정점 검증 및 압축 가스 실린더 게이지와 같이 안전이 중요한 응용 분야의 경우 연간 교정 검증은 일반적으로 허용되는 최소 간격이며 열악한 환경이나 주기가 높은 서비스에서는 게이지를 더 자주 점검합니다.

• 게이지에 즉각적인 교체가 필요하다는 신호가 표시됩니다. 압력이 해제될 때 포인터가 0으로 돌아가지 않습니다(영구적인 감지 요소 변형을 나타냄). 금이 가거나 흐린 창문으로 인해 독서를 방해하는 경우; 케이스, 연결부 또는 다이얼의 눈에 띄는 부식; 액체 충전 게이지에서 누출되는 유체를 채우십시오(수분 유입을 허용하는 케이스 밀봉 실패를 나타냄). 또는 게이지의 정확도 등급 공차보다 더 많이 참조 게이지와 다른 판독값입니다.
• 안전한 게이지 제거 절차: 라인 압력으로부터 게이지를 분리하려면 차단 밸브(게이지 콕)를 닫으십시오. 게이지 연결을 천천히 느슨하게 하십시오. 격리 밸브가 포지티브 차단 유형이 아닌 경우 배수 또는 통풍구를 통해 압력이 배출될 때까지 완전히 제거하지 마십시오. 특정 공정 유체에 적합한 PPE(부식성 서비스용 안면 보호대 및 내화학성 장갑, 증기 서비스용 내열 장갑)를 착용하십시오. 먼저 차단 밸브가 닫혀 있고 게이지 연결에 갇힌 압력이 안전하게 배출되었는지 확인하지 않고 가압 라인에서 압력 게이지를 제거하려고 시도하지 마십시오.

압력 게이지는 부정확하게 지정되거나, 부적절하게 설치되거나, 부적절하게 유지보수될 경우 결코 단순하지 않은 결과를 초래하는 믿을 수 없을 만큼 단순한 기기입니다. 게이지 유형, 압력 범위, 침수 재료, 충진, 정확도 등급 및 케이스 등급을 각 측정 지점의 특정 프로세스 조건 및 환경 요구 사항에 맞추는 엔지니어링 원칙과 체계적인 설치, 교정 및 교체 방법이 결합되어 모든 산업 시설의 모든 가압 시스템에서 신뢰할 수 있는 압력 측정의 기초가 됩니다.