레벨계

1. 레벨의 개요

 

1.1 레벨의 정의

 

레벨은 통상 탱크 또는 용기 등의 내부의 액면의 높이나, 수로 하천 우물 등의 수위를 나타내는 말이다.  

한편 2종류의 액체 (예를 들면, 물과 기름)의 경계면 의 높이, 액체와 고체의 경계면의 높이도 레벨의 일종이며 고체 퇴적 대부분 표면의 높이도 레벨이라 말한다.

 

1.2 레벨 측정법의 개요

 

레벨의 측정에는 검척(사물차)에 의한 방법이 예로부터 사용되고 있다. 고대 이집트에서는 나일강의 홍수를 예지하기 위하여, 나일강 각처의 물가에 커다란 척도를 장치하여 수위를 감시하고 있었다. 또 항해를 위해서 수심의 측정이 필요하게 되었고 추를 분인 Rope를 사용하고 있었다고 한다. 이들의 레벨계의 원조라고 할 수 있다. 공업용 레벨측정으 목적은 크게 2가지로 나뉘고 있다. 하나는 탱크에 들어 있는 물질의 양을 아는 것이고, 다른 하나는 장치의 제어나 감시가 목적이다. 탱크용에서는 레벨의 연속 측저만 이지만, 제어용으로는 연속 측정 이외에 상하한 등의 포인트 측정이 제법 많은 것이 특징이다.

 

1.3 주요 레벨계의 종류와 측정 원리

 

Float식(접촉) : 액면 위에 Float를 띄우고, 액위에 의한 Folat의 위치 변화를 검출한다.

Displacer식(접촉) : 액중에 부분적으로 잠겨 있는 Float의 부력의 변화를 검출 한다.

압력식(접촉) : 액체에 의해 발생하는 압력과 액위가 비례하는 것을 이용한다.

정전용량식(접촉) : 측정 전극간 또는 측정 전극과 용기간의 전기 용량이, 액위 또는 분입체 레벨에 비례적으로 변하는 것을 이용한다.

고주파 펄스식 (접촉) : 상부에서 측정 대상으로 접촉해 있는 Rope 또는 막대기를 가이드로서 고주파 펄스를 보내고, 접촉 부에서 반사되어 돌아오기까지의 시간을 계산한다.

초음파식(비접촉) : 송신기에서 발사한 초음파가, 측정 면에 반사되어 돌아오기까지의 시간을 측정한다.

마이크로파식(비접촉) : 송신기에서 발사한 마이크로파가, 측정 면에 반사되어 돌아오기까의 시간을 측정한다.

레이저식(비접촉) : 송신기에서 발사한 레이저 광이, 측정 면에 반사되어 돌아오기까지의 시간을 측정한다.

방사선식(비접촉) : 물체에 의해 방사선 Bean이 흡수되어 감쇠하는 것을 이용한다.

중량식(비접촉) : 용기마다의 중량을 측정하고, 내부 물질의 분량을 측정한다.

레벨 스위치(접촉) : 경보용 또는 On-Off 제어용 Float식, 진동식, 초음파식, 광식, 도전율식 등이 있다.

 

 

1.4 Process Level Instrument의  종류에  따른 측정원리

 

Level Gauge Glass

 Level Gauge Glass 는 공정 Vessel 등에 Level 을 Indicating 을 위해 가장 널리 사용 되는 Local  계기이다.

오직 현장 Indicating 만 하는 계기이며, Vessel, Column, Reactor, Accumulator 등에 거의 사용되고 있다.

Level Gauge Glass 는 매우 경제적이며 광범위한 Range 에 사용가능하며, 여러가 지 유체종류에 적용 가능하고, 대개 Flat Glass, Tubular Glass, Magnetic Glass 로 세가지로 분류된다.

-  Flat Glass :  공정에서 가장 일반적으로 사용되는 Type 이며, Reflex Type 과 Transparent Type 이 있다.

-  Tubular Glass : Level Indicator  사용 초기시절에 사용되었던 Type 으로 지금은 잘 사용되고 있지 않는 Type 이다.

- Magnetic Type :  측정유체가 부식성 또는 유독성이거나 기타 위험한 물질일 때 사용

 

Flat Gauge Glass 의 도입은 경제성과 안정성의 증가로 Tubular  Gauge  Glass 를 대체하게 되었다.

Flat Gauge Glass 는 Reflex Type 과 Transparent Type 으로 두가지가 있으며, 일반 적인 모양은 그림과 같다.

 

 

Reflex Type

Reflex Gauge 는 빛의 반사와 같은 광학적인 현상을 이용한 것으로 Gauge 의 안쪽에 거울같은 것을 붙여서 Liquid 가 차지 않으면 은색 빛을 띄고, Liquid 가 차게되면 어두운 색을 띄게 되어 Liquid 의 Level 을 Indicating  하게 된다. 일반적인 Reflex Gauge 는 하나의 Chamber 로 구성되며 Glass 는 낮은 열팽창 계수를 가지며 Borosilicate 로 강화되어 열 또는 기계적 충격에 강하게 된다. Glass 와 Chamber 의 Sealing 을 위해 그 사이에 Gasket 이 들어가고 Glass 와 Cover 사이에 Cushion 을 공급하기위해 Gasket 이 들어간다. Reflex Gauge 는 주로 깨끗하고 색깔이 없으며 Nonviscous Service 에 사용되며 두 Liquid 사이의 Interface Level 에는 적용하기 어렵다.

 

Transparent Type

Transparent Gauge 는 Gauge 의 앞·뒤쪽이 투명하여 반대쪽이 보이는 Type 으로 유체가 색깔이 있거나 Viscous 하거나 또는 Glass 에 부식성이 있거나 Interface Level 을 보고자 할 경우에 사용된다.

구조는 Reflex Gauge 와 유사한데, Reflex Type 에서와 같이 반사체는 장착되지 않고 Glass 가 Chamber  앞, 뒤쪽으로 장착된다. 따라서 이러한 Type 의 Gauge 는 Fluid 의 색깔, 상태, Interface Level 을 Direct Indicating  할 수 있다.

 

Flat Glass Type 에서 Flat 이란 용어를 사용하는 이유는 종전의 Level Indicator Type 이었던 Tubular Class Type 의 Glass 가 원통형이므로 이에 구분되는 Glass 가 평평하므로 Flat 이란 용어를 사용한다.

Gauge Glass 는 몇가지 Standard Size 가 있지만 요구하는 Size 에 따라 Vendor가 맞추어 공급한다.

Gauge Glass 는 무게와 열팽창 때문에 2m 이상으로 길어지면 안되며, 필요하면 그림 2-3 과 같이 여러단으로 설치해야 한다. Gauge Glass 의 Chamber 는 여러 재질을 쓸 수 있으나 일반적으로 Carbon Steel이 쓰이며 SUS 를 쓰는 경우도 있고, 금속 Cover 는 단조된 합금을 쓴다. Gauge Glass 의 Connection 방법에는 4 가지가 있는데, Top – Bottom, Side – Side, Top – Side, Side – Bottom 이 있으며 일반적으로 Connection 되는 방식은 Side – Side, Top – Bottom  방식이다.

Process 와의 Connection 에는 Screwed 방식과 Flange 방식이 있는데, Screwed 방 식일 때는 3/4" NPT, Flange 방식일 때는 1 1/2" RF Flange 방식을 쓰는데 일반적 으로 Flange  체결법을 주로 쓴다.

 

Tubular Gauge Glass

Tubular Gauge Glass 는 Level Indicating 초기에 사용되었던 Type 이며, 깨어지기 쉽고, 안전에 대한 위험으로 요즘의 산업계에서는 잘 사용되고 있지 않은 Type 이다. 이 Gauge 는 두개의 Shut Off Valve 사이에 Glass Tube 로 구성된다.

Design Pressure 는 Glass 의 Tube 길이와 지름에 달려 있지만 대개 Low Pressure Range 이다.

Tubular Gauge 는 Guard Rod 와 Tube 주위를 둘러싸는 투명한 Plastic 에 의해 어 느 정도 갑작스런 충격에 보호될 수 있지만, 가격과 안정성 면에서 Flat Glass Gauge 에 비해 효용이 떨어진다.

 

Magnetic Type

Magnetic Gauge  는 다른 Type 의 Gauge 들이 부식성, 유독성, 가연성 또는 다른 위험한 물질에 의해 사용이 불가능할 때 사용되는 유일하게 사용가능한 Type 이다. 자력을 띈 Float 가 Shield Chamber 안쪽에 위치해 있고, Liquid Level 에 따라 움 직 이게 된다. 그리고 Chamber 외부에는 18º 회전가능한 조그만 금속판들로 이 루어진 Indicator 가 있다.

Float 가 움직임에 따라 자력이 그 금속판들을 회전하게 만들어 Level 을 나타내 게 된다. 금속판들은 Float 가 한 쪽 방향으로 움직일 때 검은색을 반대방향으로 움직일 때 노란색을 띄도록 색칠되어 있다. Gauge Rating 은 일반적인 Model 에서 30 kg/cm2 에 230℃까지 견디고, 특수 Model 은 더 높은 온도와 압력에서 적용 가능하다.