Process Level Measurement 의 의미 및 종류

1. Process Level Measurement 의 의미

Level 의 측정에는 순순한 액체 Level, 고체 Level 측정 및 액체와 액체의 Interface Level 등이 있으며 공정에서 중요한 변수이다. Level 측정의 목적은 실제 원료 Tank 나 제품 Tank 등에서 정확한 용적이나 중량이 얼마인지를 측정하고자 하는게 한가지이고, 제조 프로세스에서 중간 Tank 나 Vessel, Tower 류에서 축적효과를 이용하여 프로세스 외란의 흡수, 체류시간의 설 정등을 위해 Level 을 측정하여 상대적 Level 을 제어하는 것을 목적으로 하는 것 으로 두가지로 크게 나누어 진다. 어느 경우에 사용하더라도 Level Instrument 의 고장에 의한 사고파급 영향은 크므로 높은 신뢰성이 요구된다. 특히 최근에는 공간의 절약, 에너지의 절약을 위해 기기나 탱크등을 집적하여 고층화 한 Plant 가 많아졌기 때문에 탱크내의 유체가 유출하여 주변이나 아래의 설비기기에 영향을 준다든가, 때로는 사람이 다치거나 환경오염을 유발할 우려도 있다. 따라서 Level Instrument 자체의 신뢰성 향상과 System 신뢰성 향상의 관점에서 안정성을 추구하여야 한다. 전기식의 경우는 내압방폭구조, 본질안전방폭구조 및 장거리 전송에서의 뇌대책 또는 중요계통에 대한 Level 측정의 2 중화나 Level Switch 에 의한 Backup 등 System 의 안정성에 대한 종합적인 검토가 동시에 실행되는 것이 필요하다.

 

2. Process Level Instrument 의 종류

Plant 에는 많은 Tank 가 있지만, 이러한 Tank 를 용도에 따라 분류하면 원료 Tank 나 제품 Tank 와 같이 저장을 목적으로 하는 것과 제조공정 중에 있는 중간 Tank 와 같이 프로세서 외란흡수, 중간제품의 체류시간의 설정 등의 목적으로 사용하는 것의 두가지로 분류된다. 저장을 목적으로 하는 경우는 Tank 를 계량을 위한 “계량기구”로서 사용되고 있기 때문에 Tank 내의 저장량을 정확히 알 필요가 있으므로 정확한 절대값의 Level 측정을 필요로 한다. 프로세서 외란흡수등의 목적으로 사용하는 경우는 그 목적 으로 보아 Level 의 정확한 절대치는 필요없고 측정만 되면 된다. 이 두가지 목적에 맞도록 측정물의 성상, 탱크구조나 환경조건에 대응하여 여러 가지 Level Instrument 가 제작되고 있다. 실제의 프로세서의 Level 측정은 이 두가지의 방식으로 완전히 측정할 수는 없다. 이 두가지 방식은 직접측정이라는 단점이 있으며, 측정물의 부식성, 고점도, Slurry 등의 성상, 고온, 고압등의 물리적 조건, 밀폐등의 조건에 의해 한계가 있다. 그래서 차압, 부력, 정전용량, 초음파, 방사선, 마이크로 웨이브등 간접변수를 사용한 Level Instrument 가 개발되어 사용되고 있다. 이러한 Level Instrument 의 원리는 간접적이고 간접변수가 기상, 액상, 고상의 조건에 의해 영향을 받기 때문에 정도, 확실성의 저하는 피할 수가 없다. 이와같기 때문에 액면의 절대값을 측정하는 Level Instrument 로서는 측정원리로는 원시적인 것이 많고 현장지시계로서는 Gage glass 식, Floating 식, 전기전송식으로 는 Floating 식이 주류로 되어 있다. 최근 마이크로 웨이브 방식이 실용화 되고 있으며, 이 방식은 전파부분이 기상의 물리적 조건변동의 영향을 거의 받지 않으므로 고정도로 된다. 그러나 고가이기 때문에 현재로는 Tank, 석유 Tank 등으로 가혹한 환경의 Level 측정에 한정되고 있다. 한편 Level 의 상대적인 값을 중요시하는 Level Instrument 는 측정원리도 많아 차압식, Displacement 식, 정전용량식, 초음파식, 방사선식등이 사용되지만 차압식 과 Displacement 식이 압도적으로 많다. Indicating, Alarm, Control 에 사용되므로 전송 신호는 공기식의 경우 0.2 ~ 1.0 Kg/cm2 , 전자식의 경우는 4 ~ 20mADC Analog 식 또는 디지털 전송이 사용된다. 분체 Level Instrument 로서는 분립체의 성상이 Level 측정에 큰 영향을 주기 때문 에 어디서나 쓸 수 있는 고정도 Level Instrument 는 없고, 정전용량식, 초음파식, 방사 선식, 마이크로웨이브식등의 종류가 많으므로 목적, 측정조건에 맞는 방식의 Level Instrument 를 선정하여야 한다. 분립체의 경우는 낙하출돌등에 의해 Level Instrument 가 파손되기 쉬우므로 비접 촉방식이 좋지만, 비접촉방식은 난반사, 안전성, 신뢰성, 취급등의 면에서 완전하 다고 할 수 없고 앞으로 개량이 될 것이다. 정점검지용 Level Switch 로서는 정전용량식, 회전익식, 음차식이 주류를 이루고 있다. 액체와 분립체의 경계면 측정에는 하수처리장의 Slurry 면의 측정등에 이용되며 초음파식, 광학식, 사운딩식 등이 이용되고 있다.