계장기술(PROCON)

특별기고 (Special Tech)ABB Enhanced Coriolis Control (ECC)

페이지 정보

작성자 최고관리자 댓글 0건 조회 18회 작성일 21-11-15 13:57

본문

CoriolisMaster - Coriolis mass flowmeter

d80f760682c8eeab85ad334e86b5aa06_1636951758_6894.png
코리올리스 질량유량계의 측정 에러의 가장 흔한 원인은 측정 유체의 많은 가스 함유량이다.
ABB의 Enhanced Coriolis Control (ECC)은 어려운 환경에서 새로운 컨트롤 및
필터 방법을 통하여 최대한 안정한 그리고 정확한 측정 신호를 유지할 수 있다.

The problem

코리올리스 질량유량계의 측정 에러의 가장 흔한 원인은 측정 유체의 많은 가스 함유량이다. 왜 이것이 문제일까? 원인은 측정 방식에 있다. 코리올리스 질량유량계는 유량계 튜브를 진동시키며, 측정 유체는 유량계 튜브를 통해 흐르고, 유량계는 보편적인 물리 효과를 활용한다.
움직이는 시스템에서 모든 질량의 움직임은 코리올리스 힘을 통해 편향되는 현상이 발생한다. 코리올리스 질량유량계의 경우에 진동하고 있는 유량계 튜브는 편향되고, 유량계의 입구의 진동은 유량계의 출구에서 위상변위가 생긴다. 위상 변위의 크기는 측정 유체의 질량 유량에 비례한다.

그렇다면 왜 가스 버블은 이러한 측정 조건에서 차이를 만드는 걸까?

d80f760682c8eeab85ad334e86b5aa06_1636951843_5758.png 

코리올리스 질량 유량계는 유량계 튜브를 진동 시키기 위한 그리고 진동을 유지시키기 위한 특정 량의 에너지를 가지고 있다. 이것은 유량계 튜브와 측정 유체가 동일한 공명주파수를 가지고 있을 때 가장 잘 달성된다. 유체의 밀도가 변화는 배관의 공명주파수를 변하게 하며, 이 현상을 통해 부수적으로 밀도를 측정한다.

가스 버블이 유체에 포함되어 있을 경우, 두 가지 경우가 생길 수 있다. 첫 번째로, 가스 버블은 가스의 응축성으로 인해 에너지를 흡수하게 되므로 진동을 제동시킨다. 한편으로는 배관 내의 유체, 전체 밀도와 함께 공명주파수를 변경시킨다. 배관이 더 이상 공명으로 진동하지 않는 경우, 진동을 유지시키기 위해 상당한 추가적인 에너지를 필요로 한다.

이러한 제동 및 높은 에너지 요구로 인해, 유량계는 한계치에 빠르게 도달한다. 훨씬 더 높은 부정확도가 발생할 뿐만 아니라, 측정 자체가 완전히 멈출 수도 있다. 가스 함량이 균일하게 분포되지 않고 오히려 덩어리지거나 급증하는 경우, 영향은 더욱 심각해진다.

가스 함량에 따른 문제에 더하여 갑자기 변하는 유체의 밀도, 높은 고체 물질 함량, 빈관 상태 또는 만관 상태의 급격한 변화 또는 이에 따르는 추가적인 밀도 변화는 진동의 안정성에 부정적인 효과를 가져오며, 또 다른 측정 에러의 원인이 될 수 있다는 점을 쉽게 상상할 수 있다.

일반적으로, 이러한 문제는 4가지의 다른 접근 방식에 따라 완화될 수 있다.

1. 프로세스에 환경적인 적절한 조치를 통해 초기에 이러한 문제들을 피할 수 있다.

2. 훨씬 더 많은 에너지를 통해 유량계 튜브의 진동을 유지시킬 수 있다.

3. 코리올리스 유량계의 공명주파수를 신속히 조정을 하는 방법이 있다.

4. 측정 신호의 최신 필터링 기술을 사용하는 방법이 있다.

1번 접근 방식은 가장 이상적이며 최선의 선택이라고 볼 수 있다. 하지만 이 접근이 불가할 경우, 나머지 방법들이 옵션 사항이 될 수 있다. 더 많은 에너지를 사용하는 방법(2번)은 방폭지역에서는 불가하며, 가장 값비싼 기계적 보호 방법이다. 따라서, 코리올리스 유량계의 경우 3, 4번의 접근 방식이 가장 현실적인 대안이 된다.

현재의 코리올리스 유량계는 컨트롤 알고리즘에 따라 유량계 튜브의 진동이 컨트롤되며, 진동 주파수는 항상 공명 지점에서 유지된다. 아날로그 측정값들은 프로세스를 통해 디지털화되며, DSP(Digital Signal Processor)에 보관된다.

d80f760682c8eeab85ad334e86b5aa06_1636952050_074.png 

가스 버블의 경우, 컨트롤 시스템은 충분히 빠르게 공명주파수의 조작이 불가하여, 그림 4와 같이 진동의 진폭에 에러가 발생한다. ‘ECC’에 관한 최근 몇 년에 걸친 연구와 개발에 따라, ABB는 이제 상당히 빠르고 개선된 새로운 형태의 주파수 제어를 도입한다.

d80f760682c8eeab85ad334e86b5aa06_1636952074_0698.png 

d80f760682c8eeab85ad334e86b5aa06_1636952083_9705.png 

최첨단 컨트롤 전략으로 ABB는 어려운 환경에서도 튜브 공명주파수를 유지하기 위해 진동을 신속히 컨트롤한다. 진동이 항상 공명 상태로 유지되므로 적은 에너지가 필요하며, 가스 버블이 있는 경우 다른 어려운 환경에서도 정확하고 안정된 측정을 위한 충분한 에너지 비축이 가능하다.

d80f760682c8eeab85ad334e86b5aa06_1636952114_6414.png 

그림  5를 통해 차이점 확인이 가능하다. 빈 관 상태에서 만관 상태로 진행될 때 ECC 방식보다 기존의 방식이 훨씬 더 오래 걸린다. ECC 방식은 가스를 포함한 유체를 측정할 때의 정확도를 향상시킬 뿐만이 아니라, 밀도 측정 또한 빠르게 측정이 가능하다.

이러한 개선 방법들과 에너지 비축을 통해 가스를 포함한 유체 측정을 개선할 수 있다.

이전 세션에서 소개된 새로운 컨트롤 시스템에 더하여, ABB ECC 패키지는 새로운 컨트롤 및 필터 방법으로 어려운 환경에서도 측정 신호를 안정적이고 정확하게 유지시킬 수 있다. 유저가 설정할 수 있는 Time interval 내에서, 필터는 측정 신호를 평가하고 가장 가능성 있는 값을 선택한다. 대부분의 타당하지 않은 값들은 거부된다.

아래의 Time interval들은 선택이 가능하다.
 d80f760682c8eeab85ad334e86b5aa06_1636952147_0282.png 

프로세스에서 많은 가스 함량, 유체 안의 고형물 양의 변화 그리고 가스 측정 시 압력 및 가스 밀도의 변동으로 인한 불안정한 측정 신호들은 상당히 안정화될 수 있으므로, 공정 제어 및 평가로 사용될 수 있다.

필터 기술의 장점은 필터링이 기존의 댐핑의 신호 관성을 이용하는 방법이 아닌, 높은 역학을 유지함으로써 이루어진다.

d80f760682c8eeab85ad334e86b5aa06_1636952188_8689.png
d80f760682c8eeab85ad334e86b5aa06_1636952215_5405.png 


㈜ABB코리아
https://new.abb.com/products/measurement-products/flow/coriolis-mass-flowmeters
Email:contact.center@kr.abb.com