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필터 - 가스필터

천연가스 공급기지용 가스필터의 성능분석

한국생산기술연구원 에어로졸·필터 연구실 삼우시스템, 한국가스공사 연구개발원

연구 배경
  • - 공급배관으로부터 흡입되는 이물질을 제거하여 기기들의 손상 및 오동작을 방지
  • - 수요자에게 양질의 가스를 공급
  • - 메쉬 스크린형(mesh screen type)
  • - 304 stainless steel 재질
  • - 필터링 한계(임계입자크기)는 250 μm (60 mesh)
  • - 세척 또는 교체주기는 보통 6개월
  • - 설계(임계)차압은 0.5kgf/㎠(=4998mmH2O)

Fig. 1 Installation figure of gas filter

실험 장치
  • - 원심송풍기 : 3 마력
  • - 정격속도 : 10 m/s
  • - 최대풍속 : 15 m/s
  • - 내경 : 0.21 m(아크릴 원관)
  • - 시험부에서 공기유동 : 공급기지의 실제 상황 재현
    (가스필터와 수직으로 충돌한 뒤 가스필터 내부영역으로 배출)

Fig. 2 The drawing of the wind tunnel

실험 조건

시험분진 : 한국산업규격 KS 8종 분진 | 밀도 : 3.0 g/㎤ | 재질 : 옥토(loam)로 주성분은 SiO2

분진샘플링 장치 : Shrouded Sampling Probe

    프로그램에 의하여 보정
  • - 샘플링 프로우브의 흡입효율
  • - 샘플링 프로우브의 전달효율
  • - 샘플링 튜브에서의 전달효율

Fig. 3 Schematic diagram of the shrouded sampling probe

실험 방법
  • - 분진공급량에 따른 평균유속과 가스필터 양단의 차압을 측정
  • - 속도수두 손실계수(velocity head loss coefficent)의 산출

K : 속도수두 손실계수(dimensionless)
ΔP : 가스필터 양단의 차압(Pa)
Pair : 공기의 밀도(1.2kg/㎥)
U : 시험부 공급되는 기류의 평균유속(m/s)

  • - 분진증분량은 20g → 총분진공급량이 100g이 될 때까지 수행
  • - 초기 포집효율의 산출 : 질량농도기준 포집효율 η

Wu , Wd : 각각 가스필터의 상류와 하류에서의 5㎛ 이상의 입자크기영역에서의 질량농도(㎎/㎤)

실험 결과(초기 포집효율)

Table.1 분진공급량에 따른 포집효율의 변화질량(㎎/㎥)

분진공급량 Wu Wd 효율
갯수 질량 갯수 질량 갯수 질량
0g 8462.1 28.8 17.2 0.0063 99.8 99.9
5g 7519.3 27.0 25.3 0.0086 99.6 99.9
10g 8547.2 29.4 23.0 0.0087 99.7 99.9
실험 결과(분진공급량에 따른 속도수도 손실계수와 차압의 변화)

Fig. 4 Variation of head loss coefficients with respect to dust fed

Fig. 5 Presumed in situ pressure drops across gas filters in the natural gas valve station

실제운전 차압의 산출
  • - K값과 공급압력 55 kgf/㎠ 의 경우 천연가스의 밀도 Png=49kg/㎥
  • - 정격속도 U= 10 m/s
공식에 대입하여 계산
결론

본 연구에서 개발한 속도수두 손실계수를 이용한 가스필터 성능 분석 실험방법이 현장상황에 대해 타당하고 유용한 결과를 제시해줌을 확인.


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