투과 감마선 계측신호의 Cross correlation 기법 적용에 의한 다중상 유체의 유량측정

김진섭; 김종범; 김재호; 이나영; 정성희

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자료유형: 학술저널

저자정보: 김진섭 (한국원자력연구원 동위원소이용기술개발부) 김종범 (한국원자력연구원 동위원소이용기술개발부) 김재호 (한국원자력연구원 동위원소이용기술개발부) 이나영 (한국원자력연구원 동위원소이용기술개발부) 정성희 (한국원자력연구원 동위원소이용기술개발부)

저널정보: 대한방사선방어학회 방사선방어학회지 방사선방어학회지 제33권 제1호

발행연도: 2008.1

수록면: 13 - 20 (8page)

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석유 및 정유관련 산업에서 다중상(multi-phase flow) 유체의 배관 내 흐름은 일반적인 현상의 하나이다. 그러나 각각의 상에 대한 정확한 유량측정은 항상 정확한 결과획득을 얻는데 장애의 근원으로 작용하였다. 일반 상업용 유량계는 일정 이상의 기포가 포함된 유체 흐름의 경우 유량계측에 상당한 오차를 유발한다. 본 연구에서는 ${\gamma}$-ray attenuation 기법을 이용하여 clamp-on 타입으로 배관 외부에서 다중상 유체흐름의 유량 측정을 수행하였다. 사용된 밀봉 감마선원으로는 $^{137}Cs$ 20 mCi와 17 mCi 두 개의 동위원소를 사용하였으며, 감마선 검출기로는 $2"{\times}2"$ NaI(Tl) 섬광계수관을 이용하였다. 방사선 검출기로부터 데이터를 수집하고 각각의 데이터에 대해 푸리에 변환과 필터링을 통해 노이즈를 최소화하였다. 복원된 신호에 대해 상호상관함수(cross correlation function)를 적용하여 두 검출기 사이의 통과시간(transit time)을 측정함으로써 유량을 산정하였다. 배관 내 기포함량 측정을 통해 유량을 보정해줌으로써 측정유량의 정확도를 높였다. 두 선원간의 거리가 4D(D; inner diameter) 그리고 본 실험의 측정조건(N/S: $0.12{\sim}0.15$, sampling time ${\Delta}\;t$: 4msec) 하에서 기포량(단면적 대비 $6.1\;%{\sim}9.2\;%$) 보정을 통해 산정된 유량은 계측오차가 실제 평균유량 대비 1.7 % 이하인 정확도를 보였다. 또한 두 밀봉 감마선원 간의 거리가 가까울수록 통과시간 측정에 정확도가 향상되므로 보다 정확한 유량측정이 가능하였다. 본 연구를 통해 다중상 혼합유체의 유량을 밀봉감마선원과 상호상관 기법으로 이용하여 계측할 수 있음을 확인하였다. 방사성동위원소의 선택 및 계측시스템의 최적화 조건 등에 대한 추가연구가 수행된다면 석유화학 산업과 같은 장치산업의 유지관리 측면에 경제적으로 크게 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

#밀봉감마선원 #상호상관 #다중상 배관 #푸리에 변환 #산업공정진단 #유량계 보정

참고문헌 (21)

참고문헌 신청

Schneider, F. / 2003 / Quantitative analysis of the cross-correlation ultrasonic flow meter by means of system theory / Meas. Sci. Technol 14:573~582

Worch, A. / 1998 / A clamp-on ultrasonic cross correlation flow meter for one-phase flow / Meas. Sci. Technol 9:622~630

Xu, L.A. / 1998 / The pulsed ultrasonic cross-correlation flowmeter for two-phase flow measurement / J. Phys. E: Sci. Instrum 21:406~414

Beck, M.S. / 1981 / Correlation in instruments: cross correlation flowmeters / J. Phys. E: Sci. Instrum 14:7~19

Beck, M.S. / 1987 / Cross Correlation Flowmeters- Their Design and Application / Bristol: Adam Hilger

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