수소가 섞인 연료가스 라인 유량 관리, 코리올리스 질량유량계로 연소 효율 높이기

가열로나 보일러의 연료가스 라인에 수소 같은 가연성 가스가 재순환되어 섞이면,

연료 조성이 수시로 달라집니다.

이런 라인에서 체적식 유량계를 쓰면 지시값은 안정적이어도

실제로 투입되는 열량이  흔들릴 수 있어, 공연비 제어가 어려워지고 연소 효율도 떨어질 수 있습니다.

 

코리올리스 질량유량계는 가스의 질량 자체를 측정하므로 조성이 바뀌어도 영향이 적습니다.

이번 포스팅에서는 Emerson Micro Motion ELITE 시리즈를 연료가스 라인에 적용하는 방법을 정리했습니다.

 

수소가 섞인 연료가스 라인 유량 관리, 코리올리스 질량유량계로 연소 효율 높이기

공정 개요

암모니아 제조 공정 (천연가스 개질 방식)

천연가스 + 수소 → ① 탈황 → ② 1차 개질기(스팀 혼합, 약 790°C) → ③ 2차 개질기(공기 투입, 약 1,000°C) → ④ 고온 전이 → ⑤ 저온 전이 → ⑥ CO₂ 제거 → ⑦ 메탄화 → ⑧ 암모니아 합성(약 220 bar) → 액체 암모니아(-33°C)

※ 탈황 단계에 투입되는 수소는 원료용입니다. 이 글에서 말하는 수소는 버너로 가는 연료가스에 재순환되어 섞이는 수소를 뜻합니다.

 

1차 개질기 연료가스 라인 (코리올리스 적용 위치)

연료가스(천연가스 + 재순환 수소·가연성 가스) → 코리올리스 질량유량계 → 유량조절밸브 → 1차 개질기 버너 → 연소 → 배가스 산소 분석 → 공연비 보정

 

암모니아 플랜트는 천연가스에서 수소를 뽑아내는 개질 공정이 전체의 대부분을 차지합니다.

실제 합성 반응은 맨 마지막 단계에 불과합니다.

 

1차 개질기는 원료 가스를 약 790°C까지 가열해 스팀과 반응시켜야 하므로 막대한 연료가 투입되고,

이 연료 투입량이 플랜트 전체의 에너지 소비를 크게 좌우합니다.

암모니아 제조 공정 순서 (천연가스 개질 방식)

 

연료는 기본적으로 천연가스이지만, 공정에서 남은 수소 같은 가연성 가스가 연료 쪽으로 재순환되는 플랜트도 많습니다.

이 경우 연료 조성이 수시로 바뀔 수 있어 체적식 유량계로는 투입 열량을 일정하게 관리하기 어려울 수 있습니다.

그래서 연소 효율을 높이려면 연료가스 라인의 계측부터 점검하는 것이 먼저입니다.

 

연료가스를 사용하는 가열로, 보일러, 개질로 같은 설비에서는 연료 투입량이 곧 에너지 비용이자 배출가스량입니다.

특히 공정에서 나온 수소나 오프가스를 연료로 되돌려 쓰는 라인은 조성이 계속 변할 수 있기 때문에,

유량 측정 방식이 연소 제어의 품질을 좌우합니다.

 

계기의 역할

1. 조성 변동에 강한 연료 투입량 측정: 센서의 질량유량 측정 정확도는 운전 온도, 압력, 유체 성분 변화의 영향이 적고, 온도·압력 영향은 작아 보상으로 보정할 수 있습니다.
2. 공연비 제어의 기준값 제공: 연료 질량유량을 기준으로 공기량을 미리 맞추고(피드포워드), 배가스 산소 분석값으로 미세 보정(피드백)하면 과잉 공기를 줄일 수 있습니다.
3. 밀도 동시 모니터링: 질량유량과 함께 측정되는 밀도 값으로 연료 조성 변화의 징후를 파악할 수 있습니다.
4. 연료 사용량 적산 및 에너지 관리: 설비별 연료 사용량을 질량 기준으로 집계해 효율 비교와 원단위 관리에 활용합니다.

연료가스 라인에 설치된 Micro Motion ELITE 코리올리스 유량계

 

추천 솔루션: Micro Motion ELITE 코리올리 유량 및 밀도계

주요 특징

• 액체, 가스를 모두 측정하며, 가스 질량유량은 ±0.25%의 정확도(가스 교정 선형화 적용 시 ±0.1%)로 측정
• 질량유량, 밀도, 공정 온도를 하나의 계기로 동시 측정
• 현장 제로 교정이 필요 없도록 설계된 센서
• Smart Meter Verification: 공정을 멈추지 않고 90초 안에 튜브, 전자부, 교정 상태를 점검하여 교정 주기 부담 감소
• 4~20mA, HART, 10kHz 펄스, Modbus, EtherNet/IP, PROFIBUS, PROFINET 등 다양한 통신 지원
• ATEX, IECEx, CSA, NEPSI 방폭 인증과 SIL2/SIL3 안전 인증 제공(모델별 상이)

ELITE 시리즈 센서 라인업(소구경~대구경)

 

측정 원리

센서 안의 측정 튜브는 일정한 주파수로 진동합니다.

유체가 흐르면 코리올리 힘 때문에 튜브가 비틀리면서 입구 쪽과 출구 쪽 진동 사이에 시간차(위상차)가 생기고,

이 시간차가 질량유량에 직접 비례합니다.

 

튜브 내부 유체의 질량이 달라지면 튜브의 고유 진동수도 달라지는데, 이 변화로 밀도를 계산합니다.

온도 센서는 온도에 따른 튜브 특성 변화를 보상하며, 체적유량은 질량유량과 밀도로 산출합니다.

 

코리올리 측정 원리 도식(유량 없음 / 유량 있음 위상차)

 

즉, 압력·온도·성분이 바뀌어도 질량을 직접 측정하므로 수소가 섞여 조성이 흔들리는 연료가스 라인에서도 안정적인 기준값을 얻을 수 있습니다.

 

제품 사양 요약

측정 유체	액체, 가스
가스 질량유량 정확도	±0.25% of rate (가스 교정 선형화 적용 시 ±0.1%)
가스 질량유량 반복성	0.20% of rate
액체 질량유량 정확도	±0.05%(프리미엄) / ±0.10%(표준)
온도 정확도	현시값의 ±1°C ±0.5%
라인 사이즈	DN1 ~ DN350 (모델별 상이)
공정 온도	표준 -50 ~ 204°C, 고온형 최대 350°C
접액부 재질	316L / 304L / 니켈합금 C22 / 슈퍼 듀플렉스 (모델별)
최대 작동압력	스테인리스 약 100 ~ 250 barg, 고압형 최대 약 414 barg (모델별)
출력 및 통신	4~20mA, HART/WirelessHART, 10kHz 펄스, Modbus RTU/TCP/ASCII, EtherNet/IP, PROFIBUS, PROFINET, FOUNDATION Fieldbus
방폭 인증	ATEX, IECEx, CSA, NEPSI
보호등급	IP66/67

 

적용 분야

• 가열로, 보일러 등 연료가스 라인의 연료 투입량 관리
• 수소 및 오프가스가 혼입되는 연료가스 라인
• 연료 사용량 적산 및 에너지 원단위 관리
• 공연비 제어 시스템의 연료 유량 계측
• 상거래용 승인이 필요한 정산 계량(승인 모델 한정)

 

납기

발주 후 약 8주 정도 소요됩니다.

스페셜 사양의 경우 추가 납기일 소요될 수 있습니다.

금액

모델, 라인 사이즈, 트랜스미터, 방폭 사양에 따라 달라지며 견적으로 안내드립니다.

코리올리스 유량계는 고사양 유량계로, 배관사이즈에 따라 금액 차이가 큰 편입니다.

원하시는 사양을 알려주시면 정확한 견적이 가능합니다.

 

---

연료 조성이 바뀌는 라인에서는 체적유량만으로는 연소 효율을 일정하게 관리하기 어려울 수 있습니다.

질량유량을 기준으로 삼으면 공연비 제어의 출발점부터 안정됩니다.

현장 조건(유체 조성, 압력, 온도, 배관 사이즈, 방폭 등급)을 알려주시면 적합한 모델과 사이즈를 함께 검토해 드리겠습니다.

 

수소 혼합 연료가스 라인 유량계 선정이 고민되신다면 편하게 문의 주세요.

 

씨엠솔루션 기술영업부

010-3997-6230
sjpark@flowmeters.co.kr