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Dew Point in Compressed Air – Frequently Asked Questions

 


자주 묻는 질문


1. 이슬점이란?
2. 이슬점과“압력 이슬점”의 차이?
3. 이슬점 측정에 있어서 압력의 영향은?
4. 압축공기의 이슬점이 중요한 이유는 무엇인가?
5. 압축공기의 일반적인 이슬점 온도 범위는 어떻게 되는가?
6. 압축공기의 품질 표준에 관한 기준이 있는가?
7. 압축공기의 이슬점은 어떻게 해야 안정적으로 측정되는가?
8. 이슬점 측정 센서가 고장 났다는 징후는 어떻게 알 수 있나?
9. 이슬점 측정 센서의 교정 주기는 어떻게 되는가?


1. 이슬점이란?


이슬점 온도는 공기 중에 얼마나 많은 수증기가 있는지 측정한 것이다. 물은 광범위한 조건에서 액체, 고체 또는 기체로 존재할 수 있는 특성을 가지고 있다. 수증기의 작용을 이해하려면 먼저 공기의 일반적인 기전을 고려해야 한다.

임의의 가스 혼합물에서, 가스 혼합물의 총 압력은 각 가스의 분압의 합이다. 이것은 Dalton의 법칙이며 다음과 같이 표현된다.    
 
Ptotal = P1 + P2 + P3

혼합기체 중 임의의 기체의 양은 압력으로 표현될 수 있다. 공기의 주요 성분은 질소, 산소 및 수증기이므로 총 대기압은 이 세 가지 가스의 분압으로 구성된다고 볼 수 있다. 질소와 산소는 안정된 농도로 존재하지만, 수증기의 농도는 매우 다양하며 수증기의 양을 알기 위해서는 측정되어야 한다. 수증기의 최대 분압은 온도의 함수이다. 예를 들어 20 ° C (68 ° F)에서 수증기의 최대 분압은 23.5mbar라고 하자. 23.5mbar라고 하는 값은 20 ° C (68 ° F)에서 "포화 증기압"이라고 한다. 20 ° C (68 ° F)에서 "포화된” 환경에서 더 많은 수증기를 첨가하면 결로가 발생한다는 것이다. 이 현상을 응축현상이 일어났다고 하는 것이고, 이 현상을 통해 수증기의 양을 측정할 수 있다.

수증기 농도를 모르고 있는 공기가 온도조절이 되는 표면에 닿으면서 통과되고, 응축(다른 말로는 결로’) 형성되는 동안 표면이 냉각된다. 응축이 형성되는 온도를 "이슬점 온도"라고 한다. 온도와 포화 증기압 사이에는 고유한 상관관계가 있기 때문에 포화 증기압이라고도 하는 수증기의 최대 분압은 엄밀히 말해서 함수라고 볼 수 있다. 공기의 이슬점 온도를 측정하는 것은 수증기 분압을 직접 측정하는 것이다. 이슬점 온도를 알면 해당 포화 증기압을 계산하거나 유추 할 수 있다. 다음 표는 각 온도에 해당되는 포화 증기압 값을 예시로 보여준다.  
 




 

2. 이슬점과 "압력 이슬점"의 차이?

 

"압력 이슬점"이라는 용어는 대기압보다 높은 압력에서 공기의 이슬점 온도를 측정할 때 발생한다. 일정 압력을 유지하는 공기의 이슬점 온도를 나타낸다. 공기(또는 가스)의 압력이 변경되면 공기(또는 가스)의 이슬점 온도가 변경되기 때문에 이것은 중요하다 




3. 이슬점 측정에 있어서 압력의 영향은? 


공기(또는 가스)의 압력을 증가시키면 공기(또는 가스)의 이슬점 온도가 증가한다. 예를 들어 이슬점 온도가 -10 ° C (14 ° F) 인 대기압 1013.3mbar의 공기가 있다고 가정하자. 위의 표에서 수증기 분압 (기호“e”로 표시) 2.8mbar이다. 이 공기가 압축되고 총 압력이 2026.6mbar로 두 배가 되면 Dalton의 법칙에 따라 수증기 분압 e 5.6mbar의 값으로 두 배가 된다. 5.6mbar에 해당하는 이슬점 온도는 대략 -1 ° C (30 ° F)이므로 공기 압력을 높이면 공기의 이슬점 온도도 증가한 것이 분명하다. 반대로, 압축가스를 대기압으로 팽창시키는 것은 수증기를 포함한 모든 성분 가스의 분압을 감소시키므로 가스의 이슬점 온도도 감소된다. 전체 압력과 수증기 분압의 관계 e는 다음과 같이 표현될 수 있다.

P1/P2 = e1/e2
 
이슬점 온도를 해당 포화 증기압으로 변환함으로써 포화 증기압에 대한 총 압력 변화의 영향을 쉽게 계산할 수 있다. 새로운 포화 증기압 값은 해당 이슬점으로 다시 변환될 수 있다.

이러한 계산은 테이블을 사용하여 수동으로 수행하거나 다양한 종류의 소프트웨어로 수행할 수 있다이러한 계산은 테이블을 사용하여 수동으로 수행하거나 다양한 종류의 소프트웨어로 수행할 수 있다.  




4. 압축공기의 이슬점이 중요한 이유는 무엇인가? 


압축 공기에서 이슬점 온도의 중요성은 어떤 용도로 쓰이냐에 따라 달라진다. 대부분 실생활에서 가까이 볼 수 있는 압축공기의 경우, 이슬점은 그리 중요하지 않을 수도 있다 (, 공압식 공구로 쓰이는 압축공기, 주유소 타이어 충전 시스템 등을 위한 휴대용 압축기). 경우에 따라 낮은 이슬점으로 인해 파이프가 동결될 수 있기 때문에 중요하다. 낮은 이슬점은 파이프의 동결 및 그로 인한 막힘을 초래할 수 있다. 많은 공장에서 압축 공기는 다양한 장비를 작동하는데 사용되며 일부는 내부 부품에 결로가 발생하면 오작동 될 수 있다. 압축 공기가 필요한 특정 물에 민감한 공정 ( : 페인트 스프레이)에는 특정 건조 사양이 있을 수 있다. 마지막으로, 의료 및 제약 프로세스는 제품과 접촉될 경우 수증기 및 기타 가스를 오염 물질로 처리할 수 있으며, 이는 매우 높은 순도를 요구하게 된다


5. 압축공기의 일반적인 이슬점 온도범위는 어떻게 되는가? 


압축공기의 이슬점 온도는 실온 조건에서 -80 ° C (-112 ° F) 이하로 내려갈 수도 있으며,  때로는 특수한 경우 더 낮아지기도 한다. 공기 건조 기능이 없는 압축기 시스템은 주변 온도에서 포화된 압축공기를 생성하는 경향이 있다. 냉매 건조기가 장착된 시스템은 압축공기를 일종의 냉각된 열 교환기를 통과하여 공기가 흐르면서 응축되어 물이 생겨난다. 이 시스템은 일반적으로 이슬점이 5 ° C (41 ° F) 이상인 공기에 해당된다. 건조 시스템은 공기흐름으로부터 수증기를 흡수하고, 이슬점이 -40 ° C (-40 ° F) 인 공기를 생성할 수 있다.  


6. 압축공기의 품질 표준에 관한 기준이 있는가? 


ISO8573.1에 압축공기의 품질의 기준에 대한 국제 가이드를 참고하기 바란다. 이 기준은 세 가지 범주의 대기 질에 대한 한계를 정의한다.  

• 잔류 입자의 최대 입자 크기
• 최대 허용 이슬점 온도
• 최대 잔여 오일 함량

각 카테고리별로 아래 표에 나와 있는 값에 따라 1에서 6 사이의 등급 번호가 제공된다. 예를 들어, ISO8573.1을 준수하고 클래스 1.1.1에 적합한 시스템은 이슬점이 -70 ° C (-94 ° F) 이하인 공기를 제공한다고 볼 수 있다. 공기 중에 남아있는 모든 입자는 0.1 μm 이하이며 최대 오일 함량은 0.01 mg / m3 이다. 참고로 압축공기 품질에 대한 다른 표준 은 기기공기에 대한 ANSI / ISA- 7.0.01-1996” 을 참고하기 바란다.  




7. 압축공기의 이슬점은 어떻게 해야 안정적으로 측정되는가? 


이슬점 측정의 아래 원칙들은 이슬점 측정 기기 제조업체에 관계없이 모든 유형에  적용시켜야 할 것이다 


☞  올바른 측정 범위를 가진 기기를 선택하라 


일부 기기는 높은 이슬점을 측정하는데 적합하지만 낮은 이슬점은 측정하지 않을 수도 있다. 마찬가지로 일부 기기는 매우 낮은 이슬점에 적합하지만 높은 이슬점에 노출되면 손상되기도 한다.

 

☞ 이슬점 계측기의 압력 특성 이해

 

일부 계측기는 프로세스 압력에 사용하기에 적합하지 않다. 압축 공기가 대기압으로 노출된 후에 측정되도록 설치할 수 있지만 압력 이슬점이 원하는 측정 매개 변수인 경우 측정된 이슬점 값을 수정해야 할 수도 있기 때문이다
 

☞ 센서를 올바르게 설치하라 

 

제조업체의 가이드에 따라야 한다. 공기흐름이 없는 스터브의 끝 또는 다른 "데드엔드" , 공기흐름이 전혀 없는 파이프 끝에 이슬점 센서를 설치하지 마라.
 
Vaisala는 압축 공기의 이슬점 온도를 측정하는 데 이상적인 계측기 제품군을 제조하고 있다. DRYCAP® 센서 기술은 전체 온도 범위에서 ± 2 ° C (± 3.6 ° F)의 정확도로 실온에서 측정 시  -80 ° C (-112 ° F)까지 빠른 이슬점 측정을 제공한다. 위에 제공된 일반적인 원칙 외에도 Vaisala 이슬점 측정기를 선택하고 설치할 때 아래 팁을 제공하고자 한다

A. 이슬점 센서를 설치하는 가장 좋은 방법은 센서를 압축 공기 라인과 분리하는 것이다. 이는 "샘플셀"에 센서를 설치하고 측정하고자 하는 지점에서 압축 공기 라인의 "T"에 셀을 연결하여 측정하는 것을 권한다. 센서를 지나서 소량의 압축공기가 배출될 수 있도록 하는 것이다. 셀은 스테인리스스틸로 만들어지고 “T”자 관(1/4”또는 6 mm)으로 연결시킨다. 셀과 공기 라인 사이에 밸브를 설치하는 것이 유용할 것이다. 또한, 이 밸브를 통해 센서를 쉽게 설치/제거 할 수 있다.

B. 센서를 통과하는 공기 흐름을 제어(조절)하려면 유량 조절 장치가 필요하다. 여기서 요구되는 유량은 1 slpm(standard liter per minute (2 scfh, standard cubic feet per hour)이다. 조절 장치는 누수 나사(Leak screw) 또는 밸브일 수 있을 것이다. 압력 이슬점을 측정하기 위해 조절 장치가 센서의 다운스트림(downstream)에 설치되어 차단 밸브가 열릴 때 센서 또한 공정 중 같은 압력에 있게 된다. 대기압에서 이슬점을 측정하려면 조절 장치는 이슬점 센서의 업스트림(upstream)에 설치되어야 한다

C. 권장 유량을 초과하지 않도록 해야 한다. 압력 이슬점을 측정할 때 과도한 유속은 센서에서, 즉 그 지점에서 압력 떨어지는 현상이 생겨 정확한 측정이 안될 수 있다. 이슬점 온도는 압력에 민감하기 때문에 측정에 오류가 발생하게 된다.

D. 최고의 관재질은 스테인레스스틸 (SS)을 사용하라. 비금속 관은 수증기를 흡수 또는 탈착하여 측정 응답이 지연 될 수 있다. SS 튜브를 사용할 수 없는 경우 PTFE 또는 물을 흡수하지 않는 기타 재료를 사용하라. 투명한 플라스틱 튜브 또는 노란색 고무 튜브를 사용해서는 안된다.    

E. 압축 공기 라인에 직접 센서를 설치하여 영구 이슬점 계측기의 설치 비용을 절감할 수 있다. 이러한 경우 센서가 적절한 공기 흐름을 보이는 위치와 압축 공기의 온도가 주변 또는 그 근처에 있는 위치를 선택하는 것이 중요하다.


​8. 이슬점 측정 센서가 고장 났다는 징후는 어떻게 알 수 있나? 

 

• 출력 또는 디스플레이가 잠겨있는 것처럼 고정된 값을 표시하는 현상
• 기기에서 표시될 수 있는 가장 낮은 값을 늘 표시하는 현상
• 불규칙하고 광범위한 값 범위에서 빠르게 또는 무작위로 변하는 현상
• 참고로 볼 수 있는 습도 값이 정확하지 않을  때(습도가 높다는 것은 감각으로도 알 수 있으나 건조한 것처럼 표시하는 현상이 있을 때)  
 




 

9. 이슬점 측정 센서의 교정 주기는 어떻게 되는가? 

 

제조업체의 권장 사항을 따르는 것이 가장 좋다.

Vaisala는 기기에 따라 1 년 또는 2 년 교정 간격을 제안한다. 이미 교정된 휴대용 기기인 경우, 간단한 현장 점검만으로도 다른 기기가 올바르게 작동하는지 확인할 수 있다. Vaisala는 사용자 매뉴얼을 통해 교정 정보를 제공한다.

이슬점 계기의 성능에 대해 의심이 들 때마다 교정을 확인하는 것이 현명하다.    



DSS70A 샘플링 시스템에는 가스로 인해 오염을 줄이기 위해 

필터와 유량계로 샘플 유량을 제어하는 니들밸브가 제공된다. 

공기펌프는 주변 압력에서 프로세스로부터 공기흐름을 생성하는 데 사용된다. 

 

DSC74B 샘플링 셀을 사용하면 가스 입구 및 출구에 따라 

최대 10 bar의 압력 또는 대기압에서 샘플링된 가스를 측정 할 수 있다. 

 DSC74C는 DSC74B와 유사하지만 대기압에서의 이슬점 측정에서

 주변 수분의 영향을 받는 역류를 피하기 위한 추가 코일이 제공된다.  




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