[가스신문=윤인상 기자] 일본의 도쿄가스와 ITO는 신형 파일럿식 거버너 ‘PRAD-AB’를 공동 개발했다.
기존 파일럿식 거버너와 비교해 뛰어난 정압성능(압력제어성, 응답성, 안정성)을 실현했다. 또 부품의 수를 줄여 유지보수비용을 절감할 수 있다. 도쿄가스는 향후 AB거버너의 주력기기로서 활용해나갈 방침이다. ITO는 도쿄가스를 비롯 전국의 가스사업자에게 도입을 추진할 예정이다.
양사가 개발한 것은 중압A에서 중압B로 감압하기 위한 AB거버너이다. 거버너에는 直動式과 파일럿식이 있고 이번에 개발한 것은 파일럿식이다. 直動式은 간이구조로 부하변동 추종성이 뛰어나 공장의 전용 거버너 등에 사용되고 있다. 파일럿식은 대용량, 정밀도가 높은 압력제어에 적합해 주로 지역 거버너에 사용되고 있다.
거버너의 성능을 나타내는 것이 압력제어정밀도와 응답성, 안정성이다. 압력제어정밀도는 가스유량이 증가해도 2차 측 압력(하류측 압력)을 일정하게 유지하는 성능이다. 응답성, 안정성은 유량변동에 대한 응답의 신속성과 응답 시에 설정압력에서 크게 벗어나지 않는 안정성이다. 일반적으로 거버너의 응답성, 안정성을 고차원적으로 양립하는 것은 어렵다.
양사는 2012년부터 공동개발을 시작했다. 대용량 대응으로 종래 파일럿식과 동등한 압력제어성을 유지하면서 종래 거버너보다도 뛰어난 응답성, 안정성을 갖춘 신형 파일럿식 거너버 개발에 성공했다.
파일럿식 구조
파일럿식거버너에서는 몇 가지 종류가 있는데 이번 개발한 것은 軸流式 언로딩형(그림1)이다. 2차측 압력의 변화를 파일럿라인에서 증폭시켜 구동압력의 변화로 메인밸브(고무슬립)를 구동시킨다. 구조는 다음과 같다.
수요가의 가스사용량이 증가해 2차 측 압력(P2)이 설정압력 이하로 저하된 경우 파일럿 다이어프램을 밀어 올리는 힘보다도 파일럿스프링의 힘이 강해지기 때문에 파일럿밸브를 하방으로 움직여 파일럿거버너의 유량을 늘린다. 1차 압력(P1)은 벤츄리에서 제한되고 있기 때문에 제어압실(VC)의 압력(구동압력)이 낮아진다.
고무슬립 내외에서 압력 차가 생기고 고무슬립이 외측으로 확장하기 위해 유량이 증가해 2차 측 압력이 설정압력으로 되돌아간다.
양사는 파일럿라인(벤츄리, 제어압실=VC, 파일럿거버너 등) 설계의 최적화에 의해 뛰어난 정합성능을 실현했다. 구체적으로는 1)벤츄리~파일럿거버너 노즐간 容積(VM)의 極小化와 2)벤츄리를 조이는 형태의 최적화와 파일럿 거버너 노즐구경의 확대’ 등이다.
응답성, 안정성을 양립
연구결과 VC ,VM에서의 압력변화에 걸리는 시간이 응답이 느려지게 한다는 것을 확인할 수 있었다. 지금까지 응답성과는 관계가 없다고 생각되던 VM을 極小化하는 것에 의해 응답에 걸리는 시간을 대폭 단축시켰다.
도쿄가스 배관기획부 파이프라인기술센터 공급기술팀의 若杉豪씨는 ‘VM을 줄이는 것으로 보다 자연스럽게 파일럿라인을 흐르게 한다. 이에 의해 고무슬립을 빠르게 개폐할 수 있기 때문에 응답성을 높일 수 있다’고 말했다.
또 벤츄리 구경의 최적화와 파일럿 거버너의 노즐구경을 늘려 VC로 流出入하는 유량을 증가시켜 VC압력의 응답속도를 더욱 향상시켰다.
ITO기술부 기술2과의 林田大輔 팀장은 “응답성, 안정성의 향상이란 고무스립을 자연스럽고 빠르게 움직이는 것으로 이를 위해서는 VC에서 얼마나 빠르게 流出入시키느냐가 중요해진다”고 설명했다.
도쿄가스의 파이프라인기술센터에서 벤츄리와 노즐의 크기를 몇개 패턴으로 바꿔 시험을 실시했다. 그 결과 종래 거버너와 동등하게 압력제어정밀도를 가지고 종래 거버너보다도 높은 응답성, 안정성을 양립하는 것을 확인했다.
부품 개수 억제
도쿄가스의 거버너 유지관리담당부문에서의 희망의견을 수렴해 PRAD-AB는 기존 파일럿식보다도 부품개수를 줄여 유지보수를 쉽게 했다.
부품의 강도를 높이는 외에 각 기기의 접속방법을 재검토해 計裝配管의 수를 저감하는 등으로 기존 거버너보다도 부품수를 최소한으로 했다. 부품수를 줄일 것으로 유지관리의 수고와 비용을 억제할 수 있다.
매설배관과 접속하는 종형유닛 ‘PRAD-AB-V’와 노출배관과 접속하는 횡형유닛 ‘PRAD-AB-H’의 2종류를 개발했다.
ITO의 지금까지 거버너는 모두 直動式이다. ‘PRAD-AB’를 개발해 파일럿식 거버너를 새롭게 라인업에 추가했다. 종래 直動式 AB거버너 ‘REGIT-AB’와 비교해 유량은 약 4배인 2300N㎥/h이고 대용량 대응으로 높은 정압성능을 겸비한 거버너로서 각 가스사업자에 홍보해 채용을 촉진해 나갈 방침이다.