도시가스정압기

왜 배우는가: 도시가스정압기는 공급 압력을 수요처에 맞게 낮추고 일정하게 유지하는 설비라서 설계와 운전의 기본이 되는 기기이다. 정압기의 형식, 압력 이상 대응, 기술기준이 함께 묻는 문제가 반복 출제되므로 개념을 먼저 정확히 잡아야 한다.

출제 이력: 제138회 2교시 4번, 제129회 2교시 4번, 제102회 2교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄에는 다음 정의 문장을 쓴다.

도시가스정압기는 도시가스의 공급압력을 설정압력으로 감압하고 2차 압력을 일정하게 유지하는 감압장치이다.

정의에 쓰이는 핵심 키워드는 다음과 같다.

• 정압기: 가스본관에서 들어온 가스의 압력을 낮추어 공급관으로 내보내는 설비이다.
• 감압: 상류보다 낮은 압력으로 가스를 공급하는 작용이며, 정압기의 기본 기능이다.
• 설정압력: 2차 측에서 유지하도록 미리 정해 둔 목표 압력이다.
• 1차 압력: 정압기 입구 쪽에 걸리는 압력으로, 가스본관의 압력에 해당한다.
• 2차 압력: 정압기 출구 쪽에 걸리는 압력으로, 수요처에 공급되는 압력이다.
• 부하유량: 수요처가 소비하는 가스의 유량이며, 시간과 계절에 따라 변한다.

2. 개념 풀이

정식 정의는 다음과 같다. 정압기는 가스가 통과하는 배관의 적당한 위치에 설치하여 1차 압력과 부하유량의 변동에 관계없이 2차 압력을 일정하게 유지하는 감압 설비이다.

도시가스는 생산과 수송 단계에서 높은 압력으로 다루어지므로, 수요처에서 쓰는 압력까지 단계적으로 낮추는 감압이 필요하다. 이 감압을 맡는 설비가 정압기이며, 압력 등급이 바뀌는 지점에 설치되어 상류의 높은 압력을 하류의 설정압력으로 바꾼다.

원리는 2차 측의 수요와 공급을 맞추는 자동 조절에 있다. 부하유량이 줄어 2차 압력이 올라가려 하면 정압기는 유로를 좁혀 유입량을 줄이고, 부하유량이 늘어 2차 압력이 내려가려 하면 유로를 넓혀 유입량을 늘린다. 이 조절이 자동으로 반복되므로 2차 압력은 설정압력 근처에서 유지된다. 따라서 정압기의 성능은 압력을 얼마나 낮추는가보다 부하 변동에 대해 설정압력을 얼마나 안정적으로 지키는가로 판단한다.

1차 압력이 떨어질 때의 거동도 알아 두어야 한다. 단단식 정압기에서는 1차 압력이 낮아지면 닫는 힘이 줄어 2차 압력이 다소 올라가는 현상이 나타날 수 있으므로, 이 특성을 형식 선정과 이상 압력 진단에서 함께 고려한다.

핵심 용어는 다음과 같이 풀이한다.

• 1차 압력: 정압기 입구 쪽의 압력이며, 상류 공급 조건에 따라 달라진다.
• 2차 압력: 정압기 출구 쪽의 압력이며, 정압기가 설정압력으로 유지해야 하는 대상이다.
• 부하 추종: 정압기가 부하유량의 증감에 맞추어 유량을 자동으로 바꾸는 성질이다.
• 단단식 정압기: 한 번의 감압으로 목표 압력까지 낮추는 방식이며, 1차 압력 변화의 영향을 직접 받는다.

도시가스 배관의 압력은 저압 1㎏/㎠ 미만, 중압 1㎏/㎠ 이상 10㎏/㎠ 미만, 고압 10㎏/㎠ 이상으로 구분한다.

• 저압은 수용가의 연소기 쪽에 가까운 등급이다.
• 중압은 정압기로 감압해 저압으로 내리기 전의 등급이다.
• 고압은 장거리 수송에서 배관 매설 비용을 줄이기 위해 쓰인다.

가스 흐름에서 정압기의 위치는 본관과 공급관 사이이다. 본관은 도시가스제조 사업소의 부지경계에서 정압기까지의 배관이고, 공급관은 정압기에서 가스사용자가 소유하는 토지경계까지의 배관이다. 내관은 토지경계에서 연소기까지의 배관이므로, 정압기는 본관과 공급관의 경계에서 압력을 조정하는 설비이다.

3. 등장 배경과 필요성

도시가스는 생산지에서 장거리를 고압 또는 중압으로 수송한 뒤 수요지에서 사용 압력까지 낮추어야 하므로 중간 감압 설비가 필요하다. 배관을 높은 압력으로 유지하면 수송 능률과 매설 비용 측면에서 유리하지만, 연소기와 내관은 적정 범위의 압력에서 쓰도록 설계되어 있어 감압 없이 연결할 수 없다. 따라서 정압기는 수송 효율과 수요처 안전을 함께 맞추기 위해 등장한 설비이다.

중압 공급방식에서는 가스홀더에서 중압으로 압축해 중압관으로 송출한 뒤, 정압을 거쳐 저압으로 수요자에게 공급한다. 이 방식에서 중압을 저압으로 낮추는 단계가 바로 정압기가 맡는 역할이며, 정압기 한 대의 고장이 여러 수요처의 압력에 영향을 준다는 점에서 설치 위치와 용량이 중요해진다.

수요는 시간과 계절에 따라 크게 변한다. 난방 수요가 몰리는 시기와 야간의 낮은 수요는 부하유량을 크게 바꾸므로, 감압 장치가 이 변화에 맞추어 유량을 조절하지 못하면 2차 압력이 흔들린다. 압력이 일정하지 않으면 연소기의 불꽃 상태가 달라져 불완전연소나 소화 사고로 이어질 수 있다.

2차 압력이 설계값을 넘으면 배관과 연소기의 누출과 파손 위험이 커지고, 설계값보다 낮아지면 연소기가 필요한 열량을 내지 못한다. 이 때문에 정압기는 단순한 감압 밸브가 아니라 압력 상승과 하강에 대비한 안전 기능과 함께 설계되어야 한다.