고정 오리피스식 스팀트랩인 “O・TRAP” 과 Control Valve와의 결합으로 에너지 절감 및 Process Equipment 보호

고정 오리피스식 스팀트랩 “O・TRAP”과 Control Valve와의 결합으로 에너지 절감 및 Process Equipment 보호 

 

각종 Process에 필요한 열원은 Electric(전기), Steam(증기), Hot Oil(열매체유)을 이용하여 얻고있다.

 

이 중에서 Steam(증기) 와 Hot Oil(열매체유)는 BC유 보일러를 이용해 얻거나, LNG 등 GAS 보일러를 통하여 얻어지는 증기, 열매체유를 사용하고 있는게 대부분이다.

 

Steam(증기)은 물을 가열 기화시켜서 발생하는 것이므로, 기체상태인 Steam(증기)과 Condensate(응축수)로 이루어져 있습니다. 그러나 Steam(증기) 내의 Condensate(응축수)는 Steam 내의 온도를 떨어뜨리므로 Steam에 같이 존재해서는 안되므로 되도록 신속하게 분리 배출시켜야 합니다.

 

즉, Steam Trap을 설치하여 Steam이 응축된 Condensate(응축수)를 신속히 배출시켜 Steam의 품질을 유지시켜야 합니다. 특히, Process에 사용되는 Steam은 미세한 온도의 변화에 따라 서로 생산 제품의 품질에 영향을 끼치므로 매우 중요한 관리가 필요하므로, 이러한 관리에 필요한 정보를 아래와 같이 정리해 봅니다.

 

Steam(증기) 절감이라는 의미는 에너지절감이며, 이는 곧 원가관리에 직접적으로 영향을 미치는 요인이기도 합니다.

 

기존의 증기 트랩의 종류를 열거해 보면, ①기계식(mechanical) 타입(증기와 드레인 비중차: 버킷식,플로트식), ②자동온도감지식(thermostatic) 타입(증기와 드레인 온도차:바이메탈식,벨로스식), ③열역학식(thermodynamic) 타입(증기와드레인의열역학적 특성차:오리피스식,디스크식) 이 있습니다.

이러한 기존의 Steam Trap ①,②,③은 시간 경과에 따른 노화성으로 내구성이 짧고, 보수 관리의 번잡함을 갖고 있으며, 드레인 배출시 Steam 동반 배출하기 때문에 에너지 손실이 필수적으로 발생합니다.

​

 

 

고정 오리피스식 Steam Trap "O-TRAP"은, Orifice의 성질을 이용한 드레인 배출 제어 System입니다.

"O-TRAP"은, 개방된 원형의 구멍 (Orifice)에서 증기(기체) 와 드레인(액체)가 각각 단상(單相)으로 100% 흐르는 경우, 드레인에 비해 증기유량이 지극히 적다는 사실에 착안해서, 매우 단순하고 콤팩트한 구조를 가진 (한국 총대리: CBL Trading Co., Ltd. E-mail: tjchung@naver.com Tel: 070-7747-8290) 개발 상품입니다.

증기사용 설비와 배관에서 발생하는 최대 드레인 량에 대한 Orifice·System을 선택한다면, 드레인 량이 대폭으로 변동하여도, 종래의 Steam Trap 이상으로 증기 누출하는 일 없이 적절하고 신속하게 대응하여 드레인을 지연 없이 연속 배출 합니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

고정오리피스식 스팀트랩 "O-TRAP"의 드레인 배출에 대해서 설명하겠습니다.

​

“증기가 응축수에 비해 오리피스를 통과하기 어렵다” 라는 성질을 이용하여 독자적으로 설계된 오리피스 시스템에 의해 제작되고 있습니다. 유체가 오리피스로부터 유출되는 양은 그 유체의 종류, 오리피스 구경 및 오리피스 전후의 압력차에 의해 결정되며, 그 이론 유량 계산식은 알려진 바와 같습니다.

 

 

 

​

 

예를 들어, 직경 5mmφ 의 오리피스 구멍에서 전후의 압력 차 0.1MPa (1kg/cm2)의 조건에서, 드레인 100%가 흐른 경우, 590kg/h의 응축수가 배출되어 증기 100%가 흐른 경우 22kg/h 증기가 배출 됩니다. 즉 증기만이 흘렀다 하더라도 이 조건에서 증기의 유출량은 드레인의 유출량 의 3.7% 밖에 흘러나오지 않은 것 입니다.

그럼 드레인(액체) 과 증기(기체) 가 함께 공존하여 흐르면 어떻게 될까요?

방금 전의 오리피스와 같은 조건에서, 드레인이 50%(590÷2=295kg/h)의 경우 드레인 의 유출량 295kg/h 에 동반하는 증기량은 1kg/h 이하에 지나지 않습니다.

드레인 양이 4분의1인(590÷4=147kg/h 되어도 증기 양은 2.2kg/h) 밖에 유출하지 않고, 기존 제품의 많은 스팀 트랩의 정상가동 시 의 증기 누설량에 비해, 매우 적은 양입니다.

따라서 증기와 드레인이 혼재하는 경우, 오리피스로부터 유출되는 증기가 의외로 적은 것은, 크게 두 가지 이유 에서 입니다.

 

⑴ 증기는 그 특성상 드레인보다 30배 이상 빨리 흐르려고 한다. 따라서 드레인에는 강풍으로 바다가 파도치게 하듯이 닥치는 대로 파도를 발생시켜, 그것이 구멍에 밀어 닥치고 오리피스 구멍이 드레인으로 봉인되어 버립니다.

 

⑵ 또한 파도가 당겨 완전한 밀봉 상태가 해제되어 드레인과 증기가 혼합하여 오리피스 구멍을 통과하는 것 같은 경우는, 당연히, 난류 상태가 되므로 발이 느린 저속 드레인 이 방해가 되어 증기가 본래 고속으로 통과 할 수 없게 됩니다.

이 오리피스의 특성 (흐르는 드레인 량과 증기량의 밸런스)는 드레인 부하율, 압력조건, 오리피스의 형상, 오리피스 구경 등에 의해 변화하기 때문에, 본 제품은 실용 상 에너지 절약 목표에 뛰어난 성능을 발휘할 수 있게, 다단 오리피스 타입, 멀티 오리피스 타입을 개발하고 또한 오리피스의 형상에 대해서도 현장의 실적을 바탕으로 연구·개량을 거듭 한 결과 모든 조건에서 기존의 스팀 트랩에서는 대응할 수 없었던 범위까지 만족한 상태에서 사용되고 있습니다.

 

 

    

 

 

    

 

Control Valve 와 “O・TRAP”(고정 오리피스식 스팀트랩)이 상호 Connection이 되어 Process 상의 안정된 온도관리온도관리를 함으로서 Steam이 가지고 있는 잠열과 현열을 최대한 시용하여 생산성 향상을 도모할 수 있으며, Steam의 누설 방지로 인한 에너지 절감효과를 Control Valve의 안정 및 고장방지로 사용기간을 연장 시키고, 나아가서 Process Equipment 를 보호하여 공정안정으로 인한 유지관리ᆞ보수 등에 큰 효과는 물론, 에너지 절감효과를 함께 얻을 수 있다는 것에 대해서 설명 하겠습니다.

 

 

 Basic Principle for All Process Applications.

 

 

 

 

 

상기의 그림과 같은 Application으로 구성을 이루면 좋은 효과를 볼 수 있습니다.

 

이는 열교환기 전단(Steam Inlet)에 Control Valve 가 설치되어 기기의 관리 온도에 따라 Steam의 공급량을 조절 합니다. 이렇게 열교환으로 사용한 응축수는 배출장치(Condensate Outlet)를 통하여 배출이 됩니다.

 

이럴 경우 열교환이 이루어지고, 응축된 응축수의 양을 일정하게 관리 한다면 Control Valve와 확실한 궁합을 맞추게되어 응축되는 Steam의 양만큼 Control Valve는 Steam을 공급하면 되고, 열교환에 필요한 열량(잠열)을 사용한 응축수는 현열을 최대한 헌신하면서 응축되는 양만큼의 응축수를 고정 오리피스식 스팀트랩인 “O・TRAP”를 통하여 배출하면, Control Valve는 Seating 된 위치를 찾게되고, 그 위치에서 안정적으로 Steam 을 공급하여 Process에 온도를 일정하게 유지시켜 줄 것입니다.

 

이는 빈번한 작동으로 인한 Control Valve의 고장을 없앨 수 있고, Trap을 통하여 빠져나가는 Steam을 막을 수 있으며, Moving Parts(움직이는 부품)가 없는 고정 오리피스식 스팀트랩인 “O・TRAP” 사용으로 Steam Trap 을 교체관리하는 비용을 절감할 수 있는 효과도 있습니다. 

 

그러므로 Control Valve와 고정 오리피스식 스팀트랩인 “O・TRAP” 응축수 배출장치는 일체가 되어 Control Valve가 공급하는 양 만큼 응축된 응축수를 지속적(Continuos)으로 배출하며, Process에 안정을 도모해 줄 것입니다.

​

 

 

 

 

상기 그림(Average Costs Steam Traps Split To Cause) 과 같이 Steam Trap에서 얼마나 많은 에너지가 손실을 볼 수 있는지 생각하면,  더욱 Steam Trap을 잘 관리할 필요가 있습니다.

 

Steam Trap은 Steam 에서 발생하는 응축수를 신속히 배출시켜서 양질의 Steam을 Process(사용처)에서 생산성의 안정과 품질보증이 되도록 지원해 줌으로서, 곧 에너지 절감으로 이어지는 것입니다.

 

그러나 Steam Trap 이 원초적으로 가지고 있는 문제점이 있습니다.

ⓐ   방열손실 

기존형의 Steam Trap은 보온할 수가 없습니다. 

기존형의 Steam Trap은 응축수를 만나야 자기의 기능을 할 수 있기 때문입니다. 

Steam Trap이 간헐 작동을 하는 도중에 Steam이 올 경우가 있습니다. 

이 때는 Steam Trap이 작동하지 않습니다. 즉, 먹통이 되는 것입니다. 

Steam이 응축이 될 때까지 먹통상태이고, 전단에서 응축수가 밀려온다고 해도 Steam이 응축될 때 까지 작동이 중지 되므로, Steam이 Trap의 외부 방열로 인하여 빨리 응축이 되도록 하기 위하여 Steam Trap은 보온을 하면 안됩니다. 

이것으로 인한 방열 손실이 상당한 금전적 손실이 발생하고 있습니다.

고정 오리피스식 “O・TRAP” ​는 본체에서의 방열손실이 기존형 트랩의 약 1/3 입니다.

ⓑ   Steam 동반 배출 손실 

Steam Trap은 응축수가 밀려와 작동 수위가 되면 Trap은 작동하여 배출합니다. 

이때 응축수 배출 끝말에 응축수와 같이 빠져나가는 Steam의 동반 배출 손실이 발생합니다. 

이는 Steam Trap의 간헐 작동원리상 어찌할 할 수가 없습니다. 

 

 일반 스팀트랩의 경우, 이상적인 초기 성능시에 있어서 작동원리상 드레인을 배출하기 위해서는 증기를 필요로하는데, 최소의 기종으로 1.23%, 최다의 기종에서는 9.17%를 낭비하고 있습니다. 100kg/hr의 드레인을 배출할때, 1.23~9.17kg/hr의 동반증기 누출량이 발생합니다.

  ​더구나 Valve의 개폐동작으로 인해 고장나기가 쉽고, 사용기간에 따라서 증기누출이 증가 함은 물론, 작동시 동반증기가 필요하기에 Float Type은 신품이라 할지라도 초기 누출량은, 증기압 1.0MPa∙G, 드레인량 10kg/h에서 누출량이 0.3kg/h (드레인량 대비 누출량 3%)으로 알려져 있습니다.

  (디스크 타입은 신품이라 할지라도 드레인량 대비 누출량이 평균 9~10% 로 알려져 있습니다)

  Float Type ​사용 시작 3년 후는 평균 0.55kg/h (드레인량 대비 누출량5.5%)로 알려져 있습니다.

  (디스크 타입은 사용 시작 3년 후 드레인량 대비 누출량 평균16% 로 알려져 있습니다)

사용시간에 따라서 누출량은 점점 많아 진다는 것입니다. 아래"사용년수 Trap별 Steam 누출량 그래프" 참조요망!

그러나, 고정 오리피스식 “O・TRAP” ​는 입구측, 출구측의 압력차(ΔP)만 있으면 드레인을 배출하게 됩니다.

 

 

 

 

 

 

​

고정 오리피스식 스팀트랩인 “O・TRAP”의 에너지 절감 및 경제성 

1. 보온이 가능하여 Trap의 방열손실로 인한 에너지 손실을 100% 가깝게 없앨 수 있습니다
2.  Control Valve 와 적절한 Combine을 한다면, Steam 누설 및 배출은 100% 가깝게 없앨수 있으므로 에너지 절감을 많이 할 수 있을 것입니다.
3.  기기 전단의 Control Valve의 고장원인을 없애 줌으로서 사용기한의 연장으로 인한 비용 절감 효과가 있습니다. 

     → Trap의 작은 고장으로 인한 관리 교체 등에 따른 비용이 없어지고, 반영구적으로 사용할 수 있는 비용 절감효과가 있습니다.

     →  생산성 향상 및 품질보증효과 : 온도의 일정한 유지가 됨으로 생산성이 높아질 것이며, 품질유지에 많은 효과를 유발시킴으로서 경제효과를 기대할 수가 있습니다.

 

 

재 정리를 하자면, Control Valve 와 Combine된 고정 오리피스식 “O・TRAP” 스팀트랩이 상호 Connection이 되어 Process 상의 안정된 온도관리를 함으로서 Steam이 가지고 있는 잠열과 현열을 최대한 시용하여 생산성 향상을 도모할 수 있으며, Steam의 누설 방지로 인한 에너지 절감효과를 Control Valve의 안정 및 고장방지로 사용기간을 연장 시키고, 나아가서 Process Equipment 를 보호하여 공정안정으로 인한 유지관리ᆞ보수 등에 큰 효과는 물론 에너지 절감효과를 함께 얻을 수 있다는 것입니다. 

관련분야의 여러분들께 참고가 되시길 바랍니다.

 

한국 총대리점: CBL Trading Co., Ltd.  

 

상담 문의 ;

Tel     :   070-7747-8290

E-Mail :  tjchung@naver.com 

 

홈페이지:  http://k.o-trap.cn