일반적으로 증기는 과열증기・습기증기・포화증기 등이 있습니다.
증기는 기체 상태의 물을 가리키므로, 어떤 말이나 방법을 빌려서 표현을하려고해도 눈에는 보이지 않습니다.
"자주 보는 하얀 김"은 증기가 냉각되어서 발생하는 극 미세의 작은 물방울 (액체)입니다.
물을 폐쇄계에서(물이 달아나지 않도록) 대기압으로 유지하면서 가열해 가면
1) 100 ℃에서 끓는 증기의 발생이 시작됩니다.
2) 더 가열하면 점점 물이 줄어들며, 증기가 증가합니다.
→ 이때 온도는 100 ℃ 로 일정합니다.
3) 물이 모두 증기로 됩니다. (100 ℃)
4) 더욱 가열을 계속하면 100 ℃ 이상의 증기로 됩니다.
1), 2) 상태의 증기를 "습기 (포화) 증기" : 물이 아직 남아있습니다
3) 을 "(건조) 포화 증기": 물이 더 이상 없습니다.
4) 를 "과열 증기" : 포화 온도를 넘어서 과열되고있습니다.
이들의 성질에 대해서는 "증기 선도", "모리엘 선도" 등에서 검색하여 찾아보시길 바랍니다.
상기 내용에 대해서 가볍게 파악하신 후에, 하기 내용을 접하시면 이해하시기가 쉬울겁니다
증기의 종류와 용도
증기라는 것은 물뿐 아니라 물체가 기체로 변한 상태를 말하는 것으로, 세상에는 여러 종류의 증기가 존재 하지만, 거의 증기=수증기의 의미로 사용되고 있습니다.
그 수증기는 일정 압력에서 가열되어, 끓어 증발해 기체가 된 것으로 요즘은 공업 분야뿐 아니라, 가정용 스팀오븐이나 스팀 세정기처럼, 응용 범위가 확대되고 있습니다.
증기의 용도는 가열・가습 용도와 동력용도로 크게 구분됩니다. 용도의 측면에서 증기의 종류를 정리해 보겠습니다.
A) 동력용 증기
증기 터빈 등의 동력용으로 사용되고 있습니다.
50년 정도 이전의 예로 증기 기관차가 있었습니다만, 요즘은 동력용 증기의 이용은 쉽게 볼 수가 없습니다. 그러나 증기를 동력으로 사용하는 기술의 발전과 진보는 지금도 지속되고 있습니다.
증기 터빈은 화력 발전소에서 없어서는 않되는 장치로써, 효율을 높이기 위한 목적에서, 한층 높은 고압・고온화가 진행되고 있습니다. 일본에는 25MPa・610℃의 초임계 압력의 과열증기를 터빈에 사용하는 화력발전소가 있습니다. 증기터빈은 응축수의 유입에 따른 기기손상방지를 목적으로 습증기를 막고자, 과열상태를 사용하는 것이 대부분 이지만, 원자력 발전소의 터빈은 기기에 사용하는 재료의 특성상 고온의 증기사용이 불가능해 고압의 포화증기를 사용하기도 합니다.
B) 가열・가습용증기
1) 정압증기
가장 일반적으로 공장에서 사용되는 증기 입니다. 열교환기나 스팀기등의 가열・가습의 목적으로 널리 이용, 특히 0.1~5MPa,110~250℃정도 입니다.
많은 경우 압력과 온도의 관계가 일정해 사용이 간편하며, 잠열 가열에 따른 신속한 가열이 가능하기 때문에 포화증기의 상태로 사용되고 있습니다. 식품 가공 등의 분야에서는 「굽기・건조시키기」위한 열원으로 가열증기가 사용되는 경우가 많이 있습니다. 특히 대기압력에서 200～800℃정도의 과열증기는 사용이 간편해, 가정용 스팀오븐에도 이용되고 있습니다.
2) 진공증기
대기 압력 이하, 100℃이하의 증기로 종래의 열매체로 온수가 사용되던 온도에서 사용되고 최근 급속히 이용분야가 확대되고 있습니다.
정압증기로 사용되는 포화증기와 같이, 압력의 조정에 따라 빠르게 온도의 조정이 가능하기 때문에, 온수로는 불가능 했던 세밀한 온도 컨트롤이 가능하게 되었습니다. 물론 감압만으로는 대기압 이하로는 되지 않기 때문에 진공 발생 장치를 사용해야 합니다.
증기의 분포
가열・가습용 증기(포화): 셀 튜브열교환기 (제품의 온도를 높이기 위해 사용된 증기가 응축수가 되어 스팀트랩으로 배출됩니다.)
가열・가습용 증기(과열): 과열증기는 열풍에 따른 가열에 비해 무산소 상태의 가열이 가능해, 가열능력이 높은등의 장점이 있어 실용화를 위한 연구가 진행중 입니다.
정압과열증기: 가정용 스팀오븐
수증기를 더욱 가열해 100℃이상의 고온상태의 정압과열증기는, 열전달 효율이 높아 굽는 능력이 뛰어납니다. 또, 대기압력이기 때문에 취급이 간편한 것도 특징입니다.
진공증기(포화):진공 증기 가열시스템(VM-H):패키지 타입
온수 가열식에 비해 신속히 설정온도에 도달해 편차가 없는 균일한 가열이 가능합니다.
동력용증기:응축수 증기 터빈 로터
증기의 운동에너지가 터빈을 회전시켜,연결되어있는 발전전기의 로터를 회전시켜 전기를 발생시킵니다.
포화증기도 과열증기도 액체인 물이 상변화하여 기체가 된 것 임에는 틀림없으나, 그 성질은 상당히 다릅니다. 또 물에는 증기라고도 물이라고도 부를 수 없는 임계수라는 상태가 있습니다.
증기 그 자체의 성질의 차이에 대해서는 증기의 상태에 따른 분류에서 설명하겠습니다.
증기의 상태에 따른 분류
물은 가열을 하면 「기체상태의 물」인 수증기가 되지만, 압력과 온도에 따라 증기는 특성이 많이 다릅니다.
증기의 종류와 용도에서는 용도의 측면에서 증기를 분류했지만, 여기서 증기의 상태에 따라 분류해서 설명해 보겠습니다.
포화증기
가장 친숙한「증기」입니다. 포화 상태라는 것은 액체 상태의 물과 기체 상태의 물이 공존하고 있는 상태로, 다른 표현으로 하면, 증발하는 속도와 응축하는 속도가 같은 상태 입니다. 보일러로 만드는 증기는 기본적으로 포화증기 입니다. 가열원으로서, 여러 측면에서 뛰어난 점이 있어 100℃～200℃의 가열원으로 널리 이용되고 있습니다.
포화증기는 아래의 이유로 열원으로써 널리 이용되고 있습니다.
다만, 방열에 의해서 증기가 응축한 물(응축수)이 발생하기 때문에. 증기 유송 배관에는 응축수 제거를 위한 스팀트랩을 설치할 필요성이 있는 점, 건도가 높은 상태로 사용하지 않으면 가열 효과가 떨어지는 점, 배관 저항 등의 압력손실로 압력이 떨어지면 온도도 낮아진다는 점등의 주의가 필요합니다.
과열증기
과열증기는 포화증기를 더욱 가열함에 따라, 어떤 압력에서 포화온도 이상의 증기온도를 가진 증기를 말합니다. 주로 동력 용도로 사용되며, 가열 용도로는 그다지 사용되지 않습니다.
과열증기가 가열원으로 그다지 사용되지 않는 이유는 아래와 같습니다.
- 과열된 부분은 현열이기 때문에 가열중 온도 변화가 생김
- 압력이 일정하더라도 온도를 정확하게 정할 수 없음
이처럼 열교환기를 이용해 가열을 하는 경우, 가열원으로써 포화증기보다 뛰어난 점이 없습니다. 그 반면에, 직접 가열용의 열원으로써의 「고온 가스체」의 측면으로는, 산소가 없는 조건에서 가열이 가능 하다는 점에서 에어로 가열을 하는 열풍보다 뛰어나기 때문에, 식품 등의 굽기나 건조 용도로의 연구가 진행되고 있습니다.
터빈의 동력원으로써 과열증기가 사용되는 중요한 이유는 아래에 있습니다.
- 증기원동기는 응축수에 약하기 때문에, 증기의 건도를 저하 시키지 않게 하기 위함
- 열효율의 향상
과열상태로 공급해 과열상태를 가진 상태로 배출시키면, 마모의 원인이 되는 응축수가 증기원동기 안에서 발생하지 않습니다. 또 터빈의 이론 열효율은 터빈의 입구와 출구에 따른 엔탈피의 수치로 계산하기 때문에, 압력뿐 아니라 과열도도 올려 터빈 입구측의 엔탈피를 증대시키는 것이 열효율의 상승에 유효합니다.
초임계수
초임계수는 임계점(22.06MPa・373.95℃)을 지난 상태의 물 입니다. 증기표를 확인을 해보시면 임계점의 증발잠열이 0이 되어 있습니다. 그리고 액상부분의 비용적과 기체상태의 비용적 부분도 같습니다.
결국 이에 따라 고온, 고압의 물은 액체로도 기체로도 말할 수 없는 상태가 되었다고 할 수 있습니다. 발전소의 터빈 동력원의 효율을 높이기 위한 방법으로서의 연구뿐만 아니라 액체와 기체의 특성을 동시에 가진 유체로서 특히 화학반응시의 용매로써의 연구가 되고 있습니다.
각 증기의 분포
각 증기의 압력 온도의 분포
과열증기 :
과열증기는 외기에 접촉해 온도가 낮아져도, 과열상태를 유지하고 있으면 응축하지 않습니다. 그 때문에 김이 보이지 않습니다. 과열증기는 같은압력의 포화증기보다 열량을 많이 보유하고 있기 때문에 분자의 운동이 더욱 활발해 밀도가 작아(=비체적이 큼)집니다.
포화증기 :
포화증기는 잠열을 잃으면 응축을 하기 때문에 배관에서 방출된 포화증기는 외기와 접촉해 일부가 응축해 하얀 김(조그만 물방울들)이 보입니다. 전해진 열에 의해 내부에너지가 커지고, 분자의 운동이 활발해 집니다. 활발해진 분자운동에 의해 수소결합이 끊어진 물은 기체가 되어 「증기」가 됩니다.
액상상태 :
물의 대표적인 상태입니다.인간의 체중의 70%정도는 수분이라고 합니다. 수소결합에 따라 상온・상압하에서 액체로 안정되어 있습니다.
초임계수 :
눈으로 보는것은 불가능 하지만, 액체도 기체도 아닌 상태라도 물의 모습입니다. 이미지로는 분자의 운동은 기체인 증기에 가깝고, 밀도는 액체에 가까운 상태입니다.
재증발 증기
재증발 증기는 압력이 저하된 고온의 응축수에서 형성된 증기에 부여된 이름입니다.
재증발 증기의 발생은 일반적인 증기와 다릅니다. 이 증기가 어떻게 만들어 졌는지를 간단히 나타낸 이름 입니다. 일반적인 생증기는 보일러 혹은 스팀제너레이터, 폐열회수 보일러에서 고압으로 만들어 집니다. 하지만 재증발 증기는 고온의 응축수에 압력저하가 발생해서 생성되게 됩니다.
고온의 응축수는 압력이 낮아져 포화온도 보다 낮은 상태가 되면, 열량이 남게 됩니다. 이 남은 에너지의 일부가 재증발의 %를 결정하게 됩니다.
배출되는 응축수에서의 재증발 : 응축수가 배출될 때 오리피스에서 발생하는 차압에 따라 재증발 증기가 발생을 합니다.
재증발 증기의 발생원인은 무었인가?
물의 포화점은 압력에 따라 변화하기 때문에 재증발 증기가 발생하는 것 입니다. 예를들면 물의 포화점은 대기압에서 100ºC（212ºF）입니다만, 1.0 MPaG（145 psig）에서는 적어도 184ºC（323ºF）입니다.
응축수가 대기로 배출될 때(184ºC경우) 응축수의 포화점은 대기압에 해당하는 100ºC까지 낮아지게 되며, 발생하는 온도차이가 가지고 있는 열량(엔탈피)가 일부분의 증발을 발생 시키게 됩니다. 그 결과 재증발 증기로 눈에 보이게 됩니다.
바꾸어 말하면 고온의 응축수가 저압의 상태로 배출이 될 때 가지고 있는 전체의 열량은 같지만 포화점(일정압력하에 액체로 존재할수 있는 온도)이 내려가게 되어 물의 일부가 증기로 바뀌게 되는 것 입니다.
추가 설명
재증발 증기를 보면서 가장 많이 생각하시는 부분중 한가지가 증기의 양입니다. 트랩으로 부터 증기가 새는것과 같은 느낌이 들어 생증기가 새는 것이라고 오해를 하는 일이 자주 있습니다.
재증발율%의 계산
재증발율의 계산은 다음의 식으로 구해집니다.
다음
- hf1 = 입구측 물의 비엔탈피*
- hf2 = 출구측 물의 비엔탈피
- hfg2 = 출구측 압력의 증기 잠열
*배출되는 응축수의 온도가 과냉각이 발생하는 설계를 가진 트랩에 있어서는 트랩입구측 물의 현열이 상당히 낮아 질수가 있습니다.
아래의 예에서 보는것과 같이 응축수 회수를 실시하는(예2) 경우에 비해 대기압(예1)로 배출되는 경우 재증발%가 많아 지게 됩니다.
SI Metric Units
Imperial Units
응축수로 부터의 재증발 증기 계산식
mc : 응축수 발생량 (kg/h)
mfｓ : 재증발 증기량 (kg/h)
Rfs : 재증발율 (%)
hc : 응축수의 비엔탈피 (kJ/kg)
hfc : 포화수의 비엔탈피 (kj/kg)
hfg : 재증발증기 잠열 (kJ/kg)
재증발 증기의 체적
물은 압력에 따른 체적의 변화가 적지만, 증기의 경우는 압력에 따른 체적의 변화가 아주 큽니다.
자세하게 설명을 하면 100ºC（212ºF）의 응축수 체적은 0.00104 m3/kg（0.0167 ft3/lb）이며, 같은 조건의 증기는1.67 m3/kg (26.8 ft3/lb)입니다. 고온의 응축수1.0 MPaG (145 psig)가 대기압으로 배출이 되면 응축수중 16.1%의 재증발이 발생을 하게 되며 눈으로 보이는 것은 위의 체적으로 계산해 보면 상당한 양의 증기로 보이게 되는 것입니다.
응축수에서 발생하는 재증발율 계산 (Metric)
응축수에서 발생하는 재증발율 계산 (Imperial)
그럼, 재증발 증기는 어떻게 하는것이 좋을까?
재증발 증기가 발생을 하는것은 당연한 일 입니다. 재증발 증기 또한 증기로써 열량을 가진 중요한 에너지원 입니다. 따라서 가능한 한 재증발 증기를 이용하는 것을 생각하여야 합니다.
저압의 증기사용설비에 고압의 응축수에서 발생한 증기를 사용하는 것으로 보일러에서 발생하는 증기의 양을 줄일 수 있습니다. 이는 플랜트의 환경개선과 동시에 많은 양의 에너지를 회수하는 것 입니다.
재증발 증기 회수 시스템을 구성하여, 고압의 응축수에서 발생하는 재증발 증기의 이용(플래쉬 탱크, 저압증기사용 시스템)하도록 하면 에너지 이용율을 높일 수 있을 것이다.
응축수 배출의 시각적인 예로서 증기주관에서의 프리플로트 스팀트랩의 응축수 배출에서
혹시 트랩이 새는 것은 아닐까? 에 대하여~
스팀트랩으로 부터 배출되는 것이 응축수 뿐 아니라 증기가 같이 배출되는 것을 본 적이 있으십니까? 이 증기는 생증기가 새는것과 재증발 증기가 발생하는 것의 2가지로 나누어 집니다. 그렇다면 이 두가지의 차이를 알아 보도록 하겠습니다.
생증기 vs. 재증발 증기
생증기는 눈에 보이지 않습니다. 트랩이 누설이 발생했을 때는 굉장히 빠른 속도와 힘을 나타내게 됩니다. 특히 배관과 접하는 리크 부위에서는 증기는 투명하게 보이지 않습니다. 만약 파이프에서 바로 증기가 보이는 경우라고 한다면 이는 재증발 증기일 가능성이 높습니다.
대기배출 : 대기로 배출되는 응축수는 항상 재증발이 발생하여 일정한 양이 수증기가 되어 보이게 됩니다.
안타까운 일이지만, 고온의 응축수를 배출시키는 트랩에서 발생하는 재증발 증기 때문에 트랩이 새고 있다고 의심을 하는 경우가 종종 있습니다.
그럼 스팀트랩에서 배출되는 증기는 무었일까요?
대기압보다 높은 압력의 증기가 배관을 통해 지나가게 됩니다. 이때 발생하는 응축수가 대기압으로 배출이 될 때 일부분이 압력차에 따라 증발을 일으키게 됩니다. 이 현상을 재증발 현상이라고 부릅니다.
발생되는 응축수의 양은 공기중으로 퍼지게 되는 재증발 증기의 양을 합한 부분이 됩니다. 트랩에서 응축수가 배출될 때 트랩의 입구측과 출구측의 압력차에 따른 재증발이 발생하기 때문 입니다.
생 증기가 새는 경우 통상적으로 증기는 보이지 않습니다. 이는 재증발 증기의 형태(속도 와 힘)와는 아주 다릅니다. 재증발 증기는 응축수의 아주 적은 양의 부분이기 때문입니다.
얼마의 증기가 많은 것인가?
응축수의 양에 비해 재증발 증기가 많이 낭는 것 처럼 보이는 이유는, 각각의 체적이 다르기 때문입니다. 참고로 증기는 물의 약 1500배의 체적을 가지고 있습니다. 특히 고온 고압의 응축수를 배출하는 경우는 더 많은 양의 재증발 증기가 눈으로 보이게 됩니다.
예
만약 1.0MPaG의 응축수10kg/h이 대기로 방출되면, 이 중 1.6kg/h의 응축수는 재증발 증기로 변하게 됩니다. 이 양의 부피는 약 2.7m3입니다.(욕조 2개의 부피정도) 재증발 증기의 양은 아주 큰 볼륨으로 눈에 보이게 됩니다. 재증발 증기는 생증기의 누설과 달리 응축수가 많이 배출된다는 점을 기억해 주십시오.
응축수 배출의 시각적인 예로서
증기 주관에서의 프리 플로트 스팀트랩의 응축수 배출에서
추가 설명
주의할 부분은 몇몇 트랩(바이메탈형 등)은 응축수의 현열까지 사용되어 저온의 응축수로 배출됩니다. 이 경우 눈으로 보이는 재증발 증기는 없으나 스팀트랩의 전단배관에 많은 양의 응축수가 체류되게 됩니다. 따라서 재증발 증기가 줄어드는 효과는 있을수 있으나 실제 응축수로 인해서 발생하는 증기주관의 워터햄머 문제, 고온 트레이스 라인의 온도저하 문제를 발생시킬 수 있는 문제로 작용할 수가 있습니다.
청정증기와 순수증기
혹시
사용하고있는 증기의 질에 대해서 생각해보신 적 있으신가요? 식품, 전자제품, 의약품과 같은 특정 제품에서는 고도의 증기의 질적
향상이 필수적입니다. 이러한 요구조건를 충족시키기 위해서는 응축수와 이물질등의 불순물이 제거된 증기의 사용이 이상적입니다.
여과된 청정 또는 순수증기의 목표는 각각의 특정 공정에서 최대한 이상적 수준에 근접하는 것 입니다.
증기는
물을 끓여 생성하기 때문에 증류수 또는 정화수로부터 생성된 증기는 충분히 청정하다고 생각할 수 있습니다. 그러나 과정이 그리
간단치 만은 않은 것이 사실입니다. 청정증기는 초고도의 상태에서 생성되고, 그 품질은 증기의 공급 및 적용 전반에 걸쳐
유지되어야만 합니다. 순수증기는 더욱 엄격한 요구사항을 가집니다.
1)증기의 질에 영향을 미치는 요소
증기의 질에 영향을 미치는 3가지의 중요요소
- 보일러 급수의 수질 (가공 및 수처리)
- 증기 생성 장비
- 증기 공급 파이프 & 밸브
증기 보일러에서 사용하는 물 자체가 포함하고 있는 일정 수준의 Mg(마그네슘), Ca(칼슘) 이온을 제거하기 위해 연수처리 과정을 거칩니다. 눈에 보이는 불순물의 경우라면 이 단계에서 제거됩니다.
이온 처리를 함에도 불구하고, 미량의 이온과 타겟에 포함되지 않았던 이온 역시 잔존하고 있습니다. 또한, 보일러 급수는 O2(산소), CO2(이산화탄소) 등과 같은 기체를 포함하고 있으며, 심지어 대부분의 표준 보일러 및 배관에 적용되는 보호 코팅으로 인한 오염이 발생할 가능성이 있습니다.
물이
증기로 변하여 보일러로부터 상승할 때, 물에 용해된 기체 역시 상승하여 증기와 함께 기류를 형성할 수 있습니다. 또한,
보일러수의 수적(물방울)은 물의 표면을 깰 때 증기 기포의 바깥 쪽을 코팅 할 수 있으며, 물에 담긴 모든 이온과 화학적 성분을
증기와 함께 운반합니다. 결과적으로, 세퍼레이터를 통해 이러한 오염물질 제거가 이루어지지 않는다면 품질과 안정성을 보장해야만
하는 증기사용 장비에 직접적인 영향을 미칠 수 있습니다. 민감한 어플리케이션에서는 어떤 오염물질이 보일러수 내에 존재하고, 또
그를 제거하기 위해서 어떤 방법이 선행되어야 하는지에 대해 철저한 고려가 필요합니다.
2)증기의 품질에 대한 등급
증기의 질에는 어플리케이션에 따라 등급이 존재합니다. 그리고 시스템은 요구되는 증기의 수준과 질을 맞출 수 있도록 디자인 되어야만 합니다. 여기에 몇 가지 일반적인 예가 있습니다.
일반적인 증기 시스템(공장에서 사용하는 증기)
여과 증기
- 식품업계의 제조공정에서 사용되는 증기의 경우에는 사용하기 전에 필터를 통해 직접적인 여과과정을 거칩니다.
최상위 등급의 증기(청정증기/순수증기)
- 보일러 수는 잠재적인 오염을 제거하기 위해 수처리 과정을 거칩니다. 그 후, 이송중의 오염을 방지하기 위하여 스테인레스 스틸 장비를 사용하여 생산 및 수송을 실시합니다.
청정증기 및 순수증기의 생산
청정증기와
순수증기는 최종 어플리케이션에 따라 변할 수 있는 엄격한 요구조건을 만족해야만 합니다. 두 가지 형태의 고순도 증기에 사용하는
물은 불순물이 전혀 없어야만 합니다. 그를 만족하기 위한 공정이 바로 미세한 반투과성 막을 사용하여 물리적으로 불순물을
제거하는 RO법(역삼투법)입니다.
수질을
보장하는 것 이외에도, 물과 접촉하는 가열 표면 및 증기 공급에 사용하는 모든 밸브/배관은 오염을 최소화하며, 증기의 품질을
보존하기 위하여 고급 스테인리스 스틸로 만들어져야만 합니다. 결과적으로 많은 청정/순수 증기 공정은 별도의 스테인리스 스틸로
제작된 증기 발생기를 사용하고, 그 증기를 통해 발생장치에 열을 공급하는 독립된 증기라인을 형성합니다.
청결 이상의 청결
산업규격(JIS)은
수질의 최고 수준의 순도에 대한 정의에 있어서 매우 낮은 수준의 총유기탄소(유기물질에 함유된 탄소의 양)와 18MΩ/cm
이상의 전기저항과 같은 기준을 포함합니다만, 모든 불순물에 대하여 언급하며 특정 한계를 짓지는 않습니다.
수질은
활성탄소를 통한 처리, X-ray 처리, 한외여과 등의 여러가지 방법을 적용하여 제어할 수 있습니다. 최고 수준의 순수증기를
생성하기 위해서는 화학물질이나 미생물의 철저한 제거가 필요합니다. 청정증기는 제약공정 또는 소독에 사용하는 SIP공정에 일반적으로
사용됩니다.
어플리케이션에 일반적으로 사용되는 증기의 질적 차이를 간단한 예로 보여주는 차트입니다.
| 공장증기 | 여과증기 | 청정증기 | 순수증기 |
어플리케이션 | 일반가열 | 식품 / 식음료 | 클린룸 가습, 식품, 음료, 기타 | 용매주입, 소독(SIP) 의약품, 기타 |
보일러 급수의 수질 | 연수 (보일러 혼합물을 포함) | 연수 (소비를 위해 안전한 약간의 첨가제를 포함할 수 있음) | RO수(역삼투압수) 또는 정제수 | RO수(역삼투압수) 또는 추가적인 처리수 |
증기생성 및 공급장비 | 주로 탄소강 & 주철 | 스테인레스 스틸 |
증기의 질을 보장하는 방법 | 필수는 아니지만, 증기를 사용하기 전에 세퍼레이터를 거칩니다. | 증기를 사용하기 전에 미세 필터를 거칩니다. | 고순도의 물과 스테인레스 스틸을 사용한 증기의 생성과 공급장비.(전반에 걸쳐 순도가 유지되기 때문에 여과가 필수는 아닙니다.) |
기수분리기(세퍼레이터)와 증기 시스템에 있어서 기순분리기(세퍼레이터)의 역활
증기의
프로세스에 있어서 증기는 가능한 한 건도가 높은 상태로 공급하는 것이 중요 합니다. 하지만 가열증기가 아닌 이상 방열 손실로
인하여 보일러에서 공급되기 시작 할 때부터 습도를 가지기 시작합니다. 스팀트랩의 설치로 배관하부의 응축수는 제거 할 수있지만
흐르는 증기에 포함되어 있는 작은 수적 형태의 응축수는 제거를 할 수가 없습니다. 따라서 스팀트랩 만으로는 건도를 유지시키기가
어렵습니다.
게다가
10m/s이하의 응축수가 방향의 변경부, 혹은 압력의 변경부에서 증기의 속도에 딸려 작은 수적의 형태로 비산하게 됩니다. 이
수적은 증기의 속도와 같은 30m/s로 제거하고자 한다면 스팀트랩이 아닌 세퍼레이터의 설치가 필요합니다.
분리의 메카니즘
유체 흐름의 장애, 유속의 달성, 방향의 변경, 충격력은 분리의 효율을 위해 고려 되어야 하는 기본적인 설계의 원칙입니다 더욱 높은 분리효율을 위해서는 이 원칙을 효과적으로 이용하는 것이 중요합니다.
예를들어 충격식 세퍼레이터는 칸막이를 설치하여 유체흐름의 방향변경 및 유체에 포함되어 있는 수적을 제거 합니다. 그러나 유속이 빠른 상태에서는 효율이 높은 분리가 불가능 하기 때문에 수적의 많은 부분이 유체중에 남게 됩니다.
다른
방법은 원심력을 이용한 방법으로 액체와 기체의 비중차를 이용하여 분리 시키는 것 입니다. 기체 내부의 응축수는 비중이 크기
때문에 세퍼레이터의 내벽에 부딫힌 후 중력의 영향으로 하부에 설치 되어 있는 스팀트랩에서 배출되게 됩니다.
원심력을 이용하는 TLV의 세퍼레이터는 최대 98％의 분리 효율을 발휘하기 위하여 4가지의 기본 설계 요건이 포함되어 있습니다.
세퍼레이터를 사용하는 방법
일반적으로
세퍼레이터가 사용되는 곳은 직접 증기를 사용하는 장치로 고무, 세탁의 증기 다림, 음식의 Steamer등 건증기가 필요한 곳
입니다. 다른 어프리케이션으로는 무화 분산, 촉매 프로세스등이 있습니다. 이러한 시스템들에서 세퍼레이터는 응축수가 혼입되는 것을
방지하기 위해서 사용처의 직전에 설치하게 됩니다.
직접 증기 사용장치 이외에도 증기 구동식 에젝터, 터빈, 과열증기 생성 히터등에 고성능의 세퍼레이터가 사용됩니다.
증기의 질적향상 뿐만 아니라 세퍼레이터로 인한 이점이 있습니다. 그것은 증기의 배관내의 응축수를 배출 하는 것으로 수적에 의해서 발생하는 침식, 워터햄머를 막을 수 있다는 것 입니다.
압축에어 시스템에서의 세퍼레이터
세퍼레이터를
사용하는 곳은 증기 시스템에 국한 되는 것은 아닙니다. 압축에어 시스템에서도 온도가 노점이하로 낮아지는 경우 응축수가
발생합니다. 그 결과 수적이 에어에 혼입되어 시스템의 효율저하 및 문제를 야기 시킵니다. 압축 에어 송풍시스템과 스프레이 에어건은
건도 높은 에어의 공급이 필요한 2가지의 예가 될 수 있습니다.
원심력을 이용한 메카니즘이 같기 때문에 증기용 세퍼레이터에서 스팀트랩이 필요한 것과 같이, 에어용 세퍼레이터에도 응축수 배출에 적합한 트랩이 필요합니다.
기수분리기의 선정
기수분리기의
성능은 빠른 유속과 허용량이상의 유량이 흐를경우 급격하게 능력이 저하 됩니다. 단순히 배관의 사이즈에 맞추어 선정을 하는 것이
아니라 성능에 영향을 줄 수 있는 원인을 고려하는 것 이 중요합니다. 모든 상황에서 압력손실과 유량범위가 허용가능한지
확인하여야 합니다.
기수분리기는 스팀트랩이 내장되어 있는 타입과 그렇지 않은 타입이 있습니다. 스팀트랩이 내장되어 있지 않은 세퍼레이터의 경우에는 외부에 스팀트랩을 설치 하여야 합니다.
기수분리기가 사용되는 장치와 방법, 위치에 따라서 응축수의 양은 상당히 많이 발생할 수 있습니다.
내장용 스팀트랩으로 이 양을 대응할 수 없는 경우에는 적절한 양을 배출 할 수 있는 스팀트랩을 선정하여 외부에 설치하여야 합니다.
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