플래시 증기(재증발증기) 와 플래시 탱크 Flash Steam & Flash Tank

A) 플래시 증기 Flash Steam (재증발 증기)

보일러에서 생산한 증기는 증기 수송관을 거쳐, 증기 솥, 가열기(히터) 등의 수요처로 보내집니다. 증기 수송 관에서는 방열에 의해 또한 증기 솥이나 히터 등에서는 열적(熱的)으로 이용된 결과로서 응축수(드레인)가 발생합니다.

응축수(드레인)란 증기가 물로 상 변화 한 것으로, 일반적으로 증기가 가압 상태이기 때문에, 응축수(드레인)의 온도는 100 ℃ 이상입니다. 이 응축수(드레인)가 대기 중으로 방출되면, 대기중의 포화 수 온도 인 100 ℃가 되도록 일부가 다시 자기 증발합니다. 이 증기를 플래시 증기 (=재 증발 증기)라고합니다

플래시 하는 증기의 비율은 아래 식으로 계산할 수 있습니다.

F = (h1-h2) ÷ r2 × 100

F : 플래시 증기 율 [중량 %]

h1 : 고압 응축수 비엔탈피 [kJ/kg]

h2 : 플래시 증기 압력에서 포화수의 비엔탈피 [kJ/kg]

r2 : 플래시 증기 압력에서 증발 잠열 [kJ/kg]

예를 들어, 배관 내의 압력이 0.8MPa-A에서 발생한 응축수 (170 ℃)를 대기 중으로 방출했을 때의 플래시 증기 율은 증기 표에서 0.8MPa-A에서의 응축수의 비엔탈피가 721 kJ/kg. 대기의 포화수의 비엔탈피가 419 kJ/kg. 대기의 증발 잠열이 2,257 kJ/kg 이기 때문에 플래시 증기율은 13.38 % [= (721-419) ÷ 2,257 × 100] 으로 구해지게 되며, 스팀 트랩에서 응축수와 함께 구름 모양의 증기가 발생하는 것을 볼 수 있는데, 이것이 플래시 증기입니다.

스팀 트랩에 문제가 있거나 증기 수송 관에 작은 구멍이 열려 있으면, 생증기가 직접 대기 중으로 방출되어 에너지의 손실이 발생합니다. 플래시 증기가 다량의 응축수를  수반하는 반면에, 생증기는 응축수를 동반하지 않습니다. (아래 그림 참조). 생 증기는   열적으로 이용되기 전이며, 생 증기의 누설을 발견했을 때는 즉시 보수를 해야합니다.

또한, 위의 시산예(試算例)에서 상상할 수 있는 바와 같이, 압력이 높은 응축수 일수록  고온이며, 높은 에너지를 보유하고 있습니다. 따라서 압력이 높은 응축수를 플래시 탱크에 모아, 대기압 이상으로 플래시 증기를 생산하여, 저압 증기로서 이용할 수 있도록 행해지고 있습니다 (아래 그림 참조). 또한, 응축수를 회수하여, 보일러 공급 수로서 재사용 하는 것도 실시되고 있습니다.

이러한 것으로부터, 보일러를 소유하여, 매일 생산 활동에 증기를 사용하는 사업자 분들은, 폐 증기 (응축수)의 행방과 배관으로부터의 증기 누출에 주의를 기울여서, 폐 증기 (응축수)에 대해서는 적어도 열적인 회수를 도모하고, 또한 증기 누출에 대한 보수 및 스팀 트랩의 교환을 함으로써, 증기 제조 비용의 확실한 삭감 과 동시에 에너지 손실의 저감을 도모 할 수 있습니다.

(※참고) 덧붙여서, 증기와 수증기(湯気)는 다릅니다. 증기는 기체로 무색 투명하지만, 김(湯気)은 수증기가 대기 중에서 미세한 물방울이 된 것으로, 빛을 난반사하기 때문에 하얗게 보이는 것입니다. 에너지 절약의 관점에서 말하면, 김(湯気)은 기체에서 액체로 변화하는 과정에서 잠열을 잃고있어 열적인 재이용을 기대할 수 없습니다.

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B) 플래시 탱크 Flash Tank

높은 압력하(고압하)에서의 드레인 및 보일러 관수(缶水)가 그 압력보다 낮은 곳으로 방출되면, 드레인의 일부가 다시 증발하여 플래시 스팀(재증발 증기)인 포화 드레인이 됩니다.

이 현상을 플래시 현상이라고 합니다.

플래시 전후(前後)의 열 계정은 변함없이, 플래시 스팀은 동일한 압력의 포화 증기와 동일한 열량을 가지고 있기 때문에, 적절한 크기의 플래시 탱크를 설치하여 플래시 스팀을 재이용하면 에너지 절약이되어, 연료 비용이 절감됩니다.

​이 플래시 증기의 열량을 난방 물 가열·보일러 물이나 중유 예열 등의 저압 라인으로 사용합니다.

플래시 증기를 효과적으로 이용하기 위해서는, 플래시 탱크를 제대로 설계하여, 플래시 스팀을 잘 발생시키지 않으면 안됩니다.

​플래시 탱크 내의 증기 유속이 1.0~4.0 m/S 정도로 되도록 탱크의 지름을 설계하는 것이 일반적입니다.

​참고로 플래시 탱크 내경 기준 그림을 참조하십시오.

대표적인 배관 예로서, 플래시 탱크의 배관 예와 같이, 저압 라인에 감압 밸브로 증기를 보충하는 시스템으로 하는 것이 일반적입니다.

■ 트랩 선정

● 플래시 스팀 발생량

       

       

       g ：포화 1kg 당 플래시 스팀 비율 (%)

     h'1, h'2 ：각각의 압력 하에서 잠열 (kJ/kg)

      r2 ： 플래시 후의 물(드레인)의 증발 잠열 (kJ/kg)

[예 ]
  0.8MPa의 드레인이 대기압으로 방출했을 때의 플래시 비율은

       

        

 즉, 대기로 방출된 드레인은 14.0 %가 플래시 증기로 다시 증발합니다. 

 드레인 플래시 비율 (아래 그림)은 여러 조건에서의 플래시 증기 비율을 보여줍니다.

O-Trap 기종선정을 위한 Check Point

플래시 탱크 전용 고정 오리피스식 스팀트랩 기종선정을 위한 필요 데이터는 아래와 같습니다.;

① Flash Vessel 로 들어오는 응축수량 (kg/h)  ?

     (혹은 이곳 Vessel과 연관된 증기소비기구의 증기소비량 총 합계 = Steam소비량 Total )

② Flash Vessel 의 내부 압력(MPa G)  ?

③ Trap 2차측 압력 = 배압 (MPa G)  ?

● 트랩형식

플래시 탱크에 사용되는 트랩은, 증기 손실이 적어, 배압에 대한 허용성이 높고, 에어(공기) 등의 기체를 포화 증기 온도로 배출 할 수 있어야 합니다.

이에 따라, “고정 오리피스식 트랩”인 O-TRAP 이 매우 적합합니다.

O-TRAP은 입구에서 출구까지의 유로(流路)가 거의 직선적으로、중간에 흐름을 방해하는 구부림(曲折)이나 장애물도 없기 때문에 (매우 큰 특징) 공기나 증기로 인한 잠김 장애가 없어(=공기가 쌓이질 않아서)、연속식 배출이기 때문에 구조가 복잡한 기계식 트랩보다 훨씬 유용합니다. 특히 시동시에 상승시간 등이 대폭 단축됩니다.

 

■ 플래시 탱크 설계

플래시 탱크는 보통 대구경 파이프의 상·하단에 블라인드 플랜지를 장착한 형태로 만들어집니다.

(1) 플래시 증기의 출구를 윗면에, 탱크의 드레인 배출구를 하부에 설치합니다.

​응축수 회수관은 상기 드레인 배출구보다 150~200mm 위에 설치하십시오.

(2) 플래시 탱크의 내경

플래시 탱크내에서의 플래시 증기가 위쪽으로 흐를 때의 속도를 충분히 낮게 억제해 기수 분리를 할 필요가 있습니다.

탱크의 높이는 중요하지는 않고, 높이는 보통 600~1000mm로 합니다.

​플래시 탱크 내의 증기 유속을 1.0~4.0m/S 정도로 하면 최고의 기수 분리가 가능하며, 습도가 적은 증기를 얻을 수 있습니다.

아래의 그림에 플래시 탱크의 내경 기준도를 나타냅니다.

​이것은 플래시 증기의 유속을 3m/s으로 계산한 탱크의 최소 내경을 구할 수 있습니다.

내경 기준도는 증기 압력을 고려하지 않고, 플래시 증기의 무게만을 고려하고 있습니다.

​증기는 압력이 높아질수록 비용적이 작아지기 때문에 증기의 상승 속도는 느려지지 만, 그것은 작은 일이기 때문에 압력에 관계없이 내경 기준도를 사용하여 탱크의 내경을 구할 수 있습니다.

● 설치 방법

(1) 응축수 회수관 속은 플래시 증기와 응축수가 흐릅니다. 각각의 증기 설비에서 배출 된 플래시 증기 와 응축수는 리턴 헤더에 한번 모아진 후 플래시 탱크로 보내집니다.

플래시 탱크에 보내진 각각은, 플래시 탱크에서 다시 사용되는 플래시 증기의 압력에 걸맞는 드레인과 플래시 스팀으로 분리되어 사용됩니다.

(2) 플래시 탱크의 설치로 응축수 회수관내에 압력이 생기기 때문에 각 증기 기기에 설치 한 트랩에게는 그 압력이 배압으로 작용합니다. 따라서 플래시 탱크를 설치하여 응축수를 회수하는 경우에는 각각의 증기 기기에 설치되는 트랩은 배압에 대해 허용 성이 크며(고), 저압에서도 충분한 배출량을 갖는 것을 설치해주십시오.

(3) 응축수 회수관은 내리막 구배로 배관을 하고, 드레인이 플래시 탱크에 중력으로 유입하도록 시행하세오.

드레인의 리턴 헤더를 마련하지 않고 여러 드레인 관을 연결하는 경우에는, 사용하지 않는 기기에 역류 방지를 하여, 응축수 회수를 유효하게 하기 위해 체크밸브를 설치하십시오.

(4) 플래시 탱크를 설치하는 장소는, 드레인 발생량이 가장 많은 기기에 근접하여 설치하십시오.

(5) 응축수 회수 관, 플래시 탱크, 저압 증기 라인은 보온재로 보온을 하여, 방열 손실을 방지하십시오.

(6) 탱크의 입구 쪽 배관에는, 스프레이 노즐을 설치하지 마십시오. 만약 노즐에 막힘이 생겼을 때, 드레인의 흐름이 멈추어, 탱크로 유입되는 증기 장치가 기능을 정지시킬지도 모릅니다.

(7) 플래시 증기를 이용하는 저압 라인의 증기 기기에는, 반드시 개별적으로 트랩을 설치하길 바랍니다. 그리고 또한 저압 라인의 응축수 회수관으로 배출할 수 있도록 해 주십시오.

(8) 플래시 탱크의 상부에는 벨로우즈식의 공기제거 밸브를 설치해 주세요. 응축수 회수관에는 대량의 공기(에어) 등이 혼입되어 옵니다. 이것을 처리하기 위해, 아래쪽 그림과 같이 배관하여 주길 바랍니다.

※ 플레시 탱크에서 발생한 플래시 증기는, 감압밸브에서 증기를 모아, 혼합하여 사용할 경우를 나타냅니다.

​플래시 탱크 출구 쪽의 체크밸브(C.V.)는, 감압밸브에서의 증기가 탱크로의 역류를 방지하기 위해서 설치됩니다.

감압밸브는 플래시 증기가 이용할 수 없을 때라든가, 플래시 증기의 발생량이 사용량보다 적은 경우에 보급하기 위해서 필요합니다.

릴리프 밸브는 탱크내의 압력이 너무 높아지지 않도록 하기 위해서 설치합니다.

그 설정압력은 드레인 회수관에 설치된 트랩의 작동을 방해하지 않는 압력으로 해야 합니다.

상담 문의 :   Tel : 070-7747-8290

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     홈페이지: http://k.o-trap.cn