증기의 특징, 몰리에르 선도의 이해, 습도를 낮추고 건도를 높히는 건증기 배관라인이어야 에너지 절약성을 향상시키는 것이다

증기의 특징, 몰리에르 선도의 이해를 하여, 습도를 낮추고 건도를 높히는 건증기 배관라인이어야 에너지 절약성을 향상시키는 것이다. 

 

증기 (steam)의 특징

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보일러에서 만드는 증기는 기본적으로 포화증기(saturated steam)로서, 공정 가열, 가습 및 동력 용도로 쓰입니다. 포화증기가 열원으로써 널리 사용되는 이유는 물이 끓어 수증기가 되는데 필요한 잠열(latent heat)에 따라 빠르고 일정하게 가열이 가능하기 때문이며. 또한, 압력 및 온도 상관관계를 정확하게 설정하여 운영할 수 있기 때문에 생산성이 높다는 장점이 있습니다. 다만 포화증기를 이송할 때에 발생되는 방열손실 및 감압 등 여러 요인으로 증기가 응축수로 변하고, 증기의 건도를 높은 상태로 유지하지 않으면 보일러의 가열 효과가 떨어지기 때문에 에너지 손실이 발생될 수 있습니다.

포화증기의 유체 성질을 보면 습증기(wet steam) 와 건증기(superheated steam)의 경계선에 있는 것을 확인할 수 있습니다. 증기의 품질을 향상시키기 위해서는 높은 건도를 유지하고, 증기 속의 응축수를 최소화하여 운영하는 것(신속한 응축수 배출)이 중요합니다.

 

몰리에르 선도(Mollier chart) 이해

증기의 발생을 이해하기 위해서는 몰리에르 선도(Mollier chart)를 참조하면 됩니다<그림>. 예를 들어, 도표의 A-B 구간은 물을 20℃에서 100℃로 가열하는 구간이며, 약 4.2KJ/kg K 에너지(hf)가 필요합니다. 도표의 B-C 구간은 가열된 물을 증기로 변화시키기 위해서 필요한 포화증기의 엔탈피(Hfg)이며, 일정한 온도 100℃와 압력 1.013bar abs로 유지할 경우, 약 2,255kJ/kg 엔탈피가 요구됩니다. 이 과정에서 건도는 0 에서 1로 가까워지게 됩니다. 증기 안에 20%에 해당하는 물이 포함되어 있으면 80%의 건도율 혹은 x=0.8로 표현되며, 건도 100%의 증기 일 때에는 건도 x=1이며, 증기가 포함하고 있는 열량이 가장 높은 상태로 나타납니다. 하지만 증기의 이송 중 감압 과 방열손실로 인해 에너지를 잃게 되면 응축수가 발생하게 되고 이로 인해 건도율은 100% (x=1) 이하로 낮아지게 되므로 증기의 품질에 영향을 줄 수 있습니다.

프로세스(공정)에서의 증기 흐름에 따라 발생하는 응축수를 스팀트랩을 이용하여 신속하게 배출하는 것이 매우 중요합니다. 이를 제대로 배출시키지 않게 되면 보일러를 재가열시키기 때문에 에너지 손실이 늘어나게 됩니다. 따라서 이런 이유 때문에 응축수를 연속적으로 계속 배출해 줄 수 있는, 즉, 구멍만으로서 매우 단순하기 때문에, 고장 발생이 없어 수명이 긴 “고정오리피스식 스팀트랩(O-TRAP)”이 각광을 받고있는 것 입니다. 기존의 기계식 스팀트랩들은 구성 부품도 많아 고장도 자주 발생하기 쉽고, 따라서 유지보수관리하기에 많은 수고와 비용이 소요되고, 응축수를 모아서 간헐적으로 배출시키기 때문에 막힘 고장이 발생하면 응축수 정체 현상으로 인해 배관부식을 유발시키기 때문에 배관 수명도 짧아지게 됩니다.

반면에, “고정오리피스식 스팀트랩(O-TRAP)”은 본체설비(장치)와 생명을 함께 할 수 있어서, 거의 반영구적으로 사용할 수 있습니다.

※ 증기 품질은 건도(dryness fraction) 비율에 의해 결정되며, 건도는 포화증기 속에 포함되어 있는 증기의 비율 입니다.

    X = 0 이면 포화수, 0<X<1 이면 습증기, X = 1 이면 건포화중기 즉 포화증기입니다.

 

 

습증기의 특징

 

증기에 포함되어 있는 수분의 함량이 낮을수록 잠열은 높아지며, 공정에서 전달할 수 있는 열량도 일정하게 유지가 됩니다. 하지만 그 반대로, 수분 함량이 많아지면 공정에 전달될 수 있는 열량도 함께 줄어들게 됩니다. 예를 들어, 전체 잠열을 2,138 kJ/kg으로 가정하고, 증기 안에 10%에 해당하는 물이 포함되어 있을 경우, 90% 건증기의 엔탈피는 (hfg)는 1,924 kJ/kg (0.9 x 2,138 kJ/kg = 1,924 kJ/kg) 로 계산할 수 있습니다.

 

즉, 보일러에서 발생되는 전체 에너지 부분에서, 공정에 사용할 수 있는 건증기 에너지의 90%는 포화증기이며, 나머지 10%의 응축수는 강제 배출되거나 회수되게 됩니다. 만약 1톤의 증기를 생산하기 위해 톤당 약 50,000 원의 비용이 발생된다고 한다면, 10%의 손실 에너지를 제외한 최종 생산된 증기는 45,000 원의 가치로 되는 것입니다.

따라서, 공정으로 이송하는 과정에서 발생한10%의 응축수를 가능한 신속하게 스팀트랩을 통하여 배출시켜 줘야 합니다. 이를 통하여 증기 품질 관리 및 공정을 개선할 수 있습니다.

이렇게 함으로서 증기 시스템을 효율적으로 관리 가능하게 됩니다.

 

증기의 건도를 관리함으로써 워터해머 및 부식을 방지하여 증기 시스템의 안전을 강화할 수 있습니다. 또한, 비효율적 보일러 작동(운영)을 피하고 증기의 건도 관리 향상에 따라 공정의 효율을 향상시킬 수 있습니다. 

스팀을 사용하는 프로세스(공정)에서 스팀트랩의 중요성을 높이 평가하여 증기 공정 관리에 활용하시기를 바랍니다.

 

• 이렇게 증기를 만들어야 정확한 증기 단가 산출 가능하며, 증기를 사고팔때 정확한 상거래가 가능합니다.

• 그렇지 않으면, 응축수인 물(水)을 증기단가로 계산해 지불하는 꼴이 되는 것입니다.

 

증기 사용 프로세스의 효율성 · 에너지 절약성을 향상시키는 것은 "고정 오리피스식 스팀트랩(O-TRAP)" 입니다.

 

 

 홈페이지 :  http://k.o-trap.cn

 E-Mail    :  tjchung@naver,com

 상담 문의 :  070-7747-8290