공조기기용 Steam Air Handling Unit Heater (AHU) 소개 와 응축수 배출기 스팀트랩 및 증기 코일 배관에 관한 주의 사항

공조기기용 스팀 에어핸들링유닛히터(AHU) 소개와 증기코일 배관에 관한 주의 사항.

Precautions for Steam Air Handling Unit Heater(AHU) and Steam Coil Piping for air conditioning equipment.

 

스팀용 에어 핸들링 유니트 히터(AHU)는 통상적으로 Steam Pressure : 2㎏/㎠ 이하, 토출 공기 온도 : max. 48℃ (INLET 15℃) 기준, 송풍모터 : 220V 단상 또는 380V 삼상 사양(Specfication) 입니다. 벽부착형 유니트히터는 루버를 조절하여 수평 및 대각선 방향으로 송풍이 가능하며 벽에 부착하거나, 아이볼트를 이용하여 천장에 매달아 설치할 수 있습니다.

 

동절기 공장이나 생산 작업장 내에서 증기를 이용하여 온풍을 발생시키는 장치로서, 에너지 소비량이 적고 내구성이 좋아 잔 고장이 없습니다.

대략적 용도로는 겨울철 실내 난방, 비닐하우스 난방, 원료 보관소, 냉동 창고 해빙 등등~ 즉, 공장 · 창고 · 체육관 · 전시장 등의 주거 지역 난방 장치로서, 또한 유통 창고 · 온실 · 공장 · 건조실 등의 가열 · 건조용 생산 공정 장비나 클린~룸(Clean Room) 등  폭넓게 이용할 수 있습니다.

 

사용상 문제점으로는, 공기조화기(AHU)의 스팀코일에 워터 해머링 발생으로 인해, 스팀코일 리크가 발생하고 응축수 배출배관의 해머링으로 인해 소음이 발생하는 경우가 있습니다.

스팀트랩 이후의 응축수 배관은 지하층으로 바로 내려가기 때문에 배압문제는 크게 없을 것으로 보이는데도, 워터 해머링이 발생 한다는 것입니다. 이런 내용에 대해서도 발생원인과 해결책에 대해서 아래에서 살펴 보도록하겠습니다.

공조기기의 증기 코일 주변 배관 주의 할 사항

 

증기 코일 배관

공조기(클린 룸 포함) 등에 내장되어 있는 증기 코일 주위의 배관은, 증기 온도가 100 ℃ 이상으로 온수 온도 보다 높고, 또한 회수 배관 트랩을 통해 응축수로 되는 등, 온수 배관과는 다릅니다. 잘못된 배관 공사를 하면 능력 부족이나 겨울철 동결 사고, 배관 부식의 원인이 될 우려가 있습니다.

 

공조기용 증기 코일의 종류

증기 코일	수평 증기 코일	수직증기 코일

증기 코일 배관 주의 사항

 

1. 배관의 지지

코일 배관은, 모든 코일과는 별개로 지지하고, 배관의 신축(伸縮)에 대해서는, 신축 이음매나 루프 배관 등을 이용하여, 증기 코일 주변은 3~4 개의 엘보를 사용하여 흡수(吸収)해 줍니다. 공조기용 증기 코일 자체의 열팽창은 최대 10mm 정도입니다.

              ⊙ 팽창에 대한 대책

2. 트랩 설치

   증기 배관 중의 응축수가 코일에 유입되지 않도록 배관 설치해 줍니다.

   (증기 공급 주배관에서 발생한 응축수를 제거하기 위해서 코일 전단에 트랩 설치를 요망!!)

   드레인(응축수) 배출 측 배관에도 필히 트랩을 설치해야 합니다.

 

   ⊙ 배관 트랩

3. 코일 배관의 경사(기울기)

증기 코일을 옆으로(가로) 또는 수평으로 설치하는 경우에는 드레인 배수 방향으로 1/50 이상의 경사(구배)를 취합니다.

 

4. 편심이경 이음매의 사용

드레인 헤더에 관경이 다른 배수관을 연결하는 경우에는, 반드시 편심이경이음을 이용하여 드레인 체류를 막아 주도록 합니다.

5. 스팀 트랩에 대해

1) 기존의 기계식 타입의 트랩을 설치할 경우, 코일 출구에서 적어도 300mm 이상의 낙차를 잡고, 증기 트랩을 설치하도록 합니다. 이렇게 설치하면 낙차에 의해 드레인 배출 할 수 있습니다. 

기존 트랩을 사용하지 않고, 고정 오리피스식 스팀트랩인 “O-TRAP”을 설치하여 사용한다면, 굳이 이러한 경사를 둘 필요 없이 해결할 수 있습니다.

“O-TRAP”은 수직/수평 어느 방향으로도 설치 사용 가능하며, 차압이 존재하는 한, 응축수 배출이 가능하기 때문에 기존의 스팀 트랩들과 비교하여 응축수 배출 성능이 뛰어나며, 연속적으로 배출을 하기 때문에, 응축수가 체류하지 않습니다. 혹시 입상(윗 방향)으로 응축수를 회수할 경우, 역류 현상이 발생할까 염려가 된다면, Check Valve 를 O-Trap의 전단 위치에 결합하여 설치하면 됩니다.

“O-TRAP”은 고장 날 부품이 전혀 없기에, 수명이 거의 반영구적입니다.

혹시, 응축수 회수 관을 높은 곳에 설치하는 환경인 경우 라면, 아래 7-2) 항을 참조하시기 바랍니다.

보통의 경우, 사용 증기압력이 보통 저압인 2bar 정도를 사용하기 때문에, 자동제어밸브를 사용한다거나 혹은 응축수 회수관의 위치가 입상(방향)으로 높은 곳에 위치하여 배압이 높게 형성하게되면, 차압이 매우 낮아지는 구간은 응축수 배출이 어려워지기 때문에,  흔히들 트랩펌프 혹은 파워펌프 또는 오그덴펌프 라는 원압의 증기압력을 사용하는 것(트랩펌프)들을 사용합니다 만, 응축수를 배출시킬 수 있는 차압이 있는 환경이라면 O-Trap은 이런 값비싼 장치를 사용하지 않고도, 낮은 저압의 차압 환경에서도 응축수를 배출시킬 수 있도록 시스템을 구축할 수 있다는 것 입니다. (하기 7-2)항에서 보충 설명)

 

 

2) 자동 제어를 할 경우, 버켓식 트랩은 사용하지 마십시오.

3) 기계식 트랩으로 선정하여 설치할 때는 다음 사항을 유의하십시오.

증기 코일의 응축 능력과 트랩 배수 능력은 그림과 같은 경향이 있습니다. 낮은 증기 압력(저압 증기)의 경우에는 트랩의 배수 능력은 극단적으로 저하합니다. 따라서 자동 제어를 할 경우에는, 배수 능력이 부족하므로, 충분한 낙차를 두고 코일 내에 응축수가 체류하지 않도록 주의 해 주십시오.

 

⊙ 코일의 응축수량 과 트랩의 배수량

6. 세로 방향 설치에 대하여

증기 코일을 가로 방향으로 설치하기 위해서는, 다양한 배려가 필요합니다. 하지만 세로(수직) 방향으로 설치함으로서, 동결 문제 이외에 드레인 배수 불량으로 인한 문제는 거의 해결됩니다. 특히 비례 제어를 할 경우에는, 세로(수직) 방향 설치를 채용해 주십시오.

 

7. 응축수 회수 관을 높은 곳에 설치하는 경우

응축수 회수는 스팀트랩의 1차측 압력을 이용한 회수가 일반적인 방법이라 할 수 있습니다. 스팀트랩의 1차측압력과 배압의 차(차압)가 항상 유지되는 곳 이라고 한다면 자압을 이용한 회수가 가능 합니다. 이 방법은 가장 비용이 적게 들며 간단한 방법 입니다. 특별한 기기가 필요한 것이 아니기 때문에 일반적으로 널리 사용되고 있습니다.

자압을 이용한 응축수 회수방법의 배관설계는 크게 2가지 방식이 있습니다.

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·     자연유하 회수배관

·     차압을 확보한 상태에서의 입상배관 회수배관

 

자연유하 회수배관

자연유하를 이용한 방법으로 대기개방형 탱크 혹은 후렛시 벳셀까지 응축수가 흘러 갈 수 있도록 배관을 구성해 주는 것과 스팀트랩만 있으면 구성이 가능합니다.

 

차압을 확보한 상태에서의 입상배관 회수배관

입상배관의 수두압+배압을 넘는 압력이 스팀트랩의 1차측에 존재 하는 곳에서 가능하며, 주로 증기의 메인라인에서 발생하는 응축수들이 이에 해당합니다.

 

수직배관이나 수평배관이 길어 질수록 배압 또한 커지게 됩니다. 차압을 유지하지 못하게 되면 스팀트랩은 작동을 하지 못하며, 이러한 경우에는 펌프 혹은 펌핑트랩(=파워펌프=오그덴펌프)이 필요합니다.

경우에 따라서는, 스팀트랩의 1차측압력은 배출용량을 고려하여 가장 낮은 상태를 기준으로 배압과의 차압을 확인한 후 선정해야 합니다. 

펌프를 사용하여 배압을 극복

펌프를 사용한 시스템은 배압이 높은 곳에서도 스팀트랩의 1차측 압력을 신경쓰지 않아도 됩니다.

배압은 아래의 3가지 요소의 합으로 만들어 집니다.

·     스팀트랩, 펌프 또는 펌핑트랩의 후단 입상배관

·     유송배관에서의 압력손실

·     회수 배관 혹은 회수탱크(벳셀)의 내부 압력

 

 

위에서 응축수 회수 방법에 관련해 살펴보았으며, 이를 아래 두가지로 요약해 설명드리니, 참고하시길 바랍니다. 

 

1) 스팀 트랩의 뒤쪽에 펌프를 설치하여 응축수를 보일러로 회수할 수 있는 방법입니다. 이 시스템은 저장 탱크가 대기에 개방되어 있기 때문에 개방 회로입니다. 이 경우 플래시 증기와 그 보유 열량은 대기로 개방되게 됩니다.

2) 문제가 되는 부분은 공정온도가 100 ℃ 미만인 경우로서 이들 공정에는 대부분 저압증기(LPS)를 공급하고 있으나 배압은 항상 0.5~0.7 bar·g가 걸리고 있는 현장이 많으므로 항상 응축수 배출정지 문제가 발생하게 됩니다. 

에어 핸들링 유니트 히터(AHU)의 경우, 통상적으로 사용 증기 공급 압력(Steam Pressure) : 2㎏/㎠ 이하, 토출 공기 온도 : max. 48℃ (INLET 15℃) 기준입니다.

이 응축수 배출 정지 문제를 해결하기 위한 방안이 여러 가지 도입되고 있는데 이제까지는 가장 대표적인 것이 위에서 언급된 것 처럼, 응축수회수를 위한 Power Trap(트랩펌프=펌핑트랩=오그덴펌프)를 설치하고들 있었으나, 이는 도입 비용도 고가이고, 매년 발생하는 메인테난스 비용도 만만치 않기 때문에 최근에는 이런 파워트랩(=펌핑트랩=오그덴펌프)을 추천하지 않습니다.

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요즈음에 가장 좋은 선택은, 고정 오리피스식 스팀트랩인 「O-Trap」 도입을 선택하는 것 입니다.

"O-Trap"의 도입가격은 기존 트랩의 약2~3배 정도이지만, 증기에너지절감, AHU 코일의 내구성이 높아지고(응축수 정체가없고, 워터해머가 없어져서 수명이 길어짐), O-Trap 자체의 수명이 반영구적이어서, 투자비 회수가 1~2년 내에 이루어 지므로, 고정 오리피스식 스팀트랩인 「O-Trap」 도입의 효과는 매우 높다는 것입니다.

 

고정 오리피스식 스팀트랩(Fixed Orifice Type Steam Trap=”O-TRAP”)은, 증기 사용 설비 및 배관에서 발생하는 최대 드레인 량에 대한 오리피스 시스템을 선택하기만 하면 드레인 양이 크게 변동 하여도 기존의 스팀 트랩 이상으로 증기를 누설하지 않고 적절하고 신속하게 대응하여 드레인을 지체없이 연속적으로 배출할 수 있습니다.

"최소 최대 드레인 량" 과 "입구 출구의 증기압력 차이"를 알면, 적절한 오리피스 시스템 설계를 할 수 있습니다.

“O-TRAP”은 스팀트랩 중에서도 가장 차압이 적어도 작동 합니다. 증기 차압이 존재하는 한, 응축수를 지속적으로 배출 시키기 때문에 가장 적합한 트랩입니다.

열교환기용 트랩에서 차압(ΔP)이 매우 작은 환경하에서는, Power Trap(=오그덴펌프)을 설치 하여야 하지만, 고정오리피스식 트랩(O-TRAP)을 선택/설치하면 Power Trap 이 불 필요합니다.

 

 

가동 밸브가 없는 오리피스 식 스팀트랩인 「O・TRAP」은、 차압(△Ρ)이 거의 없는 장소 (0.05MPa 이하)라 할지라도、오리피스를 최대 배출량에 맞추어 설계하여 10톤/h 이상의 드레인도 원할하게 배출할 수 있습니다.
"O・TRAP"을 사용하므로서、응축수를 강제 배출하기 위한 장치(Power Trap=펌핑트랩=오그덴펌프) 와 그와 관련한 배관을 폐지하고、트랩펌프・파워트랩・오그덴펌프 등 장비 운영에 필요한 에너지 와 보전 비용을 절감 할 수가 있습니다.

 

트랩의 2차 측에 배압이 걸리는 경우 등 상황 변화에 따라 다양하게 발생할 수 있는 것들에 적절하게 대응할 수 있도록, 적절한 오리피스 시스템 설계하여 대처할 수 가 있습니다.

국내 여수 및 대산 석유화학공장, 잠실 초고층 빌딩, 서울 시내 타워빌딩, 호텔, 오피스빌딩, 제약회사 클린룸, 각 공장의 난방용 AHU, 목재 건조실, 페인트 및 특수잉크 건조실, 식품공장의 추출기, 농축기, 결정관, 발효관, 혼합탱크, 온수조, 교반기, 증숙기, 배합기, 레토르트, 제습기, 과립기, 라면공장 유탕 가마솥, 스포츠센터 수영장, 석유화하공장 등  다양한 실적을 갖고 있으니, 히터가 자주 파손, 히터 내부에서 워터해머 소리가 자주 들린 다거나, 가열이 균일하지 않다거나 하는 현상이 있다면, 스톨현상이 발생하고 있는지도 모릅니다.

 

스톨현상이란 한마디로, 「트랩의 차압(트랩 전후의 압력차)이 없어져 트랩에서 응축수가 배출되지 않고 열교환기 내에 체류되는 현상」입니다. 

"스톨 현상"이라는 것은 설계 초기에 문제가 없었더라도, 가동 상황 변화에 따라 발생할 수 있으며, 트랩의 2차측에 배압이 걸리는 경우 등 다양한 상황에서 발생할 수 있습니다.

​이러한 현상으로 어려움을 겪고 계시다면 언제라도 상담하시길 바랍니다.

 

 

 

 

 

증기 코일의 드레인수 부식 작용에 대해

 

일반적으로 보일러 플랜트(공장)에서는, 보일러의 효율 저하 와 부식을 방지하기 위해 관수 처리를 행 합니다만, 일반적으로 청관제는 철을 대상으로하고 있기 때문에, 구리관(동관)에는 좋지 않습니다. 관수가 pH9를 넘으면 구리 관은 부식이 시작됩니다. 강관의 사용을 추천합니다. 또한 보일러수의 용존 산소가 부식에 영향을 주는 것은 잘 알려져 있습니다. 최근에는 고압 보일러의 탈산소제로 히드라진이 많이 사용되고 있지만, 히드라진은 분해되어 암모니아와 질소가 됩니다. 이 암모니아가 너무 많으면 구리 관(동관)을 부식 시키게 되므로 주의하시기 바랍니다.

 

 

 

 

O-TRAP의 “오리피스 구경 사이즈 설계”를 위해 아래의 항목을 알려 주시면 설계가 가능합니다.

 

전열관재질(伝熱管材質:동관, 강관, SUS관~) :

핀 재질(철, 알루미, 동, SUS~) :

풍량 (風量):            ㎥/min

증기압력(蒸気圧力):     MPa  (사용증기공급압력)

증기량(蒸気量):         Kg/h

입구공기온도(入口空気温度):      ℃ (주변공기온도)

입구구경(入口口径):     A

출구공기온도(出口空気温度):      ℃ (목표온도)

출구구경(出口口径):     A

 

 

↓에로핀 전열부 + 튜브(파이프)부 참고도면 ↓

 

 

상담 문의처;   

E-mail:  tjchung@naver.com,  

Tel: 070-7747-8290,  

URL: http://k.o-trap.cn