O-TRAP (스팀 트랩) 기종 선정을 위한 응축수 발생량 계산식(파악)
●워밍업시 응축수 발생량
운전 개시 시에는 배관이나 장치가 식어 있으며, 증기의 열은 주로 이것들을 따뜻하게 데우는데 소비됩니다. 이렇게 시작(기동)할 때부터 배관과 장비 등이 충분히 따뜻해 질 때까지 발생하는 응축수량이, 스팀 트랩의 응축수 배출 능력 및 바이 패스 밸브의 필요 여부 등을 결정하는 중요한 요인이 됩니다.
◈ 증기 배관
정상 작동 (열 평형 상태)에 도달 할 때까지, 배관과 보온재를 데우는 데 소요 된 증기 열에 해당하는 응축수가 발생합니다. 이 응축수량은, 근사 적으로 다음 식에 의해 구할 수 있습니다.
G：응축수 발생량（kg/m）
⊿T：예열에 의한 온도 상승(℃)
Ws：관재의 단위 길이당 질량(kg/m)
Wi：보온재의 단위 길이당 질량(kg/m)
Cps：관재의 비열(kJ/kg・℃)
Cpi：보온재의 비열(kJ/kg・℃)
r：증발 잠열(kJ/kg)
참고로, 통기 전(通気前)의 배관 온도를 0℃ 로 하고, 소정의 압력의 포화 온도까지 가온 할 때 발생하는 응축수량을 표1 에 나타냅니다 (보온재는 고려하지 않았습니다).
표1 증기 배관 응축수 발생량
◈ 장치
장치의 경우는, 장치와 그 장치 내에 체류하는 피가열물 또는 반응물이 가온 됩니다. 이에 필요한 총 열량을 기준(바탕)으로 다음 식을 이용해 응축수 발생량을 구할 수 있습니다.
G' ： 응축수 발생량（kg）
⊿T ： 예열에 의한 온도 상승 (℃)
Ws' ： 장치를 구성하는 강재의 총 무게（kg）
Wi' ： 장치를 구성하는 강재 이외의 재료의 총 무게（kg）
Wl ： 피가열물의 총 무게（kg）
Cps ： 강재의 비열（kJ/kg・℃）
Cpi ： 강재 이외의 재료의 비열（kJ/kg・℃）
Cpl ： 피가열물등의 비열（kJ/kg・℃）
r ： 증발 잠열 (kJ/kg)
◈ 스팀 트레이스 관
스팀 트레이스란, 오일 등의 수송관을 따라 증기 배관을 부설하고, 오일 등이 응고하거나, 점도가 과대하지 않게 되도록 적절한 온도로 유지하기 위한 것입니다. 이 스팀 트레이스 배관의 경우는, 트레이스 관의 가온 뿐만 아니라, 오일 등의 내용물(피 가열 물)과 그 수송관, 및 단열, 보온재의 가온도 고려해야 하는 일이 있습니다. 다음 식은 모든 것을 가온 대상으로 했을 때의 응축수 발생량을 구하기 위한 것입니다.
G ： 응축수 발생량（kg/m）
T1： 트레이스 관의 온도 상승 (℃) (트레이스 증기의 포화 온도까지)
Ws1 ： 트레이스 관 단위 길이당 질량 （kg/m）
Ws2 ： 주 배관의 단위 길이당 중량（kg/m）
W1' ： 주 배관 내용물의 단위 길이당 중량（kg/m）
Cps1： 트레이스 관의 비열（kJ/kg・℃）
Cps2： 주 배관의 비열（kJ/kg・℃）
Cp1'： 주배관 내용물의 비열（kJ/kg・℃）
⊿T2： 주배관 및 단열、보온재의 온도상승（℃）(주배관 내용물의 운전온도까지）
r ： 증발 잠열(kJ/kg)
이상 세 가지 (증기배관, 장치, 트레이스관) 사례에 대하여, 응축수량의 산출방법을 설명하였는데, 스팀 트랩의 응축수 배출 능력을 결정하기 위해서는, 단위시간당 응축수량 (kg/h)을 추정해 내야 합니다. 다음 아래의 “워밍업 시간”도 참고하면서, 적절한 워밍업 시간을 정해 단위 시간당 응축수량을 정합니다.
-----------------------아 래------------------------
● 워밍업 시간 (예열시간)
장치를 구성하는 금속 부재(部材)의 두께가 클 경우에는, 가열을 서두르면 그 열에 의한 부담(열 응력)도 커져, 내부 결함이나 파손을 초래할 우려가 있습니다. 그러므로, 비교적 고압에서 사용되는 경우는, 그 두께도 커지기 때문에 어느 정도 시간을 들여 (예를 들어 몇 시간) 실시하는 것이 일반적입니다. 한편, 저압 사용으로 이들 부재(部材)의 두께도 작아지는 경우에는, 그런 제약도 경감되어, 신속한 워밍업(예열)이 가능합니다.
이와 같이, 워밍업 시간은, 장치나 운전 상황에 따라 다르지만, 정지 횟수, 따라서 워밍업의 빈도에 따라, 대략 다음과 같이 되어 있습니다.
● Batch(뱃치) 운전: 15분 정도
● 정지 횟수
1회/일 : 1시간 이내
1회/주 : 1~2시간
1회/년 : 수(몇) 시간
단, Batch 운전 등, 워밍업 시간이 짧게 끝나는 때에도, 응축수가 배관이나 장치 내에 비교적 대량으로 잔류하는 경우에는, 증기를 단숨에 흘려 보내면 워터 해머가 우려되기 때문에, 증기량을 서서히(점차적으로) 늘려가면서(예를 들어 1시간 정도 걸쳐) 천천히 하는 것이 안전합니다.
---------------------------------------------------------------------------
● 통상 운전시 응축수 발생량
여기에서는 증기수송관이나 여러 장치에 대해서 통상 운전 시의 응축수 발생량의 연산식을 소개합니다.
증기 수송관 응축수 발생량
배관재 및 보온재에서 외기로 방산하는 열량은, 그 재질, 두께 및 외기의 조건에 따라 달라집니다.
방열에 의해 배관 내에서 발생하는 응축수량은 다음 식에 의해 구할 수 있습니다.
G：응축수 발생량（kg/h）
d1：보온재 외경 (m)
d2：보온재 내경（m）
λ：보온재 열전도율（kJ/m・h・℃）
α：표면 열전달 율（kJ/㎡・h・℃）
ts：증기 온도（℃）
ta：외기 온도（℃）
Lb：주관 길이 （m）
r：증발 잠열（kJ/kg）
장치
건조기(에어 히터) 응축수 발생량
일반적으로 열풍건조기로 사용되며, 각 공장에서 가장 많이 사용되고 있습니다.
G： 응축수 발생량（kg/h）
V： 공기 유량（㎥/min）
Cp：공기의 정압 비열（kJ/kg・℃） Cp=1
γ：공기의 비중량（kg/㎥）γ=1.226
⊿t：상승 온도 차（℃）
r：증발 잠열（kJ/kg）
건조기에 있어서는 상기 계산 조건을 파악하기 어려운 경우가 많기 때문에, 다음 아래의 방법으로 구한 값을 사용하는 것이 일반적입니다.
열교환기 응축수 발생량
열교환기란, 리보일러, 증발관 처럼, 증기가 가진 열에너지를 코일 등의 전열면을 통해 저온 유체에 전달하는 용기입니다. 응축수 발생량 계산은, 온도차 계산처리가 복잡하기 때문에, 일반적으로 다음의 간략식이 사용됩니다.
G： 응축수 발생량（kg/h）
M：피가열 물체의 유량（ℓ/min）
⊿t：상승 온도 차（℃）
C：피가열물체의 비열（kJ/kg・℃）
Sg：피가열물체의 비중（kg/ℓ）
r：증발 잠열（kJ/kg）
쟈켓 솥 응축수 발생량
특히 식품 공장에서 많이 사용되는 장치로, 크게 나누면, 고정식, 회전식으로 나눌 수 있습니다.
G ： 응축수 발생량 (kg/h)
M ： 피가열 유체량 (ℓ)
⊿t ： 온도 상승 (℃)
C ： 피가열 물체의 비열 (kJ/kg・℃)
Sg ： 피가열 물체의 비중 (kg/ℓ)
T ： 소요 시간 (h)
r ： 증발 잠열 (kJ/kg)
프레스 응축수 발생량
고무・플라스틱・합판・클리닝 산업 등에서 스팀 프레스가 널리 사용되고 있습니다.
G：응축수 발생량（kg/h）
A：제품과의 접촉 면적（㎡)
R：응축 계수（kg/m2・h）
오토클레이브 응축수 발생량
오토 클레이브는, 가압하면서 증기로 직접 제품 등의 멸균・정제・건조를 하는 장치로, 의료, 주방 등에서 사용하는 압력 용기입니다.
G：응축수 발생량（kg/h）
W：제품의 무게（kg）
C： 제품의 비열（kJ/kg・℃）
⊿t：제품의 온도 상승（℃）
r：증기 잠열（kJ/kg）
T：소요 시간（h）
실린더 건조기 응축수 발생량
증기가 가득한 실린더의 외면에 제품을 접촉시켜 건조시키는 장치이며, 일반적으로 제지 ・골판지・린넨 공장 등에서 많이 사용되고 있습니다. 일부 장치를 제외하고는 응축수 배출에는 사이폰관이 많이 이용되고 있습니다.
G：응축수 발생량（kg/h）
d：실린더 직경（m）
L：실린더의 폭（m）
R：응축 계수（kg/m2・h）
스팀 트레이스 관의 응축수 발생량
스팀 트레이스의 증기 소비량, 즉 응축수 발생량은 배관 등으로부터의 방열량에 의해서 결정됩니다. 저희 엔지니어는 구체적인 계산방법 등에 대해 고객과의 공동 현장 연구 실적을 토대로 조언을 하고 있습니다.
---------------------------------------------------------------------------------------------------
스팀트랩의 응축수 배출 능력
워밍업시에 발생하는 응축수량과 통상 운전시에 발생하는 응축수량으로부터 최대 응축수량을 추측(예측)해, 그것에 안전율(대략 2배 ~ 5배)을 곱해 스팀 트랩의 배출 능력을 결정하는 것이 "기존 스팀트랩들"의 관행들입니다. 그러나 일반적으로는 통상 운전 시보다 워밍업 시의 발생량이 많고, 특히 대규모 시스템에서는 그 차이가 뚜렷합니다.
이러한 경우에 워밍업 시의 응축수량에 맞추어 스팀 트랩의 응축수 배출 능력을 결정하면, 일반 운전에서는 능력 과대가 되어 버립니다. 이러한 판단은 워밍업 시간과 맞물려 있는데, 스팀 트랩만으로 워밍업 시간이 길어질 것 같은 시스템에 대해서는, 워밍업 시 전용 바이패스 밸브를 설치해야 하고, 스팀 트랩은 정상 시의 응축수량에 맞게 선정하는 것이 현명하다고 할 수 있습니다. 이러한 방법은 "기존 스팀 트랩들의 한계"인 것입니다.
워밍업시에는 또한, 통기 초기단계에서 압력이 상당히 낮아져, 스팀트랩의 배출능력이 작아지기 때문에, 이러한 점들도 고려해야 합니다. 이런 것들도 "기존 스팀 트랩들"의 한계인 것입니다.
고정 오리피스식 O-TRAP 은 증기 시스템에 맞게 설계를 하여 설치하기 때문에, 이상과 같은 기존 스팀트랩들처럼, 워밍업 시간이 길어진다거나, 워밍업 시 전용 바이패스 밸브를 개방할 필요성 등이 없기 때문에, 워밍업 시간도 단축되어 정상화 시간이 빨라지게 됩니다. 고정 오리피스식 O-TRAP 은 고장날 부분이 없어서 내구성이 길어, 거의 반영구적으로 사용 가능하며, 에너지 절감이 뛰어남은 물론, 보일러의 수명 또한 길어지게 됩니다.
참고 사이트:
- 증기 사용량 과 열량 구하기(https://blog.naver.com/tjchung/221254709360)
- O-TRAP (오-트랩) 제품 카타로그 (https://blog.naver.com/tjchung/221984830480)
-------------------------------------------------------------------------------------
상담 문의처;
E-mail: tjchung@naver.com,
Tel: 070-7747-8290,
URL: http://k.o-trap.cn
'스팀트랩(드레인배출기,O-Trap)' 카테고리의 다른 글
| 오리피스의 유량 계산 방법 (2) | 2021.06.06 |
|---|---|
| 2축 디스크 건조기(CD Dryer), Paddle Dryer, 2축 컷 더블 디스크 건조기(Cut Double Disc Dryer)와 O-TRAP의 영향 (0) | 2021.05.21 |
| 공업용/산업용 다리미/아이롱 변천사 (0) | 2021.03.10 |
| 응축수 회수탱크의 오버플로우 현상 및 스팀 누설 현상에 대한 해결책, 스팀트랩에의한 열효율 계산, O-TRAP 등 (0) | 2021.03.05 |
| 공정 압력이 다른 장치에 그룹 트랩핑 과 개별 트래핑 에 대한 설명 (0) | 2021.02.21 |