빌딩 난방 보일러 가동 초기에, 증기주관, 증기헤더 및 공조기에서 발생하는 문제점 해결을 위한 스팀트랩(o-trap) 선정에 대해서

빌딩 상가, 호텔 등에서 난방 보일러 가동 초기에, 증기 주관 및 공조기에서의 스팀 트랩(O-TRAP)이 응축수 배출 및 온도 상승에 미치는 영향 !!？

 

⊙ 작업장 환경을 간략 정리하면 아래와 같습니다. 

(붉은 글씨 부분의 내용에 따라서 응축수 발생량 계산하여, 배출 능력에 맞는 스팀 트랩 기종 선정을 할 수 있습니다)

보일러용량 2톤, 구역별(ABC)공조기 3대(공조기당 증기사용량 580kg/h, 300,000Kcal/h) 보일러증기압력: 5㎏/㎠, 공조기에 공급하는 최대증기압력: 2㎏/㎠,

 

보일러 출구--(배관경 65A, 거리 ? m)--(기수분리기 유무?)→ 감압밸브(DN40)--(80A, 거리 ? m)--→보일러실헤더 (헤더직경?, 헤더길이 ? m)--→[헤더→공조기: 배관경 100A, 거리 100m]--→스팀트랩(O-TRAP)--→공조기용CV(제어밸브)--→공조기 (300,000Kcal/h)--→공조기용 스팀트랩(O-TRAP)​ --→응축수 회수관( 응축수 회수시, 입상 ? m높이로 올려 회수관을 설치하는지?, 또는 응축수 회수탱크 높이는 ? m) --→보일러 급수탱크--→보일러

 

⊙ 증기공조기(Steam AHU) 운영상의 설치/환경에 의한 문제점 정리. 

1. 보일러실 스팀헤더에서 공조기간의 배관 길이가 100m 정도의 거리가 됩니다.

   간헐적으로 스팀 난방을 하고 있는데, 스팀 공급을 한 후, 상당한 시간이 흘러도 공조기 코일이 데워지지 않습니다. 그럴 때는 공조기 코일 스팀 트랩의 바이패스 밸브를 열어 에어를 제거하고 나면, “증기수송배관”에서 식혀진 응축수가 배출되면서 스팀이 “공조기 코일쪽” 으로 흘러들어 오면서 온도가 상승됩니다.

→ 증기배관 에어빼기 (공조기 코일에 스팀용 에어벤트) 설치하면 공조기 온도상승이 잘 될지? 등 질문, 즉, 공조기에 에어벤트가 설치되지 않아 난방 초기에 스팀을 공급하면, 배관내 불응축가스(공기)가 빠지질 않아 난방 시간이 길어지고 효율이 떨어지고 있다는 게 아닌가 하는 의구심.

  

2. 현재 스팀 트랩 설치 현황; 가습기 응축수 라인에 플로트트랩, 난방코일 응축수 라인에 버켓트랩이 설치 되어있음.

난방때 마다, 난방코일 말단의 버켓트랩 바이패스 밸브를 열어 공기를 빼내고 나면, 스팀 유입이 빨라져, 난방 시간이 줄어든다(빨리 난방 효과를 본다는 의미)→에어벤트 또는 볼플로트 트랩 설치 검토를 하는 중. 

 

3. 더불어, 공조기 난방코일(열교환기) 말단에는 버켓이 아닌 후로트밸브를 설치하는게 맞지 않나요? 그림을 보면 C공조기 경우 배관 길이가 길어서 에어가 많이 찹니다.

그리고 부하가 높아서인지? 2㎏/㎠ 스팀 공급을 해도 공조기를 가동하면 압력이 바로 떨어집니다.

 

4. 보일러용량 2톤, 구역별로 공조기 3대.(공조기 당 증기사용량: 580kg/h, 300,000Kcal/h)

   보일러↔감압변-80A배관, 증기헤더↔공조기-100A배관 을 통해 각 공조기에 2㎏/㎠ 증기를 공급.

초기부하없이 난방코일에 2㎏/㎠ 가까운 압력을 공급하다가 공조기를 돌리는 순간 서서히 0 에 가까운 압력으로 떨어집니다. 공조기는 모두 수동으로 작동.

인버터도 없고 정해진 풍량으로 오로지 수동으로 작동-정지 만 할 수 있음. 

 

⊙ 상기 문제점에 대한 대책(원인 분석 및 제안).

 

1. 스팀헤더에서 공조기까지 배관경 100A, 증기압 2㎏/㎠,  거리가 100m 정도라면, 이 구간에서 방열 되어 발생되는 응축수량은 약 20㎏/hr (※)정도가 됩니다. 이렇게 발생한 응축수를 공조기 코일 전단에서 제거를 해 주어야 합니다. 따라서 이 구간에서, 공조기 밸브 바로 앞에  O-TRAP No.3, 1개를 설치할 것을 추천합니다.  (또는 약 30m 간격으로 라인 트랩 3개 설치 추천)

거리가 꽤 존재하는 증기 배관에서 발생된 응축수를 제거해 주지 않음으로 인한 장애 원인으로, 스팀 공급을 한 후 상당한 시간이 흘러도 공조기 코일이 데워지지 않는 이유이며, 공조기코일 스팀트랩의 바이패스 밸브를 열어서 응축수나 에어를 제거해야 만이 온도가 올라가는 현상입니다.

 

※증기 주관에서 발생한 응축수가 공조 코일로 빨려 들어가면 온도상승을 저해하는 요인이 됩니다.

증기 주관에서 발생하는 응축수를 철저하게 관리하는 공장에서는, 하기의 그림처럼 증기사용장치 마다 증기공급 입구에 각각 기수분리기(그 기수분리기 마다 각 O-TRAP 설치) 를 설치한답니다. (아래 그림 참조 바랍니다)

O-TRAP은 Orifice(구멍)식 이므로, 에어 배출 능력도 있어, 난방초기에 스팀을 공급하면 배관내 불응축가스(공기)도 스므스하게 잘 빠져 초기 열이 잘 오를 것이며. 응축수가 연속배출 되므로 증기질이 향상되어, 열효율이 높아질 것입니다. → 상기 문제점 1, 2, 3번에 대한 문제점 및 해결 방안이 될 것입니다.

 

버켓트식, 플로트식, O-TRAP식 각각의 스팀트랩 형식별 특징과 용도 비교

 

2. 증기 배관 중의 응축수가 공조기 코일에 유입되지 않도록 배관을 해야 합니다.(※)

   즉, 증기 공급 주배관에서 발생한 응축수를 제거하기 위해 코일 전단에 O-TRAP (고정오리피스식 스팀트랩) 설치 요망!!

드레인(응축수) 배출 측 배관에 플로트 식/버켓 식 보다는 필히 O-TRAP을 설치해야 합니다.

이유는, 스톨현상과 워터해머 를 일으키지 않고, 공조기 코일 수명도 길어 지기 때문이며, 고장 나지 않아 반영구적으로 사용 가능하며, 증기 누출 없어서 에너지 절감 율이 높기 때문입니다.

스톨 현상은 "스팀트랩의 작동 차압 (트랩 전후의 압력 차 △P) 이 없어져서, 트랩에서 응축수가 배출이 되지 않고 열교환기 내에 정체 해버리는 현상" 입니다.

"스톨(=정체)"을 해소하기 위해서는, 열교환기 내에 응축수가 정체되어 있는 상태를 해소하는 것이기 때문에, 어떤 방법으로든 응축수를 배출시키는 것이 스톨의 해소법이 됩니다. 그럴러면, "트랩의 1차측 압력이 크고(大), 트랩의 2차측 압력이 작게(小)" 하면 배출 될 것입니다. 고정오리피스 형 응축수 배출 장치인 “O-TRAP" 은 "소비증기=응축수" 를 규정 압력으로 배출하도록 설계되어 있는 오리피스를 내장시켜 공조기 유닛 히터, 열풍히터, 자켓솥 등 열교환기에서 안정적으로 응축수를 배출하게 합니다.

이는 공조기 유닛 히터, 열풍히터, 자켓솥 등 열교환기의 온도를 균일하게 유지할 수 있기 때문에 장치의 작동을 안정시킬 수 있습니다.

오리피스 형 응축수 배출 장치인 “O・TRAP"을 설치하면, 펌핑트랩(오그덴펌프)나 파워트랩 등의 기계식 펌프가 필요 없게 될 수 있습니다.

 

3. O-TRAP이 공조기와 같은 코일 내부가 매우 낮은 차압에서도, 응축수를 배출할 수 있는 이유

 

고정오리피스 식 스팀트랩인 "O-TRAP" 은 구멍이 열려있는 그냥 단순한 구조이기 때문에, 증기압이 높아도 깨지지 않고 고장이 나지않는 특징이 있는 반면, 모델(기종) 선정 조건이 필요하여, 설치 시 조금 수고가 든다는 점입니다. 그 대신에 제대로 기종 선정하여 설치된 O-TRAP은 고장없이 거의 반영구적으로 사용할 수 있습니다.

 

O-TRAP (고정오리피스 식 스팀트랩)

작동 밸브가 없는, O-TRAP을 설치하면 히터(코일) 내부가 매우 낮은 차압이 되어도, 중력으로 응축수가 제거 됨으로써, 제자리에 액면이 발생하지 않기 때문에(응축수 정체가 되지않기에), 부식의 영향이 한곳으로(한자리에) 집중할 수 없습니다.

 

공조기 내부의 압력이 매우 낮은 상태 (대체로 0.1MPaG 이하) 에서, 중력만으로 응축수가 제거 되는 것에 대해서, 여러분께서 현실적 상황에 입각하여 이해하실 수 있나요?

오히려, 기존에 사용하고 있는 기계식 스팀트랩들의 경우, 낮은 차압(0.5 ㎏/㎠·g이하)가 되면, 응축수를 거의 밀어 내지 못하는 경우가 대부분일 것입니다. 히터 내부가 매우 낮은 차압 (극 차압)이 되어도, 고정오리피스 식 스팀트랩인 “O-TRAP”은, 차압이 존재하는 한 응축수가 제거 되는 것으로, 즉 증기 소비에 의한 응축수 발생과 동시에 계속적으로 발생된 이 응축수를 배출할 수 있다는 것입니다.

 

 

▣ 보일러 가동 초기의 증기 주관에서 배관이 데워지면서 발생하는 응축수 발생 순서 기작 과 배관 내의 불응축가스를 배출시키는 O-TRAP 과의 관계를 순서있게 표현한 설명 FLOW

▣ 증기 가열장치에서 하기 처럼 부하변동 추종성이 뛰어납니다

 

 

▣ 부하변동과 응축수 배출량 관계그래프로 설명 합니다.

​    위 공조기(AHU, 증기소비열량: 300,000㎉/h) 용 "O-TRAP No.17"에 대한 응축수 배출 능력에 관한 그래프 및 설명입니다. 

Design 조건은, 사용압력: 2㎏/㎠, 배압: 0.4㎏/㎠(탱크높이 3m, 수평이동 100m), 응축수발생량: 580㎏/hr, 차압(△P): 1.6㎏/㎠ 입니다. 여기서 O-TRAP No.17 으로 기종선정 되었습니다. O-TRAP No.17 의 최대 배출 능력은 908.2㎏/hr 입니다.

차압(△P): 1.6㎏/㎠ 입니다 만,

"펌핑트랩=파워트랩=오그덴펌프" 도움없이 응축수 배출을 충분히 수행할 수 있습니다. 고장 나지 않기 때문에 거의 반영구적으로 사용할 수있으며, 이에 따라 열교환기 코일 튜브의 수명 또한 매우 길어질 것이며, 에너지 절감도 뛰어 날 것 입니다.

위 그래프는 차압이 0.16 MPa에서 증기 소비량 (= 드레인 발생량)이 580 ㎏/h의 공조기에 설치한 O-TRAP No.17 의 성능 곡선입니다. 피가열물질이 목표온도까지 승온하면 로드가 내려가, 즉, C.V에 의해 증기 공급량이 240 ㎏/h 으로 조여지면, 공급량에 비례하여 "증기사용장치내부"의 압력이 하강하여 차압이 작아지기 때문에, O-TRAP의 2차 측의 압력과의 차압(△P) 도 하강하여, O-TRAP의 드레인 부하는 거의 일정하게 유지됩니다. 즉, "최대 증기 소비, 최대 차압(△P)" 조건에 오리피스를 설계하여, 증기 누설이나 드레인 체류 없이, 안정된 운전을 할 수 있습니다.

스팀압력이 높아지면, ⊿P(차압)도 커지므로 드레인 배출능력 또한 커집니다.(위 그래프 참조)

 

▣ O-TRAP 에서의 차압 및 응축수 배출능력 관계 설명

 

▣ O-TRAP 사용상의 주의 점 (특히 교체 설치 직후)

 

 

 

4. 기술적인 추가 내용에 대해서는 아래 사항 참고하시길 바랍니다.

   1)에어로핀 히터 란?     https://blog.naver.com/tjchung/221478302001 

   2)스팀 공조기기용 에어핸들링유닛히터(AHU) 소개와 증기코일 배관에 관한 주의사항. 

       https://blog.naver.com/tjchung/222171855442  

  3)공조기 온도 관리 에어 핸들링 유닛 히터: AHU 의 응축수 배출 개선 제안

     https://blog.naver.com/tjchung/221592655866

  4)펌핑 트랩 폐지하고, O-TRAP으로 교체 설치하여 에너지 절약 · 간소화의 제안

      https://blog.naver.com/tjchung/222017735566

  5)트랩에서 차압(ΔP)이 매우 작아, 펌핑트랩 설치를 고려했으나, O-TRAP으로 교체하니 고가의 Power Trap (Trap Pump)이 필요없어 졌습니다. 

     https://blog.naver.com/tjchung/221976184181  

 

 

상담 문의처;   

E-mail:  tjchung@naver.com,  

Tel: 070-7747-8290,  

URL: http://k.o-trap.cn