스팀트랩의 문제중에 혹시 트랩이 새는 것은 아닐까? (플래시 증기·재증발 증기)에 대하여~

스팀트랩의 문제중에 혹시 트랩이 새는 것은 아닐까? (플래시증기 · 재증발 증기)에 대하여~

스팀트랩으로 부터 배출되는 것이 응축수 뿐 아니라 증기가 같이 배출되는 것을 본 적이 있으십니까? 이 증기는 생증기가 새는 것 과 재증발 증기가 발생하는 것의 2가지로 나누어 집니다. 그렇다면 이 두가지의 차이를 알아 보도록 하겠습니다.

 

스팀트랩(O・Trap) 의 배출구에 보이는 하얀 증기는?

O-Trap 드레인의 배출이 연속적이어서, 대기 중에 방출되는 경우, 플래시 증기의 흰 수증기가 끊기는 일 없이 끊임없이 눈에 띄어 생증기가 샌다고 잔소리를 들을 수가 있습니다. 실제로는 드레인이 지체하지 않고 효과적으로 연속 배출되어, 드레인의 온도가 포화 온도에 더욱 가까워, 플래시 증기의 발생률도 높아져, 흰 수증기가 눈에 띄는 것이기에,  O-TRAP 이 충분히 기능하고 있다고, 이해 해야 할 것입니다.

 

생증기 vs. 재증발 증기

생증기는 눈에 보이지 않습니다. 트랩에서 누설이 발생했을 때는 굉장히 빠른 속도와 힘을 나타내게 됩니다. 특히 배관과 접하는 리크 부위에서는 증기는 투명하게 보이지 않습니다. 만약 파이프에서 바로 증기가 보이는 경우라고 한다면 이는 재증발 증기일 가능성이 높습니다.

 

→ 대기로 배출되는 응축수는 항상 재증발이 발생하여 일정한 양이 수증기가 되어 보이게 됩니다. 고온의 응축수를 배출시키는 트랩에서 발생하는 재증발 증기 때문에 트랩이 새고 있다고 의심을 하는 경우가 가끔 있습니다.

 

플래시 증기(Flash steam) · 재증발 증기？

증기사용 설비에서 발생한 드레인(포화수)을 사용증기압력 이하의 주변으로 방출하면, 그 압력차에 따라 순간적으로 드레인의 일부가 다시 증발하여 증기로 돌아갑니다.

이 현상을 재증발(플러싱) 또는 자기증발 이라하며, 다시 증발된 증기를 재증발 증기 (플래시 증기, Flash steam)라고 부릅니다. 아래에 구체적으로 설명합니다.

증기압력 1.0MpaㆍG의 열교환기에서 발생한 드레인은, 증기 포화 온도183℃의 물(포화물)에서 185Kcal/kg의 열 에너지(현열)을 가지고 있습니다.

대기 중에 방출되면, 드레인 주변 압력이 1.0MpaᆞG에서 0.0MpaㆍG로감소합니다.

0.0MpaㆍG의 압력 아래, 즉 대기 중에서는 100℃ 이상의 물은 존재 불가능하고, 보유 열 에너지도 100Kcal/kg로 한정 됩니다.

때문에 거처를 잃은 과잉의 열 185-100=85Kcal는 방출되는 순간 불과 1/10~1/20초 사이에 드레인을 재증발시키기 위한 에너지로 소비되고,드레인의 약15%가 플래시 증기로 변화하고 1ℓ의 드레인은 약 240ℓ Flash steam으로 팽창합니다.

상식적으로는 드레인 부하율 100%, 즉 드레인만 배출하고 생증기가 전혀 새지 않을 때가 오리피스 출구 측의 증기인 수증기로 된 상태가 가장 온화하고, 드레인 부하율 0%, 즉 드레인이 전혀 존재하지 않고 증기만 오리피스를 통과하는 경우가 가장 심할 것이라 생각들을 하고 있습니다.  그러나 사실은 이 반대입니다.

증기 압력 0.1MpaㆍG이하의 비교적 포화 온도가 낮은 영역에서는 배출 증기량이 플래시 증기량을 넘어서는데 0.1MpaㆍG이상이 되면 압력이 높아지면서 플래시 증기량이 훨씬 많아집니다. 또 플래시 증기는 드레인이 대기 중에 방출된 순간에 폭발적으로 크게 팽창해서 발생하고 꽤 소음도 수반하므로, 마치 생증기가 힘차게 분출하는 듯한 착각에 사로잡힙니다. 특히 압력이 1.0MpaㆍG를 넘어 드레인량이 많아지면 그 기세는 엄청나며,  드레인 부하 100%에서 최고가 됩니다.

 

그러면 스팀트랩에서 배출되는 증기는 무었일까요?

대기압보다 높은 압력의 증기가 배관을 통해 지나가게 됩니다. 이때 발생하는 응축수가 대기압으로 배출이 될 때 일부분이 압력차에 따라 증발을 일으키게 됩니다. 이 현상을 재증발 현상이라고 부릅니다. → 응축수가 배출될 때 오리피스에서 발생하는 차압에 따라 재증발 증기가 발생을 합니다. 

발생되는 응축수의 양은 공기중으로 퍼지게 되는 재증발 증기의 양을 합한 부분이 됩니다. 트랩에서 응축수가 배출될 때 트랩의 입구측과 출구측의 압력차에 따른 재증발이 발생하기 때문 입니다.

 

생 증기가 새는 경우 통상적으로 증기는 보이지 않습니다. 이는 재증발 증기의 형태(속도 와 힘)와는 아주 다릅니다. 재증발 증기는 응축수의 아주 적은 양의 부분이기 때문입니다.

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재증발 증기(Flash Steam) 과 누출되는 생증기를 어떻게 구분? 

 

1)포집기가 있을 경우, 포집기로 포집해 증기누출 여부를 숫자로 측정가능 합니다.

2)Thermography로 2차측 온도가 100℃ 이하면, 증기누출이 없습니다.

 

얼마의 증기가 많은 것인가?

응축수의 양에 비해 재증발 증기가 많이 나오는 것 처럼 보이는 이유는, 각각의 체적이 다르기 때문입니다.

참고로 증기는 물의 약 1500배의 체적을 가지고 있습니다.

특히 고온 고압의 응축수를 배출하는 경우는 더 많은 양의 재증발 증기가 눈으로 보이게 됩니다.

 

예

​만약 1.0MPaG의 응축수10kg/h이 대기로 방출되면, 이 중 1.6kg/h의 응축수는 재증발 증기로 변하게 됩니다. 이 양의 부피는 약 2.7m3입니다.(욕조 2개의 부피정도) 재증발 증기의 양은 아주 큰 볼륨으로 눈에 보이게 됩니다. 재증발 증기는 생증기의 누설과 달리 응축수가 많이 배출된다는 점을 기억해 주십시오.

 

 

응축수 배출의 시각적인 예

증기 주관에서의 오리피스 타입 스팀트랩 O・Trap 의 응축수 배출

 

응축수가 고온 고압의 상태에서 저압으로 배출될 때, 배출된 응축수가 재증발되어 증기가 발생합니다.

그것을 재증발​ 증기라 말합니다.  증기가 아니기에 손을 가까이 하여도 화상을 입지 않을 것입니다.

 

정상인 스팀트랩의 작동에서 응축수 뿐 아니라 재증발 증기가 발생하는 것이 보여 누설이라고 생각하게 되는 경우가 있습니다. 응축수의 발생량에 따라서는 재증발 증기양의 변동이 크기 때문에, 트랩의 정상유무를 확인해 보는 것을 추천합니다. 

주의할 부분은 몇몇 트랩(바이메탈형 등)은 응축수의 현열까지 사용되어 저온의 응축수로 배출됩니다. 이 경우 눈으로 보이는 재증발 증기는 없으나 스팀트랩의 전단배관에 많은 양의 응축수가 체류되게 됩니다. 따라서 재증발 증기가 줄어드는 효과는 있을수 있으나 실제 응축수로 인해서 발생하는 증기주관의 워터햄머 문제, 고온 트레이스 라인의 온도저하 문제를 발생시킬 수 있는 문제로 작용할 수가 있습니다. 

 

========(아래의 내용은 일본 TLV 사의 홈페이지 로 부터 가져온 번역 자료입니다)=======

플래시 증기 · 재증발 증기

플래시 증기란 무엇인지 아십니까? 플래시 증기는 재증발 증기라고도 합니다. 고압 고온의 드레인이 저압의 분위기에 노출되었을 때에 드레인의 일부가 증기가 되는 현상을 플래시 또는 재증발이라 부르며, 이와 같이 발생한 증기를 플래시 증기 또는 재증발 증기 로 부릅니다.

 

증기 시스템이나 증기 수송 배관 주변에서 흔히 볼 수있는 플래시 증기라고 하면 스팀 트랩에서 배출된 드레인에서 발생하는 플래시 증기를 들 수 있습니다. 이 플래시 증기를 볼때, 많은 경우, 공기 중에서 응축되어 김(湯気)의 형태로 되어 있습니다. 

플래시 증기는 왜 발생합니까?

플래시 증기가 발생하는 이유는 증기 테이블을 잘 보면 이해할 수 있습니다. 보통 우리가 가열에 사용하는 압력 영역에서는, 고압 드레인 (고압 포화수)은 저압 드레인 (저압 포화수)보다 보유 열량 (엔탈피)이 크다는 것을 증기표에서 알 수 있습니다.

 

예를 들어 대기압에서 180℃라는 드레인(열수)은 존재하지 않습니다. 대기압하에서는 물은 섭씨 100℃에서 끓어 오릅니다. 대기압 하에서 물이 액체로 존재할 수 있는 온도의 상한은 100℃ 입니다. 180℃의 열수가 갑자기 대기압에 노출되면 어떻게 될까요? 당연히, 180℃인 채로는 대기압하에서 존재할 수 없기 때문에 온도가 내려가야 합니다. 이 때 플래시 증기가 발생합니다.

구체적인 예로 생각해 보겠습니다.

포화 온도보다 높은 온도의 드레인(열수)은 포화 온도까지 온도가 내려가야 합니다. 온도가 내려가면 동시에 보유 열량도 작아질 것입니다만, 아무것도 하지 않고 순식간에 열량이 작아지는 일은 없습니다. 따라서, 그 차이 분의 열량을 사용해 열수가 자기 자신을 일부 증발시키는 것으로서, 열량을 작게 합니다. 이것은 플래시 증기 발생의 원리입니다.

우리가 상용하는 압력역에서 증기의 부피는 같은 압력의 포화수에 비해 수백배 크기 때문에, 드레인량에 비해 놀라울 정도로 많은 플래시 증기가 발생하고 있는 것처럼 보입니다. 그러나, 질량비율(열량비율)에서는 외형의 체적(부피)비만큼 큰 차이는 없습니다.

 

플래시율(드레인 1kg에서 발생하는 플래시 증기의 중량)은 다음 하기의 식으로부터 계산할 수 있습니다.

플래시 비율 계산식 ;

플래시 증기는 어떤 걸까요?

스팀 트랩의 드레인으로부터 발생하는 플래시 증기로 인한 김은, 가능한 한 적은 것이 선호됩니다만, 물리 현상인 플래시 현상을 없앨 수는 없습니다. 없앨 수 없다면, 이용할 방법은 없을까요?

 

플래시 현상으로 인한 플래시 증기는 보일러에서 발생하는 일반적인 증기와 동일한 증기입니다. 따라서, 당연히 플래시 증기는 증기로서 열량을 보유하고 있는 것입니다. 이것을 적극적으로 이용하려는 것이 플래시 탱크를 이용한 폐열 회수 시스템입니다. 고압 증기와 저압 증기 각각의 용도가 있는 플랜트에서는, 고압 계통의 드레인에서 발생하는 플래시 증기를 저압 계통에서 이용함으로써, 큰 ​​에너지 절약 효과를 얻을 수 있습니다. 실제 폐열 회수에서는, 플래시 증기의 이용뿐만 아니라 드레인의 재이용과 세트로 검토되는 경우가 대부분입니다.

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스팀 트랩으로 나오는 김(湯気) 에 대해서

김과 증기의 차이는 뭘까요?

김은 증기가 공중에서 미세한 물방울이 되어 빛을 난반사하기 때문에 하얗게 보이는 것입니다. 즉, 김은 공기 중에 부유하고 있는 액상의 물입니다. 한편 증기는, 액상의 물이 증발 잠열을 받아 기상 (気相)으로 상변화한 것으로, 무색 투명한 기체입니다. 일상생활에서는 김=증기라도 특별히 문제 없습니다만, 업무상으로 증기를 취급하는 경우에는, 우선 이런 것을 구별해 둘 필요가 있습니다.

 

스팀트랩에서 김이 나온다

그렇다면, 스팀트랩에서 김이 나는 것은 왜 발생하는 것일까요? 드레인이 가지는 열량과 대기압의 포화수가 가질 수 있는 열량의 사이에 차이가 있는 경우, 그 열량 차이로 인해 드레인 자신의 일부가 재증발합니다. 그리고 그 “재증발 증기=플래시 증기”가 공기 중에서 응축해 매우 미세한 물방울이 된 것을, 우리는 트랩에서 발생한 김으로 보고 있습니다. 따라서, 배출 온도에 따라 다르지만 고온의 드레인을 배출하고 있는 트랩에서는, 많든 적든 항상 김이 발생합니다.

 

그렇다 해도 김의 양이 많은 게 아닌가? !

이 트랩 출구에서 보이는 양이 많을 경우, 스팀 트랩의 고장, 즉 증기 누출로 착각할 수도 있습니다. 그럼 실제로 플래시 증기로서의 김이 어느정도 나오고 있는 것일까요? 예를 들어, 1.0MPaG의 드레인 10kg/h가 트랩에서 대기로 배출될 때의 플래시 증기량은 약 1.6kg/h입니다. 그러나 그 부피는 약 2.7 입방 미터나 됩니다 (가정의 욕조 4 배분 보다 큰 부피입니다). 이 플래시 증기가 확산하면서 김이 모락모락 나기 때문에 "김이 많다"라고 생각되는 것도 무리는 아닐지 모르지만, 플래시 증기는 증기 누출과는 다르므로 주의 하기 바랍니다.

 

증기 수송 배관용 프리 플로트 스팀 트랩의 배출 상황

트랩이 정상이더라도 증기가 새는 것처럼 보이는 것은 위에서 설명한 것처럼 플래시 증기 소행(작업 현상)입니다. 이와 같이, 드레인량이 바뀌면, 드레인과 플래시 증기의 분출 상태도 바뀝니다. 김 과 증기의 차이는 뭘까요?

김은 증기가 공중에서 미세한 물방울이 되어 빛을 난반사하기 때문에 하얗게 보이는 것입니다. 즉, 김은 공기 중에 부유하고 있는 액상의 물입니다. 한편 증기는, 액상의 물이 증발 잠열을 받아 기상(気相)으로 상변화한 것으로, 무색 투명의 기체입니다. 일상생활에서는 김=증기 도 특별히 문제 없으나, 업무상으로 증기를 취급하는 경우에는, 우선 이런 것을 구별해 둘 필요가 있습니다.

 

 

 

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