증기 배관 설비에서의 배관구경 선정
증기 설비에서의 적정 배관 관경에 대하여 알아보도록 하겠습니다. 우리들이 현장에서 관리하는 증기 설비 중에, 배관 관경의 적정성 여부를 근사값에 접근하는 방법에 있어서, 세밀한 설계를 하지 않더라도, 얼마든지 증기 배관 관경을 구할 수가 있습니다.
보일러에서 발생된 증기를, 증기 사용 장치(설비에서 필요로 하는 양에 충분하게 효율적으로 공급하기 위해서는, 적정한 배관 관경으로 선정하는 것이 필수적이며, 증기 시스템의 최적 운전 방안 중, 가장 기본적이고 가장 중요한 사항 이라고 할 수 있습니다. 배관의 구경이 증기 사용설비에서 요구하는 증기량 보다 적게 설계가 된다면, 압력강하가 심하게 되고, 사용처에서 필요로 하는 증기 요구량(에너지 열량)을 받을 수 없게 되며, 워터 해머의 원인이 되고, 설비 침식의 우려가 될 수 있습니다.
상기 내용과 반대로, 구경이 너무 크게 되면, 설비를 운전 하는 데는 이상이 없지만, 필요이상의 설비 과잉 투자가 되고, 배관에서의 방열 손실이 증가하여 에너지 손실이 생기게 되는 것입니다.
예를 들어서, 75A 배관 설비는, 50A의 배관에 비해, 약 45% 이상의 배관 설치 공사비가 증가하며, 배관의 표면적으로는 약 50% 이상 증가하여 방열 손실이 그만큼 증가 할 수 있다는 것입니다.
증기 배관의 관경 결정의 방법에는 여러 가지가 있으나, 이곳에서는 증기의 속도에 의한 선정 방법을 스파이렉스 사코의 자료를 토대로 설명 드리겠습니다.
1. 증기 압력과 비체적의 관계
포화 증기표에서 보면, 증기 압력이 변함에 따라서 증기의 비체적(비용적; ㎥/Kg)이 변하게 되는데, 증기 단위 중량당 체적(㎥/Kg) 은, 증기 압력이 상승함에 따라 감소하는 것을 알 수가 있습니다. (포화증기표를 참고하시기 바랍니다.)
증기 사용 기준이 무게 단위인 Kg 이므로, 항상 필요로 하는 무게의 증기가 공급 되어야 합니다 그러나 증기는 압력이 변함에 따라 체적이 변하게 되므로, 압력별로 항상 일정한 증기를 통과 시킬 수 있는 배관 구경은 변하게 되는 것입니다.
따라서, 증기배관의 구경 선정시에는 반드시 같은 구경의 배관이라도 압력별로 증기 통과 유량이 틀리다는 것을 주지 해야 합니다.
2. 속도에 의한 증기 관경의 선정
증기관을 통과하는 증기의 속도를 가정하여 수송되는 증기의 비체적과 증기배관의 단면적을 서로 연관시켜 계산하는 방법도 있습니다. 이는 증기 배관관경과 증기 유량을 가지고 계산할 수 있는 방법이기도 합니다.
건포화 증기가 배관을 통과하는 속도는 약 20 ~ 35 m/s 의 범위로 하는 것이 실무적으로 효과적이며, 일반적으로 25m/s 를 기준으로 선정을 한다면 적정 배관 구경을 선정할 수가 있을 것입니다.
여기서 증기의 속도를 35m/s 이상으로 보는 것은 증기가 배관을 통과할 수 있는 최대값으로 간주를 할 수가 있으며, 이 값을 초과하게 되면 소음과 배관 침식의 직접적인 원인이 될 수도 있는 것입니다.
증기 배관 구경 선정 계산 공식은 d = √ (4 ÷ π) x [Vg ÷ (V * 3600)] * m 입니다.
【 d=증기유량(㎏/h, Vg=증기의 비용적(㎥/㎏), V=증기유속(m/s), m=증기유량(㎏) 】
1시간당 증기소비량 1,000kg/h 을 소비하는 곳에, 증기압력 0.3 MPa 로 증기를 운반하여, 열교환기에 공급한다면, 증기 수송 배관구경은 100A 가 적정합니다. 계산 근거 내용은 아래와 같습니다.
d (구경) = √ (4 ÷ 3.14) x [0.467181 ÷ (25 * 3600)] * 1,000 = 81.31 mm ≒ 100A
증기압력 3㎏/㎠, 증기 사용 1,000㎏/h 인 곳의 증기 공급 배관 구경은 100A 로 시공 하여야 합니다.
계산하는 공식에서의 증기 유량이나 감압에 의한 증기량이나 배관경의 산정에 있어서도 참고 될 자료로서, 아래 표를 참고 하시기 바랍니다.
상기표는 현장에서 적용 가능한 표이니, 참고가 되시길 바랍니다.
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