공기 열풍로·증기 오븐(Steam Oven)의 증기(열)소비량 계산 및 O-TRAP Model (기종) 선정 에 대한 설명.

◈ 공기 열풍로·증기오븐(Steam Oven)의 증기(열)소비량 계산 및 O-TRAP 기종선정 에 대한 설명.

1. 개 요

고정오리피스식 스팀트랩의 단점은, 기존 Type의 스팀 트랩보다 정확한 사양 정보가 필요합니다.

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 거의 반영구적으로 사용할 수 있습니다.

최소, 최대 드레인 량(=최대/최소 증기 소비량) 과 입구 : 출구의 증기 압력 차이를 알지 못하면 적절한 오리피스 시스템의 설계를 할 수 없습니다. (데이터가 없는 경우는 상담해주세요.)​ 

 

조건（증기압력、드레인량）에 맞는 모델 선정이 필요 불가결하다는 것입니다.

 

작동밸브가 없는, O-TRAP을 설치하면 증기사용 장치내부(열교환기 히터내부)가 매우 낮은 차압이 되어도, 중력으로 응축수가 제거 됨으로써, 일정한 자리에 액면이 발생하지 않기 때문에(응축수 정체가 되지않기에), 응축수로 인한 부식의 영향이 한곳으로(한자리에) 집중할 수 없습니다.

 

공조기 내부의 압력이 매우 낮은 상태 (대체로 0.1MPaG 이하) 에서, 중력만으로 응축수가 제거 되는 것에 대해서, 현실적 상황에 입각하면 이해할 수 없겠지만, O-TRAP은 차압(ㅿP)이 존재하는 한 제거 됩니다.

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

 

공조기 유닛 히터와 같은 증기히터 내부가 매우 낮은 차압에서도, 발생된 응축수를 배출할 수 있는 이유입니다.

 

그렇기 때문에, 증기 사용장치의 사양(Specfication) 을 파악하는 것은 매우 중요합니다.

공기 열풍로·증기 오븐(Steam Oven)의 증기(열)소비량 계산에 대한 한가지 예를 아래에 정리해 봅니다.

 

 

O · TRAP (고정오리피스 식 스팀트랩)의 기종 선정을 위한 증기소비량 계산 실례

 

반도체 및 2차전지 공장 설비 중에, 공기 열풍로 • 증기 오븐(Steam Oven) 용의 스팀트랩 건 입니다.

 

증기를 사용하는 공기 열풍로 • 증기 오븐(Steam Oven)에서의 응축수를 원할하게 배출시키기 위해, 증기(열)소비량 계산 을 하여 O-TRAP Model (기종) 선정 에 응용 하도록 하는 설명드립니다.

 

24 ㎥의 스팀 오븐(Steam Oven)이 20개로 연결되어 있으며, 각 오븐 마다 스팀 트랩(TLV Float Type JF3X-1) 이 설치되어 있습니다. 이 기존 스팀 트랩의 배출 능력이 시간당 500kg/h 짜리인데, 원활하게 배출이 안되어서 펌핑트랩(=오그덴펌프, 파워트랩)이 설치되어 있습니다

 

이 스팀 오븐(Steam Oven)의 사양을 아래에 표기합니다.

공급 증기 압력은 0.65 Mpa, 이 증기 압력은 보일러 발생 원압에서 감압변을 통과 후 오븐(Steam Oven)으로 공급되는 압력(0.65 MPa)입니다.

 

겨울철 급기온도 10℃, 여름철 급기온도 33 ℃, 설정목표온도 130 ℃, 목표 온도에 도달하는 승온 시간은 60분(min)입니다.  최대 배기량(유량) 이 70 ㎥/min 임. (참고사항: 공기 주입량(급기량) 은 50 ㎥/min.)

공기는 급배기 방식이기 때문에 순환 방식이 아닌 1회성 입니다. 

 

최저 응축수(Condensate: CDS) 량은 60 kg/hr, 최대 응축수(Condensate: CDS)량은 300kg/hr, 오븐에서 배출되어 나온 응축수가 플로트 트랩을 거쳐 파워트랩으로 모인 후, 파워트랩에서 응축수 회수 탱크로 이송되어 가는데, 이 부분은 대기압 입니다. (Open Type으로 응축수 회수를 한다는 의미 임=재증발 증기를 회수하는 플래시 벧셀 탱크가 없는 오픈 회수 시스템) 탱크까지의 거리는 500m, 탱크 높이는 5m 입니다.

 

현재 사용중인 데이터(사양)를 토대로 설계를 하면 부하변동에 대응할 수 없는 경우가 발생할 수 있으며, 겨울철에는 좀더 많은 응축수가 발생하기도 하기에, 기기 설계 최대치의 사양을 확인하여야 합니다.

 

아래에 증기 소비량을 계산 설명을 하겠습니다.

 

1)피 가열물질명칭: 공기

2)피 가열물질초기온도: 10 ℃

3)피 가열물질목표온도: 130 ℃

4)피 가열물질인 공기비중: 0.24 g/㎤

5)피 가열물질인 공기비열: 1.16 kcal/kg

6)피 가열물질유량: 70 ㎥/min (4,200㎥/h)  [In 50㎥/min Out 70㎥/min]

7)승온 시간 :  60 min

8)증기 압력 :  0.65 ㎫G (잠열: 491.67 kcal/kg)

9)배압 : 0.1 ㎫G  (탱크까지 500m, 탱크 높이 5m :  이므로 배압을 1kg로 반영시키는게 배출능력 안전성 확보)

10)차압(△P) : 0.55 ㎫G

 

소비열량 계산

   Q = 70㎥/min × 60min/h × 0.24(공기비중) × 1.16(비열) × 120(△t) = 140,313.6 kcal/h

 

증기 소비량 계산   

   증기 압력 :  0.65 ㎫G (잠열: 491.67 kcal/kg)

   140,313.6 kcal/h ÷ 491.67 kcal/kg = 285.382 kg/h

 

 

상기 증기 압력 환경 에서, 응축수 발생량 285.38 ㎏/h 을 차압(ㅿP) 0.55 MPa 에서 배출 정지 없고, 원할하게 배출될 수 있도록 기종선정하면, 선정된 기종은 O-TRAP No.8  이 되겠습니다.  

O-TRAP No.8 은, 차압(ㅿP) 0.55 MPa 에서 응축수 최대 배출 능력은 347.79 ㎏/h 입니다.

안전율은 약 122% 입니다.

체크밸브와 결합해 설치하면, 정지시 역류를 방지할 수 있습니다.

이번에 선정된 기종은 이곳 환경조건에서 【차압(ㅿP) 0.55 MPa 존재하므로】, 펌핑트랩(=오그덴펌프, 트랩펌프) 없이, 응축수 배출 정지 없이 원할하게 드레인을 배출 시킬 수 있겠습니다. 

 

이렇게 상세하게 확인 설계하여 기종선정된 O-TRAP은, 거의  반영구적으로 사용가능하게 되는 것입니다.

 

 

● 펌핑 트랩(=파워트랩, 트랩 펌프) 폐지에 따른 에너지 절약의 제안

 

파워 트랩은 내부 밸브 주변의 패킹, 가스켓 교환을 정기적으로 실시하지 않으면, 구동 용 증기에 의한 드레인 체류가 발생할 수 있고、워터 해머 현상의 원인이 됩니다.

 

위 사진과 같이 CV가 완전 닫힘 상태 임에도 불구하고、드레인 입구 온도가 높은 경우는 구동용 증기가 누출되어 나오고 있는 것입니다. → 고압의 구동용 증기가 파워 트랩내부로 누출되면、 2차측 압력이 상승하여、코일에서 응축수가 흘러 나가기(배출) 어려울 수가 있습니다. 응축수가 체류하면 워터해머 현상의 원인이 됩니다.

 

응축수가 정체되는 운전은 본래 증기 공급이 중단됬을 때 일어날 것(증기 공급이 끊겼을 때의 일)이며, 워터해머는 증기 공급 재개 시에 발생하는 것으로 추측합니다.

펌핑 트랩 (오그덴 트랩)은 아시다시피, 드레인이 흘러들어 가야 작동하는 장치이기 때문에, 차압이 작아 져서 응축수가 들어오는 속도가 느려지면, 당연히 기능 부전에 빠집니다.

그런 점에 비해, 「O-TRAP」 은 코일 측이 2 차 압 이하가 되는 순간까지 (차압이 존재할때 까지) 응축수 배출이 계속되므로, 응축수가 쌓이는 것도 적어지게 되는 것입니다. 

또한, On-Off Valve (온-오프 밸브)는 비례 제어 밸브처럼 미세한 동작을 할 수 없으므로, 극소압을 계속 공급하는 동작 자체가 어렵습니다. 

밸브가 열리면 코일내압은 원래 원압근처까지 상승하고, 닫히면 즉시 압력이 내려 간다는 것 입니다.​

증기는 공조기 나 물 의 승온여부에 따라 공급되므로, 애초에 배압 보다 낮은 압력이 공급되는 일은 없을 것입니다.

위와 같은 FLOW에 의하면 「O-TRAP」 은 기존트랩 및 파워트랩에 비해 응축수가 정체되어 쌓이질 않는다는 점을 이해하실 수 있습니다.

「O-TRAP」 은 차압(△P)이 존재하는 한 지속적으로 응축수 배출을 시키기 때문입니다.

 

 

이곳 급탕탱크는 차압이 충분히 존재하기 때문에、오리피스 트랩「O-TRAP」만을 설치 운용할 수 있습니다. 「O-TRAP」만을 설치하여도、응축수를 확실하게 배출시키므로、구동용 증기 및 유지 보수 비용의 절감을 기대할 수 있습니다. 또한、다른 어떤 장치에 대해서도 차압을 확보할 곳이 있다면, 파워트랩(트랩펌프)의 대체품 대안으로써 「O-TRAP」을 설계・설치할 수 있습니다.

 

「O-TRAP」은 상시 개방된 둥근 구멍（오리피스）으로 생성 드레인을 지체없이 연속 배출하기 때문에、 응축수가 정체되어 쌓이질 않습니다. 증기 공급 정지 때에 응축수 쌓임이 해소된다면, 워터해머 현상은 억제되는 것입니다. 배압을 반영하여 기종선정하기 때문에 드레인의 부하 변동에 대해서、잘 대응합니다.

 

「O-TRAP」의 수명은 거의 반영구적이며, 열교환기 수명도 덩달아 기존트랩 사용 때 보다 수명이 더 길어 집니다.

생성 드레인을 지체없이 연속 배출하기 때문에、드레인 막이 얇아져 경계면에서의 열전달성이 높아、생산성이 향상됩니다.

 

 

O-TRAP 관련 홈페이지 :  http://k.o-trap.cn 

O-TRAP 관련 E-mail 문의처 :  tjchung@naver.com 

                                           tjchung@daum.net

O-TRAP 관련 Tel 문의처 : 070-7747-8290