증기 스톨 현상이란~왜 증기의 스톨 현상이 발생하는 걸까요? ①

■ 증기 스톨 현상이란

증기에서의 스톨 현상이란, 스팀 트랩 전후의 압력차가 없어져 스팀 트랩에서 드레인이 배출되지 않고 트랩 이전의 배관, 열교환기 내에 드레인이 체류해 버리는 현상입니다.

즉, 스톨이란 열교환기로부터의 드레인 흐름의 감소 또는 정지를 나타냅니다.

스톨 현상이 발생하면 예를 들어 열교환기 장치의 경우, 그 장치 내에 드레인이 체류하여 아래와 같은 현상이 일어납니다.

· 열교환기 히터 내부에서 워터해머(스팀해머) 소리가 발생

· 드레인 체류에 의한 부식, 열화 → 열교환기 코일 파손이 자주 발생

· 열교환장치의 온도가 균일하지 않게 된다. 열교환 장치의 능력(성능) 저하

・제품 표면 건조의 불균일, 가열 부족

・열교환기의 동결로 인한 손상

・제어 밸브 헌팅

・장비 수명 단축

・열교환기의 가스켓 누출

・배관(파이프) 부식 등

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■ 왜 증기의 스톨 현상이 발생하는 걸까요?

증기로 열교환 후에 스팀 트랩으로 온수, 드레인으로 배출합니다. 이 스팀트랩 자체에는 흡인 혹은 압송하는 것이 아니라, 트랩에의 입구측, 1차측과 트랩의 배출측, 2차측의 압력차를 이용하여 증기를 드레인으로서 배출합니다. 따라서 트랩이 정상적으로 작동하기 위해서는 트랩 1차측 압력이 2차측 압력보다 높아야 합니다. 그 때문에, 드레인의 배출 능력은, 같은 트랩을 사용했더라도 입구 쪽과 배출 쪽의 압력 차이가 클수록 높아집니다. 반대로, 압력차가 0 또는 마이너스가 되면, 어떤 트랩이라도 드레인을 배출할 수 없게 되어 열교환 장치 내에 드레인이 체류해 버리게 됩니다.

예를 들어, 열교환장치에서 온도제어밸브가 사용되고 있는 경우는 운전 중에 입구측과 배출측의 압력차가 역전되어 버리는 경우가 있습니다. 증기에서의 열교환 장치의 온도 제어는 증기의 압력을 조정함으로써 실시합니다. 제어에 의해 증기 투입측의 압력이 내려가는 것에 따라, 트랩 입구측과 배출측의 압력차는 감소하여 드레인이 배출되기 어렵게 됩니다. 증기투입측 압력이 0까지 떨어지면 압력차가 없어져 드레인은 배출되지 않고, 열교환장치 내에 체류합니다. 이 상태에서 증기 투입측의 압력이 올라가면, 장치 내에 체류한 드레인 내로 증기가 투입되어 가게되어 워터해머가 발생합니다.

 

증기 시스템은 원래, 트랩 1차측 압력은 2차측 압력보다 높게 설계되어 있습니다만, 온도 제어 밸브가 채용되어 있는 경우 등은 운전 중에 이 압력 차이가 역전되어 버릴 수 있습니다.

일반적으로 열교환기는 최대 부하에 맞는 크기로 설계됩니다. 열교환기의 전열면적은 일정하고 가변할 수 없지만, 부하는 운전상태에 따라 변동합니다. 예를 들면, 열풍 히터에 있어서 풍량이 감소했을 경우, 지금까지와 같은 열풍 온도를 유지하기 위해서는, 열원인 증기의 온도(압력)를 낮추는 수밖에 없습니다.

 

온도 제어 밸브가 완전히 닫히도록 밸브 개도를 좁혀 열교환기 내부의 압력이 떨어지면, 트랩 1차측 압력이 2차 측압력보다 낮아져 드레인은 더 이상 트랩에서 배출되지 않게 됩니다(=스톨현상).

 

▷ 열교환기 온도제어로 배압이 0.1MPag인 경우의 예;

배압이 0.1MPa 있는 경우

 

▷ 증기를 열원으로 사용하는 열풍 히터에서 스톨이 발생하는 메커니즘

0.3MPaG증기를 제어밸브, 온도센서 및 컨트롤러를 사용하여 80℃의 열풍을 얻을 수 있도록 제어됩니다.

이런 경우에 스톨 현상이 많이 발생합니다.

압력계의 지침이나 밸브의 개도표시, 측정온도표시에 의해 그 당시의 제어 및 상황을 확인할 수 있습니다.

 

스톨 현상을 발생시키지 않는 대책은 다음과 같습니다.

・ 파워트랩이나 진공펌프 등으로 강제적으로 드레인을 배출한다.

・ 열교환기와 스팀트랩의 낙차, 높이의 차이를 가능한 한 취한다.

・ 스팀 트랩은 압력차가 적어도 작동하는 것을 선정한다. 예를 들어, 고정오리피스식 O-TRAP 설치등 으로 해결합니다.

 

◆ 왜 스톨을 해소시켜야 하는가?

드레인이 열교환기 내에 체류하지 않게 하므로써, 부하변동에 대응한 가열 불균일이 없는 이상적인 가열을 행할 수 있을 뿐만 아니라 워터해머의 발생이나 동결에 의한 히터의 파손도 방지할 수 있습니다.

 

스톨을 해소하고 드레인을 회수하면 비용 절감에 기여할 수 있습니다.

고정오리피스식 O-TRAP 만으로 스톨을 효과적으로 해결할 수 있도록, 설계하여 설치할 수있다면, 고가의 값비싼 드레인 회수 시스템을 도입할 필요가 없으며, 증기를 사용하는 장치에서 고온의 드레인을 회수하여 보일러 급수 시스템으로 되돌리는 것으로 단기간 내 투자를 회수할 수 있습니다.

 

 

O-TRAP은 간단한 구조이기 때문에 、공간 절약, 경량으로 시공 코스트 절감에 공헌하며, 고장 날 부품이 없어 수명이 거의 반 영구적입니다.

극소 차압에서의 응축수 배출 ～Power Trap,오그덴펌프 폐지에 따른 Running Cost Down 예

밸브체를 갖지않는 고정 오리피스식 트랩인 「O-TRAP（오・트랩)」 은 환경에 맟추어 설계합니다.

그래서 차압이 거의 없는 장소（0.05MPa）에서도 10톤 이상의 응축수를 부드럽게 배출합니다.

응축수를 강제 배출하기 위한 기기 (파워트랩, 오그덴펌프) 나 배관을 폐지함으로써、가동에 필요로 하는 에너지・보전 비용・배관비용 을 절감합니다.

 

 

O-TRAP 상담 문의 ;

O-TRAP 관련 홈페이지 : http://k.o-trap.cn

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

O-TRAP 관련 Tel 문의처 : 070-7747-8290