증기 계통에서의 워터 해머 발생 원인과 대책-(2),(3)

하기 1, 2, 3, 4 항은 일본 TLV 사 내용입니다.

 3. 워터해머 대책 2

 장치의 드레인 대책.

증기 수송관과 마찬가지로, 장치에서도 드레인은 신속하게배제해야 하는 대상이기 때문에, 장치의 워터 해머 대책에서도, 드레인을얼마나 원활하게 지연 없이 배제할 수 있는지가 중요합니다.

 

장치의 증기실 내에 드레인이 체류하는 이유로는, 다음을들 수 있습니다.

 

장치의 구조나 설치상의 문제로 스팀트랩으로 드레인 유입이 어려운 경우.

스톨 현상이 발생하고 있는경우

위와 같은 대책은 간단해 보이지만, 실제로는 이렇게 되지않을 수도 있습니다.

 

 

드레인 대책이 어려운 케이스.

예를 들어, 3만 kL급 중유 탱크의 보텀 히터에서는, 내부 히터 길이가 분할되어도 1 개 100 m가 넘습니다. 히터의 입구・출구의 단차에따라서는 구배가 1/300~1/400이 되지만, 이것은 일반적인증기 배관 구배 (1/100~1/200)의 절반 이하에 지나지 않습니다. 이러한 경사에서는, 드레인이 자연 유하(流下)를 할 수 없는 경우가 있습니다.

이와 같이 구조적으로 유하 경사가 잡히지 않는 장치로는, 완전한대책을 강구할 수 없는 경우가 있습니다.

 

또한, 일반적인 히터에서는, 최대 가열 능력에 대해 부하가 극단적으로 작아지면, 스톨 현상이 발생합니다. 스톨 현상은 스팀트랩의 작동 압력 차이를 충분히 확보할 수 없게 되는 상태에서드레인 자연 배출이 불가능합니다.

 

이 경우는, 드레인 증기로 압송・배제하는 파워트랩(펌핑트랩,오그덴펌프, 메카니컬펌프 등)이나 진공 드레인 회수 펌프가 대책으로서 유효합니다.

 

 

환수관(드레인 회수관)의 워터해머

증기 수송관이나 장치 이외에, 환수관(응축수 회수관)에서도 워터 해머가 발생합니다. 환수관내(응축수 회수관내)는 수송 대상인 드레인과 드레인에서 발생하는 플래시증기로 인해, 대부분의 경우, 고온 증기와 저온 드레인들이 혼재되어 있는 상태입니다.

그러나, 수송 대상인 드레인을 배제할 수는 없기 때문에, 환수관의 워터해머에는 근본적인 대책이 없습니다. 경감하는(소규모로 억제하는) 대처법 밖에 없습니다.

 

환수관의 워터 해머에는 많은 발생 형태가 있지만, 기본적으로는모두 증기가 급응축하는 타입의 워터 해머입니다. 그 일례로, 장치에서발생하는 워터해머와 비슷한 발생형태로 「환수관으로부터의 역류증기에 의한 워터해머」 가 있습니다.

 

압력차가 큰 환수관끼리의 접속점이나 플래시 탱크와의 접속점 부근에서,저압측의 환수관으로 고압측의 플래시 증기가 역류하여 워터 해머를 발생시키는 형태입니다.

  

환수관으로부터의 역류 증기에의한 워터 해머

 

플래시 탱크에서 역류 증기로인한 워터 해머

이 워터 해머는, 환수관의 저온 드레인이 맥류하고 있는경우에 발생하기 때문에 많은 공장에서 볼 수 있습니다.

 

대책으로는, 증기의 역류를 방지하기 위해, 체크 밸브를 설치합니다. 단, 설치부분이나 체크 밸브의 종류를 잘못하면, 효과가 반감됩니다.

 

워터 해머 대책 3 에서는 환수관에서 발생하는 워터 해머를, 계속해서 보다 자세하게 다루겠습니다.

 

 

4. 워터해머 대책 3

환수관의 워터해머

워터 해머 대책2 에서도 조금 언급했듯이, 환수관에서도 워터 해머는 발생합니다.

 

환수관내는 수송 대상인 드레인과드레인에서 발생하는 플래시 증기로부터, 고온 증기와 저온 드레인 등이 혼재되어 있는 경우가 많아, 원래 워터해머가 발생하기 쉬운 상황에 있습니다.

 

그러나 수송 대상인 드레인을 배제할 수는 없기 때문에, 환수관에서발생하는 워터해머에는 근본적인 대책이 없습니다. 경감하는(소규모로억제하는) 수 밖에 없습니다.

 

환수관의 워터 해머에는, 많은 발생 형태가 있습니다. 대표적인 3가지 패턴에 대해 설명합니다.

 

 

환수관 워터해머 메커니즘과대책

Chugging (쳐깅) 입니다

 

쳐깅이란 환수관 합류점에서 발생하는 소규모, 짧은 주기의워터해머로 chug(쳐그: 엔진 등이 툭 소리를 내는 것)에 빗대어 이렇게 불립니다. 드레인 및 증기의 온도차가 커서 증기의급응축은 일어나지만 큰 증기덩어리로 성장하지 않을 경우 채깅이 발생합니다. 충격력은 작지만 소음이 문제가됩니다.

 

◎해결책

역류 증기에 의한 워터해머

저온 드레인 이 흐르고 있는 환수관이, 플래시 증기가 존재하는환수관 또는 플래시 탱크에 연결되어 있는 경우에 발생합니다. 환수관의 저온 드레인 맥류가 있는 경우에발생하기 쉽고, 많은 공장에서 볼 수 있습니다. 워터해머발생 장소가 변화하여 원인 규명을 어렵게 할 수도 있습니다.

 

◎대책

고온 증기와 저온 드레인합류에 의한 워터해머

고온 증기가 섞인 환수관과 저온 드레인이 흐르는 환수관이, 합류하는곳에서 발생하는 워터 해머입니다. 앞서 말한 것과 같은 역류가 아니라 각각은 순방향으로 흐르고 있는데, 합류 후 배관 내에서 증기덩어리가 발생하여 워터 해머를 일으킵니다. 환수관에서가장 흔한 형태입니다.

 

이 경우에도, 합류점에서 떨어진 곳이나, 합류점의 상류 쪽에서 워터해머가 발생할 수 있어 원인 규명을 어렵게 합니다.

◎ 대책

이들이 대표적인 3 가지 패턴인데, 대책의 포인트는 공통적입니다.

 

● 증기 덩어리가 커지지 않도록 합니다

● 원인이 되는 증기(플래시 증기 등)를 차단하거나 다른 계통에 연결합니다.     

●최대한 수평배관에서의 고온 증기와 저온 드레인과의 접촉을 끊습니다.

환수관에서 발생하는 워터해머는, 원래 환수관 자체가 발생조건을 갖추고 있기 때문에 발생 여부와 발생 장소 예측이 어렵습니다. 따라서 많은 경우에서 발생하고나서야 대책을 강구하게 됩니다. 또한, 워터해머 발생 원인이, 멀리 떨어진 장치나 계절 가동 장치의 운전에 의한 경우는, 보다광범위하고 장시간 조사가 필요합니다.

 

 

워터해머 대책 마련

의외로 생각될 수도 있지만, 워터 해머 발생 장소를 특정하려면, 온도 분포를 이미지로 시각적으로 포착하는 서모비전이 효과적입니다. 물론써모비전은 배관 표면이 노출되어 있어야 사용이 가능하기 때문에, 보온 시공 전에 실제 운전 상태로 촬영하거나, 시공이 끝난 경우에는 보온을 일단 분리하여 촬영합니다.

 

워터해머발생시배관온도

위의 서모그래프 이미지는 어느 공장의 샘플인데, 같은 곳에서워터해머가 발생하고 있을 때와 발생하지 않았을 때의 온도 차이를 나타냅니다.

 

이 서모그래프 이미지에서 알 수 있듯이 온도가 높은 증기와 온도가 낮은 드레인 접촉 시 해머가 발생할확률이 높아집니다. 즉 고온의 증기와 저온의 드레인 접촉에 의한 온도 변화가 있는 장소를 찾는 것이대책의 지름길이라고 할 수 있습니다.

 

그러나 증기와 드레인 온도 차이가 크면 클수록 망치가 커지는 것은 아닙니다. 이 워터해머 설명시의 첫 번째 워터해머 발생 메커니즘에서 소개한 바와 같이 증기와 드레인 사이의 온도차가 특정범위 (예를 들어 100℃의 증기에 대한 60℃-80℃의 드레인) 에 있을 경우에 해머가 가장 커진다는 실험결과도있습니다.

 

강대한 워터 해머는 위협이므로 누구나 대책을 강구하지만, 작은워터 해머는 비교적 경시됩니다. 그러나, 천천히라도 파괴로나아가기 때문에 예방보전 차원에서 대책을련하는 것이 중요합니다.

 

== 여기까지 일본 TLV사의 내용입니다==

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