자켓 탱크(Jacket Tank) 의 소요열량 및 자켓 탱크(Jacket Tank) 안의 피가열물질인 물을 가열하는 증기 소비량(스팀량) 계산

Jacket Tank 의 소요열량 및 Jacket Tank 안의 물 가열 증기 소비량(스팀량) 계산

 

⑴ 장치(설비)인 DOUBLE JACKET TANK(이중 자켓 탱크)의 조건;

- 자켓 탱크 수량 : 3 대
- 재질: SUS304 (두께 3mm, 비중 7.93, 비열 0.118 ㎉/㎏℃)
- JACKET TANK 내부 용적 :  2,000 ℓ ( 2.03472 ㎥ )
- JACKET TANK SIZE : 직경(d 지름) 1,200 mm (1.2m), 길이(L) 1,800 mm (1.8m)
- 피가열 물질 명: 물
- 가열 조건 : 원수(냉수) 20℃,  목표 온도 95℃, 승온 목표 도달 시간 60분(1hr)
- 공급 증기 압력 0.2 MPa·G (스팀 온도 133.25 ℃), 잠열 516.88 ㎉/㎏
- 이중 자켓 탱크(JacketTank)로서 외부쪽 열손실은 고려하지 않고, 내부 쪽으로의 열전달을 한다는 기준으로 가정 하여 필요 열량 계산을 진행하겠습니다.

 

⑵ 열량 계산

⒜ 자켓 탱크 (Jacket Tank) 소요 열량

  ① 내부 용적 2000 ℓ ;  ( 2.03472 ㎥ ) 【 π/4 * d² * L (체적구하는 공식에서 】  

 ② 자켓 탱크 (Jacket Tank)의 가열 무게
     - 상·하판 무게 : 1.2^² * 3.14/4 * 2장 = 2.26 m² * 0.003m(두께) = 0.0067824m³ * 7.93(비중)= 0.05378m³= 53.78 kg
     - 몸통판 무게 : 2 * 3.14(π) * 0.6(반경) * 1.8(길이)* 0.003(두께) * 7.93 (비중) = 161.35 kg
     - 자켓 탱크 (Jacket Tank) 무게 합계 :  215.13 kg
③ 자켓 탱크 (Jacket Tank)의 소비열량
     - 소비열량 = 215.13 kg * 0.118 ㎉/㎏℃ * (95℃ - 20℃ ) = 1,903.9 kcal/h ≒ 1,904 kcal/h
 

⒝ 자켓 탱크 (Jacket Tank) 내부의 피가열물질인 물의 가열 소비량

①    Q (㎉/h) = m * Cp * ΔT (온도차=Th - Tc) = 2,000 * 1㎉/㎏℃ * (95℃-20℃) = 150,000 kcal/h

              m = 가열하고자하는 물질의 질량, 중량 (㎏)

               cp = 가열하고자 하는 물질의 정압비열 (㎉/㎏∙℃)

               Th(th) = 승온하고자 하는 온도 (설정목표온도값) (℃)

              Tc(tc) = 승온 하기전의 초기 온도 (℃)

 

⒞ 자켓 탱크 (Jacket Tank)의 물(피가열물질) 2,000 ℓ 를 가열 하려 한다면, 1대당

② 150,000 kcal/h + 1,904 kcal/h = 151,904 kcal/h 의 열량이 소요됩니다.
 

⒟ 자켓 탱크 ( Jacket Tank) 가 합 3대 이며, 공급 증기압력이 0.2 MPa·G 이므로,

     총소비열량을 공급 증기 압력의 잠열로 나누어 주면 증기 필요량이 계산되어 나옵니다.

③ 151,904 kcal/h * 3 대 = 455,712 kcal/h ÷ 516.88 ㎉/㎏ = 881.66 kg/h 입니다.
 

⒠ 이 증기량은 일반적인 즉, 이론적이고 산술적인 양이라 할 수가 있으며, 현장에 적용시에는 배관의 마찰 손실, 배관의 기울기 (배관의 순구배, 역구배), 증기 건도, 보온 효율, 등에 의하여 안전율(여유율)을 주어야 하는 것입니다. 만일, 보일러 용량을 결정한다면, 상기 ⒟의 증기량을 기준하여 약 30%~40% 정도를 UP 하여 여유있게 정하도록 하면 어떨까 합니다.

④ 881.66 kg/h * 1.3 (130%) = 1,146 ㎏/h 정도의 보일러가 필요하게 됩니다.

가까운 장래에 증설이 필요하지 않다면, 꼭 이 용량에 맞는 보일러를 주문/제작 하던가 아니면 더 여유를 가지고 집행한다면 약 1.5 톤짜리 정도의 보일러를 설치하면 될 것으로 추정됩니다.

 

⑶ 위와 같은 상황에서, 증기 공급 배관경은 어느 정도의 크기가 좋을 까요?

⒜ 증기 공급 평균 속도를 25m/s 로 보고 스파이렉스 사코의 증기 속도 테이블을 이용하여 보일러에서 공급 압력을 약 0.7 MPa·G 보고 자켓 탱크(Jacket Tank)의 전단에서 감압을 하여 잠열의 효과를 극대화 하고, 감압밸브 후단 압력을 0.2 MPa·G 로 보고 배관경을 구하면, 보일러의 헤더로부터는 65A 배관으로 공급이 되어, 자켓 탱크(Jacket Tank)의 1개 마다 감압밸브를 설치한다면, 65A 배관에서 감압밸브전단은 40A, 후단은 65A로 설치하여 공급을 하면 되겠습니다. 아래 도표에서 보듯이 속도는 25m/s 를 기준으로 하고, 공급 압력과 감압 압력의 유량 값을 고려하여 선정하면 될 것입니다.
 
⒝ 증기 배관에서 증기 통과량 (㎏/h) (KSD 3562 기준)

 

 

 

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