배관 기초 지식- 스팀 트랩의 역할과 구조 소개 및 고장 때 선정 방법

스팀 트랩

스팀 트랩은, 증기를 사용하거나 생산하는 설비에 필수적인 증기응축수배출 자동 밸브입니다. 그러나, 구조나 역할 등에 대해서 세부까지 이해하고 있는 분은 적지 않은 것은 아닐까요? 스팀트랩이 고장난 경우, 교체할 기종 선정에 고생하는 경우도 있을 것입니다.

 

그래서 이 곳에서는, 스팀트랩의 역할과 구조, 원리, 고장시 제품 선정에 도움이 되는 정보를 소개합니다.

 

스팀트랩의 역할이란?

스팀트랩은, 기기에 모인 드레인(응축수)이나 에어를 배출하는 자동밸브입니다. 증기의 생산성 향상을 목적으로 증기를 사용·생산하는 설비에는 빠뜨릴 수 없는 에너지 절약 기기입니다. 증기를 누출시키지 않고 드레인이나 물만을 배출하여 기기의 고장을 방지합니다.

 

워터 해머(스팀 해머) 현상 방지

스팀트랩은, 드레인으로 인한 결함 중 하나인 워터해머(스팀해머) 현상을 방지하는 데 도움이 됩니다.

 

가열한 증기가 식어서 생긴 드레인에 증기가 닿았을 때의 비체적 차이에 의해 증기가 단번에 응축되어 증기 부피가 거의 제로(zero)가 됩니다. 증기로 채워진 공간은, 이 응축 과정에서 일시적으로 진공 상태가 되고, 여기를 향해 온 드레인이 부딪치는 것에 의해 워터 해머(스팀 해머)가 발생합니다.

 

배관 내에 드레인이 모여, 증기의 급속한 흐름에 끌린 물의 덩어리가, 고속으로 배관이나 기기에 부딪혀 진동이나 충격음이 일어나면, 최악의 경우, 손상되어 트러블로 이어집니다.

 

게다가, 드레인이 열교환기 내부 등에 모여, 열교환율의 저하나 기기가 부식을 일으키는 원인이 됩니다. 스팀 트랩을 설치하여야 이러한 문제를 방지합니다.

 

스팀트랩의 작동·원리

스팀트랩에는 고정오리피스식(Fixed Orifice Type = O-TRAP), 버켓식(Bucket Type)이나 프리 플로트식(Free Float Type), 프리볼 버킷식(Free Ball Bucket Type), 펌프 기능 내장식 등 여러 종류가 있어, 구조는 각각 다릅니다. 그 중에서도 많이 사용되는 고정오리피스식 트랩(O-TRAP) 과 프리 플로트식 트랩(Free Float Type Trap)의 경우 다음과 같이 작동합니다.

 

A) 고정오리피스식 트랩(O-TRAP)

1) 고정오리피스식 트랩은 오리피스의 성질을 이용한 응축수 배출 제어 시스템 으로써, 상시 개방된 구멍(고정 오리피스)에서 응축수를 연속 배출할 뿐이므로, 대부분 고장이 없어 거의 반영구적으로 사용할 수 있습니다. (고장 날, 작동하는 부품이 없음)

 

2) 고정오리피스식 스팀트랩(O-TRAP)은 오리피스(구멍)가, 항시 개방되어 있어서 응축수가 발생과 동시에 흘러나가게 되어있습니다. 그 때문에 배관내부라든가, 부하체(장치) 내부에 응축수가 체류하질 않습니다.

 

3) 응축수를 연속적으로 배출하기 때문에, 경계면 에서의 열전달 가능성이 높아 생산성이 향상된다. 따라서, 에너지 절약 성이 뛰어나 지구 온난화 방지에 기여합니다.

 

4) 워터 해머를 일으키지 않고, 충격에도 강하며, 극소 차압(ΔP)에서도 차압이 존재하는 한 응축수를 배출시키므로 스톨발생 억제에도 기여합니다.

 

5) 이 O-TRAP은 기존 스팀 트랩보다 정확한 정보가 필요하다는 단점이 있습니다. 즉, 최소 최대 드레인 량 과 입구 출구의 압력차이를 알지 못하면, 적절한 오리피스 시스템의 설계를 할 수 없다는 것입니다.

 

B) 프리 플로트식 트랩(Free Float Type Trap)

1) 증기의 통기는 처음부터 에어벤트가 열려 있는 상태에서, 거기로부터 공기가 급속하게 배출됩니다. 동시에, 저온 응축수가 본체 내부를 채우고, 플로트가 크게 부상합니다.

 

2) 부력이 밸브부에 전해져, 밸브 자체가 모두 열리게(전개全開)되어 물을 배출합니다. 응축수 온도가 계속 상승함에 따라, 초기의 공기가 빠져 에어 벤트가 닫힙니다. 고온 응축수를 하부 밸브에서만 배출하고, 거의 드레인을 뽑아내면 증기의 유입이 수반됩니다.

 

3) 응축수의 발생량에 맞추어 플로트가 오르내리기 때문에, 밸브 개도를 조정하면서 응축수를 배출합니다.

 

4) 이 스팀트랩은 응축수 와 증기와의 온도차이와 비중차이, 압력변화 등을 이용하여 기계적으로 밸브를 움직여 드레인과 증기를 나눕니다. 또한, 기계적인 작동 밸브가 있기 때문에, 장기간 사용하고 있으면 움직임이 나빠지거나 변형되어 설계대로 기능을 다하지 못하게 되어 버립니다. 그렇게 되면 드레인과 증기가 분리되지 못하게 되어, 드레인이 잘 배출되지 않게 되거나, 증기가 누설 되게 됩니다.

 

스팀 트랩의 용도

스팀트랩은 사용하는 기기・장치에 적합한 타입을 선택해야 합니다. 잘못된 형식을 선택하면, 정상적으로 작동하지 않고 드레인이 배출되지 않거나 증기의 누설 등의 증상을 일으킬 수 있습니다.

 

스팀트랩은 각각 다음과 같은 용도로 사용됩니다.

증기 수송관(주관, 분지관, 헤더 등)	고정오리피스식, 버켓식, 플로트식, 서모엘레멘트식, 디스크식
공조•생산 설비(열교환기 등)	고정오리피스식, 버켓식, 플로트식
공조•생산 설비(에어 핸들링 유닛)	고정오리피스식, 버켓식, 플로트식
식품제조•주방설비(조림•가열 솥 등)	고정오리피스식, 버켓식, 플로트식
클리닝기기(프레스기•건조기 등)	고정오리피스식, 버켓식, 플로트식, 디스크식
의료•약품•식품 기기	(오토클레이브·멸균기 등) 고정오리피스식, 버켓식, 서모 엘리먼트식, 디스크식

 

스팀 트랩의 선정 방법

스팀트랩은, 사용기기의 드레인 발생량에 맞추어 기종(Model)선정을 실시합니다.

A)   고정오리피스식 트랩(O-TRAP)의 기종(Model)선정 계산식은 다음과 같습니다.

       응축수의 오리피스 통과유량 계산식:  (QL = Cd × 1.252 × d² × √⊿P/V)

        

        참고사이트 : https://blog.naver.com/tjchung/221682447750

 

B)   기존의 일반적인 스팀트랩의 기종(Model)선정 계산식은 다음과 같이 표현됩니다.

       스팀트랩의 배출량 > 드레인 발생량 × 3 (안전계수)

 

       참고 사이트: ① 스팀 트랩 기종 선정을 위한 응축수 발생량 계산식

                                 https://blog.naver.com/tjchung/222314864426

 

                            ② 공조기의 증기(열)소비량 계산 및 O-TRAP 기종선정에 대한 설명

                                 https://blog.naver.com/tjchung/222626359434

 

응축수 발생량=스팀트랩의 배출량으로 하는 경우, 드레인을 배출하고 있다고 해도 배관이나 기기•장치 내에는 드레인이 충만하여 있게 됩니다. 이 때문에, 안전 계수를 취해야 합니다. 안전 계수는 경험적으로 보통 A)고정오리피스식 트랩(O-TRAP)은 0.2~0.8 (min20%~max80%), B)기존의 일반적인 스팀트랩들은 3 (300%)으로 설정합니다.

 

스팀트랩의 접속호칭지름은 배관이나 사용하는 기기의 드레인 발생량에, 안전계수 3을 곱한 양을 배출할 수 있는 능력을 가진 호칭지름의 형식을 선정합니다.

 

트랩 이후의 후단에도 동일 지름(경)으로 긴 거리를 늘릴 경우, 별도 압력 손실 등을 고려하여 배관 사이즈를 결정합니다.

 

고장시에는 기종(Model) 선정을 다시하여 적절한 스팀트랩을 설치합시다

이 곳 내용에서는 스팀 트랩에 대해 소개했습니다. 스팀트랩은, 기기 내에 모인 드레인을 배출시켜 에너지 절약으로 이어질 뿐만 아니라, 손상이나 누출 등을 방지하는 중요한 설비입니다. 고장 발생시에는, 용도나 기종(Model) 선정을 다시하여 적절한 제품을 선택합시다.

 

스팀트랩을 선정할 때, 교체할 제품을 찾을 수 없다든가, 모르는 분이 계시면, 당사에 상담해 주십시오. 선정으로부터 견적, 납품까지 원 스톱으로 대응 가능합니다.

 

스팀 트랩 불량에 의한 결함

스팀 트랩의 고장에 의한 발생 내용	결 과
1) 응축수가 잘 배출되지 않는다      (정체 또는 막힘)	•전열 면적이 감소하기 때문에 가열성능이 저하해 져, 여분의 증기가 더 필요해 진다 •가열의 얼룩이 생긴다 •워터 해머가 발생해 장비/설비가 파손된다
2) 증기가 샌다 (증기 누출)	•미사용된 증기누출로, 여분의 증기가 더 필요해진다

 

◈ 스팀 트랩의 고장은 알아채기가 어렵습니다 ◈

스팀 트랩은, 증기를 사용하는 설비에는 반드시 설치되어 있지만, 비교적 작은 부품이고, 배관의 도중에 설치되어 있으면, 증기누출, 드레인 배출 불량 이라고 해도, 밖에서는 잘 관찰할 수 없는 일도 많을 것입니다.

 

혹은 설치해서 몇 년 동안 점검한 적도 없는 경우가 많기도 합니다.

 

증기 가열로 중요한 역할을 담당하고 있는 스팀 트랩입니다만, 결함이 있어도 알아채기 어려운 것입니다.

 

따라서, 당사에서 추천하는 것은 작동밸브를 사용하지않는 고정 오리피스식 증기트랩 "O-TRAP"입니다.

 

이 스팀트랩(O-TRAP)은, 응축수만을 배출하도록 설계된, 고정 오리피스(작은구멍) 만을 사용하여 응축수를 배출하기 때문에, 작동하는 부속품이 없어서(=고장날 부품이 없는) 매우 내구성이 높은 것이 특징입니다.

 

참고사이트 :  고정오리피스식 드레인(응축수) 배출기 "O-TRAP" 상품 설명 자료

                       https://blog.naver.com/tjchung/220576153155

 

 

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

 

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