증기 수송에 관하여 (증기수송에서의 포인트)

증기 수송에 관하여

1. 증기수송에서의 포인트

보일러에서 발생한 증기는, 운송배관에 의해 공장 내의 필요한 장소부분에 분배됩니다.

 

이 증기 배관 시스템에서 중요한 것은, 우선 첫 번째로 운반해야 할 증기량에 따라, 적절한 구경(사이즈)을 선택하는 것입니다.

증기 배관 구경의 대략치는 증기의 평균 유속이 30m/s가 되는 구경으로 구해집니다.

구경이 너무 작을 때는, 유속 과대가 되므로, 증기 사용 장치에 도달할 때까지의 사이에 압력 강하가 커집니다.

반대로 구경이 너무 클 때는 압력 손실은 작아지지만, 배관 공사비가 높아집니다.

둘째로, 수송관의 운전상 중요한 것은, 배관내에서의 드레인(응축수) 제거입니다.

수송관 내에서 발생하는 드레인(응축수)량은 적지만, 시간이 지남에 따라 축적되어, 그 위에 있는 부분에 모여, 소위 워터 해머를 일으킬 수 있으며, 또한 배관 재료 부식의 원인이기도 합니다.

이 때문에 수송배관 내의 드레인(응축수)은 신속하게 배관 밖으로 배출해야 합니다.

셋째로, 중요한 것은, 증기 수송 중에 증기 누출 및 방열로 인한 열 손실을 가능한 한 낮추어, 증기 장치에 건조 포화 증기(건증기)를 공급하는 것입니다.

운송 중의 손실 열은, 어떠한 일도 하지 않고 손실되기 때문에, 분명한 손실이므로, 이때문에 증기의 질이 저하됩니다.

즉, 손실 열량에 따라 증기의 일부가 응축되어 습증기가 되고, 증기의 보유 열량이 저하됩니다. 이를 방지하기 위해 운송관은 모두 보온됩니다.

 

 

2. 증기 수송관의 레이아웃

드레인(응축수) 제거의 관점에서 증기 수송관의 레이아웃을 생각할 때, 우선 중요한 것은, 증기의 흐름 방향으로 약 1/200~1/300의 하강 구배로 하는 것입니다.

역경사로 하면, 드레인(응축수)은 증기 흐름에 반대하게 되므로 흐름이 어려워집니다.

거리가 긴 경우에는, 도중에 일단 배관을 높은 위치로 올린 후 다시 내림 경사로 합니다.

 

증기 수송관을 시동할 때, 배관 내부는 공기로 채워집니다.

이 초기에 존재하는 공기를 제거해야 합니다.

또 배관내는 주위 온도이기 때문에, 증기 온도까지 온도를 올리기 위해서, 다량의 증기가 소비되고, 정상 운전시에 비해 훨씬 다량의 드레인이 발생합니다.

그러나, 먼저 초기에 존재하는 공기를 제거하지 않으면 드레인을 배출할 수 없습니다.

이 경우 바이패스 밸브를 수동 조작하는 번거로움을 피하기 위해, 자동 에어 벤트를 설치하고, 스팀 트랩은 배기 능력(排気能力)이 좋은 것을 선택해야 합니다.

 

증기 주관에서는 정상 운전의 트랩 부하는, 보통 10~20kg/h 정도의 작은 것입니다.

따라서 주관에 설치되는 트랩은 소용량이지만, 그 수는 많은 경우, 공장 전체 트랩 수의 대부분을 차지합니다.

그 때문에 특히 증기 누설이 적고, 고장을 일으키지 않는 것이 요구됩니다.

 

증기 주관의 드레인(응축수) 제거를 위해서는 드레인 축적(모임)이 필요하지만, 더욱 적극적으로 드레인을 모으기 위한 장치로서, 세퍼레이터(기수분리기)가 있습니다.

세퍼레이터(기수분리기)에는 여러가지가 있지만, 증기를 선회시켜, 원심력으로 분리하는 구조의 것이 특히 효과적입니다.

세퍼레이터(기수분리기)의 바닥에 모아진 드레인은, 스팀 트랩에 의해 배출됩니다.

증기 장치 앞에 세퍼레이터(기수분리기)를 설치하여 건포화증기의 공급을 확보하는 것이 중요합니다.

 

또한 공장 내에서는 배관 변경이 자주 행해져, 불필요하게 된 배관이 그대로 방치되어 있는 경우가 있습니다.

극단적인 경우에는 불필요 배관이 증기로 채워져 있어, 큰 증기 손실이 되어 버립니다.

불필요 배관을 스톱 밸브로 닫아도, 밸브의 증기 누출이 예상되므로 안심할 수 없습니다.

불필요 배관은 철거하고, 맹 플랜지로 막는 것이 필요합니다.

 

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3. 증기 드레인 배출의 필요성

▶드레인(응축수) 배출의 필요성과 그 방법

증기 수송관 중의 드레인은, 방열에 의해 생기는 것 외에, 보일러가 가열기를 가지고 있지 않을 때에는, 보일러에서 나오는 증기는 보통 2%의 습기를 가지고 있습니다.

또, 보일러로부터의 캐리오버도 있습니다.

따라서, 보일러를 나온 직후 증기 헤더에서 충분히 드레인을 제거함과 동시에, 사용 목적지에 도달하기까지, 가능한 한 신속하게 이것을 제거해야 합니다.

 

수송관 내의 드레인은 관 바닥에 쌓이고, 고속으로 흐르는 증기에 의해 증기의 흐름 방향으로 밀립니다.

드레인 제거가 불충분하면 관바닥 드레인의 파도가 점점 높아지고, 마침내는 관의 정점에 이르러, 피스톤 모양이 된 드레인이 증기에 밀려 고속으로 진행합니다.

이것이 밸브나 배관 굴곡부를 만나면 충돌하여 큰 소리와 진동을 일으킵니다.

이 현상을 #워터해머라고 부르지만, 이것은 소음뿐만 아니라 피팅의 느슨함을 일으켜 누설을 일으키거나, 밸브를 파괴할 수도 있습니다.

워터해머를 방지하려면 충분한 드레인 제거가 필요합니다.

 

수송관 내의 드레인을 제거하는 경우, 증기를 고속으로 흐르고 있는 점이 보통의 증기 사용 장치의 드레인 제거의 경우와 다릅니다.

드립관을 주관의 바닥에 설치한 것만으로는, 드레인은 고속 증기이기 때문에 드립의 입구를 그냥 지나쳐 드립관으로 흘러들어가지 않습니다.

반드시 드레인 모임을 마련해(응축수를 모아서) 드레인을 잡아야 합니다.

 

밸브, 감압 밸브, 배관 굴곡부가 있으면, 모처럼 바닥에 쌓여간 드레인이 비산하여 제거가 어려워집니다.

이러한 부품의 앞(전단)에는, 반드시 드레인(응축수) 제거를 실시해야 합니다.

 

드레인은 증기 흐름으로 끌리는 경향이 있지만, 드레인은 증기에 비해 비중이 크기 때문에, 증기가 방향을 바꿀 때, 드레인은 관성에 의해, 지금까지의 방향으로 직진을 계속합니다.

특히 배관의 곡부에서는

이 관성을 이용하여 드레인을 모으는 것이 중요합니다.

장애물이 없는 직선관로에서도 약 50m 간격으로 드레인 제거, 즉 응축수 배출을 해야 합니다.

 

과열 증기 수송관에서는, 관벽이 포화 온도 이하가 되지 않으므로 운전 중에는 드레인을 발생하지 않습니다.

그러나, 시동시에는 반드시 발생하므로, 역시 스팀트랩을 설치하지 않으면 안됩니다.

 

증기 수송관의 드레인(응축수) 제거

 

워터해머 발생

 

4. 증기 수송에 대해 : 공기·CO2 가스 제거

1. 공기 제거

증기장치나 증기주관을 시동할 때는 먼저 초기에 존재하는 공기를 제거해야 합니다.

드레인 제거를 제1로 목적으로하는 스팀트랩은 사용되는 작동원리에 따라 배출능력에 큰 차이가 있습니다.

배출 능력이 작으면 초기가동(시동)에 많은 시간이 걸립니다.

공기는 시동시뿐만 아니라 운전중에도 문제가 됩니다.

증기는 일반적으로 매우 적은 공기를 포함하지만, 작동 중에 장치에 축적됩니다.

장치 열 전달 표면에서 증기가 응축되면, 포함된 약간의 공기는 불응축성이기 때문에 표면에 남아 있습니다.

차례로 새로운 증기가 응축될 때마다 공기가 추가되어 열전달 표면에 공기막이 형성됩니다.

공기의 열전도율은 물의 약 1/20이기 때문에 공기막은 열전달의 큰 장애가 됩니다.

더 중요한 것은, 증기 중에 공기가 혼입되면 압력의 포화 온도보다 온도가 낮아집니다.

예를 들어, 압력 1.0MPa의 증기 온도는 183.2℃이지만, 용적비로 10%의 공기를 포함하고 있을 때에는 절대 압력 1.1MPa·A의 0.9배, 즉 절대 압력 0.99MPa·A에 대한 포화 온도 178.6℃ 되어 4.6℃ 내려갑니다.

공기가 축적되어 35%가 되면 온도는 18.2℃ 내려가고 장치의 출력은 크게 저하합니다.

장비를 효율적으로 운전하려면 이 유해한 공기를 제거해야 합니다.

이를 위해 에어 벤트를 사용합니다.

에어벤트는 공기혼입에 의한 증기온도의 저하를 검출하여 개방하여 이를 자동으로 배출하는 장치입니다.

증기와 공기를 분리하는 능력이 없기 때문에 증기와 공기의 혼합물을 배출합니다.

 

증기 속의 에어 혼입에의한 온도 저하

횡주관의 지지 간격
관경 (A)	15~20	25~32	40~80	90~150	175 이상
간격 [m]	1.8 이하	2.0 이하	3.0 이하	4.0 이하	5.0 이하

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압력 Mpa∙G	증기 속의 공기 혼합율 (용적) %
	0	5	10	15	20	25	30
0.1	119.6	118.8	118.3	117.2	116.3	115.4	114.5
0.2	132.9	131.7	130.5	129.3	128.1	126.7	125.4
0.3	1142.9	141.4	139.9	138.4	136.9	135.4	133.9
0.4	151.1	149.5	147.8	146.2	144.6	142.6	140.9
0.5	158.1	156.3	154.6	152.8	151.1	149.1	147.9
0.6	164.2	162.3	160.5	158.7	156.7	154.6	151.8
0.7	169.6	167.7	165.8	163.9	161.7	159.6	157.4
0.8	174.5	172.6	170.2	168.5	166.3	164.2	161.7
0.9	179.0	177.0	174.5	172.8	170.2	168.3	165.8
1.0	183.2	181.1	179.0	176.8	174.5	172.1	169.6
1.2	190.7	188.5	186.3	184.0	181.5	179.0	176.3
1.4	197.4	195.1	192.8	190.3	187.8	185.1	182.4
1.6	203.4	201.0	198.6	195.9	193.4	190.7	187.8
1.8	208.8	206.4	203.9	201.3	198.6	196.0	192.8
2.0	213.8	211.4	208.8	206.2	203.4	200.4	197.4

증기와 에어의 혼합체로 채워진 용기는 그 전압(全圧)에서의 열량을 전달하는 것이 아니라, 그 혼합비에 의한 증기의 분압에 해당하는 열량만을 전달하게 됩니다.

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2.CO2 가스의 제거

보일러 급수의 수처리가 불완전하면 보일러 내에서 탄산 가스가 발생하여 증기와 함께 보내집니다.

이 탄산 가스는 물에 용해하면 강한 부식성을 나타내므로, 포화 증기 온도에서도 배출하는 것을 생각할 필요가 있습니다.

특히 장치의 운전 휴지 전에는 충분히 블로우 해 제거해 주세요.

그렇지 않으면, 휴지 후 온도가 내려가면 물에 용해되어(용존산소가 증가되어) 장치나 트랩을 부식합니다.

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공기는 어디에 모일까요?

공기는 항상 증기와 드레인의 흐름이 적은 곳에 모입니다.

따라서, 장치에서 증기 입구 및 드레인 배출구의 위치에 따라 달라집니다.

장치의 구조를 다시 확인하여, 공기 밸브의 설치 위치를 검토해야합니다.

 

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