증기 사용시 온도제어 설비의 응축수 배출 정지조건

증기 사용시 온도제어 설비의 응축수 배출 정지조건

온도를 제어하는 설비의 경우, 설비의 운전특성으로 인하여 전열면의 증기압력이 배압보다 낮게 떨어져, 응축수가 더이상 자력으로는 스팀 트랩을 통해서 배출 되지 못하는 “응축수 배출정지조건” 이 발생합니다.
이 응축수 배출정지조건 이하에서는 국부적으로 혹은 전열면 전체에 응축수가 정체되어 아래와 같은 심각한 문제를 유발 합니다.
▶ 온도제어의 불안정
▶ 전열면의 부식 및 이로 인한 누수

▶ 워터해머, 소음 및 이로 인한 설비의 심각한 손상

 

가. 피가열체의 유량이 일정하고 입구온도가 변하는 경우

1. 피가열체 유량 : 3,000 kg/h
2. 피가열체의 설계 입구 온도 : 20 °C
3. 피가열체의 요구온도 : 80 °C
4. 증기사용량 : 300 kg/h
5. 증기공급압력 : 3.0 kg/㎠g
6. 증기공급온도 : 143 °C
7. 응축수관의 총배압 : 1.0 kg/㎠g

8. 배압과 같은 압력의 증기온도 : 120 °C

 

응축수 배출정지조건(계산) 

              Tbp - Tc
M(%) = ─────── x 100
               Ts - Tc

 

     120 - 80
=  ─────── x 100

     143 – 80

 

=  63.5(%)
 

설비의 부하가 63.5%로 감소되면 더 이상 응축수가 배출되지 못하는 배출정지조건에 도달하게 된다.
이것을 피가열체의 입구온도로 환산하여 보면 피가열체의 입구온도가 42°C 이상 상승되면 증기공간내 압력이 배압 보다 낮아져 응축수는 더 이상 자력으로는 배출될 수 없게 됩니다.

응축수 배출정지조건 도표

 

나. 피가열체의 입구온도가 일정하고 유량이 변하는 경우

1. 피가열체 유량 : 2,000 kg/h
2. 피가열체의 설계 입구 온도 : 50 °C
3. 피가열체의 요구온도 : 130 °C
4. 증기사용량 : 600 kg/h
5. 증기공급압력 : 6.0 kg/cm2g
6. 증기공급온도 : 164 °C
7. 응축수관의 총배압 : 3.0 kg/cm2g
8. 배압과 같은 압력의 증기온도 : 143 °C

 

응축수 배출정지조건(계산)

              Tbp – (Tin + Tc)/2
M(%) = ──────────── x 100
               Ts – (Tin + Tc)/2
 
      143 - 90
=  ─────── x 100

      164 – 90
 
=  71.6(%)
 

응축수 배출정지조건 도표

열교환기의 부하가 71.6%로 감소되면 더 이상 응축수가 배출되지 못하는 배출정지조건에 도달하게 됩니다. 이것을 공정유체의 부하변동폭으로 환산해 보면 2000kg/h x 0.716 = 1,432kg/h 으로, 피가열체 유량이 이 이하로 감소하면 응축수는 더 이상 자력으로는 배출될 수 없습니다.
응축수 배출정지조건은 조건에 따라 위의 도표를 이용하여 쉽게 구할 수 있으며 설비의 부하가 몇 퍼센트 이하로 감소했을 때 응축수정체(Water logging)가 발생하는지 알 수 있습니다.

 
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【응축수 회수가 불가능한 조건 및 효과적인 응축수 회수 방안】

①응축수 배관의 상승 트랩보다 응축수 회수배관이 높게 설치되어 있는 경우에는 트랩출구의 응축수 배출압력이 높아져서 트랩에 차압(ΔP)이 감소하고 응축수의 회수능력이 낮아지며, 설비 가동초기 및 설비의 부하변동에 따라 워터햄머가 발생하게 됩니다. 이러한 현상은 설비 가동초기에 특히 자주 발생하며 일정시간이 지나 트랩입구에 응축수 배출에 필요한 충분한 압력이 형성되면 이러한 현상은 해소되는 경우가 있습니다. 그러나 대부분의 공조기 코일의 파손발생시점이 공조기 가동 초기에 코일 내에 생기는 진공과 이로 인한 증기 유속의 증가, 그리고 가동 초기에 다량의 응축수가 발생한다는 점을 고려한다면 보다 효과적인 회수방안을 채택하여야 합니다. 또한 트랩의 토출측 배관은 응축수배관의 상부에 연결하여 설치하여야 합니다.

 

②온도제어시스템의 영향으로 열교환기와 같은 온도조절시스템이 설치된 곳에서는 종종 응축수 배출이 되지않는 응축수 배출 정지조건이 발생하여 응축수가 설비내에 정체되고, 온도제어가 곤란한 경우가 발생합니다.

 

이는 열교환기 온도가 상승하면 열교환기 스팀밸브가 닫히게 되고, 이에 따라서 열교환기 내의 스팀압력이 트랩출구의 배압보다 낮아져서 응축수 배출이 안되는 경우가 발생합니다.

 

③하나의 회수관에 서로 다른 배압을 가진 트랩의 공동 설치는 여러 개의 트랩에서 동시에 응축수가 배출될 때, 각각의 서로 다른 배압으로 인하여 각 개별 트랩의 출구압력이 상충하여 저압용의 트랩의 배출이 불량해 집니다.

 

④차압 (ΔP)이 존재 한다면, 간헐 배출식이 아닌 연속 배출식인 고정 오리피스식 스팀 트랩 (O-TRAP)만으로 응축수 회수 처리가 가능토록 설계가 가능하므로, 값비싼 펌핑트랩을 고려할 필요가 없을 것이니, 상담하시길 바랍니다.

 
 

고정오리피스식 스팀트랩인 O-TRAP에 의한 응축수 회수 원리

차압(ΔP)이 존재한다면, 연속 배출식인 고정 오리피스식 트랩(O-TRAP)만으로 응축수회수 처리 할 수 있도록 설계가 가능한 원리를 설명드립니다.

 

◎ 고정 오리피스식 응축수 배출장치　O-TRAP 이란?
O-TRAP 은 기존의 Steam Trap 처럼 작동 밸브를 사용하지 않고, 드레인 량에 맞는 크기의 원형 구멍의 개구면적을 설계하여 드레인 만을 배출시키는 구조의 획기적인 응축수 배출 장치입니다.

 

작동 밸브가 없어 구조가 단순하기 때문에, 고장이나 증기 누출이 발생하지 않고, 대용량의 드레인에도 소 구경으로 대응할 수 있는 것이 특징입니다.

 

O-TRAP(고정오리피스 타입 스팀트랩)은 엔지니어링 된 응축수 연속 배출 장치입니다.
O-TRA은 증기손실을 최소화하면서 공기, 응축수 및 기타 모든 비응축성 가스를 배출합니다.

 

최대 열효율로 응축수 부하를 배출하기 위해 특정 응용 분야에 대해 고정오리피스 크기 (직경, Φ, Size)를 계산합니다. 배출되는 뜨거운 응축수의 약 10~25 %가 일정한 압력 강하로 오리피스의 하류 측에서 증기로 재증발(플래시) 합니다. 이 재증발 효과는 포화 증기의 흐름을 더욱 제한합니다. 실제 조건에서는, 최소 비율의 증기가 응축수와 함께 배출되는데, 이는 응축수에 비해 증기의 부피가 상대적으로 크기 때문입니다.

 

O-TRAP 은 움직이는 부속품이 전혀 없어 고장나지 않기 때문에 모든 압력에서 적용 할 수 있으며, 스팀 트랩으로써의 수명이 거의 반 영구적입니다.

 

 

 

고정오리피스식 스팀트랩인 O-TRAP 채택시 ;

고정오리피스식 스팀트랩인 "O-TRAP" 은, 구멍이 열려있는 그냥 단순한 구조이기 때문에, 고장 나지않는 특징이 있는 반면, 모델(기종) 선정 조건이 필요하여, 설치 시 정확한 기술 사양(데이터) 확보를 해야하는 것에 조금 수고가 든다는 점입니다. (본체가 SUS 재질이기에 증기압력이 높다해서 깨지지 않으며, 증기로 인해 마모도 없기 때문에 오래 사용합니다)
 
고정오리피스식 스팀트랩인 O-TRAP 은, 작동하는 밸브가 없기 때문에, O-TRAP은 열교환기(히터) 내부가 매우 낮은 차압이 되어도, 중력으로 응축수가 제거 됨으로써, 제자리에 액면이 발생하지 않아(즉, 응축수가 정체 되지않기에), 부식의 영향이 한곳으로(한자리에) 집중하지 않습니다.
 
공조기 내부의 압력이 매우 낮은 상태 (대체로 0.1MPaG 이하= 1㎏/㎠·g이하) 에서, 중력만으로 응축수가 제거 되는 것에 대해서, 기존에 사용하고 있는 기존의 기계식 스팀 트랩들의 경우, 낮은 차압(0.5 ㎏/㎠·g이하)가 되면, 응축수를 거의 밀어 내지 못하는 경우가 대부분일 것입니다. (이글의 서두 설명 내용 참조)
공조기 유니트 히터(AHU: Air Handling Unit) 같은 경우, 내부가 매우 낮은 차압(ΔP) 즉, (극 차압)이 되어도, 고정오리피스식 스팀트랩인 “O-TRAP”은, 차압(ΔP)이 존재하는 한, 응축수가 제거 되는 것으로, 즉 증기 소비에 의한 응축수 발생과 동시에 계속적으로 발생된 이 응축수를 배출시켜 제거할 수 있다는 것입니다.

 

O-TRAP 관련 상담문의

E-mail :  tjchung@hanmail.net 

O-TRAP URL :  http://k.o-trap.cn 

O-TRAP 상담 전화 :  070-7747-8290