▣ 증기 수송관 7㎞ 구간에서의 압력손실 및 증기량 손실 계산
현장 상황 :
▷어느 소각장에서 발생된 증기를 7km 떨어진 제지회사에 증기를 공급하려는 상황입니다.
소각장 증기 17bar (13~14Ton/h) → 250A, 7km(7,000m) → 제지공장 10bar (9Ton/h이하)가 되기 때문임.
(배관설치 11년경과) 스팀트랩 23개 설치되어있음(=트랩간 평균 간격: 300m로 추정).
(관로 부분적으로 보완 공사 하고있으나, 신규 트랩 추가 설치는 불가능한 환경임‼)
☞문제점: 포화증기 17bar(13Ton/h)→250A, 7km→제지공장에 도달하면 10bar(9Ton/h)이하로 되기 때문임.
▶트랩간거리에서의 응축수 발생량 산출 및 문제점 진단과 개선 제안 설명
사양: 포화증기(과열증기가 아님), 증기압력1.7MPa∙G, 증기배관경 250A,
스팀트랩간거리(간격) 300m(7km구간에 23개의 트랩이 설치된 것으로부터 산출),
보온효율 90%, 동절기최저온도 -10℃. 옥외 환경.
○상기 사양 조건에서 응축수 발생량 계산 ;
☞ 포화증기압력1.7MPa∙G, 관경250A, 트랩간 간격 300m에서 방열되어 발생하는 응축수량은
약214.49㎏/h이며, 열교환기에서처럼 응축수 발생량 너무 많아서 열효율성이 매우 떨어질것으로여겨짐.
증기주관의 이상적인 트랩설치 간격은 응축수 발생량 20㎏/h을 넘지 않도록 하는 범위 내에서 설치해야 가장 효율적입니다. 그렇지않으면 에너지효율이 급격히 떨어지게되는 원인이 되기 때문입니다.
☞ 신규 트랩 추가 설치 불가한 환경이기 때문이라면, 응축수를 연속적으로 배출시켜주는
“고정오리피스식 스팀트랩(O-TRAP MS No.5→배출능력 max 284.5㎏/h)으로 교환 설치할 것을 추천합니다. 꽤 많은 플래시가 나올 것입니다만, O-TRAP No.5 라면 응축수 배출이 충분할 것입니다.
☞ 현재는, 드레인을 다 배출시키지 못하고 있지 않을까? 라고 생각합니다.
드레인만 제대로 배출시켜 낼 수 있다면, 현재의 문제점(압력손실/증기량손실)이 어느정도 해결될 가능성이 높을 것입니다!
| O-TRAP No.5 본체 평면도 최고사용압력 : 2.0Mpa∙G 최고사용온도 : 260℃ BODY: SUS304 (접속경 20A, 3/4") |
 |
▣ 소각장 보일러로부터 7km 거리에 도달 시 증기압력손실 파악
증기 17bar (13~14Ton/h) → 250A, 7km(7,000m) → A제지 공장 10bar (9Ton/h)
포화증기 통과량 및 7km 거리에서의 압력 손실은 얼마일까?
1. 포화증기 통과량
증기압력 17㎏/㎠G, 배관구경 250A, JIS-STPG Sch80, 속도 25m/s,
증기배관내의 증기 통과 유량 계산식↓
계산결과 : 증기 유량 : 35,421.8 ㎏/h 으로 산출됩니다.
2. 7km 거리에서의 압력 손실은 얼마일까?
증기압력 17㎏/㎠G, 배관구경 250A, JIS-STPG Sch80, 속도 25m/s, 증기유량 35,421.8㎏.
배관내의 압력 손실 계산식 ↓
계산결과: 압력 손실 : 11.9419 ㎏/h 으로 산출됩니다.
(증기유속: 25 m/s, 직관상당길이: 7,000 m)
상기와 같이 검토되었는데, 증기 사용 목적지(제지공장)에서 필요로 하는 증기 최대량이 얼마 인지를 놓고, 배관 구경 설계250A 가 최종 결정되었는지? 를 재 확인하여 적정성 검토를 해 보아야 할 것입니다. 최종 결정 시 한번 더 압력 손실 값을 확인해서 배관 경을 결정했는지? 등∽
압력 손실은 배관 거리에 비례합니다. 적정한 유속에 있어도 관이 길면 길수록 말단의 압력 손실이 커지는 만큼 멀리까지 송기하는 경우는 말단에서 필요한 증기 압력을 얻을 수 있는지? 를 시뮬레이션 해야 합니다.
◈배관이 길어지면 압력 손실로, 필요한 증기압력을 받을 수 없게 됩니다.
◈배관 지름을 키우는 것으로 압력손실이 작아지기 때문에, 필요한 증기압력을 얻을 수 있습니다.
압력 손실이 크기 때문에, 목적지에 따라서 거리를 짧게 할 수는 없습니다. 필요한 곳까지 증기를 송기해야 한다면, 압력 손실의 결과, 말단에서 필요한 압력을 얻을 수 없는 경우는, 배관 지름(직경)을 키우는 검토가 필요합니다.
아래와 같이 건설팀에서 초기 검토되지 않았을까? 추측됩니다.
| ▶ 배관압력 손실을 고려한 배관 사이즈 선정 |  |
▶ 계산 결과 (손실을 고려한 결과) |
| 배관종류 : JIS-STPG Sch80 증기압력 : 17 ㎏/㎠G 증기유량 : 35,400 ㎏/h 허용압력손실 : 11.94 ㎏/㎠ 배관길이 : 7,000 m |
배관 사이즈 : 250A 배관 내경 : 237.2 mm 증기 유속 : 24.9846 m/s 압력 손실 : 11.9274 ㎏/㎠ 직관상당길이: 7,000 m |
※ 위의 결과 값으로부터 추정하면, 제지공장에 공급하기로 한, 증기 압력은 약 11~11.9 ㎏/㎠G
이지 않을까 추정해 봅니다
☞ 만일 그렇다면, 현재 10 ㎏/㎠G로 도달하고 있다면, 스팀트랩 관리를 철저하게하여, 응축수를 철저히 배출 시켜주면 되지 않을까 생각합니다.
▶증기 압력을 올리면, 유량이 증가합니다.
현재, 운영중인 증기 수송관 7㎞ 구간에서의 압력손실은 매우 큽니다. (상기 계산 참조)
따라서, 증기 압력을 올려서 공급하면, 7㎞ 도달 지점에서의 증기압력(유량)은 아래와 같습니다.
(※ 포화증기로 먼 거리를 수송하기 보다는, 과열증기로하여 수송하는 것이 바람직할 것입니다)
| 공급 증기 압력 사양 | 수송거리 | 도달 쪽 압력 사양 |
| 배관종류 : JIS-STPG Sch80 배관사이즈: 250A, 증기유속: 25 m/s 증기압력 : 17 ㎏/㎠G 증기유량 : 35,400 ㎏/h |
7,000m |
압력 손실후 도달 압력: 11.9274 ㎏/㎠ 압력11.9274㎏/㎠의 유량=25,743.5㎏/h |
| 배관종류 : JIS-STPG Sch80 배관사이즈: 250A, 증기유속: 25 m/s 증기압력 : 18 ㎏/㎠G 증기유량 : 37,300 ㎏/h |
7,000m |
압력 손실후 도달 압력: 12.5513 ㎏/㎠ 압력12.5513㎏/㎠의 유량=26,933.7㎏/h |
| 배관종류 : JIS-STPG Sch80 배관사이즈: 250A, 증기유속: 25 m/s 증기압력 : 19 ㎏/㎠G 증기유량 : 39,200 ㎏/h |
7,000m |
압력 손실후 도달 압력: 13.1743 ㎏/㎠ 압력13.1743㎏/㎠의 유량=28,122㎏/h |
※ 7㎞ 구간의 트랩에서 응축수 제거를 철저히 실행하면, 도달쪽 증기압력 & 증기유량은 위 표와 동일.
O-TRAP 상담 문의
TEL : 070-7747-8290
E-mail : tjchung@naver.com
URL : http://k.o-trap.cn
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