공조기, 열교환기 등 스팀 코일 파손인 크랙 원인과 대책

에어 핸들링 유닛 (AHU)의 스팀 코일 파손인 천공 트러블 빈발에 대해

증기 히터의 천공 파손(트러블 발생) 요인은 다양하게 여러 요인이 복잡하게 관련되어 있는 경우가 많습니다만, 공통적인 요인으로 들 수 있는 것이 증기 코일 내에 체류하는 증기 응축 드레인(응축수)의 존재입니다. 
그래서 대책 중의 하나의 접근법은 증기 코일 내에 증기 응축 드레인(응축수)을 남기지 않도록 하는 것입니다.

예를 들어, 증기 히터(열교환기)와 스팀 트랩 사이에 충분한 낙차를 확보할 수 있으면, 수두압=중력으로 드레인을 증기 히터 내에서 배출하는 것이 가능해져, 새롭게 기기를 도입하지 않아도 천공 트러블 대책이 될수 있겠지만 높이 방향 거리 등을 덜기 위한 레이아웃 변경은 지면을 파는 것 외에 방법이 없다는 경우가 많아, 건물 내 모든 공조기를 그 방법으로 개선하는 것은 불가능합니다 (※: 물론 배압이 크면 드레인 빠지지 않기 때문에, 그 점의 검토도 매우 필요합니다).

 

설치 후 2~3년, 빠르면 1년 만에 증기 코일에 구멍(천공) 등 파손이 발생합니다.

설치 후  2~3년, 빠르면 1년 만에 증기 코일(Steam Coil Tube)에 구멍이 발생합니다.
증기 코일의 구멍 뚫림(천공)은 공조 제어나 성능에 즉각적인 영향을 미치는 트러블은 아니지만, 구멍으로부터의 누수나 증기의 분출 등이 장치나 설비를 손상시키는 원인이 되기 때문에 방치할 수 없습니다. 
에어핸들링 유닛(AHU)의 증기코일 중에서도 재가열코일은 설정온도가 낮기 때문에 운용이 어렵고, 또한 스톨 상태로 운전되는 것이 통상적이며, 공조기의 운전이 순조롭다고 해도 구멍이 뚫리는 파손 트러블이 발생하는 경우가 있으므로 귀찮습니다. 건물 내의 어떤 공조기에서 문제가 발생할지도 예측할 수 없고, 어떤 대책을 하면 좋을지 판단할 수 없는 상태가 흔합니다.

 

스팀 코일 (Steam Coil Tube) 이 파손되는 원인에는 다음과 같은 것이 있습니다.

천공(구멍뚫림) : 증기 코일에 구멍이 생기면 물이 새거나 증기가 뿜어져 나오는 등의 현상이 발생하여 장치나 설비를 손상시키는 원인이 됩니다. 천공(구멍뚫림) 트러블의 공통 요인으로는, 증기 코일 내에 증기 응축 드레인이 체류하고 있는 것을 들 수 있습니다.

부식: 화학약품이나 습기, 기타 부식제로 인한 코일 재료의 부식이 코일 구조를 약화시켜 고장의 원인이 될 수 있습니다.

스팀 코일 (Steam Coil Tube) 의 파손을 방지·수리하는 방법은 다음과 같습니다.
ⓐ증기 코일 내에 증기 응축 드레인을 남기지 않도록 한다. 

ⓑ증기 히터와 스팀 트랩 사이에 충분한 낙차를 확보함으로써 수두압 = 중력으로 드레인을 증기 히터 내에서 배출하는 방법이 있습니다.
ⓒ진공용 드레인 회수 펌프를 도입한다. 기존에 설치된 스팀 트랩을 그대로 사용할 수 있어 공조기 주변의 공사가 필요하지 않습니다.
ⓓ전문업자에게 정기적으로 점검을 의뢰한다.

   핀홀(작은 구멍)은 외관만으로는 판별하기 어려운 경우가 있기 때문에, 전문업자에게 의뢰하여 재빨리 구멍의 존재를 알아차리어 수리할 수 있습니다.

 

공조기 납품 설치하여 1년 혹은 2년째 되는 싯점에 증기압력 2k로 가동중인 공조기에 크랙이 발생하여 리크가 발생 하였습니다. 수리/재설치해도 반복해서 발생합니다. 이런 발생의 원인과 대책을 논해 보겠습니다.

아래의 사진들 처럼 발생합니다.

 

코일 튜브 히터 파손 예측 가능

 

☞ 참고 사이트

①공조기 증기 코일 파손 발생이 잦은 원인 분석 https://blog.naver.com/tjchung/222855803982

②증기 스톨 현상이란~왜 증기의 스톨 현상이 발생하는 걸까요? https://blog.naver.com/tjchung/222965020866

③증기시스템에서 항상 잠재적 과제를 갖고있는 스팀트랩 전후 압력차 감소로 발생하는 스톨 현상소개

     https://blog.naver.com/tjchung/222966576588

④증기 열교환 설비에서 여러가지 워터해머 현상 및 방지대책  https://blog.naver.com/tjchung/222616591644

 

응축수(물)이 쌓여서 구멍이 생기는 패턴이 많습니다. 증기압력 2k 정도의, 증기압력 때문에 이렇게 파열이 직접적으로 영향을 끼치는 것은 아니며, 튜브 속에서 증기가 응축하는데, 이 응축하는 사이에 예를 들어 이속에 드레인(물)이 쌓여있다면 응축(부식)이 발생하거나 응축하는 사이 강열한 워터해머가 반복해서 발생하기때문이기도 합니다.

더불어서, 튜브가 감육해 오는 경우가 있는데, 특히 탄산 등이 발생하거나 하기도 하는데, 즉 증기 속에 이산화탄소가 있는 경우에 물이 쌓여 있는 집중되어 그 부분만에 탄산이 생기는데 그곳(철, 스텐 등)의 금속부분이 물과 반응되면서 점점 얇아지는 것입니다. 튜브 코일의 재질 문제가 아닌 것입니다.

이런 물이 쌓이는 부분이, 많은 시일이 경과하면서 워터해머도 반복되는 가운데 결과적으로 파열이 되게 되는 것입니다.

드레인이 철저하게 배출되지 않아 물이 쌓여 있는 곳의 경우, 이런 현상은 일어나게 되어있습니다.

이런 현상은 매우 자주 일어나는 현상중의 하나입니다. ☞ → 스팀트랩의 역할이 매우 중요합니다.

드레인만 제대로 확실하게 배출시켜 준다면, 이런 금속 감육, 워터해머, 스톨현상 등은 일어나기 매우 어렵습니다.

 

예를들어, 소비 열량 300,000 kcal/h (증기소비량 약 600 kg/h)의 열교환기로서, 증기소비량이 많은 편입니다.

증기 제어밸브가 열렸다가 닫혔다가 하므로 이런 가운데, 드레인이 쌓이거나 하는 케이스가 있을 것입니다. 이렇게 된 후에 온도가 내려가 다시 온도를 올리려고 증기 밸브가 열렸을 경우에 워터해머가 발생하는 경우가 있습니다.[①]

 

다음은, 스팀트랩이 발생한 드레인을 전량 배출 시킬수 없을 정도, 즉 전열면적이 큰데, 공급하는 증기 압력이 0.5~0.2 ㎏/㎠ 이하 라든가 혹은 다른 어떤 원인으로 증기압이 너무 낮아서 스팀트랩이 드레인을 배출 시킬 수 없을 경우가 있을 것입니다.[②]

이상과 같은 현상이 반복되는 경우에, 튜브에 구멍이 생길 수밖에 없을 것입니다. (팽창 또한 동일)

 

파이프 (코일 튜브) 재질 문제가 아닐 것입니다.

발생한 응축수를 차압이 존재하는 한, 연속식으로 배출시켜줄 수 있는 고정오리피스식 스팀트랩인 O-TRAP 을 설치하여 개선하는 공장 실적들이 많습니다.

참고하시길 바랍니다.

 ▶AHU가습기:증기직접분사식 가습기; Sarco사 제품(포화증기를 가습을 필요로하는 가습공간에 최적의 가습상태를제공)

                        이곳의 현 사양에 알맞는 트랩은 O-TRAP No.3 입니다.

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O-TRAP (고정오리피스 식 스팀트랩) 이, 공조기 유니트히터(AHU)와 같은 히터 내부가 매우 낮은 차압에서도, 발생된 응축수를 배출할 수 있는 이유 ;

 

고정오리피스식 스팀트랩인 "O-TRAP"은, 구멍이 열려 있는 그냥 단순한 구조이기 때문에, 증기압력이 높아도 부서지지 않고 고장 나지 않는 특징이 있는 반면, 모델(기종) 선정조건이 필요하여, 설치 시 정확한 기술 사양(데이터) 확보를 해야 하는 것에 조금 더 수고가 든다는 점입니다.

 

고정오리피스식 스팀트랩인 O-TRAP 은, 작동하는 밸브가 없기 때문에, O-TRAP은 히터 내부가 매우 낮은 차압이 되어도, 중력으로 응축수가 제거됨으로써, 제자리에 액면이 발생하지 않기에 (즉, 응축수 정체가 안되기에), 부식의 영향이 한곳으로(한자리에) 집중할 수 없습니다.

 

공조기 내부의 압력이 매우 낮은 상태 (대체로 0.1MPaG 이하= 1㎏/㎠·g이하)에서, 중력만으로 응축수가 제거되는 것에 대해서, 여러분께서 현실적 상황에 입각하여 이해하실 수 있나요?

오히려, 기존에 사용하고 있는 기계식 스팀 트랩들의 경우, 낮은 차압(0.5 ㎏/㎠·g이하, = 0.05MPaG)가 되면, 응축수를 거의 밀어 내지 못하는 경우가 대부분일 것입니다.

공조기 유니트 히터(AHU: Air Handling Unit) 내부가 매우 낮은 차압(ΔP) 즉, (극 차압)이 되어도, 고정오리피스식 스팀트랩인 “O-TRAP”은, 차압(ΔP)이 존재하는 한, 응축수가 제거되는 것으로, 즉, 증기 소비에 의한 응축수 발생과 동시에 계속적으로 발생된 이 응축수를 배출할 수 있다는 것입니다.

 

O-TRAP 의 기종 선정 및 모델기종의 압력별, 응축수 배출 능력표 를 예시 합니다.

공조기(AHU)의 기술 사양(Technical Specification) ;

①증기압력 : 2 ㎏/㎠·g

②트랩 2차측 압력(배압) : 0. ㎏/㎠·g

③차압(ΔP) : 2 ㎏/㎠·g 

④ 소비열량 :  300,000㎉/h

 

⑴ 기종선정 작업 ↓

기기명 (AHU)	소비열량 ㎉/h	증기압력 ㎏/㎠·g	배압 ㎏/㎠·g	차압(ΔP) ㎏/㎠·g	응축수 발생량 Max. ㎏/h	모델 선정 (O-TRAP)	최대배출능력 ㎏/h
AHU-1 (300,000㎉/h)	300,000	2	0	2	600	No.16	840

 

⑴ 모델별 압력별 응축수 배출 능력 (㎏/h) 표 ↓

O-TRAP 모델기종	0.005㎫∙G 0.05㎏/㎠∙g	0.01㎫∙G 0.1㎏/㎠∙g	0.02㎫∙G 0.2㎏/㎠∙g	0.03㎫∙G 0.3㎏/㎠∙g	0.04㎫∙G 0.4㎏/㎠∙g	0.05㎫∙G 0.5㎏/㎠∙g	0.06㎫∙G 0.6㎏/㎠∙g	0.07㎫∙G 0.7㎏/㎠∙g	0.08㎫∙G 0.8㎏/㎠∙g
No.16	133	188	266	325	376	420	460	497	531

 

O-TRAP 모델기종	0.09㎫∙G 0.9㎏/㎠∙g	0.1㎫∙G 1 ㎏/㎠∙g	0.2㎫∙G 2 ㎏/㎠∙g	0.3㎫∙G 3 ㎏/㎠∙g	0.4㎫∙G 4 ㎏/㎠∙g	0.5㎫∙G 5 ㎏/㎠∙g	0.6㎫∙G 6 ㎏/㎠∙g	0.7㎫∙G 7 ㎏/㎠∙g	0.8㎫∙G 8㎏/㎠∙g
No.16	564	594	840	1,029	1,188	1,328	1,455	1,572	1,680

 

 

O-TRAP 기종별로 차압(ΔP) 2㎏/㎠∙g 에서의 붉은 문자인 숫자 내용이 배출 능력(㎏/h) 입니다.

 

증기의 비례식 조정밸브(Proportional Control Valve)는 공장 설비 가동 초기에는 공장 작업실이 차가워져 있기 때문에 제어 밸브(CV)는 전개 상태(100% Open)입니다.

상기 표에서 처럼, 가동 초기에 제어밸브 100% Open 때는 차압(ΔP)도 커서 스팀 트랩은 매우 순조롭게 응축수를 배출시킵니다.

가동 후, 점차 실내 온도도 상승하여 설정 온도에 접근하여 감에 따라, 비례제어밸브(CV)도 조금씩 닫혀갑니다. 이에 따라 열교환기내의 압력도 내려 가고, 결국 영 (0)이 됩니다. 따라서 증기 응축수도 서서히 나오기 어렵게 되어, 증기 응축수가 열교환기내에 쌓여 배출할 수 없는 상태가 됩니다. 이것은 「기존의 기계식 스팀 트랩」에 해당되는 설명입니다.

 

고정오리피스식 트랩인 「O-TRAP」은 소비증기량=응축수량을 규정압력으로 배출하도록 설계 되어있는 오리피스(설계된 구멍사이즈)가 내장시켜 져 있기에 안정적으로 응축수를 배출시킵니다.

상기 표 ⑵ 모델별 압력별 응축수 배출 능력표 에서 처럼, 압력 변화에 따라 배출을 합니다.

따라서, 위 표에서 처럼 「O-TRAP」은 증기 차압(ΔP)이 존재하는 한, 응축수를 지속적으로 배출시키기 때문에, 압력 변동이 발생하여도 온도를 균일하게 유지할 수 있습니다.

 

O-TRAP 상담 문의 ;

O-TRAP 관련 홈페이지 : http://k.o-trap.cn

O-TRAP 관련E-mail문의처: tjchung@naver.com

O-TRAP 관련 Tel 문의처 : 070-7747-8290

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