(사)한국에너지기술인협회/이대철 교수
제3장 : 응축수 회수
시작
스팀 사용 설비에서 스팀이 갖고 있는 잠열(일부 현열도 포함)을 사용하면 스팀은 응축수로 변환되고, 이 응축수를 보다 효율적으로 설비에서 배출시켜줌으로써 스팀 사용 설비의 효율 및 수명을 향상시킬 수 있다. 이 장에서는 스팀 사용 설비에서 발생된 응축수를 효과적으로 배출시켜줄 스팀 트랩 및 응축수 배관에 대한 설명과 실제 스팀 사용 설비에서의 응축수 발생 형태를 알아보고 그로 인한 응축수 배출의 문제점을 이론적 접근과 실무적 접근의 차이와 개선 방법을 설명하여 평상시 스팀 시스템 운영에서 발생할 수 있는 문제점을 짚어보고 해결책을 설명한다.이론적으로는 아무런 문제 없이 응축수를 회수할 수 있으나, 실제 현장에서는 워터 해머링 등 많은 문제점이 발생하여 응축수 회수에 어려움이 있다. 이러한 문제는 동시에 에너지 사용의 비효율화로 스팀 에너지 낭비 요인이 되므로 응축수 회수에 대한 보다 정확한 개념을 갖기를 바란다.
1. 스팀 트랩
나) 스팀 트랩 선정 시 고려할 사항
1) 공기의 제거
시운전 시 즉 공정의 가동 초기에 가열 공간은 공기로 가득 차 있으며 이 공기를 제거하지 않으면 예열 시간이 길어지고 전열 효과가 떨어진다. 결국 시동 시간이 길어지고 설비의 효율도 떨어진다. 따라서 가능하면 이 공기는 가열 공간에 유입되는 스팀과 서로 섞이기 전에 신속하게 배출되어야 한다.
만약 공기와 스팀이 서로 혼합되면 이들을 분리하기 위해서는 증기를 응축시켜 공기만 남기고 이 공기를 안전한 장소로 배출해야 한다. 보다 대형의 스팀 공간에서는 별도의 에어벤트가 필요하다. 그렇지만 스팀 시스템에서 대부분의 경우 공기는 스팀 트랩을 통해 배출된다.
여기서 온도조절식 스팀 트랩은 확실히 다른 타입의 스팀 트랩에 비해 공기를 제거하는 장점을 가지고 있는데, 그 이유는 가동 초기에 온도조절식 스팀 트랩의 밸브가 완전히 열려있기 때문이다.
볼후르트 스팀 트랩에는 온도조절식 에어벤트가 내장되어 있어 매우 효과적으로 공기를 배출할 수 있지만, 써모다이나믹 스팀 트랩의 경우는 어느 정도 이하의 공기만 처리할 수 있다. 버켓 트랩의 벤트홀은 에어벤팅 능력이 부족하여 그 결과 예열시간이 길어지고 생산성이 떨어지며 부식 문제가 발생한다.
2) 응축수의 제거
공기를 벤트시킨 후, 스팀 트랩은 응축수를 배출하고 스팀은 배출하면 안 된다. 이는 스팀 트랩에서 스팀이 누출되면 공정 비효율과 경제적 낭비를 가져온다. 그러므로 스팀 트랩은 응축수만 통과시키고 스팀은 공정 내부 공간에 잡아두어야 한다. 만약 열전달량이 공정에 매우 중요한 경우, 응축수는 발생 즉시 스팀과 같은 온도에서 배출되어야 한다. 스팀 사용 설비에서 효율이 감소하는 주된 원인 중에 하나가 바로 부적절한 스팀 트랩의 선정에 의해 발생한 워터로깅(응축수 정체) 때문이다.
3) 열효율
가장 기본적인 요구 사항인 공기와 응축수의 제거가 이루어지면 이제 열효율에 대해 주의를 기울여야 한다. 즉 공급된 스팀의 양이 얼마나 경제적으로 사용되었고 스팀 트랩의 타입이 어떻게 영향을 미치는가에 대해 검토하는 것이다.
언뜻 보면 온도조절식 스팀 트랩이 가장 최선의 선택인 것처럼 보인다. 온도조절식 스팀 트랩은 응축수의 온도가 포화 온도보다 어느 정도 이하로 떨어질 때까지 응축수 배출을 지연시킨다.
이와 같이 공급된 열을 공정 또는 난방에 활용하여 스팀 사용량의 절감을 가져올 수 있다. 일부 응용 사례에서는 응축수의 배출 온도를 가능한 낮게 할 필요가 있다. 그러나 일반적인 대부분의 공정에서는 스팀 공간에서 응축수가 발생 즉시 스팀의 온도에서 배출되어야 한다. 이것은 온도조절식 스팀 트랩과는 다른 운전 특성을 요구하며 이런 용도로 기계식 스팀 트랩이나 써모다이나믹 타입의 트랩을 설치해야 한다.
스팀 트랩의 타입을 선정할 때 최우선적으로 공정의 요구 사항을 검토하는 것이 필수적이다. 일반적으로 스팀과 응축수 시스템에 연결된 공정의 종류에 따라 특정 조건에서 가장 우수한 성능을 발휘하는 타입을 결정해야 한다. 일단 타입이 선정되면 스팀 트랩의 구경을 선정해야 한다. 구경 선정 시 시스템의 운전 조건 즉 다음의 변수를 알아야 한다.
중략...
월간 에너지관리 2024년 10월호 게재
(사)한국에너지기술인협회/이대철 교수
제3장 : 응축수 회수
시작
스팀 사용 설비에서 스팀이 갖고 있는 잠열(일부 현열도 포함)을 사용하면 스팀은 응축수로 변환되고, 이 응축수를 보다 효율적으로 설비에서 배출시켜줌으로써 스팀 사용 설비의 효율 및 수명을 향상시킬 수 있다. 이 장에서는 스팀 사용 설비에서 발생된 응축수를 효과적으로 배출시켜줄 스팀 트랩 및 응축수 배관에 대한 설명과 실제 스팀 사용 설비에서의 응축수 발생 형태를 알아보고 그로 인한 응축수 배출의 문제점을 이론적 접근과 실무적 접근의 차이와 개선 방법을 설명하여 평상시 스팀 시스템 운영에서 발생할 수 있는 문제점을 짚어보고 해결책을 설명한다.이론적으로는 아무런 문제 없이 응축수를 회수할 수 있으나, 실제 현장에서는 워터 해머링 등 많은 문제점이 발생하여 응축수 회수에 어려움이 있다. 이러한 문제는 동시에 에너지 사용의 비효율화로 스팀 에너지 낭비 요인이 되므로 응축수 회수에 대한 보다 정확한 개념을 갖기를 바란다.
1. 스팀 트랩
나) 스팀 트랩 선정 시 고려할 사항
1) 공기의 제거
시운전 시 즉 공정의 가동 초기에 가열 공간은 공기로 가득 차 있으며 이 공기를 제거하지 않으면 예열 시간이 길어지고 전열 효과가 떨어진다. 결국 시동 시간이 길어지고 설비의 효율도 떨어진다. 따라서 가능하면 이 공기는 가열 공간에 유입되는 스팀과 서로 섞이기 전에 신속하게 배출되어야 한다.
만약 공기와 스팀이 서로 혼합되면 이들을 분리하기 위해서는 증기를 응축시켜 공기만 남기고 이 공기를 안전한 장소로 배출해야 한다. 보다 대형의 스팀 공간에서는 별도의 에어벤트가 필요하다. 그렇지만 스팀 시스템에서 대부분의 경우 공기는 스팀 트랩을 통해 배출된다.
여기서 온도조절식 스팀 트랩은 확실히 다른 타입의 스팀 트랩에 비해 공기를 제거하는 장점을 가지고 있는데, 그 이유는 가동 초기에 온도조절식 스팀 트랩의 밸브가 완전히 열려있기 때문이다.
볼후르트 스팀 트랩에는 온도조절식 에어벤트가 내장되어 있어 매우 효과적으로 공기를 배출할 수 있지만, 써모다이나믹 스팀 트랩의 경우는 어느 정도 이하의 공기만 처리할 수 있다. 버켓 트랩의 벤트홀은 에어벤팅 능력이 부족하여 그 결과 예열시간이 길어지고 생산성이 떨어지며 부식 문제가 발생한다.
2) 응축수의 제거
공기를 벤트시킨 후, 스팀 트랩은 응축수를 배출하고 스팀은 배출하면 안 된다. 이는 스팀 트랩에서 스팀이 누출되면 공정 비효율과 경제적 낭비를 가져온다. 그러므로 스팀 트랩은 응축수만 통과시키고 스팀은 공정 내부 공간에 잡아두어야 한다. 만약 열전달량이 공정에 매우 중요한 경우, 응축수는 발생 즉시 스팀과 같은 온도에서 배출되어야 한다. 스팀 사용 설비에서 효율이 감소하는 주된 원인 중에 하나가 바로 부적절한 스팀 트랩의 선정에 의해 발생한 워터로깅(응축수 정체) 때문이다.
3) 열효율
가장 기본적인 요구 사항인 공기와 응축수의 제거가 이루어지면 이제 열효율에 대해 주의를 기울여야 한다. 즉 공급된 스팀의 양이 얼마나 경제적으로 사용되었고 스팀 트랩의 타입이 어떻게 영향을 미치는가에 대해 검토하는 것이다.
언뜻 보면 온도조절식 스팀 트랩이 가장 최선의 선택인 것처럼 보인다. 온도조절식 스팀 트랩은 응축수의 온도가 포화 온도보다 어느 정도 이하로 떨어질 때까지 응축수 배출을 지연시킨다.
이와 같이 공급된 열을 공정 또는 난방에 활용하여 스팀 사용량의 절감을 가져올 수 있다. 일부 응용 사례에서는 응축수의 배출 온도를 가능한 낮게 할 필요가 있다. 그러나 일반적인 대부분의 공정에서는 스팀 공간에서 응축수가 발생 즉시 스팀의 온도에서 배출되어야 한다. 이것은 온도조절식 스팀 트랩과는 다른 운전 특성을 요구하며 이런 용도로 기계식 스팀 트랩이나 써모다이나믹 타입의 트랩을 설치해야 한다.
스팀 트랩의 타입을 선정할 때 최우선적으로 공정의 요구 사항을 검토하는 것이 필수적이다. 일반적으로 스팀과 응축수 시스템에 연결된 공정의 종류에 따라 특정 조건에서 가장 우수한 성능을 발휘하는 타입을 결정해야 한다. 일단 타입이 선정되면 스팀 트랩의 구경을 선정해야 한다. 구경 선정 시 시스템의 운전 조건 즉 다음의 변수를 알아야 한다.
중략...
월간 에너지관리 2024년 10월호 게재