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 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.

라) 펌프 토출 측 응축수 배관

응축수에서 분리된 재증발 증기는 재증발 증기 회수 시스템에서 사용되거나 단순히 대기로 배출된다. 남아 있는 뜨거운 응축수를 보일러 급수 탱크로 펌핑하여 재사용하면, 응축수가 가지고 있는 열량 및 불순물이 거의 없기 때문에 보일러 급수로서 매우 좋다.

펌프의 토출 배관은 오직 응축수만을 이송하지만 트랩의 출구 배관 및 공통 배관 보다는 속도가 낮도록(일반적으로 1~2m/s) 구경을 선정해야 한다. 펌프의 토출 측 배관의 구경은 기계식 응축수 회수 펌프인 경우 펌프 토출 측 연결구와 동일한 구경으로 선정한다. 

2-5 응축수 배출 정지 조건(Stall Condition) 증기는 열매체로 사용될 때 많은 장점을 가지고 있다. 이 장점에는 높은 열 함량, 많은 응용처에서 사용할 수 있는 다양성 및 쉬운 컨트롤 등이 있다. 온도 조절되는 공정에서, 일반적으로 응축수 배출 정지 조건(Stall Condition)이라고 불리는 조건에서 시스템 성능이 저하될 수 있다. 적절하게 배관을 구성하면 아무런 문제도 발생하지 않지만, 문제가 발생한 경우에도 해결하기에 매우 단순한 문제가 아니다. 스팀 공간의 압력이 응축수의 배압 이하일 때, 응축수 배출 정지 조건이 발생한다. 

이러한 조건에서는 트랩에서의 차압이 감소할수록 트랩의 용량이 감소하기 때문에, 스팀 트랩을 통해 응축수가 흐르지 못한다. 이 사항은 응축수 배출 정지 조건 차트를 통해 알아볼 수 있다. 응축수 배출 정지 조건을 피할 수 없다면, 펌핑 트랩과 같은 응축수를 능동적으로 제거하는 방법을 사용하면 모든 부하 조건에서 응축수를 적절하게 배출할 수 있다. 스팀/액체 열교환기에서 스팀 압력은 항상 응축수를 밀어낼 수 있을 만큼 충분하다고 생각하기 쉽다. 그러나, 두 개의 공정 조건 사이의 연관 관계에 의해 열교환기에서 응축수가 배출되지 못할 수 있다. 

즉,

• 높은 응축수 배압

• 열교환기의 증기 공간에서의 낮은 증기압력

위 중 하나의 조건만 발생해도, 트랩을 통해 열교환기에서 응축수 회수 배관으로 응축수를 제거하는데 불충분한 압력 차가 발생할 수 있다. 응축수가 배출되지 않고 열교환기는 물로 채워지기 시작한다. 이로 인하여 단기간에는 잘못된 온도조절, 워터해머 및 소음 등이 발생하며, 오랜 기간 계속되면 열교환기의 침식 및 부식 등이 발생할 수 있다. 공정 온도의 적절한 조절을 유지하고 열교환기의 너무 이른 기계적 또는 침식에 의한 손상을 방지하기 위해, 열교환기에서 응축수가 생성되는 즉시 제거되어야 한다.

중략...

월간 에너지관리 2025년 2월호 게재