(사)한국에너지기술인협회/이대철 교수
제3장 : 응축수 회수
1.4 스팀 트랩의 선정과 고려 사항
스팀 트랩은 응축수와 비응축성 가스는 자유롭게 배출하지만 스팀의 누출은 방지하는 기능을 갖고 있다. 스팀 트랩의 선정에 있어 가장 중요한 요소는 우선 압력, 응축수 부하 및 에어 벤팅의 조건을 먼저 검토하여 설계 조건에 맞추어야 한다. 그렇지만 시스템 설계 조건과 정비의 필요성도 성능과 선정에 함께 고려하여야 한다.
가) 워터해머링(수격현상)
원인이 무엇이든 워터해머는 스팀 시스템 내부에 이상이 발생했다는 신호이다. 그 이유는 증기 및 응축수 배관의 설계가 잘못되었거나 잘못된 타입의 스팀 트랩이나 스팀 누출 트랩의 사용, 아니면 이들 요인들이 복합되어 나타나기 때문이다. 만약 스팀 트랩이 올바르게 작동하기 힘들게 시스템이 배열되어 있다면, 설비에 맞는 타입의 스팀 트랩을 설치하는 것은 아무 의미가 없다. 동시에 올바른 설치만 하고 나머지 스팀 트랩핑이 제대로 되어 있지 않으면 아무 의미가 없다. 종종 워터해머가 발생하면 스팀 트랩이 파손된다. 그 보다 자주 발생하는 것은 고장난 스팀 트랩이 워터해머에 노출된다는 것이다. 이 현상은 여러가지 원인에 의해 발생하는데 그중 일부는 다음과 같다.
• 고속으로 이동하는 스팀 배관에서 응축수가 제거되지 않는 경우
• 온도 조절되고 응축수가 회수관으로 상승되는 곳에서 응축수가 제거되지 않는 경우
• 응축수 배관이 물로 가득 차거나, 재증발 증기에 의한 교축 효과에 따라 과압이 걸려 상대적으로 배관 구경이 작게 선정된 회수 관으로 응축수 유입이 쉽지 않은 경우
최근의 설계 및 제작 기술로 스팀 트랩은 과거의 트랩보다는 강하게 만들고 있고 정상 운전 조건에서의 수명도 길게 하였으며 좋지 않은 설치 조건에서도 어느 정도 견딜 수 있게 되었다. 그렇지만 스팀 트랩이 아무리 잘 만들어졌어도 잘못 설계된 시스템에 설치되면 효율과 수명이 매우 단축된다. 만약 스팀 트랩이 워터해머에 의해 동일한 시스템에서 반복하여 고장이 나면 그 이유는 스팀 트랩보다는 시스템상의 문제가 원인이 된다.
이 경우 가장 먼저 해야 할 일은 문제의 원인을 조사 분석하여 문제의 근본적인 원인을 찾아 시스템의 부적합한 것을 올바르게 해결하거나 스팀 트랩을 강한 것으로 교체하여 이 조건에 맞추는 것이다. 두 번째의 방법은 절충안이지만 근본적인 해결책은 아니다. 안전이 항상 가장 중요한 것이며 결코 절충되어서는 안 된다. 2가지 중요한 응용처는 증기주관의 드레인과 온도조절이 되는 열교환기 시스템이다. 일반적으로 증기주관은 30~50m 간격마다 드레인 포켓을 설치하고 응축수를 드레인해야 한다. 또 어떠한 상승배관의 하부에도 반드시 드레인 트랩을 설치해야 한다.
온도 조절되는 열교환기는 응축수가 공정에서 자유롭게 드레인 되도록 해야만 효율이 유지된다. 만약 스팀 트랩 후단에 상승배관이 있으면 어떤 트랩을 설치하여도 워터해머가 발생한다. 이런 상황에서 스팀 트랩은 펌프/트랩 유닛과 같은 보다 강력한 응축수 회수시스템으로 교체되어야 한다. 새로운 시스템을 설계할 때에는 배관이 올바르게 설치되도록 해야 한다. 이렇게 해야만 열효율 향상, 안전 및 안정적 운전이 이루어진다.
나) 이물질
이물질은 트랩 선정에서 고려할 또 다른 변수이다. 비록 스팀이 응축하여 생성된 응축수가 증류된 물이라 하더라도 종종 응축수에는 보일러 급수 처리 약품이나 천연적인 광물질 등이 미량 포함되어 있다. 배관 설치 시 발생한 배관 내의 오물이나 부식에 의한 녹 등도 고려해야 한다. 간헐적으로 응축수를 배출하는 스팀 트랩이 이물질에 의한 영향을 덜 받는다. 즉 온도 조절식 스팀 트랩의 경우에는 압력평형식 스팀 트랩이 더 좋다.
그러나 일부 대구경 평평한 시트를 가진 다이어프램 트랩은 문제가 되기도 한다. 밸브의 스템이 시트를 통과하는 바이메탈 스팀 트랩은 드리블링 동작으로 인해 가장 고장나기 쉽고 아예 막히기도 쉽다. 센서 엘리먼트는 쉽게 청소가 되기 때문에 이물질에 의한 영향은 없다고 보고되기도 한다. 그러나 엘리먼트 오염은 거의 문제가 되지 않으며 해당되는 부분은 밸브와 시트이다.
볼플로트식 스팀 트랩은 이물질에 매우 탄력적이다. 볼플로트식 스팀 트랩의 밸브와 시트는 항상 물속에 잠겨 있어 수면에 있는 이물질과 바닥에 가라앉은 이물질에 대해 안전하다. 아주 극단적인 예로 콘크리트 양생 오토클레이브에서 응축수를 드레인할 때 응축수 중에 가라앉은 모래 가루 등이 대구경 오리피스를 아주 저속으로 통과하면서도 아무런 문제없이 트랩의 시트를 통과한다.
버켓식 스팀 트랩은 버켓에 에어 벤트 구멍이 뚫려있다. 이곳이 막히면 트랩은 에어 바인딩이 발생하여 트랩이 닫힌 상태에서 멈춘다. 이 경우 에어 벤트 구멍을 막고 있는 스케일 또는 이물질을 제거해야 한다. 몸체 밀봉형 트랩에서 유일한 해결책은 트랩을 버리고 새로운 트랩으로 교체하는 것이다.
중략...
월간 에너지관리 2024년 12월 게재
(사)한국에너지기술인협회/이대철 교수
제3장 : 응축수 회수
1.4 스팀 트랩의 선정과 고려 사항
스팀 트랩은 응축수와 비응축성 가스는 자유롭게 배출하지만 스팀의 누출은 방지하는 기능을 갖고 있다. 스팀 트랩의 선정에 있어 가장 중요한 요소는 우선 압력, 응축수 부하 및 에어 벤팅의 조건을 먼저 검토하여 설계 조건에 맞추어야 한다. 그렇지만 시스템 설계 조건과 정비의 필요성도 성능과 선정에 함께 고려하여야 한다.
가) 워터해머링(수격현상)
원인이 무엇이든 워터해머는 스팀 시스템 내부에 이상이 발생했다는 신호이다. 그 이유는 증기 및 응축수 배관의 설계가 잘못되었거나 잘못된 타입의 스팀 트랩이나 스팀 누출 트랩의 사용, 아니면 이들 요인들이 복합되어 나타나기 때문이다. 만약 스팀 트랩이 올바르게 작동하기 힘들게 시스템이 배열되어 있다면, 설비에 맞는 타입의 스팀 트랩을 설치하는 것은 아무 의미가 없다. 동시에 올바른 설치만 하고 나머지 스팀 트랩핑이 제대로 되어 있지 않으면 아무 의미가 없다. 종종 워터해머가 발생하면 스팀 트랩이 파손된다. 그 보다 자주 발생하는 것은 고장난 스팀 트랩이 워터해머에 노출된다는 것이다. 이 현상은 여러가지 원인에 의해 발생하는데 그중 일부는 다음과 같다.
• 고속으로 이동하는 스팀 배관에서 응축수가 제거되지 않는 경우
• 온도 조절되고 응축수가 회수관으로 상승되는 곳에서 응축수가 제거되지 않는 경우
• 응축수 배관이 물로 가득 차거나, 재증발 증기에 의한 교축 효과에 따라 과압이 걸려 상대적으로 배관 구경이 작게 선정된 회수 관으로 응축수 유입이 쉽지 않은 경우
최근의 설계 및 제작 기술로 스팀 트랩은 과거의 트랩보다는 강하게 만들고 있고 정상 운전 조건에서의 수명도 길게 하였으며 좋지 않은 설치 조건에서도 어느 정도 견딜 수 있게 되었다. 그렇지만 스팀 트랩이 아무리 잘 만들어졌어도 잘못 설계된 시스템에 설치되면 효율과 수명이 매우 단축된다. 만약 스팀 트랩이 워터해머에 의해 동일한 시스템에서 반복하여 고장이 나면 그 이유는 스팀 트랩보다는 시스템상의 문제가 원인이 된다.
이 경우 가장 먼저 해야 할 일은 문제의 원인을 조사 분석하여 문제의 근본적인 원인을 찾아 시스템의 부적합한 것을 올바르게 해결하거나 스팀 트랩을 강한 것으로 교체하여 이 조건에 맞추는 것이다. 두 번째의 방법은 절충안이지만 근본적인 해결책은 아니다. 안전이 항상 가장 중요한 것이며 결코 절충되어서는 안 된다. 2가지 중요한 응용처는 증기주관의 드레인과 온도조절이 되는 열교환기 시스템이다. 일반적으로 증기주관은 30~50m 간격마다 드레인 포켓을 설치하고 응축수를 드레인해야 한다. 또 어떠한 상승배관의 하부에도 반드시 드레인 트랩을 설치해야 한다.
온도 조절되는 열교환기는 응축수가 공정에서 자유롭게 드레인 되도록 해야만 효율이 유지된다. 만약 스팀 트랩 후단에 상승배관이 있으면 어떤 트랩을 설치하여도 워터해머가 발생한다. 이런 상황에서 스팀 트랩은 펌프/트랩 유닛과 같은 보다 강력한 응축수 회수시스템으로 교체되어야 한다. 새로운 시스템을 설계할 때에는 배관이 올바르게 설치되도록 해야 한다. 이렇게 해야만 열효율 향상, 안전 및 안정적 운전이 이루어진다.
나) 이물질
이물질은 트랩 선정에서 고려할 또 다른 변수이다. 비록 스팀이 응축하여 생성된 응축수가 증류된 물이라 하더라도 종종 응축수에는 보일러 급수 처리 약품이나 천연적인 광물질 등이 미량 포함되어 있다. 배관 설치 시 발생한 배관 내의 오물이나 부식에 의한 녹 등도 고려해야 한다. 간헐적으로 응축수를 배출하는 스팀 트랩이 이물질에 의한 영향을 덜 받는다. 즉 온도 조절식 스팀 트랩의 경우에는 압력평형식 스팀 트랩이 더 좋다.
그러나 일부 대구경 평평한 시트를 가진 다이어프램 트랩은 문제가 되기도 한다. 밸브의 스템이 시트를 통과하는 바이메탈 스팀 트랩은 드리블링 동작으로 인해 가장 고장나기 쉽고 아예 막히기도 쉽다. 센서 엘리먼트는 쉽게 청소가 되기 때문에 이물질에 의한 영향은 없다고 보고되기도 한다. 그러나 엘리먼트 오염은 거의 문제가 되지 않으며 해당되는 부분은 밸브와 시트이다.
볼플로트식 스팀 트랩은 이물질에 매우 탄력적이다. 볼플로트식 스팀 트랩의 밸브와 시트는 항상 물속에 잠겨 있어 수면에 있는 이물질과 바닥에 가라앉은 이물질에 대해 안전하다. 아주 극단적인 예로 콘크리트 양생 오토클레이브에서 응축수를 드레인할 때 응축수 중에 가라앉은 모래 가루 등이 대구경 오리피스를 아주 저속으로 통과하면서도 아무런 문제없이 트랩의 시트를 통과한다.
버켓식 스팀 트랩은 버켓에 에어 벤트 구멍이 뚫려있다. 이곳이 막히면 트랩은 에어 바인딩이 발생하여 트랩이 닫힌 상태에서 멈춘다. 이 경우 에어 벤트 구멍을 막고 있는 스케일 또는 이물질을 제거해야 한다. 몸체 밀봉형 트랩에서 유일한 해결책은 트랩을 버리고 새로운 트랩으로 교체하는 것이다.
중략...
월간 에너지관리 2024년 12월 게재