증기시스템 에너지 관리 공단 산업체 에너지 관리 연수 2006 년 4 월 27 일

1. 증기시스템에너지 관리 공단산업체 에너지 관리 연수2006년 4월 27일 한국스파이렉스사코

2. 증기의 성질

3. 증기 난방시스템 부하설비 응축수 증기 열교환기 부하설비 스팀트랩 보충수 증기 급수 탱크 응축수 급수 펌프 보일러 증기 시스템 증기의 분배 증기의 사용 증기의 발생 응축수 회수

4. 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 건도 현열 (hf) 증발잠열(hfg) 전열 (hg) 대기압에서 증기의 생성 건포화점 증발선 포화수의 끓는점 100 oC 불포화수 온도 (℃) 엔탈피 (kJ/kg) 0 oC

5. 포화 증기표

6. 250 200 150 온도 (℃) 100 50 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 압력 (bar g) 포화증기의 온도/압력

7. 1.8 1.6 1.4 1.2 1 비용적 (㎥/kg) 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 압력 (bar g) 포화증기의 비용적-압력

8. 열량 (kJ/kg) 열량 (kcal/kg) 증발잠열은 증기압력이 증가함에 따라 감소한다 2500 597 잠열 2000 478 1500 358 증기압력이 증가함에 따라 포화수의 엔탈피는 증가한다 1000 239 현열 500 119 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 압력 (bar g) 건포화증기의 압력/열량

9. 고압으로 증기를 이송하고 저압의 증기를 사용하는 것이 실용적이다

10. 증기의 질

11. 증기 사용처에서 지켜져야할 증기의 기본요건 정확한 증기량의 공급 정확한 증기압력 및 온도의 유지 공기 및 비응축성 가스의 제거 청정해야 한다. 건도가 높아야 한다. 증기의 질(Quality)

12. 열전달율의 감소 예열시간의 지연 증기의 분압감소 냉점과 불균일한 온도 부식촉진 물배관에서 소음발생 공기에 의한 장애

13. 매 체 열전도도 (W/m℃) 비 교 공 기 0.025 1 물 0.6 24 철 75 3,000 구 리 390 15,600 열전도도 비교

14. 기체혼합물의 전압은 혼합된 각 가스분압의 합과 같다. 혼합물의 압력 = 증기의 분압 + 공기의 분압 달톤의 분압 법칙

15. 120 ℃ 1 bar g 1 bar g 100% 증기 25% 공기 75% 증기 달톤의 분압 법칙 111.6 ℃ 절대압 = 대기압 + 계기압 = 1 + 1 = 2 bar a 증기의 분압 = 2 x 0.75 = 1.5 bar a = 0.5 bar g

16. 증기와 공기 혼합물의 온도 (주) 혼합비율은 부피 %

17. 초기 가동시 보일러 급수 80℃에서, 물은 0.6%(부피)의 공기를 녹일 수 있다. 보충수와 응축수 대기에 노출되었을 때 가스를 잘 흡수한다. 물이 보일러에서 가열되면 가스는 배출된다. 보일러수 처리 화학약품 공기와 비응축성 가스

18. 에어벤트의 설치 위치 에어벤트 증기공급 공기배출 증기공급 스팀트랩 스팀트랩 응축수 응축수

19. 증기시스템에서 이물질의 원인 잘못된 보일러 운전으로 인한 보일러에서 고형물의 캐리오버 배관 스케일 용접 찌꺼기 잘못 적용되거나 과잉으로 사용된 접속제 청결(Clearliness)

20. 포화증기 중에 포함되어 있는 증기의 비율 X = 0 포화수 0 < X < 1 습증기 X = 1 건포화증기(포화증기표) 건도(Dryness fraction)

21. 현열 = 782 kJ/kg(= 187 kcal/kg) 1 kg의 습증기 5%응축수 95%증기 건도 0.95인 10 bar g 증기의 실제열량 • 증발잠열 = 2,000 kJ/kg(= 478 kcal/kg) x 0.95 = 1,900 kJ/kg(= 454 kcal/kg) • 전열 = 782 + 1,900 = 2,682 kJ/kg(= 641 kcal/kg)

22. 고수위 운전 피크부하 발생 보일러의 저압운전 보일러수 내에 고형물 과다 습증기의 발생원인 보일러에서 습증기 발생 증기수송관의 방열손실

23. 보일러의 저압 운전시 증기속도 비교 9 bar g 증기의 비체적 : 0.194 m3/kg 5 bar g 증기의 비체적 : 0.315 m3/kg 보일러의 저압운전 • 증기배관 설계기준 압력 : 9 bar g • 배관 내 증기속도 차이 : 0.315 / 0.194 = 1.6 • 증기속도 1.6배 증가 Carry over

24. 보일러수 내 고형물 과다 증류수 공업용수 보리차

25. 20 ℃ 대기온도, 80% 보온효율 기준 운전부하 예열부하 증기배관의 응축수 부하 (kg/h)

26. 습증기에 의한 문제점 • 배관, 피팅 및 밸브 내부부품의 침식 • 워터해머 및 그와 연관된 문제 가능성 증가 • 열전달 표면에 열전달을 방해하는 수막 형성

27. 응축수막 습증기에 의한 장애 증기 온도 공기막 금속 열전달면 제품 정체층 제품 (피가열체) Steam 제품 온도

28. 건도 향상 방법 • 보일러를 최고사용압력에 가깝게 운전 • 보일러 초기 가동 시 신속한 승압 • 피크 부하 발생의 방지를 위한 시스템 • 보일러 연속 블로우 시스템 • 효율적인 보온 • 기수 분리기 설치 • 감압

29. 증기 배관

30. 증기 수송시 고려사항

31. 증기 증기 증기 증기배관의 증기/응축수

32. 중요 설비, 컨트롤밸브 전단 보일러 출구 유량계, 컨트롤밸브 전단 기수분리기 설치

33. 워터해머 휘어진 배관 응축수 응축수로 인한 워터 슬러그 워터해머로 인한 진동과 소음

34. 릴레이 배관 1/250 기울기 높은 지점 으로 릴레이 증기 30 - 50m 배출 지점 증기 방향

35. 효율적이고 적절한 응축수 배출처리 • 정상 • 비정상

36. 증기배관의 리듀셔 정상 증기 응축수 증기 비정상 응축수

37. 컨트롤 밸브 스트레나 스트레나의 설치

38. 지관의 연결 증기 증기 û비정상 ü정상 응축수

39. 드레인 포집관(Drop Leg) 증기 주관 차단 밸브 스팀 트랩

40. 비용 상승 열손실 증가 응축수 생성량 증가 • 증기 사용처에서 낮은 압력 • 충분하지 못한 증기 공급량 • 워터해머와 침식 배관 구경 선정

41. 증기유속에 의한 선정 배관 구경 선정 • 압력손실에 의한 선정

42. 배관구경 선정 - 증기유속 • Q = 증기의 부피 유량 (m3/h) • m = 증기의 질량 유량 (kg/h) • A = 배관의 단면적 (m2) • D = 배관의 내경 (m) • V = 증기의 유속 (m/s) • Vg = 증기의 비용적 (m3/kg)

43. 50 mm 100 mm 배관구경 선정 - 증기유속 10 bar g 2 bar g 900 kg/h D2 D1

44. 배관구경 선정 - 증기유속 (kg/h)

45. 스팀트랩의 정의 / 구조

46. 스팀트랩은 무엇인가 ? 증기와 응축수를 구별하여 증기는차단하고 응축수/공기는 배출하는 자동밸브 Mouse Trap Steam Trap

47. 조절기 • 볼 후로트 • 버켓트 • 압력평형식 캡슐 • 바이메탈 • 디스크 조절기 몸체 오리피스 밸브 스팀트랩의 구조

48. 스팀트랩의 종류/작동원리

49. 써모다이나믹 압력평형식 볼 후로트 버켓트 바이메탈 스팀트랩의 종류

50. 압력평형식 바이메탈 작동원리에 따른 분류(1) • 온도조절식 스팀트랩 (Thermostatic Steam Trap) 온도의 변화에 따라 작동 압력평형식 트랩 / 바이메탈식 트랩