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증기시스템 에너지 관리 공단 산업체 에너지 관리 연수 2006 년 4 월 27 일. 한국스파이렉스사코. 증기의 성질. 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. 0.1. 0.2. 0.3. 0.4. 0.5. 0.6. 0.7. 0.8. 0.9. 1.0. 건도. 현열 ( h f ). - PowerPoint PPT Presentation
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증기시스템 3
증기 시스템
부하설비
보일러
급수펌프
급수탱크
보충수
부하설비
응축수
응축수
증기
증기
증기 열교환기
난방시스템
증기의 발생증기의 발생
증기의 분배증기의 분배
증기의 사용증기의 사용
응축수 회수응축수 회수
스팀트랩
증기시스템 4
대기압에서 증기의 생성
100 oC
0 oC
온도
()
℃
포화수의 끓는점 증발선 건포화점
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0건도
엔탈피 (kJ/kg)
전열 (hg)
증발잠열 (hfg)현열 (hf)
불포화수
증기시스템 5
포화 증기표계기압력 포화온도 현열(hf) 잠열(hfg) 전열(hg) 비용적
bar MPa oC kJ/kg kcal/kg kJ/kg kcal/kg kJ/kg kcal/kg ㎥/kg
0 0 100 419 100 2,257 539 2,676 639 1.673
1 0.1 120 506 120 2,201 526 2,707 646 0.881
2 0.2 134 562 133 2,163 517 2,725 651 0.603
3 0.3 144 605 143 2,133 510 2,738 654 0.461
4 0.4 152 636 151 2,108 504 2,749 656 0.374
5 0.5 159 662 158 2,086 498 2,757 658 0.315
6 0.6 165 697 164 2,066 494 2,763 660 0.272
7 0.7 170 721 170 2,048 489 2,769 661 0.240
증기시스템 7
포화증기의 비용적 - 압력
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
압력 (bar g)
비용
적 (
㎥/k
g)
증기시스템 8
건포화증기의 압력 / 열량
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
압력 (bar g)
0
500
1000
1500
2000
2500
열량 (kJ/kg)
잠열
증발잠열은 증기압력이 증가함에 따라 감소한다
현열
증기압력이 증가함에 따라 포화수의 엔탈피는 증가한다
0
119
239
358
478
597
열량 (kcal/kg)
증기시스템 11
증기의 질 (Quality)
증기 사용처에서 지켜져야할 증기의 기본요건정확한 증기량의 공급정확한 증기압력 및 온도의 유지공기 및 비응축성 가스의 제거청정해야 한다 .건도가 높아야 한다 .
증기시스템 15
절대압 = 대기압 + 계기압 = 1 + 1 = 2 bar a
증기의 분압 = 2 x 0.75 = 1.5 bar a = 0.5 bar g
120 ℃
100%증기
1 bar g
25% 공기75% 증기
1 bar g
111.6 ℃
달톤의 분압 법칙
증기시스템 16
증기와 공기 혼합물의 온도
( 주 ) 혼합비율은 부피 %
혼합물의 압력 혼합물의 온도 (℃)
bar abs 0% Air 5% Air 10% Air 20% Air 30% Air 40% Air 50% Air
0.2 60 59 58 55 53 50 460.4 76 75 73 71 68 64 600.6 86 85 83 80 77 73 690.8 94 92 90 88 84 80 761.0 100 98 96 94 90 86 812.0 120 118 117 113 109 105 1004.0 144 142 140 136 131 126 1206.0 159 157 155 150 145 140 1348.0 170 168 166 162 156 150 14410.0 180 178 175 170 165 159 15215.0 198 196 193 188 182 175 16820.0 212 210 207 201 195 188 180
증기시스템 17
공기와 비응축성 가스 초기 가동시
보일러 급수80℃ 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
증기시스템 19
청결 (Clearliness) 증기시스템에서 이물질의 원인
잘못된 보일러 운전으로 인한 보일러에서 고형물의 캐리오버
배관 스케일용접 찌꺼기잘못 적용되거나 과잉으로 사용된 접속제
증기시스템 21
건도 0.95 인 10 bar g 증기의 실제열량
현열 = 782 kJ/kg(= 187 kcal/kg)
95% 증기5% 응축수
1 kg 의 습증기
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)
증기시스템 23
보일러의 저압운전
보일러의 저압 운전시 증기속도 비교
9 bar g 증기의 비체적 : 0.194 m3/kg
5 bar g 증기의 비체적 : 0.315 m3/kg
Carry over
증기배관 설계기준 압력 : 9 bar g
배관 내 증기속도 차이 : 0.315 / 0.194 = 1.6
증기속도 1.6 배 증가
증기시스템 25
증기압력 증기주관의 구경 (mm)
(bar g) 50 65 80 100 125 150 200 250 300 350 400 450 500 600
9.5 15.1 19.7 28.1 38.1 49.4 71 105 139 164 216 272 320 436
9.3 11.3 14.1 16.5 20.6 24.5 31.5 39 46.5 51.5 60 64 72 88
9.9 15.7 20.4 29.2 39.6 51.3 77 109 144 171 224 282 332 463
9.8 11.9 14.6 16.9 21.3 25 33 41 49 54 62 67 75 90
10.4 16.5 21.6 30.7 41.7 54.1 81.1 115 152 180 236 298 350 488
10.9 13 15.7 17.7 22.5 26 36 45 53 59 67 73 81 97
9
10
11
20 ℃ 대기온도 , 80% 보온효율 기준
증기배관의 응축수 부하
운전부하 예열부하
(kg/h)
증기시스템 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
증기시스템 42
배관구경 선정 - 증기유속
m3,600V
V
π
4D g
g
2
gg V
3,600VD
4
π
V
3,600VA
V
Qm
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)
증기시스템 43
10 bar g 2 bar g
mm479003,60025
0.177
π
4D1
900 kg/h
mm889003,60025
0.603
π
4D2
50 mm
100 mm
D1
D2
배관구경 선정 - 증기유속
증기시스템 44
배관구경 선정 - 증기유속증기압력 속도 ( 80 ) : mm배관 공칭 구경 스케줄 기준
(bar g) m/s 32 40 50 65 80 100 125 150
15 70 100 182 280 410 715 1,125 1,580
25 112 162 295 428 656 1,215 1,755 2,520
40 178 275 475 745 1,010 1,895 2,925 4,175
15 93 127 245 385 535 925 1,505 2,040
25 152 225 425 632 910 1,580 2,480 3,440
40 250 357 595 1,025 1,460 2,540 4,050 5,940
15 108 156 281 432 635 1,166 1,685 2,460
25 180 270 450 742 1,080 1,980 2,925 4,225
40 295 456 796 1,247 1,825 3,120 4,940 7,050
15 190 285 475 800 1,125 1,990 3,025 4,540
25 320 465 810 1,260 1,870 3,240 5,220 7,120
40 510 730 1,370 2,065 3,120 5,135 8,395 12,470
15 250 372 626 1,012 1,465 2,495 3,995 5,860
25 405 562 990 1,530 2,205 3,825 6,295 8,995
40 615 910 1,635 2,545 3,600 6,230 9,880 14,390
8
2
3
10
4
(kg/h)
작동원리에 따른 분류 (1)
온도조절식 스팀트랩 온도조절식 스팀트랩 (Thermostatic Steam (Thermostatic Steam Trap)Trap)
온도의 변화에 따라 작동온도의 변화에 따라 작동
압력평형식 트랩 압력평형식 트랩 / / 바이메탈식 트랩바이메탈식 트랩
압력평형식 바이메탈
작동원리에 따른 분류 (2)
기계식 트랩 기계식 트랩 (Mechanical Steam Trap)(Mechanical Steam Trap)
유체의 밀도차에 의해 작동유체의 밀도차에 의해 작동
볼후로트식 트랩 볼후로트식 트랩 / / 버켓트식 트랩버켓트식 트랩
볼 후로트 버켓트
작동원리에 따른 분류 (3)
써모다이나믹 트랩 써모다이나믹 트랩 (Thermodynamic Steam (Thermodynamic Steam Trap)Trap)
유체역학적 특성의 변화에 따라 작동유체역학적 특성의 변화에 따라 작동
디스크 트랩디스크 트랩
써모다이나믹
증기시스템 53
스팀트랩의 응축수 배출 온도
끓는점
0 oC
온도
(℃)
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0건도
열량
전열 (hg)
증발잠열 (hfg)현열 (hf)
기계식 , 써모다이나믹
온도조절식
에너지 절약
△ T
응축수 정체
증기시스템 63
온도조절식 스팀트랩 (압력평형식 , 바이메탈식 )
- 증기와 응축수의 온도차 이용 : 응축수의 현열 이용 - 열교환기에서 사용 불가 , 스팀 트레이싱 - 공기 배출 능력이 좋다 .
스팀트랩 Summary 써모다이나믹 스팀트랩 - 베르누이의 원리 : 정압 (압력 ) + 동압 (속도 ) =
일정 - 증기 주관의 드레인 , 스팀 트레이싱 기계식 스팀트랩 (볼 후로트식 , 버켓트식 ) - 부력을 이용 (물에 의한 부력 , 증기에 의한 부력 ) - 응축수가 생기는 즉시 배출 특성 → 열교환기 주 ) 버켓트식 : 에어벤트를 병렬로 추가 설치
스팀트랩의 고장 원인 스팀트랩의 마손 및 내부 부품의 손상 스케일 (배관 , 케리오버 ) → 트랩
Plugging 스트레나 정비 부식성 응축수 워터해머빙결 잘못된 구경 선정 및 모델 선정 잘못된 설치 방법 부적절한 정비
증기시스템 70
응축수의 가치
고온수 : 에너지 절감(사용에너지 25% 보유 )
증류수 : 수처리 비용 절감
급수로 재이용 : 급수비용 절감
환경보호 : 폐수처리 비용 절감
재증발증기 발생 : 재이용
증기시스템 75
스팀트랩 입구측 배관
설비 아래에 트랩 설치
압력손실 최소화 배관
응축수 부하의 2 배 기준
물 배관
0.8 mbar/m 압력손실기준
4 bar g
1,00
0 kg
/h
증기시스템 76
트랩입구측 배관구경선정 (kg/h)
압력강하 강관의 배관구경
mbar / m 25mm 32mm 40mm 50mm 65mm 80mm
0.75 673 1,458 2,227 4,291 8,695 13,517
0.76 675 1,465 2,236 4,305 8,732 13,563
0.77 685 1,488 2,268 4,368 8,850 13,744
0.78 689 1,497 2,282 4,390 8,900 13,812
0.8 695 1,510 2,300 4,427 8,972 13,925
0.82 704 1,529 2,331 4,491 9,072 14,407
0.88 733 1,590 2,427 4,536 9,453 14,651
0.9 740 1,606 2,449 4,717 9,548 14,787
증기시스템 79
4 bar g
0 bar g
질 량
응축수 903 kg/h
재증발 증기 97 kg/h
부 피
응축수 0.903 m3/h
재증발 증기 162.3 m3/h
1,00
0 kg
/h
재증발 증기 (트랩 출구측 )
증기시스템 81
트랩 출구측 응축수 배관 선정
트랩2차측압력
(bar g) 15 20 25 32 40 50 65 80 100 125 150
0 6 11 18 30 42 69 98 152 262 411 594
0.1 7 12 19 33 46 76 108 166 286 450 650
0.2 7 13 21 36 50 82 117 180 310 488 705
0.3 8 14 23 39 54 88 126 194 335 526 760
배관 구경 (mm)
재증발증기의 속도 : 15 m/s
( 습증기에 의한 워터해머 , 침식 방지 )
(kg/h)
증기시스템 86
응축수 배출정지조건 차트
부하 (%)
스팀트랩에서 시스템의 배압
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0100 80 60 40 20 0
14.511.69.0
7.05.23.82.6
1.71.00.400.70.5
0.30.20.1
온도
ºC
최고부하 증기 온도
및 압력
제품 유입 온도
압력
(b
ar
g)
제품 배출 온도
펌프 / 트랩 필요
스팀트랩 대기압
20℃
70℃
1 bar g120℃
0 bar g
Ts-T2
100=
Tb-T2
X
X : 부하율
Ts : 증기 온도
T2 : 제품 출구온도
Tb : 배압 온도
증기시스템 90
상승배관을 이용한 응축수 회수
열교환기
증기
냉수
온수
볼후로트 스팀트랩
체크밸브
진공해소장치
열교환기 내부가 진공이면
진공해소장치로 공기 유입
열교환기 내부의 진공 해소
그러나 , 배압이 존재
스팀트랩만으로는 응축수 배출 불가
증기시스템 93
캐비테이션 없이 고온의 응축수 펌핑 수처리 및 보일러 급수비용 절감 씰링 및 그랜드 패킹이 없어 누설이 없음 최소의 정비로 장기간 사용 펌핑에 전기동력이 필요 없음 방폭지역에서도 안전하게 사용 간단한 설치 ( 패케지 유니트 사용 ) 전자식 펌프 모니터 설치로 응축수
회수량 측정
기계식 응축수 회수펌프
증기시스템 94
응축수 회수펌프의 작동원리- 응축수 유입 -구동증기 밸브 폐쇄 배기밸브 개방
입구측 체크밸브
출구측 체크밸브
1. 운전되기 전 정상위치
후로트는 가장 아래
증기공급밸브 폐쇄
배기밸브 개방
2. 액체유입으로 후로트 부상
증기시스템 95
구동증기 밸브 개방배기 밸브 폐쇄
응축수 회수펌프의 작동원리- 펌핑 -
1. 최고위치로 후로트 부상
증기공급 밸브 개방 , 배기밸브 닫힘
2. 액체 배출
증기공급으로 압력형성
입구 체크밸브 폐쇄
증기시스템 97
자동펌프트랩
펌프와 트랩이 한 몸체에 ! 낮은 설치 수두 : 최소 200 mm
( 펌프 바닥 - 응축수 배출점 )
전기동력 불필요 - 방폭지역에 적합 모든 부하조건 및 진공조건에서
응축수 제거
증기시스템 98
자동펌프트랩의 작동원리
① ① 응축수 유입 ( 체크 밸브 )
② 부력에 의한 후로트 상승③ 트랩 메커니즘 작동④ 차압에 의해 응축수 배출
트래핑 모드
Ps
Pb
Ps > Pb
펌핑 모드
Ps
Pb
Ps < Pb
① 후로트 상승에 의한 펌프 메커니즘 작동② 구동증기 공급밸브 개방③ 구동증기압력에 의한 응축수 배출
증기시스템 99
자동펌프트랩의 선정 (Software)HOW DOES THE PROCESS LOAD CHANGE ? APT14 OPERATING CONDITIONS ? PROCESS FULL LOAD CONDITIONS ?
1) Variable Secondary Inlet Temperature. No. of APT14s in Parallel: 1 Steam Pressure (E): 7 barg
2) Variable Secondary Outlet Temperature. Installation Head (A): 1000 mm Steam Load (F): 2210 kg/h
3) Variable Secondary Flow Rate. Motive Steam Press. (B): 14 barg Secondary Inlet Temp (G): 40 oC
Input 1,2 or 3: 1 Return Pressure (C): 0 barg Secondary Outlet Temp (H): 80 oC
Lift (D): 0 m
UNITS - METRIC(1) or IMPERIAL (2) ? Eff. Back Press. (C + D): 0.00 barg
Input 1 or 2: 1
증기시스템 100
자동펌프트랩의 장점
배압에 따른 모드 자동 변환 : 트래핑 &
펌핑
모든 부하조건 및 진공조건에서 응축수
제거
낮은 설치높이 ( 수두 ) : 최소 200MM
소프트웨어를 이용한 정확한 설계
전기동력 불필요 : 방폭지역에 적합
APT14APT14
APT10APT10