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

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

2 증기의 성질 그럼 지금부터 2004년 에너지 절감활동을 주요 테마 중심으로 발표 드리겠습니다. ■

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

4 대기압에서 증기의 생성 먼저, 증기가 생성되는 과정에 대해 알아보도록 하겠습니다.
포화수의 끓는점 증발선 건포화점 100 oC 현열 (hf) 증발잠열(hfg) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 건도 불포화수 온도 (℃) 엔탈피 (kJ/kg) 먼저, 증기가 생성되는 과정에 대해 알아보도록 하겠습니다. 대기압 상태에서 물을 가열하면 100도까지는 액체인 물 상태로 존재합니다. 그러나 100도가 되면 물이 끓기 시작합니다. 그리고 더 가열하면 물이 완벽하게 증기로 변환되어 물이 전혀 존재하지 않는 건포화증기가 됩니다. 여기에서 과열기 등을 통해 건포화증기를 더 가열하면 과열증기가 됩니다. 그런데 이 과열증기는 일반적인 공장에서는 거의 볼 수 있으며 일반적으로 석유화학, 정유공장 및 스팀 터빈을 사용하는 발전소 등에서만 볼 수 있습니다. 물이 상변화가 없이 단순히 물의 끓는점까지 온도의 변화만을 수반하여 받는 열량을 현열이라고 합니다. 그러나 물의 끓는점에서부터 온도의 변화는 없으면서 액체에서 증기의 상태로 상변화를 이루기 위해 얻는 열량을 잠열이라고 합니다. 잠열이란 사람이 느낄 수 없는 열이라고 할 수 있습니다. 그러나 이 그림에서 보는 바와 같이 증기가 가지고 있는 대부분의 열량은 바로 증기의 잠열이라는 것을 알 수 있으며 실제로 우리가 증기를 사용할때 이 증기가 가지고 있는 잠열 만을 사용합니다. 이 현열과 잠열의 합을 증기의 잠열이라고 합니다. 포화증기의 경우에도 잠열을 얼마나 가지고 있냐에 따라 건도로서 구분됩니다. 즉, 건도가 낮은 포화증기는 그 속에 물이 많이 포함되어 있다는 것을 의미합니다. 0 oC 전열 (hg)

5 포화 증기표 What is steam? If we are to generate steam we must obviously heat the water to boiling point (100 튏 at Atmospheric pressure). The heat energy given to the water is known as the "specific enthalphy" (or liquid enthalphy) and referred to as "hf" and is measured in kJ/kg. To change the water to steam at 100 튏 we have to introduce more heat energy to it. This heat energy is known as the specific enthalpy of evaporation and is referred to as hfg. (kJ/kg). The total energy in the steam thus produced is the addition of hf + hfg and is referred to as total enthalpy (hg). ( kJ/kg). When the steam transfers its heat to whatever process it is applied, it is the enthalpy of evaporation which is transferred first and the steam thus condenses back into water at the same temperature. Steam at atmospheric pressure is of a limited practical use because of course it cannot be conveyed under its own pressure along a steam pipe to its point of use. Thus for practical applications it has to be generated in a "boiler" (steam generation plant) at a pressure which corresponds to the purpose for which it will be used. It has to be understood therefore that if water is kept at a pressure above atmospheric, its temperature must be raised above 100 튏 before boiling will take place. At 10 Bar (gauge) for example, boiling point is 튏 So it follows that more heat energy has to be put into the water to raise its temperature to boiling point at 10 bar g than would be needed to raise its temperature to 100 튏 (0 bar g) but it is also fact that the heat energy needed by the water at 10 bar g to change it into steam (Enthalpy of evaporation) is less. This is shown on the steam tables and shows that the usable heat energy in the steam (Enthalpy of evaporation) given up when the steam condenses, is a decreasing amount as the steam generation pressure increases.

6 포화증기의 온도/압력 Steam pressure/Volume relationship
50 100 150 200 250 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 압력 (bar g) 온도 (℃) Steam pressure/Volume relationship The density r of a substance is mass (m) per unit volume (V) of the substance. The specific volume v, is the volume per unit mass and is therefore the inverse of density. Its units are m?kg or dm?kg where 10쿭m?kg = 1m?kg. Hence: Considering the molecular structure of liquids and vapours we would expect the density of steam to be much smaller than that of water because the steam molecules are more widely separated from one another, and at typical atmospheric conditions the densities of water and steam are respectively kg/m?and 0.6 kg/m? This enormous difference is appreciated if a kettle of water is left to boil, the resulting steam soon fills the entire room. As the steam pressure increases the density of the steam increases, and inversely the specific volume will of course decrease. If we refer to the steam tables and plot the specific volume against the steam pressure we will produce a curve as shown in the slide which highlights the fact of a sharp rise in specific volume as the pressure falls below 6 Bar g.

7 포화증기의 비용적-압력 Steam pressure/Volume relationship
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 압력 (bar g) 비용적 (㎥/kg) Steam pressure/Volume relationship The density r of a substance is mass (m) per unit volume (V) of the substance. The specific volume v, is the volume per unit mass and is therefore the inverse of density. Its units are m?kg or dm?kg where 10쿭m?kg = 1m?kg. Hence: Considering the molecular structure of liquids and vapours we would expect the density of steam to be much smaller than that of water because the steam molecules are more widely separated from one another, and at typical atmospheric conditions the densities of water and steam are respectively kg/m?and 0.6 kg/m? This enormous difference is appreciated if a kettle of water is left to boil, the resulting steam soon fills the entire room. As the steam pressure increases the density of the steam increases, and inversely the specific volume will of course decrease. If we refer to the steam tables and plot the specific volume against the steam pressure we will produce a curve as shown in the slide which highlights the fact of a sharp rise in specific volume as the pressure falls below 6 Bar g.

8 건포화증기의 압력/열량 Steam pressure/Volume relationship
500 1000 1500 2000 2500 열량 (kJ/kg) 119 239 358 478 597 열량 (kcal/kg) 잠열 증발잠열은 증기압력이 증가함에 따라 감소한다 현열 증기압력이 증가함에 따라 포화수의 엔탈피는 증가한다 Steam pressure/Volume relationship The density r of a substance is mass (m) per unit volume (V) of the substance. The specific volume v, is the volume per unit mass and is therefore the inverse of density. Its units are m?kg or dm?kg where 10쿭m?kg = 1m?kg. Hence: Considering the molecular structure of liquids and vapours we would expect the density of steam to be much smaller than that of water because the steam molecules are more widely separated from one another, and at typical atmospheric conditions the densities of water and steam are respectively kg/m?and 0.6 kg/m? This enormous difference is appreciated if a kettle of water is left to boil, the resulting steam soon fills the entire room. As the steam pressure increases the density of the steam increases, and inversely the specific volume will of course decrease. If we refer to the steam tables and plot the specific volume against the steam pressure we will produce a curve as shown in the slide which highlights the fact of a sharp rise in specific volume as the pressure falls below 6 Bar g. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 압력 (bar g)

9 고압으로 증기를 이송하고 저압의 증기를 사용하는 것이 실용적이다

10 증기의 질 그럼 지금부터 2004년 에너지 절감활동을 주요 테마 중심으로 발표 드리겠습니다. ■

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

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

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

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

15 달톤의 분압 법칙 절대압 = 대기압 + 계기압 = 1 + 1 = 2 bar a
120 ℃ 100% 증기 1 bar g 111.6 ℃ 25% 공기 75% 증기 1 bar g 절대압 = 대기압 + 계기압 = = 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 공기와 비응축성 가스 초기 가동시 보일러 급수 보충수와 응축수 보일러수 처리 화학약품
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 b. Cont.--Sources of Air and Incondensibles Air is present within the steam supply pipes and within the equipment itself at start up. Even if the system were filled with pure steam the last time it was used, the steam would condense at shut down, and air would be drawn in by the resultant vacuum. Air can also enter the system in solution with the boiler feedwater. At 80 oC, water can dissolve about 0.6% of its volume of air. The solubility of oxygen is roughly twice that of nitrogen so the "air" which dissolves in water contains nearly one part oxygen to two of nitrogen rather than the one part to four parts contained by atmospheric air. Carbon dioxide has a greater solubility, roughly 30 times greater than oxygen. Make up feedwater and condensate exposed to the atmosphere can readily absorb these gases. When the water is heated in the boiler, the gases are released with the steam and carried into the distribution system. Unless make up water is fully de-mineralised and de-gassed, it will contain soluble sodium carbonate, perhaps with reacting calcium carbonate with sodium zeolite to avoid forming hard calcium scale inside the boiler. The sodium carbonate can dissociate to some extent in the boiler and carbon dioxide is released. With higher pressure boilers the feed water is often passed through a deaerator before it is pumped to the boiler, The best de aerators can reduce oxygen levels to cc per litre of water - a very small amount, and this residual oxygen can be dealt with by chemical treatment.

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

19 청결(Clearliness) 증기시스템에서 이물질의 원인 잘못된 보일러 운전으로 인한 보일러에서 고형물의 캐리오버 배관 스케일
용접 찌꺼기 잘못 적용되거나 과잉으로 사용된 접속제 c. Cleanliness "Dirt" in any steam system can have as its source, carryover of solids from the boiler water due to incorrect boiler operation pipe scale, welding slag, excess jointing material badly applied to screwed and flanged pipe joints. All these unwanted substances are detrimental to the efficient operation of any steam system. Excess treatment compound from the boiler will deposit itself on the heat transfer surfaces and reduce the rate of heat transmission. Pipe scale and other foreign matter can interfere with the operation of control valves and steam traps. The essential protection against such pipe dirt is the installation of pipeline strainers to protect such equipment. It must be said that protection from the carryover of treatment compound can hardly be achieved using a line strainer, but the use of an in line separator can be applied. This is again dealt with fully in the training package "Steam Trapping". The solution to the problem of carry over is dealt with in the "Boiler House” training package.

20 건도(Dryness fraction) 포화증기 중에 포함되어 있는 증기의 비율 X = 0 포화수

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

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

23 보일러의 저압운전 Carry over 보일러의 저압 운전시 증기속도 비교 9 bar g 증기의 비체적 : 0.194 m3/kg
배관 내 증기속도 차이 : / = 1.6 증기속도 1.6배 증가 Carry over

24 보일러수 내 고형물 과다 증류수 공업용수 보리차

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

26 습증기에 의한 문제점 배관, 피팅 및 밸브 내부부품의 침식 워터해머 및 그와 연관된 문제 가능성 증가
열전달 표면에 열전달을 방해하는 수막 형성 d. Steam should be dry In Section 1 we learned how the presence of water in steam reduces the heat energy per unit mass of the steam (the enthalpy of evaporation). It follows therefore, that the steam should be as dry as possible. As well as reducing the heat energy per unit mass of the steam the droplets of water entrained with the steam add to the resistant film of water upon the heat exchange surface and slow down the rate of heat transfer.

27 습증기에 의한 장애 증기 온도 공기막 응축수막 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 그럼 지금부터 2004년 에너지 절감활동을 주요 테마 중심으로 발표 드리겠습니다. ■

30 증기 수송시 고려사항

31 증기배관의 증기/응축수 증기 증기 증기

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

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

34 릴레이 배관 1/250 기울기 높은 지점 으로 릴레이 증기 m 배출 지점 증기 방향

35 효율적이고 적절한 응축수 배출처리 정상 비정상

36 증기배관의 리듀셔 정상 증기 응축수 증기 비정상 응축수

37 스트레나의 설치 스트레나 컨트롤 밸브

38 지관의 연결 증기 증기 û비정상 ü정상 응축수

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

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

41 배관 구경 선정 증기유속에 의한 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 배관구경 선정 - 증기유속 10 bar g 2 bar g 900 kg/h D2 D1 50 mm 100 mm

44 배관구경 선정 - 증기유속 Steam pressure/Volume relationship
(kg/h) Steam pressure/Volume relationship The density r of a substance is mass (m) per unit volume (V) of the substance. The specific volume v, is the volume per unit mass and is therefore the inverse of density. Its units are m?kg or dm?kg where 10쿭m?kg = 1m?kg. Hence: Considering the molecular structure of liquids and vapours we would expect the density of steam to be much smaller than that of water because the steam molecules are more widely separated from one another, and at typical atmospheric conditions the densities of water and steam are respectively kg/m?and 0.6 kg/m? This enormous difference is appreciated if a kettle of water is left to boil, the resulting steam soon fills the entire room. As the steam pressure increases the density of the steam increases, and inversely the specific volume will of course decrease. If we refer to the steam tables and plot the specific volume against the steam pressure we will produce a curve as shown in the slide which highlights the fact of a sharp rise in specific volume as the pressure falls below 6 Bar g.

45 스팀트랩의 정의 / 구조 그럼 지금부터 2004년 에너지 절감활동을 주요 테마 중심으로 발표 드리겠습니다. ■

46 스팀트랩은 무엇인가 ? 증기와 응축수를 구별하여 증기는 차단하고 응축수/공기는 배출하는 자동밸브 Mouse Trap
이와 같이, Steam trap은 바로 스팀을 잡아 주는 덫입니다. 즉, 증기는 응축하여 응축수가 되고, 증기에는 공기 등의 기체가 함유되어 있습니다. Steam trap은 응축수, 공기 및 비응축성 가스는 제거하고 증기는 나가지 못하도록 막아 주는 덫입니다. 증기 시스템 및 압축공기 시스템에서 사용되는 트랩의 종류는 여러 가지가 있습니다. Vapor trap 또는 Gas trap은 가스는 잡아 주고 액체는 배출하는 트랩입니다. 즉, Gas trap이라고 하는 것은 압축공기 시스템에서 공기는 잡아 주고 공기에 함유된 응축수는 제거하는 것이 한 실례입니다. Liquid Trap 또는 Vapor(Gas) vent라고 하는 것은 Gas trap과는 반대로 액체는 잡아 주고 가스만 배출하는 트랩입니다. 즉, Liquid trap이라고 하는 것은 수배관 시스템에서 물 속에 함유된 공기를 제거하는 것이 한 실례입니다. 증기 중에 함유된 공기를 제거하는 Air vent라는 것은 Gas Vent와는 약간 특성은 다르지만, 기능상으로는 Gas Vent와는 비슷하다고 할 수 있습니다. 지금까지 설명 드린 트랩의 종류는 자세하게 지금부터 설명 드리도록 하겠습니다. Mouse Trap Steam Trap

47 스팀트랩의 구조 조절기 볼 후로트 버켓트 압력평형식 캡슐 바이메탈 디스크 조절기 몸체 오리피스 밸브
모든 스팀트랩은 이 그림에서와 같이 몸체, 응축수가 통과하는 구멍인 오리피스, 오리피스를 개폐하는 밸브, 증기와 응축수를 구분하여 밸브를 구동시키는 조절기로 구성되어 있습니다. 모든 스팀트랩은 위와 같이 몸체, 오리피스, 밸브, 조절기로 구성되어 있으며, 조절기의 종류에 따라 스팀트랩의 종류가 구분됩니다. 이 그림에서는 뜨거운 증기가 유입되면 조절기인 바이메탈 엘레멘트가 휘어져 밸브를 끌어당겨 밸브를 닫게 되고, 차가운 응축수가 유입되면 바이메탈 엘레멘트는 원래 상태로 유지되면서 밸브를 열게 되어 응축수를 배출합니다.

48 스팀트랩의 종류/작동원리 다음은 향후 계획을 말씀드리겠습니다. ■

49 스팀트랩의 종류 볼 후로트 버켓트 써모다이나믹 압력평형식 바이메탈

50 작동원리에 따른 분류(1) 온도조절식 스팀트랩 (Thermostatic Steam Trap) 온도의 변화에 따라 작동
압력평형식 트랩 / 바이메탈식 트랩 압력평형식 바이메탈 스팀트랩의 종류는 작동하는 방식에 따라서 3가지, 조절기의 종류에 따라 5가지로 나뉩니다. 작동하는 방식에 따라 온도조절식, 기계식, 써모다이나믹 스팀트랩으로 나뉩니다. 먼저 온도조절식은 증기와 응축수의 온도 변화에 따라 작동하는 방식이며, 여기에는 압력평형식 스팀트랩과 바이메탈식 스팀트랩이 있습니다.

51 작동원리에 따른 분류(2) 기계식 트랩 (Mechanical Steam Trap) 유체의 밀도차에 의해 작동
볼후로트식 트랩 / 버켓트식 트랩 볼 후로트 버켓트 스팀트랩의 종류는 작동하는 방식에 따라서 3가지, 조절기의 종류에 따라 5가지로 나뉩니다. 작동하는 방식에 따라 온도조절식, 기계식, 써모다이나믹 스팀트랩으로 나뉩니다. 먼저 온도조절식은 증기와 응축수의 온도 변화에 따라 작동하는 방식이며, 여기에는 압력평형식 스팀트랩과 바이메탈식 스팀트랩이 있습니다.

52 작동원리에 따른 분류(3) 써모다이나믹 트랩 (Thermodynamic Steam Trap)
유체역학적 특성의 변화에 따라 작동 디스크 트랩 써모다이나믹 스팀트랩의 종류는 작동하는 방식에 따라서 3가지, 조절기의 종류에 따라 5가지로 나뉩니다. 작동하는 방식에 따라 온도조절식, 기계식, 써모다이나믹 스팀트랩으로 나뉩니다. 먼저 온도조절식은 증기와 응축수의 온도 변화에 따라 작동하는 방식이며, 여기에는 압력평형식 스팀트랩과 바이메탈식 스팀트랩이 있습니다.

53 스팀트랩의 응축수 배출 온도 기계식, 써모다이나믹 온도조절식 끓는점 △T 응축수 정체 건도 온도 (℃) 에너지 절약 열량
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 건도 온도조절식 기계식, 써모다이나믹 온도 (℃) 에너지 절약 열량 0 oC 현열 (hf) 증발잠열(hfg) 전열 (hg)

54 압력평형식 스팀트랩 - 작동원리 먼저 온도조절식 스팀트랩 중 한 종류인 압력평형식 스팀트랩에 대해 알아보겠습니다.
압력평형식 스팀트랩은 증기와 응축수의 온도차를 이용하는 것입니다. 내부의 이 부분을 다이아프람 캡슐이라 부르고, 외부의 두꺼운 SS판과 내부의 얇은 SS판으로 구성되어 있습니다. 이 두 SS판 사이에 물과 성질이 비슷한 특성을 갖는 알콜성 유체가 들어 있습니다. 이 알콜성 유체는 물 보다 낮은 온도에서 끓고, 낮은 온도에서 응축되는 특성을 갖습니다. 또한 하부에는 볼 밸브가 용접되어 있습니다. 증기가 공급되면, 다이아프람 캡슐 내부의 유체가 끓게 되고, 이에 따라 다이아프람 캡슐이 팽창함에 따라 볼밸브를 밀어내게 됩니다. 그래서 오리피스를 막게되어 증기의 배출을 막습니다. 방열이 되어 온도가 떨어지게 되면, 다이아프람 캡슐 내부의 유체가 응축하게 되고, 이에 따라 다이아프람 캡슐이 수축함에 따라 볼밸브를 끌어당기게 됩니다. 그래서 오리피스를 열게되어 응축수를 배출하게 됩니다. 압력평형식 스팀트랩은 증기의 포화온도 보다 낮은 온도에서 응축수를 배출하는 특성을 가지고 있습니다. 응축수 배출온도는 다이아프람 캡슐 내에 봉입되어 있는 유체의 양에 따라 결정되며, 일반적으로 포화온도 보다 13℃ 이하에서 배출하는 것이 표준입니다.

55 바이메탈식 스팀트랩 작동원리 : 증기와 응축수의 온도차 Cold Hot Heat
온도조절식 스팀트랩의 다른 한 종류로서, 바이메탈식 스팀트랩이 있습니다. 서로 다른 금속을 붙여 놓았을 경우, 열을 받았을 때 휘어지는 특성을 이용한 것입니다. 열을 받았을 때, 열팽창계수가 더 큰 금속이 더 많이 팽창되는 특성을 응용한 스팀트랩입니다.

56 바이메탈식 스팀트랩 - 작동원리 뜨거운 증기가 스팀트랩에 유입되면 바이메탈 엘레멘트는 열을 받아 팽창하여 휘게 됩니다. 그래서 오른쪽의 그림과 같이, 바이메탈이 휘게 됨에 따라 여기에 연결된 밸브를 잡아 당기게 되어 오리피스가 닫히게 됩니다. 방열에 의해 트랩 내부의 온도가 떨어지게 되면, 바이메탈이 냉각하여 원래대로 복귀하여 밸브는 하부로 내려가고 오리피스는 열리게 됩니다. 그래서 응축수는 배출됩니다. 이 때 배출되는 응축수는 압력평형식 스팀트랩과 마찬가지로 증기의 포화온도 보다 낮은 온도를 갖습니다. 즉, 온도조절식 스팀트랩인 압력평형식 스팀트랩과 바이메탈식 스팀트랩은 모두 응축수를 포화온도 보다 낮은 온도에서 배출하는 특성을 갖는 스팀트랩입니다.

57 볼후로트식 스팀트랩 - 작동원리 증기와 응축수의 밀도차 이용
볼후로트식 스팀트랩은 증기와 응축수의 밀도차를 이용한 스팀트랩입니다. 즉, 응축수가 유입되면 볼후로트가 부력에 의해 뜨게 되고, 증기가 공급되면 볼후로트가 부력이 없으므로 가라앉게 되는 특성을 이용한 스팀트랩입니다. 가동초기에는 배관이나 설비에 공기가 가득 차 있는데, 이 공기는 볼후로트식 스팀트랩으로 유입되어 온도조절식 에어벤트를 통해 배출됩니다. 온도조절식 에어벤트는 압력평형식 스팀트랩에 내장된 다이아프람캠슐과 동일한 것입니다. 기본적으로 포화증기온도 보다 -12℃ 낮은 온도에서 밸브가 열립니다. 가동초기에 또한 차가운 응축수가 유입되면 온도조절식 에어벤트를 통해 응축수가 배출되기도 합니다. 뜨거운 응축수가 유입되면 온도저절식 에어벤트는 닫히고 볼후로트가 부력에 떠올라 레버에 의해 하부의 밸브를 열게 되고, 이 오리피스를 통해 응축수가 배출됩니다. 증기가 유입되면 볼후로트가 부력을 잃고 가라앉아 밸브를 폐쇄하게 됩니다. 밸브는 항상 수위보다 낮은 부분에 있기 때문에, 증기는 누설되지 않는 구조입니다.

58 볼후로트 스팀트랩 - 작동원리 볼후로트식 스팀트랩은 증기와 응축수의 밀도차를 이용한 스팀트랩입니다. 즉, 응축수가 유입되면 볼후로트가 부력에 의해 뜨게 되고, 증기가 공급되면 볼후로트가 부력이 없으므로 가라앉게 되는 특성을 이용한 스팀트랩입니다. 가동초기에는 배관이나 설비에 공기가 가득 차 있는데, 이 공기는 볼후로트식 스팀트랩으로 유입되어 온도조절식 에어벤트를 통해 배출됩니다. 온도조절식 에어벤트는 압력평형식 스팀트랩에 내장된 다이아프람캠슐과 동일한 것입니다. 기본적으로 포화증기온도 보다 -12℃ 낮은 온도에서 밸브가 열립니다. 가동초기에 또한 차가운 응축수가 유입되면 온도조절식 에어벤트를 통해 응축수가 배출되기도 합니다. 뜨거운 응축수가 유입되면 온도저절식 에어벤트는 닫히고 볼후로트가 부력에 떠올라 레버에 의해 하부의 밸브를 열게 되고, 이 오리피스를 통해 응축수가 배출됩니다. 증기가 유입되면 볼후로트가 부력을 잃고 가라앉아 밸브를 폐쇄하게 됩니다. 밸브는 항상 수위보다 낮은 부분에 있기 때문에, 증기는 누설되지 않는 구조입니다.

59 버켓트식 스팀트랩 - 작동원리 증기와 응축수의 밀도차 이용 물 공기 공기
버켓트식 스팀트랩도 볼후로트식 스팀트랩과 마찬가지로 증기와 응축수의 밀도차를 이용한 기계식 스팀트랩입니다. 버켓트식 스팀트랩의 작동원리로 가장 대표적인 예를 든다면, 물이 가득 찬 버켓트와 비어 있는 버켓트를 수조에 거꾸로 집어 넣었을 경우입니다. 물이 가득 찬 버켓트는 수조 밑으로 가자 앉을 것입니다. 이는 부력이 작용하지 않기 때문입니다. 그렇지만, 비어 있는 버켓트의 경우, 버켓트 내부의 공기의 부력에 의해 버켓트는 가라 앉지 않고 뜨게 됩니다. 이와 비슷한 작동원리를 갖는 것이 바로 버켓트식 스팀트랩입니다. 가동초기 공기는 버켓트의 벤트홀을 통해서 서서히 벤트됩니다. 응축수는 부력이 존재하지 않아 열려있는 오리피스를 통해 배출됩니다. 증기가 버켓트 내부의 응축수를 밀어내고 버켓트 내부에 차게된다. 버켓트는 부력을 받게 되어 떠오르게 되고 이때 레버에 부착된 밸브는 시트에 접근하고 응축수는 빠른 속도로 시트를 통하면서 밸브를 순간적으로 시트에 밀착시킨다. 이는 속도가 빨라지면 시트 주위의 압력이 순간적으로 낮아지기 때문이다. 버켓트 내부의 증기가 응축되거나 벤트홀을 통해 나가면 버켓트가 부력을 잃고 가라 앉으며 밸브를 개방됩니다.

60 버켓트식 스팀트랩 - 작동원리 버켓트식 스팀트랩도 볼후로트식 스팀트랩과 마찬가지로 증기와 응축수의 밀도차를 이용한 기계식 스팀트랩입니다. 버켓트식 스팀트랩의 작동원리로 가장 대표적인 예를 든다면, 물이 가득 찬 버켓트와 비어 있는 버켓트를 수조에 거꾸로 집어 넣었을 경우입니다. 물이 가득 찬 버켓트는 수조 밑으로 가자 앉을 것입니다. 이는 부력이 작용하지 않기 때문입니다. 그렇지만, 비어 있는 버켓트의 경우, 버켓트 내부의 공기의 부력에 의해 버켓트는 가라 앉지 않고 뜨게 됩니다. 이와 비슷한 작동원리를 갖는 것이 바로 버켓트식 스팀트랩입니다. 가동초기 공기는 버켓트의 벤트홀을 통해서 서서히 벤트됩니다. 응축수는 부력이 존재하지 않아 열려있는 오리피스를 통해 배출됩니다. 증기가 버켓트 내부의 응축수를 밀어내고 버켓트 내부에 차게된다. 버켓트는 부력을 받게 되어 떠오르게 되고 이때 레버에 부착된 밸브는 시트에 접근하고 응축수는 빠른 속도로 시트를 통하면서 밸브를 순간적으로 시트에 밀착시킨다. 이는 속도가 빨라지면 시트 주위의 압력이 순간적으로 낮아지기 때문이다. 버켓트 내부의 증기가 응축되거나 벤트홀을 통해 나가면 버켓트가 부력을 잃고 가라 앉으며 밸브를 개방됩니다.

61 써모다이나믹 스팀트랩 - 작동원리 베르누이 원리를 이용 모기약 정압(압력) + 동압(속도) = 일정
써모다이나믹 스팀트랩은 압력에너지, 즉 정압과 속도에너지, 즉 동압의 합은 항상 일정하다는 베르누이 정리를 이용한 스팀트랩으로서, 작동부위가 디스크 하나이기 때문에 디스크 트랩이라고도 합니다. 즉, 속도가 빨라지면 압력은 떨어지고, 속도가 느려지면 압력은 높아지는 열역학적 특성을 이용한 것입니다. 예를 들어 설명하면, 예전에 사용했던 입으로 불어 뿌리는 모기약의 경우, 두개의 프라스틱 관으로 되어 있어 한쪽 관을 입으로 불면 속도가 매우 빠르기 때문에 연결된 다른 한 쪽의 관의 입구압력이 낮아져 모기약이 빨리게 되는 것입니다. 또한, 비행기가 뜨는 원리에서도 발견할 수 있습니다. 비행기의 아래부분은 공기의 이송거리가 짧고, 윗부분은 이송거리가 깁니다. 이송거리가 긴 곳에서는 동일한 시간 내에 도착해야 하기 때문에, 공기의 속도가 빨라지게 됩니다. 그래서 비행기의 윗부분의 압력은 아래부분에 비해 낮게 됩니다. 그래서 아래부분의 높은 압력이 압력이 낮은 윗부분으로 밀기 때문에 비행기는 뜨는 것입니다. 정압(압력) + 동압(속도) = 일정

62 써모다이나믹 스팀트랩 - 작동원리 써모다이나믹 스팀트랩에서 가동초기에는 입구측의 압력에 의해 공기 및 차가운 응축수가 디스크를 밀어 원활하게 배출됩니다. 뜨거운 응축수가 속도가 빠른 유로를 통과함에 따라 압력이 낮아지기 때문에 재증발증기가 발생합니다. 재증발증기가 디스크 상부에서 압력을 형성하고, 디스크 하부의 낮은 압력에 의해 디스크를 시트쪽으로 끌어당기게 되어, 유로를 막게 됩니다. 이때 디스크 상부에 있는 재증발증기의 압력은 하부에 비해 낮지만, 재증발증기가 밀고 있는 디스크 상부의 면적이 하부의 면적보다 넓기 때문에, 더욱 큰 힘을 발휘하게 됩니다. 디스크 상부의 재증발증기가 방열에 의해 응축되면 디스크는 개방되어 응축수를 배출하게 됩니다.

63 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 온도조절식 스팀트랩 (압력평형식, 바이메탈식) - 증기와 응축수의 온도차 이용 : 응축수의 현열 이용 - 열교환기에서 사용 불가, 스팀 트레이싱 - 공기 배출 능력이 좋다.

64 스팀트랩의 고장 원인 스팀트랩의 마손 및 내부 부품의 손상 스케일(배관, 케리오버) → 트랩 Plugging 스트레나 정비
부식성 응축수 워터해머 빙결 잘못된 구경 선정 및 모델 선정 잘못된 설치 방법 부적절한 정비

65 왜 응축수를 회수하는가 ? Condensate Return
An effective condensate recovery system, collecting the hot condensate from the steam using equipment and returning it to the boiler feed system, can pay for itself in reduced fuel costs alone in a remarkably short time. The above slide illustrates the heat content of steam.

66 응축수에서 재증발증기의 발생량 재증발증기 : 압력차에 의해 응축수의 일정량이 증발할 때 발생하는 증기
재증발증기 (10~15%) 응축수 (85~90%)

67 재증발증기 발생량 △P가 클수록 더 많은 재증발증기 발생 4 bar g 4 bar g, 152 ℃의 응축수
에어벤트 스팀트랩 스톱밸브 증기사용설비 4 bar g 0 bar g 4 bar g, 152 ℃의 응축수 = 152 kcal/kg 0 bar g, 100 ℃의 응축수 = 100 kcal/kg 0 bar g, 100 ℃의 증기 잠열 = 539 kcal/kg 재증발증기 발생율 = ( ) / 539 = 9.7 % △P가 클수록 더 많은 재증발증기 발생

68 응축수 내 재증발증기의 에너지 재증발증기 (50%) 응축수 (50%) 보일러에 공급된 에너지의 약 12.5%

69 왜 응축수를 회수하는가 ? 7 bar g 응축수의 에너지 : 172 kcal/kg
재증발증기의 에너지 대기압에서 응축수의 에너지 압력 (bar g) 열량 (kcal/kg) 120 239 358 478 600 715 1 2 3 4 5 6 7 8 10 9 11 12 13 14 증발 잠열 증기의 전열 열량 (kJ/kg) 3000 2500 2000 1500 1000 500 Condensate Return An effective condensate recovery system, collecting the hot condensate from the steam using equipment and returning it to the boiler feed system, can pay for itself in reduced fuel costs alone in a remarkably short time. The above slide illustrates the heat content of steam. 7 bar g 응축수의 에너지 : 172 kcal/kg 대기압 응축수의 에너지 : 100 kcal/kg

70 응축수의 가치 고온수 : 에너지 절감(사용에너지 25% 보유) 증류수 : 수처리 비용 절감 급수로 재이용 : 급수비용 절감
Spirax Sarco Publication P38 증류수 : 수처리 비용 절감 “Condensate and Flash Steam Recovery” Contents 1. Condensate Return 2. Sizing Condensate Return Lines 3. Long Delivery Lines 4. Flooded Return Lines 5. General 6. Condensate Pumping 7. Flash Steam 8. Typical Applications Introduction When steam condenses, the enthalpy transferred to the cooler material being heated accounts for about only 75% of the enthalpy supplied in the boiler to produce the steam. The remainder, about 25%, is still held by the condensed water. As well as having this heat content, the condensate is distilled water and is ideal for use as boiler feed water. An efficient instillation will collect every drop of condensate it economically can, and return it to the deaerator or boiler feed tank, or use it in the process. Condensate is discharged through steam traps from a higher to a lower pressure. Some of its heat content then re-evaporates, as “flash steam”, a proportion of the condensate. A 10% loss of flash steam means that 10% of the fuel is being burnt, just to heat the atmosphere. Flash Steam Recovery is an important part of achieving an energy efficient system. This training module will look at two essential areas - Condensate Return and Flash Steam Recovery. Some of the apparent problem areas are outlined and solutions offered. 급수로 재이용 : 급수비용 절감 환경보호 : 폐수처리 비용 절감 재증발증기 발생 : 재이용

71 응축수회수 - 에너지 절감 시 스 템 조 건 계 산 증기압력 : 7 bar g 증기 부하량 : 1,000 kg/h
년간 운전시간 : 8,400 시간 응축수 회수온도 : 95 ℃ 보충수 온도 : 15 ℃ 연료의 열량 : 9,800 kcal/ℓ 연료비 : 200원/ℓ 용수/폐수처리 비용 : 700원/Ton 수처리 비용 : 60원/Ton 보일러 효율 : 90% 응축수회수율 목표 : 30% 시 스 템 조 건 보충수 가열량(15 ℃ → 95 ℃) 300 x ( ) = 24,000 kcal/h 연료의 열량 = 8,820 kcal/ℓ 보충수 가열에 필요한 연료량 = 2.7 ℓ/h 보충수 가열에 필요한 연료비 = 540 원/h 용수 및 폐수비 = 210 원/h 수처리 비용 = 18 원/h 계 산 다음은 응축수를 회수하는 경우에 년간 절감되는 에너지 및 기타 용수처리비용에 대해 실제적인 예가 되겠습니다. 여러분 교재 3페이지에 나타낸 예가 되겠는데 계산 조건은 현실에 맞췄기 때문에 여러분 교재와 조금 다르지만 계산 방법은 동일합니다. 보시는 바와 같이 설비에서 사용되는 증기의 압력은 7Bar 이고 증기사용량은 시간당 1000 킬로그램이 되겠습니다.운전시간은 연간 2400시간이며 용수 및 처리비용은 모두 합해서 톤당 760원입니다. 응축수회수온도가 95도이고 보충수의 온도가 15도일 때 이 응춧를 이용하여 높인 보충수의 온도상승 폭은 72도가 됩니다. 보일러 연료로는 B-C유를 사용했고 연료비용과 보일러효율은 보시는 바와 같습니다. 증기값을 여러분 교재에 있는 계산방법을 사용하여 계산하면 톤당 14400원이 됩니다. 그리고 재증발증기 압력을 0.5bar로 했을때 재증발증기 발샐률 10%를 감안하여 계산하는 경우 재증발 증기회수에 따른 에너지회수비용은 연간 3,456,000이 됩니다. 자세한 계산방식은 교재를 참고하시기 바랍니다.

72 응축수 회수 - 년간 절약 비용 30%의 응축수를 회수할 경우 = ￦6,451,000 연 료 ￦ 4,536,000 +
LOCATION: ABC PLANT 1. Condensate load kg/h 2. Annual hours of operation h/year 3. Water and sewage cost £0.30/tonne 4. Water treatment chemicals £0.05/tonne of water 5. Total water cost (3 + 4) £0.35/tonne 6. Condensate return temperature °C 7. Cold make up water temperature °C 8. Make up water temperature rise (6 -- 7) °C 9. Fuel (oil) cost £0.12/litre 10. At 80% boiler efficiency, fuel supplies kJ/litre 11. Steam cost approximately £8.8/tonne Water and Chemical Savings by Returning Condensate Annual water cost saving = Example A = = £6,898 Annual oil saving = Example B = = £20,646 Savings by Condensate Recovery Example A + Example B = £27,544 연 료 ￦ 4,536,000 + 용수 및 폐수 ￦ 1,764,000 수처리 + ￦ 151,000 = ￦6,451,000

73 응축수 회수 배관 구경 선정 다음은 향후 계획을 말씀드리겠습니다. ■

74 응축수 배관의 종류 펌프 토출측 배관 트랩 입구측 드레인 배관 트랩 출구측 배관

75 Sizing Condensate Return Lines
스팀트랩 입구측 배관 설비 아래에 트랩 설치 압력손실 최소화 배관 Sizing Condensate Return Lines No single set of recommendations can cover the whole subject of condensate line sizing. The system will divide naturally into at least three sections. Depending on the operating pressures, the requirements of each section will differ. We have: 1. Drain lines to traps 2. Trap discharge lines 3. Pumped return lines 1. Drain lines to traps In the first section, the condensate must flow from the drain outlet on the steam user, to the trap. The steam space of the heater and the body of the trap will be at the same pressure, so gravity is usually relied on to induce flow. The lines from the drainage points to the traps can be laid with a slight fall, say 14mm/m. or 1 in 70, when their capacity may be read from the slide. To minimize the risk of steam locking these lines should be kept short, with the traps as close as possible to the equipment. The amount of condensate to be allowed for when selecting the pipe size is not necessarily the normal full load of the equipment being drained. At plant start up the condensing rate may be up to twice the running load, or in a few cases even more than twice. Further, the line to the trap very often has to carry the air which is displaced by the incoming steam. Usually, sizing these lines from Table 1 for a water flow rate of twice the running load will give acceptable results. Thus, a running load of say 2000 kg/h would be taken as a start up load of about 4000 kg/h. The above slide shows that a 40mm line is undersized, and a 50mm line would be selected, from the 0.8 mbar/m column. 1,000 kg/h 응축수 부하의 2배 기준 물 배관 0.8 mbar/m 압력손실기준 4 bar g

76 트랩입구측 배관구경선정(kg/h)

77 Sizing Condensate Return Lines
스팀트랩 출구측 배관 Sizing Condensate Return Lines No single set of recommendations can cover the whole subject of condensate line sizing. The system will divide naturally into at least three sections. Depending on the operating pressures, the requirements of each section will differ. We have: 1. Drain lines to traps 2. Trap discharge lines 3. Pumped return lines 1. Drain lines to traps In the first section, the condensate must flow from the drain outlet on the steam user, to the trap. The steam space of the heater and the body of the trap will be at the same pressure, so gravity is usually relied on to induce flow. The lines from the drainage points to the traps can be laid with a slight fall, say 14mm/m. or 1 in 70, when their capacity may be read from the slide. To minimize the risk of steam locking these lines should be kept short, with the traps as close as possible to the equipment. The amount of condensate to be allowed for when selecting the pipe size is not necessarily the normal full load of the equipment being drained. At plant start up the condensing rate may be up to twice the running load, or in a few cases even more than twice. Further, the line to the trap very often has to carry the air which is displaced by the incoming steam. Usually, sizing these lines from Table 1 for a water flow rate of twice the running load will give acceptable results. Thus, a running load of say 2000 kg/h would be taken as a start up load of about 4000 kg/h. The above slide shows that a 40mm line is undersized, and a 50mm line would be selected, from the 0.8 mbar/m column. 설비 초기 가동 - 재증발증기 없거나 소량 - 응축수 부하량 최대 설비 정상 가동 - 재증발증기를 고려한 배관구경

78 재증발 증기 선도 재증발증기 압력(bar g) 트랩 1차측 압력(bar) 대기압 재증발증기 발생률

79 재증발 증기 (트랩 출구측) 질 량 응축수 903 kg/h 재증발 증기 97 kg/h 부 피 응축수 0.903 m3/h
질 량 응축수 kg/h 재증발 증기 kg/h 1,000 kg/h 부 피 응축수 m3/h 재증발 증기 m3/h 4 bar g 0 bar g

80 트랩 출구측 배관의 단면도 97 kg의 재증발 증기 총체적의 99.45% 903 kg의 응축수 총체적의 0.55 %

81 트랩 출구측 응축수 배관 선정 (kg/h) 재증발증기의 속도 : 15 m/s (습증기에 의한 워터해머, 침식 방지)

82 응축수 회수 방법 그럼 지금부터 2004년 에너지 절감활동을 주요 테마 중심으로 발표 드리겠습니다. ■

83 응축수 배출 조건 (P1 > P2) P1 P2 피가열체 출구온도신호 열교환기

84 응축수 정체 조건 (P1 < P2) P2 P1 피가열체 출구온도신호 열교환기

85 상승배관에 의한 응축수 정체 1.0 bar g 15 m 에어히터 밧테리 1.5 bar g

86 응축수 배출정지조건 차트 Ts-T2 100 = Tb-T2 X X : 부하율 Ts : 증기 온도 T2 : 제품 출구온도
부하(%) 스팀트랩에서 시스템의 배압 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 14.5 11.6 9.0 7.0 5.2 3.8 2.6 1.7 1.0 0.4 0.7 0.5 0.3 0.2 0.1 온도 ºC 최고부하 증기 온도 및 압력 제품 유입 온도 압력 (bar g) 제품 배출 온도 Ts-T2 100 = Tb-T2 X X : 부하율 Ts : 증기 온도 T2 : 제품 출구온도 Tb : 배압 온도 20℃ 70℃ 1 bar g 120℃ 0 bar g 펌프/트랩 필요 스팀트랩 대기압

87 열교환기의 과대 사이징은 부하가 높은 상태에서 응축수배출 정지조건을 야기
열교환기의 응축수 정체 열교환기의 응축수 정체로 인한 문제점 열교환기 출력의 감소 컨트롤밸브의 헌팅 제품의 불량 부식 워터해머 열교환기의 변형 및 손상 열교환기와 배관의 동결 및 열적 스트레스 열교환기의 과대 사이징은 부하가 높은 상태에서 응축수배출 정지조건을 야기 …그림설명 후 … 이와 같은 문제점들은 여러분도 한번이상쯤은 모두 현장에서 경험하셨으리라 생각 됩니다. 자! 이제 문제점을 알았으니 응축수정체 조건에 대해 조금더 말씀드리고 해결방법에 대해 알아보기로 하겠습니다.

88 응축수 회수 방법 진공해소장치 + 중력에 의한 응축수 회수 기계식 펌프를 이용한 응축수 회수 펌핑트랩을 이용한 응축수 회수
The momentum of the moving contents of a long delivery line may keep the water in motion for a little time after the Ogden Pump has completed its discharge stroke. Steam can then be pulled through the outlet check valve into the pipework. When the water in the pipe comes to rest, the back pressure in the line can compress the bubble of steam which had been stretched by the moving "column'' of water. The bubble shrinks, and water moves violently back towards the outlet check valve. The waterhammer which is implicit in this reversal of motion can be both alarming and serious. It usually is prevented by using a second, line size check, or non-return, valve in the line, perhaps 6m along from the pump. In some cases, where the delivery line rises to high level soon after leaving the pump, a vacuum breaker can be fitted at the high point. By admitting air at the appropriate time, this can allow the water to continue flowing towards the discharge point by its own momentum. An ideal arrangement which is sometimes possible is to have a receiver or break tank connected to the delivery line, closely after the pump and installed at a height from which gravity flow to the final receiver is practical. This means that in effect the pump is only required to lift condensate from its own receiver at low level to a second receiver at high level. The delivery line can then be sized to accept the continuous flow of condensate at the same rate as it is flowing towards the pump. See above slide.

89 중력에 의한 응축수 배출 진공해소장치 온수 증기 열교환기 냉수 0.5 ~ 1 m 볼후로트 스팀트랩 중력으로 배출 No Lift

90 상승배관을 이용한 응축수 회수 진공해소장치 열교환기 내부가 진공이면 온수 진공해소장치로 공기 유입 열교환기
열교환기 내부의 진공 해소 그러나, 배압이 존재 스팀트랩만으로는 응축수 배출 불가 온수 증기 열교환기 냉수 볼후로트 스팀트랩 체크밸브

91 기계식 응축수 회수 펌프 온수 스팀 열교환기 냉수 구동스팀 집수관 MFP14 볼후로트 기계식 응축수 회수펌프 스팀트랩
오그덴 응축수회수펌프 온수 스팀 열교환기 냉수 구동스팀 집수관 기계식 응축수 회수펌프 볼후로트 스팀트랩

92 펌프를 이용한 응축수 회수 다음은 향후 계획을 말씀드리겠습니다. ■

93 기계식 응축수 회수펌프 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

94 응축수 회수펌프의 작동원리 - 응축수 유입 - 1. 운전되기 전 정상위치 후로트는 가장 아래 증기공급밸브 폐쇄 배기밸브 개방
구동증기 밸브 폐쇄 배기밸브 개방 1. 운전되기 전 정상위치 후로트는 가장 아래 증기공급밸브 폐쇄 배기밸브 개방 2. 액체유입으로 후로트 부상 입구측 체크밸브 출구측 체크밸브

95 응축수 회수펌프의 작동원리 - 펌핑 - 1. 최고위치로 후로트 부상 증기공급 밸브 개방, 배기밸브 닫힘 2. 액체 배출
구동증기 밸브 개방 배기 밸브 폐쇄 1. 최고위치로 후로트 부상 증기공급 밸브 개방, 배기밸브 닫힘 2. 액체 배출 증기공급으로 압력형성 입구 체크밸브 폐쇄

96 자동펌프트랩을 이용한 배출 구동스팀 응축수 회수 온수 스팀 열교환기 펌프와 트랩이 한 몸체에 !! 집수관 냉수 자동펌프트랩
최소 200 mm 자동펌프트랩

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 저희는 이제품을 APT14 자동펌프 트랩이라고 부르고 금번에 출시되어 광주에서 처음 공개하는 것입니다. 외관은 보시는 바와 같구요

98 자동펌프트랩의 작동원리 트래핑 모드 펌핑 모드 Ps > Pb Ps < Pb ① 후로트 상승에 의한
펌프 메커니즘 작동 ② 구동증기 공급밸브 개방 ③ 구동증기압력에 의한 응축수 배출 Ps > Pb Ps Pb ① 응축수 유입 (체크 밸브) ② 부력에 의한 후로트 상승 ③ 트랩 메커니즘 작동 ④ 차압에 의해 응축수 배출 이그림은 트랩으로 작동되는 경우를 나타낸 것인데, 작동은, 처음에 고부하 조건에서 응축수가 체크밸브를 밀고 유입되면 후로트가 조금 떠올라 마치 후로트트랩이 작동하는 것과 같은 방법으로 응축수를 배출합니다. 트랩용량은 최대 시간당 4,000KG 정도 됩니다.

99 자동펌프트랩의 선정(Software)

100 자동펌프트랩의 장점 APT14 APT10 최적의 응축수 제거 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 APT10 최적의 응축수 제거

101 오염된 응축수 이용 방법 뜨거운 부식성 응축수 16 ℃ 10℃ 의 공급수 폐수 Contaminated Condensate
Sometimes condensate is discharged from sources where the small possibility arises that it may have been contaminated by corrosive process liquids. Alternatively, it may be condensed exhaust steam from an engine and carry traces of oil. In either case it becomes unsuitable for use as boiler feed. However, although contaminated it still carries the same useful heat as does clean condensate. Some effort must be made to recover as much as possible of this heat content at least, while in some circumstances the residual water itself may be usable within the process. The slide shows what is probably one of the simplest possible heat exchangers, to enable heat to be recovered from condensate which must be discharged to waste. The hot condensate with its contaminants is taken to a tank, and an overflow arranged so that cool water from the bottom of the tank runs to drain. Fresh make up water for the boiler is passed through a coil, and picks up useful amounts of heat in cooling the water flowing through the tank. The arrangement can be very effective, and if the feed water temperature is increased by 6°C by recovering energy otherwise wasted, then about 1% of the fuel bill can be saved. In many plating works, condensate from the steam heating coils in the acid plating solution vats is suspect because of the rather higher possibility of leaking coils. The condensate is taken to a flash steam recovery vessel, and the flash steam it releases is used to supply a coil which preheats boiler feed water. The low pressure condensate from the coil, together with that from the flash vessel, is then utilised in the hot swill tanks. In some cases it may be effective to simply discharge the condensate (and flash steam) from the plating vats direct to the hot swill tanks. A similar arrangement might be used where boilers are supplied with heavy fuel oil from heated tanks. Condensate from the tank heaters is suspect because of the possibility of oil contamination through coil leaks, and often is drained to waste. Flash steam recovered from this condensate could more usefully preheat cold make up feed water. 10℃ 의 공급수 폐수

102 오염된 뜨거운 응축수에서 폐열회수 저압 부하설비 재증발 증기 오염가능성 있는 고압의 응축수 후래쉬 스팀트랩 베셀 스팀트랩
저압 응축수

103 재증발증기 회수 그럼 지금부터 2004년 에너지 절감활동을 주요 테마 중심으로 발표 드리겠습니다. ■

104 재증발증기 사용 조건 충분한 양의 응축수 적절한 저압증기 사용처 고압 응축수의 발생처에서 가까운 설비
동일한 고압설비 / 저압설비 운전시간대 Requirements for Successful Flash Steam Applications If full use is to be made of flash steam, some basic requirements have to be satisfied. 1. The first essential is to have a sufficient supply of condensate, from loads at sufficiently higher pressures, that enough flash steam will be released to make recovery economically effective. The steam traps, and the equipment from which they are draining the condensate, must be able to function satisfactorily while accepting the back pressure applied to them by the recovery system. In particular, care is needed when attempting flash steam recovery from condensate leaving temperature controlled equipment. At less than full loads, the steam space pressure will be lowered by the action of the control valve. If it approaches or even falls below the flash steam pressure, recovery from this condensate becomes impractical. 2. The second essential is a suitable use for the low pressure flash steam. Ideally, the low pressure load (s) should require a supply of steam which at all times either equals or exceeds the available flash steam. The deficit can then be made up through a pressure reducing valve set. If the supply of flash steam exceeds the demand for it, then the surplus may have to be vented to waste through a relief valve, or preferably a Back Pressure (surplussing) control. Thus it is possible to utilise on a space heating installation the flash steam from process condensate -- but then savings will only be achieved during the heating season. When heating is not required, the recovery system becomes ineffective. Wherever possible, the better arrangement is to use flash steam from process condensate to supply process loads -- and that from heating condensate to supply heating loads. Supply and demand are then more likely to remain "in-step'' . 3. It is preferable to select an application for the flash steam, other things being equal, which is reasonably close to the high pressure condensate source. Piping for low pressure steam inevitably is of relatively large diameter. This makes it somewhat costly to install. Further, the heat loss from large diameter pipes reduces the benefits obtained from flash steam recovery and in the worst cases could out-weigh them.

105 재증발증기 압력제어 콘트롤 밸브 감압밸브 증기 공기 흐름 재증발 증기 응축수 스팀트랩 후래쉬 베셀

106 가열공정에서 재증발증기 회수 감압밸브 고압증기 공급 저압 히터 히터 고압 스팀트랩 저압 스팀 트랩 후래쉬 베셀 스팀트랩
TYPICAL APPLICATIONS Flash Steam Supply and Demand In Step As indicated, this is the optimal case, providing maximum recovery of the available flash steam. The air heater battery discussed above is a system within this group. Similar arrangements are practicable with many other applications. Of these, perhaps space heating installations using either radiant panels or unit heaters come most readily to mind. The slide shows such a system where a number of heaters are supplied with high pressure steam. The condensate from say 90% of the heaters is collected and taken to a flash recovery vessel. This supplies low pressure steam to the remaining 10% of heaters. With 10% of the units supplied with steam at a lower pressure than formerly, the total heat output of the system is reduced a little. However it is rare to find an installation which does not have a sufficient margin of output above the maximum load to accept this small reduction. In any case where the output of the heaters was found to be inadequate, it would be advantageous to install additional heater capacity so as to gain the benefit of using flash steam which otherwise would be lost. Sometimes an apparent problem arises, when to just make use of the available flash steam might require more than say one heater but less than two. Usually it is then better to connect two heaters to the flash steam supply, rather than vent off to waste the excess flash steam not used by a single heater. Two heaters together will often then pull down the flash pressure to a low level, even below atmospheric. To cope with this, the supply of flash steam can be supplemented through a pressure reducing valve. 공기 고압 스팀트랩 저압 스팀 트랩 후래쉬 베셀 스팀트랩 저압 응축수

107 패키지 타입 열교환기와 재증발 응축기 난방 온수 공급 온도 조절 온수발생기 스팀트랩 재증발 증기 응축기 증기 난방 온수 회수
An extension of this idea is shown in above. Here a "packaged calorifier unit'' is used with a normal steam-to-water calorifier draining through a float trap to a smaller shell-and-tube exchanger. In this lower unit, the flash steam is condensed in the upper part and the condensate is sub-cooled in the lower part. The unit is fitted in series with the calorifier so that it can preheat the return water from the system. This reduces the demand for live steam. Notice that the steam space of the preheater is at atmospheric pressure and any air is vented through a simple U seal. An Ogden Pump is used to lift the condensate to the return line, and the exhaust steam leaving the pump is itself condensed with the flash steam in the preheater. The pumping of the condensate is thus achieved at virtually no energy cost. 스팀트랩 재증발 증기 응축기 증기 난방 온수 회수 응축수 회수 기계식 펌프

108 연속 블로우다운에서 폐열 회수 탈기 헤드 응축수 블로우다운 밸브 증기 응축수 탱크 보일러 후래쉬 베셀 열교환기 스팀트랩 드레인
Boiler Blowdown Recovery Applications Mention of the return of flash steam to the boiler feed tank or deaerator, and the need for a sufficiently high proportion of make up if the flash steam is to condense, leads to consideration of another application in the same area. Continuous blowdown of boiler water to control the level of TDS (total dissolved solids) within the boiler, is becoming more common. It lends itself to the recovery of the heat content of the blow down water and enables savings to be made which can be appreciable, since they continue all the time the boiler is steaming. The system discharges some of the concentrated boiler water so that it is replaced by an equal weight of treated make up water. This counteracts the tendency for the water in the boiler to become more and more concentrated. The water blown down contains the same concentration of solids as the rest of the water circulating within the boiler. Further, it is at boiler pressure and temperature, so it holds the corresponding enthalpy of saturated water. Much of this enthalpy, leaving the boiler in the blowdown water, is often recovered in flash steam. After it passes through the blowdown control valve, the water at low pressure is taken into a flash recovery vessel. There the flash steam released is separated from the liquid water, and becomes available for heating purposes elsewhere. In particular, this steam can often be used in the deaerator or sparged directly into the boiler feed tank, where it helps to heat the make up water, as illustrated in the slide. 증기 응축수 탱크 보일러 후래쉬 베셀 열교환기 스팀트랩 드레인 급수 펌프 찬 보충수

109 스프레이를 이용한 재증발증기 응축 온도 감지기 스트레나 온도 컨트롤 응축된 물(폐수) 응축수 입구 응축수 리시버 원심펌프
Spray Condensing Finally, consideration must be given to those cases where flash steam is available at low pressure, but no suitable load which can make use of it as steam is available. Rather than simply discharge the flash steam to waste, the arrangement shown in the slide can often be adopted. A light weight but corrosion resistant chamber is fitted to the receiver tank vent. Cold water is sprayed into the chamber in sufficient quantity to just condense the flash steam. The flow of cooling water is readily controlled by a simple self acting temperature control, responding to the air temperature at the outlet side of the spray nozzle. It will amount to roughly 6 kg of cooling water per kg of flash steam condensed. If the cooling water is of boiler feed quality, then the warmed water is added to the condensate in the receiver and reused. Condensing water which is not of boiler feed quality, must be kept separate from the water in the receiver as shown by the dotted lines. 온도 컨트롤 응축된 물(폐수) 응축수 입구 응축수 리시버 원심펌프

110 감 사 합 니 다.