응축수정체(스톨)현상 전편 (발생원인과 문제점)

스톨현상의 발생원인

스톨현상'이란 단어를 알고 계십니까? '스톨'에 대해 들어본적이 없어도 다음의 문제들을 많이 겪어 보셨을 것입니다.

히터가 자주 파손됨
히터 내부에서 수격현상 (워터해머) 소리가 자주 들림
가열이 균일하지 않음

이와 같은 현상이 장치에서 일어나고 있다면, 스톨현상이 발생하고 있는지도 모릅니다.

스톨현상이란 한마디로, 「트랩의 차압(트랩 전후의 압력차)이 없어져 트랩에서 응축수가 배출되지 않고 열교환기 내에 체류되는 현상」입니다.

스팀트랩 자체는 응축수를 흡입하거나 압송하는 능력은 가지고 있지 않습니다. 그렇다면 왜 트랩에서 응축수가 배출되는 것일까요? 그것은 트랩의 전단(1차측)과 트랩의 후단(2차측)에 압력차가 있기 때문입니다. 따라서 트랩이 정상으로 작동하기 위해서는 트랩의 전단 압력은 후단 압력보다 높을 필요가 있습니다.

증기시스템은 원래 이와 같이 운전 되도록 설계되어 있지만, 온도제어밸브가 사용되고 있는 경우 등은 운전 중에 이 압력이 바뀌어 버리는 경우도 있습니다.

통상, 열교환기는 최대 부하에 맞게 설계합니다. 열교환기의 전열면적은 일정하여 가변이 불가능하지만, 부하는 운전상태에 의해 변동됩니다. 예를 들면, 열풍히터에서 풍량이 감소된 경우 열풍온도를 유지시키기 위해서는 열원인 증기 온도(압력)를 떨어뜨릴 수 밖에 없습니다.

온도제어밸브가 거의 닫힘에 가깝게 밸브개도를 조절하면 열교환기 내부의 압력지 저하되어 그 결과 트랩 전단(1차측) 압력이 후단(2차측) 압력보다 낮게 되고, 응축수는 더 이상 트랩에서 배출되지 않게 됩니다.

증기를 열원으로서 사용하는 열풍히터에서 스톨현상이 발생하는 메커니즘

제어밸브, 온도센서, 컨트롤러가 80℃의 열풍을 얻고자 0.3MPaG의 증기를 제어하고 있습니다. 이와 같은 경우에 있어서 스톨현상이 자주 발생합니다. 압력계의 지침이나 밸브의 개도, 측정된 온도표시에 의해 컨트롤과 그때의 상황을 확인할 수 있습니다.

스톨현상에 의한 문제점

트랩에서 배출되지 않는 응축수는 트랩 앞에, 즉 열교환기에 체류되게 됩니다. 이 상태가「스톨현상」입니다. 스톨현상은 트랩의 전단(1차측)압이 회복되면 해소되지만, 그 때까지 응축수가 열교환기 내부에 체류되어 있으므로 앞에서 언급한 다양한 문제가 발생합니다.

수격현상 (워터해머)

체류된 응축수와 증기가 접촉할 때, 증기가 갑작스럽게 응축되어 수격현상이 발생하는 경우가 있습니다. 아래의 그림의 쉘과 튜브로 구성된 열교환기의 내부와 같이 미세한 관을 가진 장치에서는 워터해머의 충격으로 튜브가 파손되는 경우가 있습니다.

온도 불균일

쟈켓케틀 등에서 일어나는 스톨현상은 심각한 온도 불균일의 문제를 일으킵니다.

앞에서 설명한바와 같이 스톨은 트랩의 작동에 필요한 압력차가 충분하게 확보되지 않은 상태이기 때문에 트랩의 교환만으로는 스톨현상의 해소는 불가능 합니다.

스톨현상의 해소법으로 몇가지 방법이 있습니다.

트랩의 후단(2차측)의 압력을 낮게 한다.
파워트랩을 사용한다.