증기의 기초
증기의 감압
저압 증기를 생산하는 방법
가열용 증기는 일반적으로 보일러에서 생성됩니다.
생성된 증기의 압력은 일반적으로 설비 내에서 요구되는 최고 압력으로 설정됩니다.
그러나 보일러에서 생성된 증기는 높은 압력으로 인해 특정 용도에서 사용하기에는 너무 뜨거울 수 있습니다.
이러한 경우 증기의 압력을 낮추어 필요한 온도 수준으로 조정합니다.
이러한 압력의 조절의 주된 이유: 온도를 관리하기 위한 것입니다.
증기 시스템에서 압력 조절을 위해 감압 밸브를 활용합니다.
이 밸브는 필요한 증기 압력을 자동으로 조절하여 유지하며, 증기 흐름내 압력 변동을 보정합니다.
이 메커니즘의 핵심은 압력을 줄이기 위해 흐름 경로의 일부를 수축하는 것입니다.
이는 가열 용도에서 압력을 조절하는 기본적인 방법입니다.
증기 감압의 원리
밸브의 수축은 증기의 유량을 제한하는 역할을 합니다. 증기의 유량을 제한함으로써 증기 사용량과 공급량의 균형을 맞추고 다음과 같이 압력을 조절합니다:
- 증기 사용량 < 증기 공급량 ⇒ 압력 상승
- 증기 사용량 > 증기 공급량 ⇒ 압력 하강
- 증기 사용량 = 증기 공급량 ⇒ 압력 유지
압력 조절을 위해 글로브 밸브나 니들 밸브를 사용하는 것을 상상해보면 이 개념을 더 쉽게 이해할 수 있습니다. 부하가 일정하고 증기 흐름이 안정적인 경우 밸브의 개방을 반고정 위치로 조정하여 압력을 효과적으로 낮출 수 있습니다.
그러나 가열되는 제품양의 변동에 따라 압력도 변동됩니다. 이는 원하는 압력을 유지하려면 밸브 조정이 필요하다는 것을 뜻합니다. 부하가 안정되면 빠른 조정을 통해 압력을 다시 원하는 설정으로 유지할 수 있습니다.
감압 밸브의 작동 방법
밸브를 지속적으로 조정하고 부하 변화에 대응할 수 있다면 안정적인 압력을 유지할 수 있습니다. 이것이 바로 감압 밸브(PRV)가 자동으로 작동하는 방법입니다.
외부에서는 보이지 않지만 PRV 내부에는 다이어프램(또는 유사한 메커니즘)이 조정 스프링과 함께 작동하여 자동으로 열림 정도를 조절합니다. 이를 통해 PRV는 완전히 닫힌 상태에서 완전히 열린 상태까지 다양한 부하 조건에 맞춰 열림 정도를 조정할 수 있습니다.
PRV의 압력 안정성을 평가하는 데 사용되는 "압력-유량 특성 곡선"은 수요와 공급의 균형에 따라 2차 압력이 어떻게 결정되는지를 나타냅니다.
밸브의 1차측 압력은 어떻게 될까요?
밸브로 유량을 제한하면 보일러에서 증기는 계속 생성되는데 1차측 압력이 변하지 않을까 궁금하실 수도 있습니다. 보일러가 필요한 것보다 더 많은 양의 증기를 생산하면 증기 압력은 필연적으로 상승합니다.
이에 대응하기 위해 보일러에는 시스템의 다양한 수치에 반응하는 제어 시스템이 장착되어 있습니다. 이를 통해 생산되는 증기의 양을 수요에 맞춰 설정한 증기 압력으로 유지할 수 있습니다. 처음부터 필요한 양의 증기만 공급되기 때문에 밸브에 의해 유량이 제한되더라도 1차측 압력의 급격한 변동은 없습니다.