증기의 질에 대해 생각해 보신 적 있으신가요? 식품, 전자제품, 의약품과 같은 분야에서는 고품질 증기가 반드시 필요합니다. 이를 위해서는 응축수와 이물질이 제거된 청정 증기를 사용하는 것이 가장 이상적입니다. 청정 또는 순수 증기의 목표는 각 공정에서 가능한 한 이상적인 조건에 가까워지는 것입니다.

물을 끓여 얻는 증기는 증류수나 정화수에서 발생했을 경우 충분히 깨끗하다고 생각하기 쉽습니다. 하지만 실제로는 그렇게 단순하지 않습니다. 청정 증기는 매우 높은 수준에서 생성되며, 공급과 활용 과정 전반에서 그 품질이 유지되어야 합니다. 특히 순수 증기는 더 엄격한 조건을 충족해야 합니다.

증기의 질에 영향을 미치는 3가지의 중요 요소

• 보일러 급수의 수질 (가공 및 수처리)
• 증기 생성 장비
• 증기 공급 파이프 & 밸브

증기 보일러에 사용되는 물에는 마그네슘(Mg)과 칼슘(Ca) 이온이 일정량 포함되어 있습니다. 이를 제거하기 위해 연수 처리 과정을 거치며, 눈에 보이는 불순물은 이 단계에서 사라집니다.

이온 처리를 거친 뒤에도 소량의 이온이나 처리 대상에서 제외된 이온이 남아 있을 수 있습니다. 또한 보일러 급수에는 산소(O₂)와 이산화탄소(CO₂) 같은 기체가 포함되며, 표준 보일러와 배관에 사용되는 보호 코팅으로 인해 오염이 발생할 가능성도 존재합니다.

물이 증기로 변해 보일러에서 상승할 때, 물에 녹아 있던 기체도 함께 올라가 증기 흐름을 형성할 수 있습니다. 이 과정에서 보일러수의 물방울은 증기 기포의 표면을 감싸며, 물 속에 있던 이온과 화학 성분을 증기와 함께 운반합니다. 따라서 세퍼레이터에서 이러한 오염물질이 제대로 제거되지 않으면, 증기의 품질과 안정성을 요구하는 장비에 직접적인 영향을 줄 수 있습니다. 특히 민감한 공정에서는 보일러수에 어떤 오염물질이 존재하는지, 그리고 이를 제거하기 위한 적절한 방법이 무엇인지에 대해 철저한 검토가 필요합니다.

증기의 품질은 적용 분야에 따라 등급이 나뉩니다. 따라서 시스템은 요구되는 수준과 조건에 맞게 설계되어야 합니다. 아래에 몇 가지 대표적인 예를 소개합니다.

일반적인 증기 시스템(공장에서 사용하는 증기)

• 증기가 간접 가열 공정에 사용될 때는 소량의 불순물이 있어도 대체로 큰 문제가 되지 않습니다.

여과 증기

• 식품 제조 공정에서 활용되는 증기는 사용 전에 반드시 필터를 거쳐 여과됩니다.

최상위 등급의 증기(청정증기/순수증기)

• 보일러수는 오염 가능성을 줄이기 위해 먼저 수처리 과정을 거칩니다. 이후 생산과 이송 과정에서는 스테인리스 스틸 장비를 사용해 이송 중 발생할 수 있는 오염을 방지합니다.

청정 증기와 순수 증기는 최종 사용 분야에 따라 달라질 수 있는 까다로운 요구 조건을 충족해야 합니다. 이 두 형태의 고순도 증기를 만들기 위해서는 물 속의 불순물이 완전히 제거되어야 합니다. 이를 위해 사용되는 대표적인 방법이 바로 미세한 반투과성 막을 통해 불순물을 걸러내는 RO법(역삼투) 입니다.

수질 관리뿐만 아니라, 증기와 직접 접촉하는 가열 표면과 공급용 밸브·배관은 오염을 최소화하고 품질을 유지하기 위해 고급 스테인리스 스틸로 제작되어야 합니다. 이러한 이유로 많은 청정 및 순수 증기 공정에서는 별도의 스테인리스 스틸 증기 발생기를 사용하며, 이로부터 독립된 증기 라인을 형성해 발생 장치에 열을 공급합니다.

산업 규격(JIS)은 최고 수준의 수질을 정의할 때, 매우 낮은 총유기탄소(TOC)와 18MΩ/cm 이상의 전기 저항 같은 기준을 포함합니다. 다만 모든 불순물에 대해 언급은 하지만, 구체적인 한계치를 설정하지는 않습니다.

수질은 활성탄 처리, X-ray 처리, 한외여과 등 다양한 방법으로 관리할 수 있습니다. 최고 수준의 순수 증기를 얻기 위해서는 화학 물질과 미생물을 완전히 제거하는 과정이 필수적입니다. 청정 증기는 주로 제약 생산이나 소독을 위한 SIP 공정에서 사용됩니다.

다양한 에플리케이션에서 활용되는 증기의 품질 차이를 간단한 예시 차트로 나타낸 것입니다.