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증기의 기초

재증발 증기

재증발 증기는 압력이 저하된 고온의 응축수에서 형성된 증기에 부여된 이름입니다.

재증발 증기의 발생은 일반적인 증기와 다릅니다. 이 증기가 어떻게 만들어 졌는지를 간단히 나타낸 이름 입니다. 일반적인 생증기는 보일러 혹은 스팀제너레이터, 폐열회수 보일러에서 고압으로 만들어 집니다. 하지만 재증발 증기는 고온의 응축수에 압력저하가 발생해서 생성되게 됩니다.

고온의 응축수는 압력이 낮아져 포화온도 보다 낮은 상태가 되면, 열량이 남게 됩니다. 이 남은 에너지의 일부가 재증발의 %를 결정하게 됩니다.

배출되는 응축수에서의 재증발

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응축수가 배출될 때 오리피스에서 발생하는 차압(그림)에 따라 재증발 증기가 발생을 합니다.

재증발 증기의 발생원인은 무었인가?

물의 포화점은 압력에 따라 변화하기 때문에 재증발 증기가 발생하는 것 입니다. 예를들면 물의 포화점은 대기압에서 100ºC(212ºF)입니다만, 1.0 MPaG(145 psig)에서는 적어도 184ºC(323ºF)입니다.

응축수가 대기로 배출될 때(184ºC경우) 응축수의 포화점은 대기압에 해당하는 100ºC까지 낮아지게 되며, 발생하는 온도차이가 가지고 있는 열량(엔탈피)가 일부분의 증발을 발생 시키게 됩니다. 그 결과 재증발 증기로 눈에 보이게 됩니다.

바꾸어 말하면 고온의 응축수가 저압의 상태로 배출이 될 때 가지고 있는 전체의 열량은 같지만 포화점(일정압력하에 액체로 존재할수 있는 온도)이 내려가게 되어 물의 일부가 증기로 바뀌게 되는 것 입니다.

보충내용

재증발 증기를 보면서 가장 많이 생각하시는 부분중 한가지가 증기의 양입니다. 트랩으로 부터 증기가 새는것과 같은 느낌이 들어 생증기가 새는 것이라고 오해를 하는 일이 자주 있습니다.

상세한 정보는 내용을 읽어 주십시오. 혹시 트랩이 새는 것은 아닐까?.

재증발율%의 계산

재증발율의 계산은 다음의 식으로 구해집니다.

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다음:

  • hf1 = 입구측 물의 비엔탈피*
  • hf2 = 출구측 물의 비엔탈피
  • hfg2 = 출구측 압력의 증기 잠열

*배출되는 응축수의 온도가 과냉각이 발생하는 설계를 가진 트랩에 있어서는 트랩입구측 물의 현열이 상당히 낮아 질수가 있습니다.


* 아래의 예에서 보는것과 같이 응축수 회수를 실시하는(예2) 경우에 비해 대기압(예1)로 배출되는 경우 재증발%가 많아 지게 됩니다.

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Tip

TLV온라인 엔지니어링 계산을 이용하면 쉽고 빠르게 구할 수 있습니다.
응축수로 부터의 재증발 증기.

재증발 증기의 체적

물은 압력에 따른 체적의 변화가 적지만, 증기의 경우는 압력에 따른 체적의 변화가 아주 큽니다. 아래의 에니메이션에서 차이를 확인 할 수가 있습니다.

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발생압력의 차이는 발생하는 재증발 증기의 양에 큰 차이로 나타납니다.

자세하게 설명을 하면 100ºC(212ºF)의 응축수 체적은 0.00104 m3/kg(0.0167 ft3/lb)이며, 같은 조건의 증기는1.67 m3/kg (26.8 ft3/lb)입니다. 고온의 응축수1.0 MPaG (145 psig)가 대기압으로 배출이 되면 응축수중 16.1%의 재증발이 발생을 하게 되며 눈으로 보이는 것은 위의 체적으로 계산해 보면 상당한 양의 증기로 보이게 되는 것입니다.

응축수에서 발생하는 재증발율 계산 (Metric)
  • 응축수 체적 (1 - 16.1%) x 0.00104 m3/kg = 0.000873 m3/kg
  • 증기 체적 16.1% x 1.67 m3/kg = 0.269 m3/kg
  • 재증발율 0.269 m3/kg / 0.000873 m3/kg = 308:1
응축수에서 발생하는 재증발율 계산 (Imperial)
  • 응축수 체적 (1 - 16.1%) x 0.0167 ft3/lb = 0.0140 ft3/lb
  • 증기 체적 16.1% x 26.8 ft3/lb = 4.31 ft3/lb
  • 재증발율 4.31 ft3/lb / 0.0140 ft3/lb = 308:1

그럼, 재증발 증기는 어떻게 하는것이 좋을까?

재증발 증기가 발생을 하는것은 당연한 일 입니다. 재증발 증기 또한 증기로써 열량을 가진 중요한 에너지원 입니다. 따라서 가능한 한 재증발 증기를 이용하는 것을 생각하여야 합니다.

저압의 증기사용설비에 고압의 응축수에서 발생한 증기를 사용하는 것으로 보일러에서 발생하는 증기의 양을 줄일 수 있습니다. 이는 플랜트의 환경개선과 동시에 많은 양의 에너지를 회수하는 것 입니다.

재증발 증기 회수 시스템의 예

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고압의 응축수에서 발생하는 재증발 증기의 이용(플래쉬 탱크, 저압증기사용 시스템)