워터 햄머: 발생원인

증기 및 응축수 회수배관에서 발생하는 워터햄머는 주로 2가지 종류의 패턴이 있습니다.

응축수의 빠른 속도로 발생하는 워터햄머

증기의 유송배관에서 방열손실은 증기의 응축을 발생시키게 됩니다. 증기는 빠른 속도로 흐르고 있으며 발생한 응축수는 증기에 밀려 파도와 같이 밀리가게 됩니다.

이렇게 발생된 파도가 배관내의 엘보나 밸브에 부딫혀 워터햄머가 발생하게 됩니다.

증기가 열량을 잃게되면 응축을 하게 됩니다. 이 응축수는 증기보다 1000배정도 체적이 작습니다. 응축수의 환경에 증기가 유입되면 증기는 열량을 잃어 순식간에 응축하게 됩니다.

응축을 하게 되면 순간적으로 진공상태가 만들어 지게 되며, 이 진공 상태의 공간에 주위에 있는 응축수들이 몰려와 응축수간의 충돌로 워터햄머가 발생하게 됩니다.

다시 말해 온도가 낮은 응축수와 증기가 만나 발생하는 워터햄머 인데, 응축수 회수관에서는 이와 같은 상황이 항시 발생하는 곳이라 해결 이 어려운 것이 특징입니다.

Note 위와 같은 워터햄머는 응축수의 회수배관 뿐 아니라 증기의 유송배관 및 증기사용 설비에서도 발생 합니다.

양쪽다 충격이 큰 워터햄머가 발생하지만. 발생 빈도는 두번째의 경우가 더 많을 것으로 생각 됩니다.

이 비디오는 투명한 응축수 회수 라인 파이프 내에서 증기에 의한 유도 과정을 담고 있습니다. 스팀포켓의 체적변화에 의한 워터햄머는 응축수 회수 배관에서 자주 발생을 합니다.

응축수의 온도가 낮을수록 충격이 큰 워터햄머를 발생시키는 원인이라고 생각했었습니다. 하지만 실험에서 놀라운 결과를 얻을수 있었습니다. 증기의 온도보다 조금 낮은 응축수에서 발생하는 워터햄머가 차가운 응축수에서 발생하는 워터햄머보다 더 큰 충격을 가진다는 것 입니다.

조금더 구체적으로 이야기 하면 100 ºC의 증기라고 하면 70 ºC나 80 ºC의 응축수 환경에서 보다 50 ºC나 60 ºC의 응축수 환경에서 더 큰 워터햄머가 발생한다는 것 입니다.

사실 워터햄머의 충격을 시물레이션 하는 계산식은 응축을 하게되는 증기의 체적이 크게 관계하고 있음을 알 수 있습니다.

그래프를 보면 응축수의 온도에 따라 3개의 구역으로 나뉘는 것을 확인할 수 있습니다.

그래프의 왼쪽을 보면 증기는 차가운 응축수와 만나 순식간에 응축수로 변합니다. 이 경우에는 작은 거품이 터지는 정도로 증기의 체적이 커질수 없기 때문에 작은 워터햄머가 발생을 합니다.
그래프의 중간을 보면 증기와 응축수 사이의 온도차이(20-30°C)가 크지 않기 때문에 증기가 급격히 응축을 하지 않고 큰 체적을 차지하게 됩니다. 큰 체적의 증기가 한꺼번에 응축을 하는 것으로 많은 양의 응축수의 충돌을 만들고 이 때문에 큰 워터햄머가 발생을 합니다.
그래프의 오른쪽을 보면 증기와 응축수의 온도는 거의 같아 지게 되고 이에 따라서 워터햄머의 발생은 없어지게 됩니다. 이것은 스팀트랩에서 배출되는 응축수와 재증발 증기 사이에 온도차이가 없기 때문에 워터햄머가 발생하지 않는것과 같은 원리 입니다.

70ºC~80 ºC의 응축수 환경에서는 증기의 체적이 크게 만들어 질 수 있어, 가장 큰 워터햄머가 발생할 수 있다는 것을 알아 보았습니다. 그러면 무었이 원인일 까요? 내용확인은 워터햄머 : 발생원인과 발생장소.