증기의 기초
습증기 vs 건증기: 증기 건도의 중요성
보일러에서 만들어지는 증기의 건도는 100%가 아닙니다. 증기 보일러에서 발생하는 증기속에 작은 수적이 포함되기 때문입니다. 과열증기의 경우라고 하더라도 증기의 공급시 발생하는 방열로 인해 부분적으로는 습증기가 만들어지게 됩니다.
증기의 건도
증기의 건도는 증기속에 포함되어 있는 물의 양을 나타내고 있습니다. 만약 증기속에 10%에 해당하는 물이 포함되어 있다면 90%의 건도 혹은 0.9의 건도를 가지고 있다라고 표현합니다.
증기의 건도는 증기가 가지고 있는 총에너지에 바로 연결되기 때문에 가열능력과 품질에 영향을 줄 정도로 중요 합니다.
예를 들면 건도100%의 증기라고 한다면 포화압력에 해당하는 증기의 잠열을 100%가지고 있습니다. 포화수의 경우에는 건도가0%이기 때문에 잠열은 없이 현열만 가지고 있습니다.
증기의 건도 = 100% - [% 포함되어 있는 물의 질량]
습증기의 총열량계산
증기표에는 비엔탈피(h), 체적(v), 비엔트로피(s)등 건도 100%의 포화증기상태 혹은 건도 0%의 포화수의 정보가 기제되어 있습니다.
증기와 포화수의 비율을 정확히 알면 간단한 방정식으로 계산을 할 수 있습니다.
습증기의 비체적(v)
ν = X • νg + (1 - X) • νf
X = 건도 (% / 100)
νf = 포화수의 비체적
νg = 포화증기의 비체적
습증기의 비 엔탈피(h)
h = hf + X • hfg
X = 건도 (% / 100)
hf = 포화수의 비엔탈피
hfg = 포화증기의 비엔탈피 - 포화수의 비엔탈피
습증기의 비엔트로피 (s)
s = sf + X • sfg
X = 건도 (% / 100)
sf = 포화수의 비엔트로피
sfg = 포화증기의 비엔트로피 - 포화수의 비엔트로피
증기표에 나타난 체적, 엔탈피, 엔트로피는 100%의 건도상태를 나타낸 것으로 실제 습증기는 다른 수치가 됩니다. 증기의 건도가 높은 만큼 가열 효율은 물론 보유에너지 또한 높아지므로 가능한 건도를 100%로 만들어 사용하는 것이 중요합니다.
| 증기의 건도와 엔탈피의 관계 |
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| 증기에 포함되어 있는 수분의 함량이 많아 질수록 잠열은 줄어들게 되며 프로세스와 제품에 전달할 수 있는 열량은 줄어 듭니다. |
증기의 건도는 유송중 방열에 의해 낮아짐
증기의 유송중 방열손실이 발생하여 잠열을 잃은 증기는 응축수가 됩니다. 이로 인해 증기의 건도는 낮아지게 됩니다.
| 수적이 포함되어 있는 증기 |
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| 적절한 대책을 세워 증기중에 포함되어 있는 수적및 응축수를 배출할 필요성이 있습니다. |
습증기는 열교환 능력의 저하 이외에도 배관 또는 장치에 에로죤을 발생시키는 치명적인 원인이 됩니다. 이를 막기 위해서 세퍼레이터를 이용한 응축수의 강제 배출이 필요합니다.
Tip
건도를 100%이상으로 만드는 것은 가능한 것일까? 건도의 정의에서는 100%이상이란 정의가 없지만 실제로 가능합니다. 건도가 100%를 넘어선 증기를 과열증기라고 부릅니다. 과열증기는 포화증기에 더욱 열을 가하여 포화온도보다 높은 온도를 가지게 되는 증기를 말합니다.