스팀트랩의 문제
스팀 록킹
열교환기의 가동중 원인을 알수 없는 이유로 가열온도가 떨어지는 현상을 경험한 적이 있습니까? 그것의 「스팀 록킹」 혹은 「에어바인딩」 현상의 가능성이 있습니다.
「스팀 록킹」 혹은 「에어바인딩」 현상의 원인은 틀리지만, 발생 메카니즘은 같습니다. 증기 혹은 불응축 가스가 먼저 트랩에 도달해 트랩의 밸브를 닫는 것 입니다.
이번에는 스팀록킹에 대하여 알아 보도록 하겠습니다. 에어바인딩에 대한 정보는 여기를 읽어 주십시오.
무었이 스팀록킹을 일으키는가?
트랩은 응축수는 배출하되 증기는 잡아주는 역확을 하는 것이 정상 입니다. 따라서 스팀록킹으로 밸브가 닫히는 것은 트랩의 기능상 정상입니다. 실제로 열교환 장치의 배치나 배관의 구성이 문제를 발생시키는 원인이 되기도 합니다.
스팀록킹은 천천히 진행되어 자연적으로는 좀처럼 해결되지 않습니다. 그리고 가열 능력이 떨어지는 것이 확연히 보이지만 스팀트랩 자체에는 증기가 걸려있어 온도가 높은 상태로 유지됩니다. 이떄문에 발견이 힘든점이 있습니다.
실린더 건조기 응축수 배출부의 스팀록킹 |
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열교환기의 가열능력이 떨어지는 이유에는 스팀록킹현상으로 열교화기 내부에의 응축수 체류가 원인인 가능성이 있습니다. |
스팀록킹 현상은 아래의 2가지 상황에서 발생할 확율이 높아집니다.
- 열교환기의 배치상 응축수 배출배관에 증기가 섞여 배출되는 경우
- 트랩 주변의 배관 구성상 응축수가 우선적으로 트랩에 도착할 수 없는 경우
스팀록킹중 응축수와 증기가 섞여 배출되는 경우에는 록릴리즈 밸브, 니들밸브의 활용으로 소량의 증기를 흘려 줌으로 해결을 할 수 있습니다.
배관의 구성이 문제가 되는 경우에는 응축수가 우선적으로 트랩에 흘러 들어갈 수 있도록 배관의 수정이 필요 합니다.
열교환 장치의 배치구조에 따른 스팀록킹
증기가 섞여 배출되는 구조에는 플래시탱크의 설치로 증기와 응축수를 분리 하는것으로 해결이 가능합니다. 다만 분리된 증기는 열교환기에 연결하여 재활용을 할 필요성이 있습니다.
그러나 장치의 구조에 따라서 기액분리된 증기를 다시 열교환기에서 사용하는 것이 불가능한 경우가 있습니다. 사이폰관 혹은 버켓형식의 구조를 가진 회전기가 대표적인 예입니다. 장치의 구조를 바꾸는 것은 어렵기 때문에 이러한 경우에는 다른 대책이 필요합니다.
증기가 섞인 응축수를 배출하는 사이폰관 |
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사이폰관은 증기의 압력을 이용해 응축수를 배출시키기 때문에 증기가 응축수에 섞여 배출되게 됩니다. |
록 릴리즈 밸브 혹은 니들밸브의 사용
스팀록킹의 근본적인 원인인 증기를 흘려 보내는 것으로 문제를 해결할 수 있습니다. 방법으로는 록릴리즈 밸브와 니들밸브를 활용하는 것 입니다. 롤릴리즈 밸브와 니들밸브의 개도를 조절하는 것으로 증기손실량을 최소화 할 수 있습니다.
록 릴리즈 밸브 |
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록릴리즈 밸브는 트랩의 자동벤트(X-element) 부분을 강제적으로 조금 열어 증기의 흐름을 만들어 줍니다. |
니들밸브 |
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니들밸브는 증기의 흐름을 만들기 위한 바이패스 라인 입니다. 트랩에 내장된 모델(보기), 혹은 트랩의 외부 바이패스 라인을 이용하는 경우도 있습니다. |
외부 바이패스 라인 |
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외부 바이패스 라인을 설치하여 사용하는 것으로 스팀록킹을 막을 수 있습니다. |
배관의 구성에 따른 스팀 록킹
트랩의 설치에는 주의가 필요합니다. 트랩전단 배관이 입상배관인 경우에는 스팀록킹이 발생할 가능성이 높아 집니다.
트랩의 스팀록킹 |
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배관의 구성에 따라 증기는 트랩을 닫히게 하여 응축수의 배출을 방해 합니다. |
어떻게 배관이 스팀록킹을 유발시킬까?
입상배관이 있어도 증기 압력이 더 높기 때문에 응축수는 트랩으로 흘러 들어가지 않을까? 라고 생각하실 수 있습니다. 그러나 해결되지 못하는 이유에 대하여 아래의 2가지로 설명하겠습니다.
- 트랩과 트랩의 입구배관의 압력은 동압이 형성 됩니다.
- 응축수는 밸브가 열렸을때 배출됩니다.
트랩의 내부 압력은 트랩의 전단 배관의 압력과 동압이 됩니다. 이유는 트랩 자체가 배출할 수 있는 양을 정하는 오리피스의 크기는 증기의 누설을 방지하기 위하여 최소치로 설계되기 때문입니다. 동압이 형성 되는 것으로 스팀록킹이 발생을 합니다. 동압이라고 하면 응축수는 증기보다 밀도가 높기 때문에 아래쪽에 존재하며 윗쪽에는 증기가 존재 합니다. 즉 입상배관이 있다고 하면 증기가 먼저 트랩에 도착해 스팀록킹이 발생하는 것 입니다.
스팀록킹은 트랩내부에 막혀 있던 증기가 응축되는 것으로 일단 해결 됩니다. 이떄 응축수가 배출되지만 스팀록킹은 다시 발생을 하게 되고 응축수는 배관과 장치내부에 다시 체류되게 됩니다.
입상배관에 의해 발생하는 스팀록킹 |
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트랩 출구측 배관
이상하게도 입상배관이 트랩의 전단에 있을때만 스팀록킹이 발생합니다. 출구측의 입상배관은 왜 발생하지 않을까요.
트랩의 출구측 입상배관의 경우 또한 재증발 증기의 발생으로 증기로 채워지는 것은 같으나 이미 트랩에서 배출된 후 이므로 이 증기로 인해 트랩이 닫히는 일은 발생하지 않습니다.
또한 트랩의 출구측 배관에 연결된 대상이 대기압의 응축수 회수 탱크 혹은 압력탱크, 어느쪽이라고 하더라도 차압이 형성 되게끔 설계가 됩니다. 이 차압으로 응축수와 재증발 증기는 흐름을 유지할 수 있습니다.
트랩출구의 증기유량 |
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트랩의 전단과 후단의 차압으로 증기와 응축수를 흘려 보낼수 있습니다. |
배관 구성의 주의점
배관의 구성중 입상배관 외에도 스팀록킹을 발생 시키기 쉬운 배관구성이 있으므로 주의를 기울여야 합니다. 예를 들면, 구배의 잘못된 구성이나 굽어진 배관은 주의가 필요 합니다.
엘보가 많은 배관에서의 스팀록킹 |
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굽어진 배관은 스팀록킹을 유발해 응축수의 배출 능력을 저하 합니다. |
수평배관의 경우에도 배관경이 부족하거나 길이가 길어지게 되면 기액취환이 어려워 스팀록킹의 발생하기 쉬워 집니다.
좁은 배관에서 발생하는 스팀록킹 |
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배관경이 부족한 구성일 경우 스팀록킹이 발생해 응축수의 배출능력을 저하 합니다. |
추가 정보
에어바인딩은 "스팀록킹"과 메카니즘은 유사하지만 불응축 가스로 인해 발생됩니다. 이 에어바인딩은 증기 시스템 뿐 아니라 에어시스템 및 가스 시스템에서도 발생하는 문제로 밸런스 라인의 설치를 필요로 합니다. 상세 정보는 다음장에서 설명 하도록 하겠습니다.
그룹 트랩핑 또한 스팀록킹을 유발하는 원인이 됩니다. 이 부분에 대해서는 "그룹 트랩핑"을 읽어 주십시오.