상단여백
HOME 현장실습
제2장 : 스팀의 사용

시작 합니다

지금까지 스팀은 단위 중량 당 가장 많은 열량을 가지고 있는 열매체이며, 압력이 일정한 상태에서 공정에 열을 전달 할 때는 일정 온도에서 열을 전달하는 장점이 있습니다. 이러한 스팀의 고유의 성질이 스팀을 사용하는 공정에서 공정이 안정적으로 이루어 질 수 있는 장점을 가지고 있습니다.

이 장에서는 가상의 플랜트를 설정하고, 스팀 사용량 계산, 스팀 배관 사이즈 선정 방법 등 스팀을 보다 효율적으로 사용하는 방법과 스팀이 공급되는 각 공정 설비(스팀 유량계, 감압 시스템, 온도 조절 시스템, 열교환기)의 보다 효율적 운전을 위한 이론적 설명과 공정 설비 선정 방법을 설명하겠습니다.

 

 

1. 스팀 사용량 계산

1.1 가상 플랜트 설정

보일러 운전 조건

보일러 운전 압력 : 7.0barg

보일러 급수 온도 : 60℃

보일러 보충수 온도 : 10℃ (공장 내 모든 물의 초기 온도)

보일러 연료 : LNG ( 연료 발열량 9,540kcal/N㎥)

연료 사용량 : 350N㎥/hr

보일러 연료 단가 : 600원/N㎥

보일러 가동 시간 : 12hr/일 x 300일/년 = 3,600hr/년

스팀 발생량 : 5,000kg/hr

보일러 효율 : 90%

 

 

1.2 Air Heater(공기 가열기) 스팀 사용량 계산

여기서 잠깐만

스팀을 사용하는 부하 설비에 공급되는 스팀의 압력을 결정하기 위해서는 부하 설비의 온도가 매우 중요하다. 스팀은 압력에 따라 온도가 결정되므로 부하 설비의 운전 온도보다 통상적으로 50℃(경험적 온도) 이상 높은 온도를 갖는 스팀 압력을 결정하면큰 무리 없이 스팀 압력을 결정 할 수 있다.

예를 들면 현재 Air Heater(공기 가열기) 요구 온도가 120℃ 이면 스팀의 온도는 최소50℃가 높은 170℃ 이상의 온도를 갖는 스팀 압력을 선정해야 한다. 스팀의 온도가 170℃ 이상의 스팀은 7.0barg(스팀 온도 170.5℃) 이상 되어야 한다. 만약 부하 설비의 요구 온도(60℃)가 낮을 경우 스팀 온도(110℃)에 따른 스팀 압력을 0.5barg(111.6℃)로 선정하면 문제가 발생하는데, 문제는 스팀 사용 후 발생되는 응축수 회수에 어려움이 있다. 즉 스팀의 압력을 결정짓는 중요한 변수는 부하 설비의 요구 온도와 회수 가능 압력을 고려하여 결정되어야 한다.

1.3 온수 탱크 스팀 사용량 계산

온수 탱크는 스팀을 직접 분사하여 온수를 만드는 공정이다. 냉수를 가열하기 위한 별도의 열 교환기가 없다. 이런 경우 스팀이 갖고 있는 열량 중에 전열을 사용해야 되며, 중요한 것은 스팀이 온수 탱크로 유입이 되어서 같은 온수가 되므로 스팀이 갖고 있는 전열을 전부 사용하게 되면 스팀의 온도가 0℃가 된다. 모순이 된다. 즉 유입되는 스팀의 최종 온도는 온수와 같은 온도가 되어야 하므로 스팀의 전열에서 온수 온도를 뺀 나머지 열량이 냉수를 온수로 만드는 열량으로 사용된다.

이러한 직접 분사 방법은 제품의 농도가 중요한 공정 일 경우는 스팀이 직접 제품에 닿기 때문에 농도 변화가 생길 수 있으므로 피하는 것이 좋다.

이 경우 온수 탱크의 온수 총량은 공급 된 스팀 량까지 포함한 6,742kg/hr이 된다. 만약 내가 원하는 온수의 량이 정확하게 시간 당 6,000kg이라면 스팀 사용량 계산은 다르게 해야 한다.

1.4 보일러에서 공급되는 스팀의 건도(스팀의 질)가 나쁠 때 스팀 사용량 계산

보일러에서 공급되는 스팀의 건도를 정확히 모르기 때문에 우리는 건도 100%의 스팀으로 스팀 사용 모든 부하 설비의 스팀 사용량을 계산하였다. 그러나 실제 스팀은 건도가 떨어지는, 수분이 함유 된 스팀이 공급되면 스팀 사용량은 증가된다.

7.0barg 스팀 건도가 100% 일 때 잠열은 489kcal/kg 인데 건도가 90% 이면 실제 잠열은 489kcal/kg x 0.9 = 440.1kcal/kg로 열량이 줄어들어 실제 스팀 사용량은 증가된다. 계산 된 스팀 사용량 보다 실제 스팀 사용량이 많을 경우 스팀의 질을 검토해야 된다.

 

정리 합니다

스팀은 단위 중량 당 가장 많은 열량을 가지고 있는 열매체이며, 압력이 일정한 상태에서 공정에 열을 전달 할 때는 일정 온도에서 열을 전달하므로 공정이 안정적으로 이루어 질 수 있는 장점을 가지고 있습니다. 스팀을 열매체로 사용하는 방법은 직접 분사 방법과 간접 가열 방법(열교환기 사용)이 있습니다. 각각의 스팀 사용하는 방법에 따라 스팀 사용량 계산 방법과 스팀의 건도가 떨어지는 습증기 상태의 스팀을 사용 할 경우 스팀 사용량이 증가되는 것을 계산하여 공정에서 양질의 스팀이 결국은 스팀 사용량을 줄여주는 에너지 절감의 기본이 된다.

 

한국에너지기술인협회 이대철 교수

dcl5756@naver.com

이대철  dcl5756@naver.com

<저작권자 © 에너지설비관리, 무단 전재 및 재배포 금지>

icon인기기사
기사 댓글 0
전체보기
첫번째 댓글을 남겨주세요.
여백
여백
여백
여백
Back to Top