스팀 트랩의 크기 선정은 단순히 배관 연결부에 맞추거나 정상 응축수 부하를 두 배로 곱하는 문제가 아닙니다. 트랩은 발생 가능한 가장 낮은 차압에서 필요한 부하를 통과시켜야 하며, 작동 원리는 장비, 공기 제거 요구 사항, 환기 시스템 및 시동 조건에 적합해야 합니다.
이러한 차이점은 카탈로그 용량이 충분한 트랩이라도 열교환기가 침수될 수 있는 이유를 설명합니다.
일정한 부하로 작동하는 증기 가열 장비의 경우, 대략적인 응축수 발생량은 에너지 균형을 따릅니다.
응축수 부하(kg/h) = 열 부하(kW) × 3,600 ÷ 증기의 잠열(kJ/kg)
잠열 값은 보일러 또는 증기 헤더 압력에서 자동으로 가져오는 것이 아니라, 장비 내부의 실제 압력에서의 증기표에서 가져와야 합니다.
열교환기가 600kW의 열을 전달하고 적용 가능한 잠열이 약 2,060kJ/kg이라고 가정해 봅시다.
응축수 부하량 = 600 × 3,600 ÷ 2,060 = 약 1,050 kg/h
해당 수치는 운전 부하만을 나타냅니다. 저온 시동 시에는 장비 본체, 제품, 배관 및 기타 열용량이 열을 흡수합니다.
이들의 워밍업 필요량은 다음과 같이 추정할 수 있습니다.
예열 열부하(kJ/h) = 질량(kg) × 비열(kJ/kg·°C) × 온도 상승(°C) ÷ 예열 시간(h)
총 시동 부하에는 장비 본체, 공정 물질, 연결된 배관 및 열 손실이 포함되어야 할 수 있습니다. 이렇게 계산된 부하는 동일한 잠열 계산을 사용하여 응축수 유량으로 변환할 수 있습니다.
시동 시 발생하는 응축수는 정상 운전 시 발생하는 응축수보다 상당히 많을 수 있습니다. Spirax Sarco는 초기 온도 차이가 가장 크기 때문에 일부 설치 환경에서는 정상 운전 시 발생하는 응축수의 약 3배에 달할 수 있다고 지적합니다. 온도 제어 장비는 최대 부하와 최소 부하 모두에서 점검해야 합니다.
안전 계수는 유용하지만, 시동 시간이 생산에 영향을 미치는 경우 예열 계산을 대체해서는 안 됩니다. 임의의 계수를 적용하면 배수가 불충분해지거나 트랩 구멍이 불필요하게 커질 수 있습니다.
입구 압력값은 트랩 바로 앞의 압력입니다. 이는 보일러 압력이나 증기 헤더 압력과 반드시 같을 필요는 없습니다. 압력저항밸브(PRV), 제어 밸브, 장비 및 연결 배관을 통한 압력 손실은 응축수가 트랩에 도달하기 전에 발생합니다.
출구 압력은 수신기 압력보다 더 많은 요소를 포함합니다. 여기에는 다음이 포함될 수 있습니다.
• 밀폐된 응축수 수신기에서 압력이 유지됨
• 응축수 상승으로 인한 정압
• 리턴 파이프를 통한 마찰 손실
• 플래시 스팀에 의해 발생하는 배압
• 다른 트랩들이 동일한 리턴 헤더로 배출될 때 발생하는 압력
예비 시스템 평가를 위해:
사용 가능한 차압 = 최소 트랩 입구 압력 - 최대 리턴 시스템 압력 - 정적 양정 - 예상 배관 압력 손실
모든 압력 값은 동일한 단위와 기준을 사용해야 합니다. 게이지 압력과 절대 압력을 같은 계산에 혼합해서 사용해서는 안 됩니다.
역류 압력이 상승하면 차압과 트랩 배출 용량이 감소합니다. 일부 트랩 메커니즘은 또한 정상 작동이 불안정해지는 최대 허용 역압력을 가지고 있습니다.
일반적으로 적용되는 조건은 최대 증기 압력이 아니라 최소 입구 압력과 최대 반환 압력의 조합입니다. 이는 특히 가변식 증기 제어 밸브 하류에서 중요합니다.
최대 부하 시 6 barg의 압력으로 공급되는 열교환기가 1.5 barg에서 작동하는 응축수 회수 시스템에 연결되어 있다고 가정해 보겠습니다. 최대 부하 시 트랩에는 유용한 양의 차압이 발생합니다.
제어 밸브가 조절됨에 따라 열교환기 내부 압력이 떨어집니다. 장비 압력이 1.5 barg에 가까워지면 트랩은 응축수를 배출하는 데 필요한 압력 차이를 잃게 됩니다. 입구 압력이 반환 압력보다 낮아지면 응축수가 열교환기로 역류합니다. 이러한 현상을 스톨(stall)이라고 합니다.
더 큰 일반 스팀 트랩을 설치한다고 해서 음압 차이가 해결되는 것은 아닙니다. 더 큰 오리피스는 양압이 있는 동안에는 용량을 늘릴 수 있지만, 트랩 입구 압력보다 압력이 높은 환수 시스템으로 응축수를 밀어낼 수는 없습니다.
시스템에서는 다음과 같은 사항을 요구할 수 있습니다.
• 저압 중력 복귀
• 통풍식 수신기 및 전기 펌프
• 압력식 응축수 펌프
• 펌프-트랩 결합 장치
정지 상태에서 응축수가 역류하면 유효 열 전달 면적이 줄어들고 온도 제어가 불안정해집니다. 축적된 응축수가 결국 이동하면서 장비와 배관에 수격 현상이 발생할 수도 있습니다.
트랩의 작동 여부는 용량만으로 결정되지 않습니다. 배출 패턴, 공기 처리 능력 및 허용 가능한 응축수 과냉각도가 용도에 적합해야 합니다.
플로트 트랩 및 온도 조절 트랩 응축수를 포화 온도에 가깝게 지속적으로 배출합니다. 또한 온도 조절 장치를 통해 공기 및 기타 비응축성 가스를 효과적으로 제거합니다. 이러한 제품은 열교환기, 유닛 히터 및 부하 변동이 있는 공정 장비에 적합합니다.
열역학적 디스크 트랩 이 제품들은 크기가 작고 기계적으로 견고하여 증기 주 배관의 드립 포인트나 노출된 고압 배관에 흔히 사용됩니다. 증기 누출로 인해 작동 주기가 영향을 받으므로 과도한 배압, 이물질, 설치 조건 및 주변 냉각이 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.
역방향 버킷 트랩 고압에서 작동 가능하며 일반적으로 수격 현상을 견딜 수 있습니다. 그러나 내부 통풍구가 비교적 작아 시동 시 공기 배출이 느릴 수 있습니다. 빠른 예열이 필요한 장비는 별도의 공기 배출 장치가 필요할 수 있습니다. 프라이밍 손실 및 저부하 작동 특성도 고려해야 합니다.
온도 조절 트랩 응축수의 온도가 증기 온도보다 낮아질 때까지 응축수를 유지합니다. 이는 증기 추적 및 현열을 의도적으로 회수해야 하는 응용 분야에 유용할 수 있습니다. 그러나 열 전달 면적을 최대한 유지하기 위해 응축수를 즉시 제거해야 하는 경우에는 일반적으로 적합하지 않습니다.
증기 가열 공정 장비의 경우, 지속적인 배출과 효과적인 공기 제거가 지연 배출보다 일반적으로 더 중요합니다. 증기 주 배관에서는 기계적 견고성과 옥외 노출에 대한 내성이 더 중요한 요소일 수 있습니다.
뜨거운 응축수를 회수하면 보일러의 에너지, 처리된 보충수 및 화학 약품 사용량을 줄일 수 있습니다. 그러나 회수 시스템은 증기 트랩 하류에 압력을 발생시키기도 합니다.
고온의 응축수가 고압에서 저압으로 이동할 때, 일부는 증기로 변합니다. 따라서 환수관은 액체 응축수만 이송할 때보다 훨씬 더 큰 체적 유량을 가진 2상 혼합물을 이송해야 합니다.
시간당 액체 상태 물의 유량(kg)만을 기준으로 크기를 정한 리턴 라인은 플래시 증기가 발생할 경우 과도한 유속과 역압이 발생할 수 있습니다.
응축수 회수 검토에는 다음 사항이 포함되어야 합니다.
• 정상 및 최대 응축수 유량
• 수신 압력에서의 플래시 증기 발생
• 동시 트랩 배출 중 리턴 헤더 압력
• 수직 양력 및 배관 마찰 손실
• 통풍식 또는 가압식 수신기 구성
고압 트랩이 저압 사용자에게 미치는 영향
• 기계적 회수가 필요한 경우 사용 가능한 펌프 헤드
회수 시스템은 스팀 트랩 크기 계산의 일부이며, 하류 세부 사항이 아닙니다. 반환 배관 설계가 부실하면 올바르게 선택된 트랩이라도 결함이 있는 것처럼 보일 수 있습니다.
기술적으로 유용한 문의 사항에는 운전 중 및 시동 시 응축수 부하를 별도로 명시해야 합니다. 또한 다음 사항을 파악해야 합니다.
• 트랩 입구의 최대 및 최소 압력
• 최대 응축수 회수 압력
• 트랩 이후 수직 리프트
• 응축수 온도
• 설계 압력 및 온도
연결 크기 및 표준
• 본체 및 내부 재질
· 환기 요구 사항
• 설치 안내
• 선호하는 오류 동작
• 예상되는 먼지, 부식 또는 수격 현상
최종 선택은 해당 차압에서의 제조업체 용량 곡선을 기준으로 해야 합니다. 이 곡선은 제안된 트랩 모델과 실제 시트 또는 오리피스 크기에 부합해야 합니다.
연결부 크기는 배출 용량을 정확하게 나타내는 지표가 아닙니다. 공칭 연결부 크기가 같은 두 개의 트랩이라도 오리피스 크기가 다르면 배출 용량과 압력 제한이 상당히 다를 수 있습니다.
최종적인 엔지니어링 문제는 단순히 트랩이 정상적인 응축수 부하를 통과시킬 수 있는지 여부만이 아닙니다. 배수 장치는 냉간 시동, 최대 생산 및 최소 압력 운전 중에 증기 손실 없이 또는 제어 밸브 스로틀링 시 사라지는 압력 차이에 의존하지 않고 응축수를 제거해야 합니다.
