고정 오리피스 식 응축수 배출 제어 시스템

 O-TRAP 작동원리

오리피스의 성질을 이용한 응축수 배출 제어 시스템인 O-TRAP 채용

으로 에너지 절약 목표를 달성 하시기를 권해드립니다!

완전히 새로운 개념의 드레인 배출 제어 장치인 DRAINER 는

고정오리피스식 스팀트랩 (O-TRAP) 입니다.

공장의 증기 손실 감소와 이산화탄소 삭감은,

고정 오리피스식 스팀트랩(O-TRAP) 으로 교체하는 것입니다

 여기까지 와서 아직도 주저됩니까?

더 이상 주저하는 단계가 아닙니다 ! 

전사적으로 검토해 보시지 않으시겠나요?

오리피스 형 스팀 트랩의 작동 원리

고정오리피스형 스팀트랩은 증기드레인에 비해 오리피스를 통과하는 양이 적다는 성질을 이용하고 있습니다.

액체가 오리피스로부터 유출되는 양은 그 액체의 종류, 오리피스 구경 및 오리피스 전후의 압력 차에 의해 결정되며, 그 이론의 유량 계산식은 오리피스 유량계 등에서 공지하는 바와 같습니다.

예를 들어, 직경 5mm의 오리피스 구멍에서 전후의 압력 차 0.1MPa (1Kg/c㎡) 조건에서, 드레인 100%가 흐른 경우, 590kg/h의 응축수가 배출되어, 증기 100%가 흐른 경우 22kg/h 의 증기가 배출 됩니다. 즉 증기 만이 흘렀다 하더라도, 이 조건하에서 증기의 유출량은, 드레인의 유출량의 3.7% 밖에 흐르지 않습니다.

물 (응축수)는 오리피스에 의해 제한된 일정한 유량이 통과합니다.

 증기는 용적이 증가했기 때문에 같은 오리피스를 통과 할 수 있는 양은 얼마 되지 않습니다.

이 제품은 스팀 트랩이 아니라 오리피스의 성질을 이용한 드레인 배출 제어 시스템입니다. 

개방된 원형의 구멍(오리피스)으로 부터 증기 (기상)와 드레인 (액상)이, 각각 단상(単相)으로 100% 흐른 경우, 드레인에 비해 증기 유량이 극히 적은 사실에 착안하여, 기존의 스팀 트랩에 내장되어, 고장의 원인이기도 한 가동 부분을 전부 제거한 매우 심플하고 컴팩트 한 구조를 가진, 독자적 개발 상품입니다. 증기 사용 설비 및 배관에서 발생하는 최대 드레인 량에 대한 오리피스 시스템을 선택하기 만하면 드레인 양이 크게 변동하여도 기존의 스팀 트랩 이상의 증기 누설 없이 적절하고 신속하게 대응하고 드레인 을 지체 없이 연속 배출합니다.

⑴드레인 부하가 100 % 인 경우

아래 그림처럼 파이프 내에 응축수가 가득 찬 상태를 드레인 부하 100% 라고 합니다.

당연히 증기는 전혀 누출되지 않습니다.

⑵ 드레인 부하가 50 %의 경우 

     ⓐ 드레인이 파이프의 절반을 차지하는 상태입니다. 

     증기와 드레인의 유속이 완전히 동일하다면, 양자의 경계면 에서의 마찰이 없기 때문에 큰 파도는 일어나지 않고, 드레인 및 증기가 서로 섞인 상태에서 오리피스를 통과, 당연히, 증기는 끊임없이 새고 있을 것입니다.

그러나 실제로는 다릅니다.

    ⓑ 증기의 유속은 드레인 보다 30 배 이상 빠르기 때문에 양자의 경계면 에서 마찰에 의해 파도물결이 일어나고 오리피스 구멍은 99% 이상의 시간을,   드레인의 물결파도에 막혀 있고, 그래서 대부분 증기는 누출되지 않습니다.

⑶ 드레인 부하가 50 % 이하 %의 경우

이 경우 오리피스 구멍을 막고 있던 드레인 파도물결을 당겨, 오리피스 구멍이 제대로 증기 상에 노출하는 시간대가 생겨, 그 때는 증기 만 오리피스 구멍을 통과하여, 증기가 누출합니다. 그리고 증기가 흐름에 따라서 다시 물결이 일어나고 오리피스 구멍에 밀려 모공을 막고 있습니다. 이때 드레인 만이 오리피스 구멍을 통과하여 증기는 누출되지 않습니다

드레인 부하 25 %의 경우

드레인 부하 10 %의 경우

드레인 부하 0 %의 경우

즉 파도 물결이 밀려서 모공을 막는 시간대와, 파도 물결이 당겨져 구멍이 증기 상에 제대로 노출하는 시간대가 번갈아 방문해, 드레인 부하가 작아 질수록, 오리피스 구멍이 증기 상에 제대로 노출하는 시간 대가 많아집니다.

증기 손실 감소로 에너지 절약 20 % 달성・Co2 감소는 O-TRAP 채용이 관건입니다.  유지 보수 없이 (No Maintenance) 긴 수명이니, 검토를 권해 드립니다.

▶ 단점

1) 기존 Type의 스팀 트랩보다 정확한 정보가 필요합니다. 

최소, 최대 드레인 량과 입구 : 출구의 압력 차이를 알지 못하면 적절한 오리피스 시스템의 설계를 할 수 없습니다.  (데이터가 없는 경우는 상담해주세요.)

2) 오리피스 에서 직접 출구 배관에 응축수가 분출하기 때문에, 특히 드레인 양이 많을 경우 부식을 경감하기 위해서는 노즐 지름의 10 배의 길이의 노즐 직관 부를 취하는 것이 바람직하다. 그것이 불가능한 경우, 첫째 엘보우까지는 스테인레스 관에 하는 것이 좋다. 그러나 본 제품을 수직으로 설치하여 배관 지름의 10 배의 직관 부를 출구 측에 가지고 가는 것은 그다지 어려운 일은 아니다.

 

 

▶ 드레인 배출에 대해서

 

증기가 배출 에 비해, 오리피스를 통과 하기 어렵다, 라는 성질을 이용하여, 독자적으로 설계된 오리피스 시스템 에 의해 제작되고 있습니다. 유체가 오리피스 로부터 유출되는 양은, 그 유체 의 종류, 오리피스 구경 및 오리피스 전후 의 압력 차에 의해 결정되며, 그 이론 유량 계산식 은 알려진 바와 같습니다.

예를 들어, 직경 5mmφ 의 오리피스 구멍 보다 전후 의 압력 차 0.1MPa (1kg/cm2 ) 의 조건에서 드레인 100% 가 흐른 경우, 590kg/h 의 응축수가 배출 되어 증기 100% 가 흐른 경우 22kg/h 증기가 배출 됩니다. 즉 증기 만이 흘렀다 하더라도 이 조건에서 증기의 유출량은 드레인의 유출량의 3.7 % 밖에 흘러 나오지 않은 것 입니다.

그럼 드레인 (액체) 과 증기 (기체) 가 함께 공존하고 교류하면 어떻게 되는 것입니까?

방금 오리피스와 같은 조건에서 드레인 량이 50% (590 ÷ 2 = 295kg/h) 의 경우, 드레인 유출량 295kg/h 에 동반하는 증기량은 1kg/h 에 지나지 않습니다. 드레인 양이 4분의 1 (590 ÷ 4 = 147kg/h 되어도, 증기의 양은 2.2kg/h) 밖에 유출 하지 않고, 기존 제품 의 많은 스팀 트랩 의 정상 가동 시의 증기 누설량 에 비해서 매우 적은 양 입니다. 따라서 증기와 드레인이 혼재하는 경우, 오리피스 로 부터 유출되는 증기가 의외로 적은 것은 크게 두 가지 이유 에서 입니다.

 

 

1) 증기는 그 특성상 드레인 보다 30 배 이상 빨리 흐르려고 한다. 따라서 드레인은 강풍으로 바다가 밀어 닥치는 대로 파도가 발생하듯이, 그것은 오리피스에 밀어 닥치고 오리피스 구멍이 드레인으로 봉인되어 버린다.

2) 또한 파도가 당겨 완전한 밀봉 상태가 해제되어, 드레인과 증기가 혼합하여 오리피스 구멍을 통과하는 것 같은 경우는, 당연히, 난류상태가 되므로 발이 느릿 느릿한 저속 드레인이 방해가 되어 증기가 본래의 고속으로는 통과할 수 없게 된다.

이 오리피스의 특성 (흐르는 드레인 량과 증기량의 밸런스)는 드레인 부하율, 압력 조건, 오리피스의 형상, 오리피스 구경 등에 의해 변화하기 때문에, 본 제품은 실용 상, 에너지 절약 목표에 뛰어난 성능을 발휘할 수 있도록, 다단 오리피스 타입, 멀티 오리피스 타입을 개발하고 또한 오리피스의 형상에 대해서도 현장의 실적을 바탕으로 연구• 개량을 거듭 한 결과 모든 조건에서 기존의 스팀 트랩에서는 대응할 수 없었던 범위까지 만족하실 상태에서 사용되고 있습니다.

 

 

▶실제로 증류탑의 Reboiler에 사용한 경우의 작동을 설명하겠습니다.

 

 

일반적으로 공급 증기 압력 (P)과 배압 (P2)은 일정합니다. 

부하가 증가하면 조절 밸브 (CV)가 열리고, 열 교환기 내 압력 (P1)가 올라갑니다.

△ P = P1-P2가 올라가면 O-TRAP의 차압이 증가해 증기 유량이 증가합니다.

부하가 감소 할 때는 반대 동작이 되어, 항상 차압 (△ P)에 알맞는 드레인 양이 연속 배출 되어 안정 운전을 확보 할 수 있습니다.

고정 오리피스식 트랩(O-TRAP)은 응답성이 뛰어나 엄격한 온도 관리에도, 온도상승속도에도 순종하므로 자동 제어의 추종성에 효과를 발휘합니다.

유지 보수 없이 보네 설비와 생명을 같이하여 사용할 수 있습니다.(거의 반영구적)

 

 

▶ 드레인이 감소 할 때 새는 생 증기의 양은 어느 정도입니까?

 

 (1) 드레인이 제로(0) 때의 증기의 통과 량은 아래 그림과 같습니다.

 

 

예를 들어 1MPa에서 100 % 증기의 통과 량은, 전량 드레인 의 6.3 %입니다.

 

(2) 드레인이 감소한 증기가 섞여 흐를 때의 증기통과량 (증기압력 1.0MPa 일때)는 아래그림과 같습니다.

 

 

 

설계유량 100Kg/h 대해 드레인 부하가 50kg/h로 감소하면 증기가 통과하기 시작합니다.

더욱이 25kg/h까지 감소하면 전량증기 때 약 10 %의 증기가 통과합니다.

사용증기 압력이 1.0MPa의 경우, 증기 통과량은 100kg/h × 6.3% × 10% = 0.63Kg/h가 됩니다.

누설 량은 드레인 량 대비 0.63 %입니다.

  

▶ 기존 스팀트랩 과의 비교

 
▶ 가격 : 

          -  小용량은 재래식 트랩 보다 약간 높음

          - 大용량은 저렴

이 고정 오리피스 식 “O-TRAP” 이라는 제품을 처음 본 사람들의 대부분은 "이것이 정말 스팀 트랩입니까?"라고 합니다. 또한 그 구조를 처음들은 사람들의 대부분은 "정말 잘 작동하는 거야?" 라고 합니다. 

하지만 지금은 많은 기술자 여러분들로부터 이해를 받아 오리피스 형 스팀 트랩은 일본국내에서만도 수천개가 넘는 회사에서 채용하고 있습니다.

▶ 사용 효과

당사 제품을 사용해 주셨던 여러분들로부터 다음과 같은 효과가 전해지고 있습니다.

다양한 증기 설비에 효과적으로 이용하여 생산, 운영, 관리면 등에서 매우 큰 효과를 더 올릴 수 있는 것으로 생각 한답니다. 

1) 에너지 절약에 의한 경제 효과 

2) 유지 보수 비용 절감 

3) 안정 운전에 의한 품질 향상

▶ 사용 실례

1) 일본에서 NEDO (신 에너지 산업기술 종합 개발기구)가 "본 제품 도입에 따른 에너지 절약 사업 '을 보조금 교부 대상으로 채택 O 제지 요나고(米子工場) 공장에서 약 5 년 전부터 현장 테스트를 통해 약 20 %의 에너지 절약 효과와 노화가 거의 없는 것을 확인하고 공장 전체에 도입. NEDO에 신청하고 "고정 오리피스 형 드레인 배출장치 도입에 의한 에너지 절약사업이 2002 년도 보조금 대상으로 승인되었습니다. 이에 회사 각 공장에서 순차적으로 도입하고 있습니다.

2) 워터 햄머 현상 소멸 (지역 냉난방의 드레인 회수배관에 햄머 방지 장비 불요)

기존 지역 냉난방이나 대형 건축물의 증기 배관 응축수 회수 라인에서 워터 해머 현상의 대응책으로서 각 트랩의 하류에 햄머 방지 장치를 설치하는 것이 일반적이었습니다. 본 제품은 드레인 배출이 연속적으로 맥동이 없고, 햄머가 일어나지 않기 때문에 햄머 방지 장비 (약 20만円/대)가 필요하지 않음이 확인되었습니다. 워터 햄머 대책으로서 본 품이 도입 된 예는 일본홋카이도 몇몇 지역 열공급 사업을 비롯하여 병원이나 공장에 많이 있습니다.

3) 대용량에 대응할 수 있는 본 제품의 도입으로 인해 스팀 트랩 대수가 대폭 삭감.

어떤 에틸렌 플랜트에서는 증기 압력 9Mpa, 드레인 량 1,500 kg/Hr의 사용 조건의 장소에 기존 스팀 트랩 5대를 (고장 대응 예비 포함) 병렬로 설치 사용하고 있었습니다. 당사 제품으로 변경 후에는 한대만으로 커버 되었고, 설치장소도 크게 좁혔습니다.

4) 조업 개시 때 드레인 을 뺄 필요 없기에 온도 상승 시간 단축

기존 스팀 트랩의 경우, 조업 개시 시에 잔류하고 있는 드레인을 제거하지 않으면 햄머가 발생하거나 상승이 느리기 때문에 스팀 트랩의 바이 패스를 열어 응축수를 빼는 작업이 필요했습니다. 이 제품은 입구와 출구의 차압이 조금이라도 생기게 되면 드레인이 빠지기 때문에 조업 개시 때 드레인 작업도 불필요 해져, 상승 시간을 대폭 단축 시킵니다.

5) 정확한 온도 제어가 가능하게

드레인을 연속적으로 배출하기 때문에 간헐적 배출형 스팀트랩으로는 달성 할 수 없는 정확한 온도제어가 가능합니다. 어떤 맥주공장에서 맥아의 증자가 매우 중요한 큰 작업으로, 처음부터 끝까지 전 공정의 온도를 프로그램 제어합니다. 기존 공정의 온도가 프로그램대로 진행 한 적이 없었지만, 우연히 스팀 트랩이 고장 나서 본품(스팀-Z)으로 교환 한 순간에 오랫동안의 현안이 단번에 해결 됐습니다. 

어떤 석유 화학 공장에서는 수지를 펠렛 (과립제품)으로 가공하는 압출기에서 가열 온도의 불균형에 의해 수지의 점성이 변화하고 절단 크기(사이즈)가 고르지 않음이 있었습니다. 당사 제품(스팀-Z)의 사용에 의해 온도가 안정되어, 펠렛 크기(사이즈)의 격차가 줄어들어 수율이 향상되었습니다.

▶ 기타 (고객의 소리) 

· 증류탑의 세세한 컨트롤이 가능해 졌다. 

· 열교환기의 부하 변동에 추종이 빨라졌다. 

· 자동 제어의 응답이 원활하게 되어 추종성이 향상되었다. 

· 승온 속도가 빨라졌다 

· 하루동안의 Batch 횟수가 증가했다. 

· 사용 증기량이 감소했다. 

· 유지 보수가 없어졌다. 

 · 작업 공간이 확보 되었다.