[스크랩] Desuperheater 냉각수 계산 및 제어

1.  냉각수 계산

에너지 보존의 법칙을 적용하고 있는 다음 식을 사용하여 필요한 냉각수량을 쉽게 구할 수 있다.

과열증기로부터 제거된 열량 = 냉각수가 얻은 열량

Mg x (hi - hd) = Mcl x (hd - hcl)

Mcl = {Mg x ( hi - hd )} / (hd - hcl)

Mcl = 냉각수량(Kg / hr)

Mg = 과열증기량(Kg / hr)

hi = 과열상태의 엔탈피(Kcal / Kg)

hd = 비과열상태의 엔탈피(Kcal / Kg)

hcl = 냉각수의 엔탈피(Kcal / Kg)

 

 

2. 냉각수의 제어

 

1) 디슈퍼히팅된 과열증기의 온도 제어

디슈퍼히터에 공급되는 냉각수의 양은 과열증기가 원하는 과열도까지 온도가 떨어지는 것을 감지하여 조절한다.

온도감지기는 디슈퍼히터가 설치된 위치부터 약 7-10 m 하류 쪽에 설치하여 증기의 흐름이 안정되고 냉각수가 대부분 증발하여 과열도가 원하는 온도까지 거의 떨어진 상태에서 온도를 측정하도록 한다.

응축수 공급밸브를 제어하는 온도조절기의 설정 온도는 포화온도에 맞추는 것이 아니고 제품별로 포화증기의 온도보다 약 5-10 ℃ 높은 온도로 설정한다. 만약 포화온도로 제어하게 되면 포화증기의 온도는 항상 일정하므로 냉각수 공급밸브의 제어에 어려움이 발생하며 너무 과잉된 냉각수를 공급하는 문제가 발생한다.

과열도가 5-10℃인 과열증기는 배관에서의 방열손실과 증기 속에 안개처럼 떠있는 잔류 수분에 의해 곧 과열도를 잃고 포화증기가 된다.

 

 2) 냉각수 공급 압력의 선택

디슈퍼히터의 부하 변동은 디슈퍼히터의 견적 및 설계 시 반드시 고려해야 할 아주 중요한 요소이다. 즉 디슈퍼히터로 유입되는 증기의 압력, 온도 또는 유량의 변화에 따라 필요한 냉각수량도 변화하게 된다.

일반적으로 냉각수를 분사하는 노즐은 분사되는 냉각수의 분산을 좋게 하기 위하여 정상적인 배관 구경보다는 작은 구경의 오리피스로 구성되므로 이곳에서의 분사되는 냉각수량은 제한을 받게된다. 이때 과열증기의 압력과 노즐에서의 냉각수 압력은 최소 0.1bar 의 압력차를 두고 설계된 후 이 구멍을 통해서 냉각수가 증기 흐름으로 분사된다.

따라서 노즐에서 분사되는 냉각수의 양은 과열증기가 요구하는 최소량의 냉각수 즉 냉각 부하가 제일 작을 때 요구되는 양을 기준으로 선정된다.

그러나 부하가 증가하여 냉각수 공급량이 증가하여야 하는데 노즐의 구경은 변화가 없으므로 결국 냉각수의 공급압력을 높게 올려 공급량을 늘려야 한다.

물이 구멍을 통과할 때 발생하는 최소의 압력강하는 0.1bar 라고 하고 압력 강하는 유량의 제곱에 비례한다. 그러므로 필요한 최대 용량의 냉각수의 양이 최소 유량의 2 배로 증가하면 압력강하는 22 = 4 배, 즉 0.4 bar 로 증가한다.

비록 이 값이 작게 느껴지더라도 부하변동이 10:1 이상이 되면 문제가 크게 된다. 즉 최소 압력강하가 0.1bar 일 때 최대 압력강하는 10bar (102 = 100 x 0.1 = 10bar)가 되므로 냉각수의 최대 공급 압력은 이차측 증기압력보다 약 10bar 이상 높아야 한다.

따라서 디슈퍼히터를 사이징할 때는 반드시 최대유량을 고려하여야 한다.

 

 3) 냉각수 공급 온도

디슈퍼히팅을 위해 공급하는 냉각수 즉 물의 온도도 디슈퍼히터의 성능에 영향을 주게 된다.

과열증기 속으로 분사된 물이 일단 포화온도까지 가열된 후 다시 증발 과정을 거쳐 포화증기가 되므로 어느 정도의 시간이 필요하게 된다. 그러나 온도센서의 위치가 디슈퍼히터를 설치한 곳에서 약 7-10m 하류에 설치하고 있는데 과열증기 배관에서 증기의 유속은 약 40-50m/sec 가 되므로 물이 분사된 후 온도감지기까지 도달하는데 걸리는 시간이 약 0.2 초 정도 밖에 되지않는다. 따라서 최대의 효율을 발휘하기 위해서는 공급되는 냉각수 즉 보통 응축수의 온도가 가급적 높은것이 요구된다.

어느 디슈퍼히터 메이커에서도 이에 대한 언급이 없지만 실무적으로는 포화온도에 근접한 온도의 응축수를 공급하는 것이 신속한 냉각수의 증발이 보장되며 증기 중의 수분의 양을 최소로 줄일 수 있다.

 

 

- 출처 : spirax sarco korea

출처 : Restart!! plant process engineer입니다

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