증기 열교환기 및 추적 시스템:설계 엔지니어를 위한 모범 사례

증기 열교환기 및 추적 시스템:설계 엔지니어를 위한 모범 사례

Alex Chu, 산업용 증기 시스템 SME, Swagelok Field Engineering

적절한 스팀 열교환기 또는 스팀 히트 트레이싱 시스템을 설계하려면 먼저 시스템이 작동할 작동 특성을 완전히 이해해야 합니다. 부적절한 성능은 가장 일반적으로 설계 엔지니어가 모든 증기 시스템 특성을 고려하지 못한 데 기인합니다. 증기 시스템의 작동 매개변수와 문서를 철저히 검토해야 합니다. 응용 프로그램의 컨텍스트를 이해하지 못하면 일반적으로 시스템 구성 요소를 부적절하게 제어하거나 선택하게 됩니다.

일반적인 디자인 및 제품 선택 문제

조기 고장이나 성능 저하를 방지하기 위해 산업용 증기 시스템을 설계할 때 기본 기본 사항을 고려해야 합니다. Swagelok의 전문가들은 다양한 위치와 산업 분야의 수많은 산업용 열전달 응용 분야를 검토한 결과 가장 일반적인 문제가 잘못된 구성 요소 선택이나 부적절한 설치 관행으로 인해 발생한다는 사실을 발견했습니다. 문제의 예는 다음과 같습니다.

• 허용할 수 없는 최종 제품 품질
• 구성요소의 조기 고장
• 불량한 온도 조절
• 부적절한 열 전달
• 워터 해머
• 열전달 장비의 오염
• 강령 및 표준 위반

Steam 시스템 설계 모범 사례

몇 가지 간단한 지침과 입증된 현장 기술을 따르면 산업용 증기 시스템 설계와 관련된 일반적인 문제를 피할 수 있습니다. 다음 증기 열교환기 및 추적 구성 요소를 선택하기 전에 이 기사 전체에 나열된 다음 모범 사례를 검토하고 시설의 증기 시스템 설계, 유지보수 및 사양 프로그램에서 구현해야 합니다.

1. 증기 공급 응축수 축적 및 캐리오버 제거

증기 제어 밸브는 증기 흐름을 0~100%로 조절하도록 설계되었습니다. 유량이 적거나 없는 시나리오에서 응축수는 제어 밸브의 유입 전에 축적될 수 있습니다. 밸브 전에 응축수가 축적되면 워터 해머가 발생할 수 있습니다. 또한 증기 제어 밸브를 통과하는 모든 응축수는 제어 밸브의 조기 고장을 유발할 수 있습니다.

여러 가지 방법으로 응축수 축적을 제거할 수 있습니다. 밸브 이전에 드립 레그 설치, 단열 개선, 스팀 라인의 올바른 등급 지정 또는 밸브 이전에 스팀 분리기 설치 등의 방법이 있습니다. 이러한 방법은 처음부터 응축을 방지하거나 스팀 트랩의 도움으로 응축수가 제어 밸브에서 빠져나가도록 합니다.

2. 제어 밸브에 대한 턴다운 비율 지침 준수

열 전달 구성 요소에는 효과적인 프로세스 온도 제어 및 시트 수명을 위해 적절한 크기의 제어 밸브가 필요합니다. 제어 밸브를 선택하는 주요 요소는 밸브의 턴다운 기능, 가변성 또는 작동 범위입니다.

모든 밸브는 특히 밀봉 공차와 흐름의 선형성으로 인해 밸브 스트로크의 극한 범위에서 제어할 수 없는 일정량의 흐름을 갖게 됩니다.

다음은 제어 밸브에 대한 몇 가지 턴다운 비율 지침입니다.

• 케이지 ​​제어 =40:1 턴다운 비율은 최고 수준의 제어성을 제공합니다.
• 글로브 제어 밸브 =30:1 턴다운 비율.
• 조절 밸브 =20:1 턴다운 비율.

잘못된 크기의 제어 밸브는 불량한 공정 온도 제어, 밸브 시트의 조기 마모 및 과도한 소음을 유발할 수 있습니다.

3. 제어 밸브 전후에 압력 게이지 설치

압력 게이지는 시스템 내부의 조건을 이해하는 데 필요한 정보를 제공합니다. 제어 밸브 전후에 압력계를 설치하고 스팀 트랩 후 응축수 회수 다리에 설치하는 것이 좋습니다. 이는 증기 열교환기를 통과하는 증기의 압력 특성을 이해하는 데 도움이 되는 정확한 데이터를 제공합니다. 또한 모든 압력 게이지에는 고온 손상을 방지하기 위해 코일 사이펀(피그테일)과 유지 보수가 가능하도록 이중 블록 차단 밸브를 설치해야 합니다.

4. 진공 차단기 설치

증기 공급에서 격리될 수 있고 대기에 개방되지 않은 모든 증기 시스템은 진공 차단기를 설치해야 합니다. 여기에는 스팀 라인, 주전자, 플레이트 또는 쉘 및 튜브 열교환기와 같은 장비가 포함됩니다. 증기가 장비 내부에서 냉각되면 응축됩니다. 응축수는 기체 상태일 때와 비교할 때 전체 질량의 1/1700까지만 차지할 수 있으므로 진공이 형성됩니다.

진공 차단기는 진공 발생을 방지하여 시스템이 종료될 때 증기 시스템이 파열되지 않도록 보호합니다. 일반적으로 모든 증기 장비에는 장비 제조업체가 지정한 지점에 통풍구와 진공 차단기를 설치하는 것이 좋습니다.

5. 자동 통풍구 설치

셧다운 및 유지보수 중에 공기가 증기 시스템으로 유입됩니다. 시스템을 다시 사용하기 전에 공기를 제거해야 합니다. 증기 열교환기 시스템에 공기가 존재하면 열 전달에 여러 가지 해로운 영향이 있으며 종종 느린 시동의 원인이 됩니다. 시스템의 공기는 열 전달 표면에 얇은 경계층을 형성하여 단열 효과를 만들고 열 전달을 방해할 수 있습니다. 두께가 1/1000인치에 불과한 공기막은 13인치의 구리 또는 3인치의 주철과 같은 효과를 냅니다.

스팀 트랩은 시스템의 가장 낮은 지점에 있고 뜨거운 공기는 가장 높은 지점에 갇히는 경향이 있으므로 공기 배출에 의존해서는 안 됩니다. 자동 통풍구는 증기 시스템 내에서 공기를 제거하는 가장 효율적인 방법 중 하나입니다. 증기 본관의 끝 또는 진공 차단기와 함께 장비의 가장 높은 지점에 장착된 통풍구는 공기가 있을 때 열립니다.

6. 열 전달 장비 내 배압 방지

증기 시스템용 열 전달 장비를 설계할 때 응축수 배수는 중력 또는 차압에 의해 이루어집니다. 가능하면 스팀 트랩 전후에 수직 리프트 없이 중력 배수를 촉진하기 위해 열 전달 장비를 설치해야 합니다. 이것은 조절식 증기 제어 밸브가 있는 모든 응용 분야에서 중요합니다. 일부 응용 프로그램에서는 중력 배수를 허용하지 않으며 이러한 경우 스팀 트랩이나 제어 밸브와 같은 응축 장치에 과도한 배압이 가해지지 않도록 주의해야 합니다. 배수 장치의 예상치 못한 배압으로 인해 조기 고장 및 성능 문제가 발생할 수 있으며, 이로 인해 장비에 응축수가 축적됩니다. 이로 인해 수격 현상, 부적절한 온도 제어, 효율성 감소 및 부식 문제가 발생합니다.

7. 과열 증기 방지

일반적인 증기 가열 응용 분야에는 100% 품질의 포화 증기 공급이 필요합니다. 이 품질 수준은 증기 내에 응축수 방울이 동반되지 않은 증기를 나타냅니다. 과열된 증기 또는 포화점보다 높은 온도의 증기는 열 전달 과정에 들어가는 것을 방지해야 합니다. 과열 증기는 포화 증기보다 단위 부피당 에너지가 적고 원래 증기 시스템 설계 내에서 예상하지 못한 경우 성능 문제를 일으킬 수 있습니다. 과열 증기 공급은 과열기 제거 장치를 설치하여 조절할 수 있습니다.

8. 잠금 볼 밸브

볼 밸브는 증기 시스템의 기밀 격리를 위한 안전하고 신뢰할 수 있으며 비용 효율적인 솔루션을 제공할 수 있습니다. 볼 밸브를 사용하면 핸들 방향을 통해 격리 상태를 빠르게 식별할 수 있습니다. 2인치 이하의 볼 밸브는 잠금 핸들과 함께 구매할 수 있으며 잠금 또는 태그아웃에 대한 최상의 안전 방법을 제공합니다. 증기 시스템 내의 잠금 또는 태그아웃 절차와 관련된 현장 또는 현지 규정을 준수하는지 확인하려면 안전 및 검사 부서에 확인하십시오.

9. 스팀 트랩의 올바른 선택 및 크기 조정

스팀 트랩에는 다양한 기계적 설계가 있습니다. 다른 디자인은 다른 응용 프로그램에 적합하며 일부는 다른 것보다 더 안정적입니다. 증기 열교환기 응용 분야의 경우 기계식 증기 트랩이 유량 조절에 가장 적합합니다. 스팀 히트 트레이싱의 경우 애플리케이션 요구 사항에 따라 다양한 스팀 트랩 유형을 선택할 수 있습니다.

스팀 트랩 선택을 위한 다른 고려 사항은 최대 및 최소 유량, 프라이밍 요구 사항, 공기 배출, 기능 테스트 및 장착 옵션을 기반으로 하는 크기입니다. Swagelok은 유지보수 및 교체가 용이하도록 소형 스팀 트랩에 범용 마운트를 사용할 것을 권장합니다.

특수 장비 없이 스팀 트랩을 테스트할 수 있는 기능은 특히 폐쇄 루프 회수 시스템에서 유용합니다. 이는 응축수 배출을 쉽고 빠르게 육안으로 확인할 수 있도록 다운스트림 바이패스를 설치하여 달성할 수 있습니다.

10. 외부 오염 방지를 위한 여과기 설치

부식 및 그 부산물로 인해 증기 라인에서 오염이 만연할 수 있습니다. 오염 물질은 제어 밸브 트림, 차단 밸브 시트 및 스팀 트랩 시트 내에 들러붙어 이러한 구성요소의 조기 고장 또는 오염을 유발할 수 있습니다. 스트레이너는 필터 역할을 하여 이물질이 스팀 시스템에 유입되는 것을 방지합니다.

스트레이너를 설치할 때는 반드시 잠금장치가 있는 블로우다운 밸브를 설치하고 밸브에서 배출되는 토출물을 안전한 장소로 배출하십시오. 스트레이너 본체 내부에 응축수가 축적되는 것을 방지하기 위해 스트레이너 섹션이 수평 위치에 있는 스트레이너를 설치해야 합니다.

시설의 증기 시스템을 향상시킬 수 있는 방법에 대해 자세히 알고 싶으십니까? Swagelok의 Steam 서비스 교육 과정에 등록하여 귀하의 산업 및 특정 요구에 맞춤화된 증기 시스템 관리에 대한 이해를 얻으십시오. 귀하의 시설에서 개인 교육을 요청하려면 공인 Swagelok 판매 및 서비스 센터에 문의하십시오.