응축수 정체가 판형열교환기 구동에 미치는 영향 = Effects of Condensate Condensing on Plate Heat Exchanger Operation

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Effects of Condensate Condensing on Plate Heat Exchanger Operation


In-Cheol Shin

Department of Advanced Materials Sciences and Engineering,
Graduate school, Kangwon National University

A B S T R A C T

Steam systems are widely used in various production processes throughout the industry. Since steam systems are directly related to the efficiency of energy consumption and the duration time of the system, it is very important to use the maximum evaporation enthalpy in supplying the steam which is the heating source of the steam system. The general production of steam have been established by heating the water and utilizes the evaporation enthalpy generated by the energy originating from the water heating inducing the pressure reduction. This energy is utilized directly or indirectly by supplying the energy to the equipment. At this process, the generated steam loses its temperature due to contact with the heating object and water can be condensed. The condensed water can be stagnated in the steam system and introduce the operation fail of the steam system. In this work, the phenomenon occurred by congestion of the condensed water exhaustion have been observed and a method that can efficiently use the steam energy by preventing congestion stagnation have been also suggested.
The temperature changes of the plate-type heat exchanger and the steam trap were measured in condition of the condensed water discharging and stagnating at a constant pressure, respectively. Moreover, the local temperature change of the system according to the condensed water discharge condition was obtained and the temperature of condensed water was directly measured in the passed steam trap. It was confirmed that the efficiency of the steam system was significantly degraded at the stagnation of condensed water under the constant steam supply pressure.
To obtain the other influence of condensed water to system, the noise generation in the pate and steam trap parts of the plate-type heat exchanger have been measured at the poor discharge of condensed water. The noise volume were measured in the condition of the condensed water discharging and stagnation with the 5-minute interval after the steam supplying. It was confirmed that the stagnation of condensed water can be the major cause of the noise generation. This result indicate that the equipment can be damaged by pitting from the steam-hammer during condensate congestion. In addition, corrosion of the plate-type heat exchanger inside the steam system and the outside of the heat radiating coil was observed during condensation congestion.
As a result, including the heat failure and noise generation, it was also confirmed that corrosion and scale generation occurred rapidly during condensation congestion, directly relating to the steam leakage of boiling equipment. The stagnation of the condensate, the discharge failure of the condensed water, is directly related to the occurrence of the vacuum in the pipe due to the condensation of the steam in the steam pipe in the system. Therefore, to improve the stream of the pipe line, it was found that the installation of the valve can be used effectively

국문 초록 (Abstract)

응축수 정체가 판형열교환기 구동에 미치는 영향

신 인 철
강 원 대 학 교 신 소 재 공 학 과

스팀시스템은 산업전반에 걸쳐 다양한 생산 공정에 널리 사용되고 있다. 스팀의 사용방법은 시스템의 에너지 소모 및 설비의 수명과 직접적으로 연계되어 있기 때문에 스팀시스템의 가열원인 증기를 공급함에 있어 증발엔탈피를 최대로 사용하는 것은 효율적인 설비 운영에 매우 중요한 요소가 된다. 스팀의 생산은 지구상에서 가장 흔한 물을 열매체로하며, 물을 가열하여 증기로 변환되는 에너지를 고압에서 저압으로 감압함에 의해 발생하는 증발엔탈피를 이용한다. 이 에너지를 설비로 공급함으로서 직접 또는 간접적으로 사용하며, 이때 발생된 증기는 피가열체와의 접촉으로 온도를 잃게 되고 온도는 하락하여 응축수로 변환되는데 스팀시스템에서 응축수의 정체 시에는 증기가 가지고 있는 능력을 불량으로 만들 수 있는 원인이 된다. 본 연구에서는 스팀시스템에서 응축수의 배출이 불량할 때 일어나는 현상을 실험을 통하여 증명하였고, 응축수 정체를 방지하여 스팀에너지를 효율적으로 사용할 수 있는 방법을 제시하였다.
일정한 압력에서 스팀응축수의 정상배출 시와 응축수가 정체되었을 때 판형열교환기와 스팀트랩의 온도변화를 측정하였다. 응축수 배출 상태에 따른 해당 설비의 국부적인 온도변화를 측정하여 데이터화 하였으며, 통과된 스팀트랩에서 응축수 온도를 직접 측정하였다. 이를 통하여 스팀공급의 압력을 일정하게 유지된 상태에서 응축수의 배출이 정상적으로 이루어지지 않을 때 설비의 온도가 현저하게 저하되어 스팀시스템의 효율이 크게 저하되는 것을 확인하였다.
응축수의 배출 불량 시 판형열교환기의 플레이트 부분과 스팀트랩 부분에서 발생하는 소음을 측정하였다. 증기를 공급한 후 5분 간격으로 응축수가 정체되었을 때와 정상적으로 배출될 때의 국부적으로 발생하는 음량을 측정하였으며, 응축수 정체 시 시간의 경과에 따라 소음이 크게 발생하는 것으로 확인되었다. 이는 응축수 정체 시 스팀햄머에 의한 소음으로 해당설비 및 피팅류 파손에 대한 원인을 제공할 수 있다. 또한 응축수 정체 시 스팀시스템의 판형열교환기의 플레이트 내부와 방열코일의 외부에 대한 부식 발생을 확인하였다. 이를 통해 응축수 정체 시 승온 불량, 소음 발생 이외에도 부식 및 스케일 생성이 급속하게 발생하여 설비의 누증현상으로 직결된다는 것을 확인하였다.
응축수의 정체 즉 응축수의 배출불량은 스팀시스템의 배관 내에서 증기가 응축되면서 배관 내 진공현상이 발생하는 것과 직결되므로, 이를 개선하기 위해 증기의 공급밸브 2차측에 진공발생을 방지할 수 있는 밸브 설치로 설비를 효과적으로 사용할 수 있음을 규명하였다.















핵심 주제어
증기 , 응축수 , 열교환기 , 스팀트랩 , 진공, 감압

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• List of Figures 2
• List of Tables 4
• 1. 서론 5
• 1.1. 증기 5
• 1.1.1. 기술 개요 5
• 1.1.2. 증발엔탈피(잠열) 6
• 1.1.3. 증기의 압력-부피 관계 6
• 1.1.4. 공기와 비응축성 가스 8
• 1.2. 스팀 시스템 11
• 1.2.1. 스팀의 청결 11
• 1.2.2. 스팀트랩 15
• 2. 이론적 배경 19
• 2.1. 감압 시스템 19
• 2.1.1. 직동식 감압밸브 19
• 2.1.2. 파이로트 다이어프램 감압밸브 21
• 2.2. 보일러 운전 및 수처리 21
• 2.3. 응축수 및 재증발 증기 회수 24
• 3. 실험방법 27
• 3.1. 열교환기 시스템 구성 27
• 3.2. 응축수 정체 현상 측정 30
• 4. 결과 및 고찰 33
• 4.1. 응축수 정체에 의한 판형열교환기 온도변화 33
• 4.2. 응축수 정체에 의한 트랩 온도변화 38
• 4.3. 응축수 정체에 의한 소음발생 ......................................................................38
• 4.4. 응축수 정체에 의한 부식발생 ......................................................................42
• 5. 결론 45
• 참고문헌 50