Steam 장점 및 사용 지침

열을 전달하는 유체로는 크게 스팀, 물, 열매유가 있고, 금번에는 스팀을 사용하는 이유 및 이를 사용할 때 올바른 사용 방법에 대해 공유하고자 한다.

 

 

 

Steam 장점 및 사용 지침

증기, 온수 및 열매유의 세 가지 모두 용도와 범주가 다르다.

 

스팀을 사용하는 이유

1. 스팀은 단위 질량당 열 보유량이 높다.

스팀은 물이 증발하여 스팀으로 변화하는 과정에서 증발 잠열을 흡수한다. 따라서 동일한 온도라 할지라도 물에 비해 많은 열량을 보유하고 있으며, 동일한 열량을 이송할 때 배관이 작아지고 배관 시스템에 가해지는 무게가 줄어들며, 배관 표면에서의 열 손실이 감소한다는 장점이 있다.

 

2. 스팀은 일정한 온도에서 열을 방출한다.

스팀은 열을 전달하는 표면에서 열을 전달하면서 증발 잠열을 내어 놓고 동일한 온도의 응축수로 상이 변화하게 된다. 이 과정에서 열전달 면에서의 온도는 항상 일정하며 이는 열이 전달되는 제품의 국부적인 과열이나 온도 저하를 방지하여 품질을 균일하게 유지할 수 있다. 특히 온도 저하가 없어 살균에 유용하게 사용된다.

 

 

3. 스팀은 응축할 때 매우 빠른 속도로 열을 방출하여 제어를 쉽게 한다.

스팀이 응축할 때는 매우 빠른 속도로 열을 방출하며 이는 빠른 온도 제어를 가능하게 한다. 일반적으로 온도 제어는 느린 제어에 속하며 부하가 변동할 경우 빠르고 정확하게 설정값에 추종하는 것이 어렵다. 스팀을 통한 온도 제어는 빠른 열 방출 속도로 인해 일반적인 온도 제어보다 빠르게 설정값을 추종할 수 있다.

 

4. 스팀은 무독성, 불연성이며 쉽게 구할 수 있는 재료이다.

스팀은 물이 증발한 유체이고, 물은 독성이 없고, 불연성이며 비교적 쉽게 구할 수 있다. 스팀이 배관에서 누출되더라도 주변 환경에 영향을 주지 않아 누출에 따른 2차 피해가 발생하지 않는다. 다만 스팀의 온도가 높으므로 신중하게 다루어야 한다.

 

5. 스팀은 이송을 위한 펌프가 필요 없다.

스팀이 열교환기에서 응축되면 작은 부피의 응축수로 변하면서 압력이 떨어진다. 이때 발생하는 압력 차이에 의해 스팀이 이송된다. 따라서 보일러에서 스팀 압력을 일정하게 발생시키면 스팀은 응축되는 곳으로 스스로 이동하므로 펌프가 필요 없다.

 

 

스팀 사용 지침

1. 스팀을 발생시킬 때는 보일러의 정격 압력을 지키도록 한다.

보일러의 정격 압력 보다 낮은 압력으로 운전하는 경우 보일러에서 발생하는 스팀의 부피가 커짐으로 인해 배출되는 스팀의 속도가 빨라져 스팀과 함께 보일러 관수가 배출되는 캐리오버가 발생할 가능성이 커진다. 이는 후단 배관에서 워터해머 발생 가능성을 높이고 보일러 관수 내 포함되어 있는 청관제의 낭비를 유발한다.

 

2. 보일러 관수의 TDS 관리를 위해 상부 블로우다운과 블로우다운 열 회수 시스템을 갖춘다.

보일러 관수의 TDS가 권장치 보다 높을 경우 관수 내에 거품이 발생하기 쉬우며 거품은 스팀과 함께 딸려 올라가 캐리오버가 발생한다. 이를 방지하기 위해 제어된 양의 관수를 배출하는 상부 블로우다운 시스템과 여기에서 배출되는 열을 회수하기 위한 시스템을 설치한다.

 

3. 스팀 이송 시 압력은 높게, 사용처에서의 압력은 낮게 사용한다.

높은 압력의 스팀은 부피가 상대적으로 작아 이송 시 필요한 배관 구경이 작아 설치비를 줄일 수 있다. 사용처에서는 압력을 가능한 낮게 감압하여 사용하면 응축수 온도가 낮아져 응축수 회수율이 높지 않을 경우라도 열 손실을 줄일 수 있다. 그러나 응축수 압력이 너무 낮으면 스팀트랩에서 배출이 되지 않을 수 있으니 사용 환경에 따라 펌핑 트랩이나 응축수 펌프의 적용을 고려해야 한다.

 

 

4. 스팀의 사용량 및 품질을 측정하도록 한다.

스팀의 사용량을 측정하여 에너지 원단위를 설정하고 관리함으로써 에너지 절감을 유도할 수 있다. 따라서 정확한 스팀 유량을 측정할 수 있도록 유량계 타입에 맞는 최소 직관 거리를 유지하여 설치한다.

스팀의 품질은 건도와 불용성 가스 함유량을 측정하여 알 수 있다. 건도를 측정함으로써 보일러에서의 캐리오버의 여부, 배관 단열의 적절성 여부를 판단할 수 있다. In-line 건도 측정기를 사용하면 필요할 때마다 건도를 측정할 수 있다.

불용성 가스가 쌓이면 그 분압에 따라 스팀 온도 저하를 일으키고 이는 멸균과 같은 응용처에서는 심각한 문제를 일으킬 수 있다. 따라서 주기적인 검사가 필요하며 샘플링을 위한 취출구와 스팀 응축을 위한 샘플 쿨러가 설치되어야 한다.

 

5. 응축수는 항상 배출되도록 한다.

스팀 시스템에서 응축수가 발생할 경우 발생 즉시 배출해야 워터해머, 열교환 면적의 감소와 같은 현상을 방지할 수 있다. 다음과 같은 사항을 고려한다.

•적절한 배관 구경, 스팀트랩 타입/구경 선정

•응축수 배출을 방해할 수 있는 그룹 트랩핑 방지

•부하 변동에 따라 응축수 배출정지 조건이 발생할 경우, 응축수를 배출할 수 있도록 펌핑 트랩 또는 응축수 펌프의 적용

 

6. 응축수는 가능한 회수하도록 한다.

응축수는 여전히 높은 열량을 가지고 있고, 별도의 수처리가 필요하지 않으므로 될 수 있는 한 회수하여 보일러에 재공급하는 것이 좋다.

급수탱크로 회수 전 응축수가 오염되었는지 확인할 필요가 있다면, 전기전도도와 탁도를 검사하여 응축수를 회수 또는 덤프할 수 있도록 응축수 오염 감지 시스템을 구성할 수 있다.

응축수 회수율이 높아 대기압 급수 탱크에서 재증발 현상이 발생하는 경우라면 재증발증기 회수 장치를 사용하거나 응축수가 급수탱크로 회수되기 전에 보일러 급수와 1차 열 교환하고 온도를 낮추어 급수탱크로 회수하는 방안을 고려한다.

 

Reference : 한국스파이렉스사코㈜ Steam People Dec. 2024