기액분리기(Knock-out drum) 설계 사례

이전 포스팅에서 기액분리기(Knock-out drum) 설계에 대해 살펴본 바 있다.

그런데 이론적인 설명으로만으로 이해하기 어려워 다음과 같이 실제 계산 사례를 공유하고자 한다.

 

 

기액분리기(Knock-out drum) 설계 사례

 

그런데 본 포스팅의 계산 사례는 엔지니어링사에서 전문가에 의해 설계단계에서 하는 것이 아닌 비전문가가 대략적으로 감을 잡기 위한 참고 사례임이란 것을 유의해야 한다.

 

이전 포스팅 다음 자료 참조.

https://sec-9070.tistory.com/223

기액분리기(Knock-out drum) 설계

기액분리기는 수직형(Vertical) 및 수평형(Horizontal) 2 types이 있는데 금번에는 다음과 같은 수직형 KO Drum에 대해 계산해보기로 하자.

 

 

KO Drum(Vertical type) Sizing 사례

 

스팀(Steam) 압력용기에는 과압 방출장치인 안전밸브가 부착되어 있다.

어떤 사유로 인하여 안전밸브가 open 되어 다음과 같이 스팀이 배출된다고 가정해보자.

 - 스팀 소요 분출량 : 1,000 kg/h (실제 안전밸브의 정격 배출량은 더 클 것임)

 - 스팀 물의 밀도(대기압) : 1,000 kg/㎥

 - 스팀 증기 밀도(대기압) : 0.6 kg/㎥

 - KO Drum 내 액체 체류시간 : 5분(가정)

이럴 경우 KO Drum의 크기를 어느 정도로 해야 할까?

 

● KO Drum과 같은 분리 용기의 주요 설계 변수는 하중 인자(Load factor)로서 다음의 사우더스-브라운 방정식(Souders-brown equation)을 사용한다.

  - k계수인 속도는 KO Drum의 플럭스 단면적을 도출할 때 사용하며 일반적으로 0.3~0.35 ft/sec(0.09 m/sec~0.107 m/sec) 를 적용

 

 

 

Max. allowable vap. velocity (V) = 0.107 √(1,000-0.6)/0.6

= 4.37 (m/s)

 

vapor flow rate = 스팀 소요 분출량 / 스팀 밀도

= 1,000(kg/h)/0.6(kg/㎥)

= 1,667 (㎥/h)

= 0.463 (㎥/s)

 

따라서,

KO Drum의 단면적 A = 0.463 (㎥/s) / 4.37 (m/s) = 0.106 ㎡

 

KO Drum의 지름 D = √4x(0.106)/3.14 = 0.37 m (약 0.4m)

 

그리고 KO Drum의 다른 사양은 상기 그림을 보고 결정하면 된다.

 

 

● KO Drum의 설계 가이드라인

 

- 수직, 수평형의 하중계수(Load factor)는 일반적으로 0.3~0.35 ft/sec (0.09 m/sec~0.107 m/sec)를 고려한다.

- 용기의 직경이 결정되고 이를 표준 직경으로 반올림할 때 설계 하중은 0.25~0.3ft/sec. 의 Load factor로 고려할 수 있다.

- 수직 상향류 KO Drum의 설계 시 Load factor는 0.2~0.35 ft/sec 를 고려한다.

-  0.2ft/sec. 이하의 Load factor 적용 시 미스트 제거기(Mist eliminator)의 크기를 조절해야 한다.

- 수평형(Horizontal knockout drum)의 경우 0.35 ft/sec 의 load factor를 기준으로 한다.

- 미스트 제거기와 배출부의 거리는 1/2D 간격을 유지한다.

- Liquid level과 Inlet nozzle 중심과의 거리는 1/2D 간격을 유지한다.

- Inlet nozzle 중심과 미스트 제거기 하부와의 간격은 1D를 유지한다.

 

 

 

Reference : en.wikipedia.org/wiki/Souders%E2%80%93Brown_equation