Cooling Tower 구조 및 설계

Cooling Tower 의 부위별 명칭 및 기능, Cooling Tower System 비교, Cooling Tower 설계 기초 등에 대해 공유하고자 한다.

 

 

 

Cooling Tower 구조 및 설계

 

Cooling Tower 의 부위별 명칭 및 기능

1. Counter Flow System

 

<그림 1> Counter Flow System

 

 

1) Steel Support

Cooling Tower 의 Mechanical Equipment 를 지지하는 금속의 구조물이다.

2) Drift Eliminator

열교환된 공기가 Fan Discharge 로 방출되기 이전에 부유물질을 제거한다.

3) Cased End Wall

Cooling Tower 의 최외곽 부위로서 외부환경과 차단시킨다.

4) Longitudinal Wind Baffle

내부에 세로로 설치되어 있으며, 방출되는 공기의 흐름을 불규칙하게 하여 와류를 형성한다.

5) Wood Fill

고온의 물과 저온의 공기가 열교환되는 곳으로 접촉면적이 크게 Design 된다.

6) Poly-Grid Fill

합성수지로 제작된 Fill 로서 고온의 물과 저온의 공기가 열교환되는 곳으로 접촉면적이 커야 한다.

7) Cell Transverse Partition

Cooling Tower 의 기본 구성 단위를 Cell 이라 하며, 이를 개별적으로 운전이 가능하도록 분리한다.

8) Cold Water Basin

차가운 공기와 열교환되어 냉각된 물을 공정으로 재공급하기 전에 일시 체류 시킨다.

9) Adjustable Louver

차가운 공기가 들어가는 창이다.

10) Cased Side Wall

Adjustable Louver 상부에 설치되어 있는 Wall 로서, 내부를 외부 환경과 차단하는 벽이다.

11) Inlet Connection

공정에서 유출된 뜨거운 물이 Cooling Tower 로 유입되는 연결구이다.

12) Access Door

Cooling Tower 지붕에 설치되어 있는 내부 출입구이다.

 

 

2. Cross Flow System

 

<그림 2> Cross Flow System

 

 

1) Longitudinal Wind Baffle

내부에 세로로 설치되어 있으며,방출되는 공기의 흐름을 불규칙하게 하 여 와류를 형성한다.

2) Plenum Walkway

Cooling Tower 내부를 가로질러 설치된 출입 공간이다.

3) Drift Eliminator

열교환된 공기가 Fan Discharge 로 방출되기 이전에 부유물질을 제거한다.

4) Fill Area Outline

Fill 이 충전되어 있는 공간의 외곽부위이다.

5) Transverse Partition Wall

Cooling Tower 의 기본 구성 단위인 Cell 을 서로 분리시켜 개별적으로 운전이 가능하게 하는 벽이다.

6) Cold Water Basin

차가운 공기와 열교환되어 냉각된 물을 공정으로 재공급하기 전에 일시 체류시킨다.

7) Louvered Wall

차가운 공기가 들어가는 창이다.

8) Optional Enclosure

상부의 Water Distribution System 부위를 외부와 차단시킨다.

9) Access Hatch

Cooling Tower 지붕에 설치되어 있는 내부 출입구이다.

10) Fiberglass Flow Control

Valve 공정에서 유입된 뜨거운 물의 양을 조절한다.

11) Fiberglass Manifold

공정에서 유입된 뜨거운 물을 분산시켜 Fill 상부에 분사한다.

12) Oil Drain Line

Fan 의 Motor 에서 나오는 Oil 을 Drain 시킨다.

13) Access Ladder

Access Hatch 를 통하여 내부로 내려가는 사다리이다.

14) Oil Fill / Sight Gauge

Oil 의 양을 나타낸다.

15) Pillow Block

Fan Motor 의 축받이이다.

16) Fiberglass Air Seal

Fan System 내부에 공기가 유입되는 것을 차단한다.

17) Fiberglass Fan

탐정에 설치하여 탑저에서 유입되는 공기를 Fill 에서 열교환시키기 위한 강제 통풍의 원동력을 제공한다.

18) Fiberglass Fan Stack

Fan 의 회전에 의해 뜨거워진 공기를 대기중으로 방출시키는 공간이다.

19) Plenum Air Seal

Cooling Tower 내부의 진공이 형성된 곳에 외부 공기가 유입되지 않게 한다.

20) Safety Handrail

Cooling Tower 지붕의 가장자리에 안전을 위해 설치한 난간이다.

21) Inlet Flange

공정으로부터 유입되는 뜨거운 물이 Cooling Tower 로 들어오는 연결구 이다.

22) Cased End Wall

Cooling Tower 의 최외곽 부위로서 외부 환경과 차단시킨다.

 

 

Cooling Tower System 비교

1. Counter Flow 와 Cross Flow 의 비교

 

 

2. Structure 재질에 따른 비교

 

 

3. Induced Draft Fan Type 과 Forced Draft Fan Type 의 비교

 

 

Cooling Tower 설계 기초

1. 증발특성

냉각탑의 기본원리는 증발잠열과 현열에 의한 열이동에 의한다. 즉 물이 증발하면서 주위로 증발잠열을 빼았아 주위를 냉각시키고,공기는 물의 온도차에 의한 현열로 냉각되는데 물의 체공시간을 최대한으로 늘리고 접촉표면적을 최대화 하며, 풍량을 증대시켜 물과 공기의 접촉을 최대한 증대시켜 최대한의 증발이 일어나도록 설계가 된다.

 

2. Cooling Tower 의 Performance 에 영향을 미치는 요소

가. Wet Bulb Temperature (습구온도)

습구 온도계로 측정한 Tower 근접의 주위 공기온도 또는 입구의 공기온도로서 Cooling Tower 설계의 기초가 된다. 또한 설계 시 정확한 Cooling Tower 의 Thermal Design 이 가능하도록 측정위치에 대한 명시가 필수적이다.

나. 열부하 (Heat Load)

단위시간당 Cooling Tower 에 의해 순환수로부터 제거되는 총열량을 말하며 Cooling Tower 설계의 기초 자료이다

다. Range 와 Approach

Range 는 입구수온 과 출구수온의 온도차를 말하며 Approach 는 출구수온 과 Wet Bulb Temperature 와의 차이를 말한다.

 

 

<그림 3> Range 와 Approach 의 관계

 

 

<그림 4> Tower Size 와 Range, Approach, Wet Bulb Temp. 와의 관계

 

라. 간섭효과

외부의 열원 (즉 다른 냉각탑으로 부터의 배출 Plume)에 의한 Tower 유입공기의 열적간섭을 말하며 냉각탑 설계 시 이와같은 외부 영향을 가급적 최소화 할 수 있는 위치에 설치를 하여야 한다.

 

<그림 5> 간섭효과의 예

 

 

마. Recirculation

Tower 에서 배출된 공기의 일부가 신선한 공기와 함께 Tower 의 공기입구로 다시 들어가는 상태를 말하며 이는 Tower 의 입구 습구온도를 상승시켜 Performance 를 저하시키는 요인이 되므로 설계시 이를 최소화 할 수 있도록 하여야 한다. Recirculation 과 관계있는 인자로는 탑의 모양, 풍향, 공기 배출속도, Fan Stack의 높이 등이다.

 

<그림 6> Recirculation

 

바. 탑의 위치와 방향

탑의 위치와 방향은 Recirculation 이나 Interference 뿐만아니라 공기 유동의 제한요소나, 습도상승을 야기시키는 주변환경, 소음/진동, 관련배관 설치비용 등과 같은 것을 고려하여야 한다