개념 한 쪽
증기계통에서 수분이 함께 유입되면 장비 효율과 작동에 악영향을 준다. 비수방지관과 기수분리기는 증기 내 과도한 수분을 제거하여 응축수로부터 장비를 보호하고 정상 운전을 확보하는 장치라는 핵심을 이해한다.
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출제기준 단원 「비수방지관 및 기수분리기」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 기류분무식 버너 압력 판단 | 1 | 고압기류분무식 버너의 적정 공기·증기 압력 범위를 고르기 |
| 인젝터 작동불능 원인 판별 | 1 | 인젝터의 작동 불능과 효율 저하 원인을 구분하기 |
| 보일러 열효율 계산 | 1 | 급수 엔탈피를 고려한 보일러의 열효율을 계산하기 |
비수방지관 및 기수분리기의 기본 기능은 자유수(액상 수분)를 증기 흐름에서 분리하여 하부로 배출하고 건증기(건고압의 증기)만 흐르도록 하는 것이다. 이를 통해 증기 계통의 후단 장비가 물에 의해 손상되거나 성능이 저하되는 것을 방지한다.
증기 내 수분은 에너지 전달에 부정적 영향을 준다. 예컨대 인젝터는 증기의 응축과 압력차를 이용해 물을 흡입·압송하므로, 증기 내 수분이 많으면 응축에 에너지가 소비되어 인젝터의 작동 효율이 떨어진다. 따라서 기수분리로 증기의 건도를 확보하면 인젝터 등 흡입·분사 장치의 성능 유지를 돕는다.
송기장치 및 배관 설계에서는 트랩과 같은 응축수 배출 장치가 연속적으로 응축수를 배출하도록 하고, 감압밸브 등은 저압 측 압력을 일정하게 유지하도록 배치해야 한다. 기수분리 설비는 이러한 계통 요소와 연계되어 응축수 누적을 줄이고 배관 내 공기 누입이나 압력 변화로 인한 이상 동작을 예방한다.
기수분리의 운전상 주의는 연계된 장치의 정상 조건을 이해하는 데 있다. 예컨대 인젝터의 경우 충분한 증기압과 진공 형성이 필수적이며, 급수 온도는 효율에 영향을 주나 작동 불능의 직접적 원인은 아니므로 기수분리와 함께 증기 품질과 압력 조건을 함께 관리해야 한다.
대표 계산 문제 유형은 보일러 열효율 계산이다. 보일러 열효율 η는 공급한 열 대비 얻은 유효열을 계산하여 구한다. 예시: 증기 5000 kg/h, 증기의 엔탈피를 1 kg당 726 kcal로, 급수온도 25℃(급수엔탈피 약 25 kcal/kg), 연료소비 450 kg/h, 연료는 1 kg당 10000 kcal의 발열량을 가지는 것으로 가정할 때, η = [5000 × (726 − 25)] / [450 × 10000] = 3,505,000 / 4,500,000 ≈ 0.7788 → 77.9%로 계산한다. 이 예는 급수 엔탈피를 고려하지 않으면 오차가 발생함을 보여주므로 기수분리와 급수 온도 관리를 병행해 열효율을 정확히 평가해야 한다.
고압기류분무식 버너의 공기 또는 증기의 압력은 몇 kg/cm² 정도인가?
정답 ① · 고압기류분무식 버너의 공기 또는 증기 사용 압력 범위를 묻는 문제이다. 고압기류분무식 버너는 고압의 공기나 증기의 운동 에너지로 연료를 미세하게 분무하는 방식으로, 통상 2~7 kg/cm2 정도의 압력을 사용한다.
고압기류분무식 버너는 연료를 미세하게 분사하기 위해 일반적으로 2~7 kg/cm² 정도의 비교적 낮은 공기 압력을 사용합니다.
인젝터가 작동되지 않는 경우가 아닌 것은?
정답 ④ · 인젝터가 작동되지 않는 원인이 아닌 것을 찾는 문제이다. 인젝터는 고압 증기의 응축에 따른 압력차를 이용해 급수를 흡입하여 보일러에 압송하는 장치이다.
인젝터는 고온의 급수(100℃ 부근)를 공급받아 작동 효율을 극대화하므로, 급수 온도가 낮아도 작동 불가 사유가 아니다.
급수온도 25 ℃ 이고, 압력 14 kg/cm²인 증기를 5000 kg/h 발생시키는 보일러가 있다. 이 보일러가 450 kg/h 의 연료를 소비할 때 보일러의 열효율은? (단, 연료 발열량 10000 kcal/kg, 증기 엔탈피 726 kcal/kg 이다.)
정답 ① · 급수 온도, 증기 엔탈피, 연료 소비량이 주어졌을 때 보일러 열효율을 계산하는 문제이다. 열효율은 증기가 얻은 열량을 연료가 공급한 열량으로 나눈 값으로 구한다.
보일러 열효율은 (증발량×증기엔탈피)/(연료소비량×발열량) 공식으로 계산한다.
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