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Sunny

09-06-25 22:03

제 의견으로는 위 공정은 팽창터빈이 설치된 증기압축식 냉동시스템을 갖추고 있습니다.
그러나 순환은 극히 일부가 될 것 같습니다.

위 시스템의 목적은 맨마직막 Flash Drum 하부에서 생성되는 액체를 극저온으로 만들기
위해 압축기로 가압을 한 것이고 최대한 응축한 후 팽창시킨 것입니다.
나름 Flash Drum 증기는 압력제어 차원에서 일부만 또는 특별한 목적으로 일부만
빼낼것으로 보입니다.

Flash Drum 압력을 높이는 것은 좋지 못한데 이유는 Flash Drum 압력을 올릴바에는
압축기 토출압력을 낮추는 것이 더 좋기 때문입니다.

압축기의 Suction 압력을 일정히 유지하는 차원에서 Flash Drum 상부에 Control Valve를
설치하는 것도 좋을 것 같습니다.
다만 차압이 많이 나게하는 것은 좋지 않을 것 같습니다.

본 시스템은 액체의 온도를 극저온을 만드는 것이 핵심이고 압축기 토출압을 가능한 낮추는
것이 에너지 절약측면에서 좋습니다.

울산공돌이 ramsutein

09-06-26 13:05

다시 질문드립니다.

compresor의 토출압력은 낮추게 되면 Expander에는 어떠한 영향이 미치게 됩니까? Flash Drum의 압력을 높여서
compressor의 부하를 줄일 수 있는 방법이 있을까요? compressor의 압력이 떨어지면 Exapander의 냉동능력이 떨어지는 것이 아닌가 합니다만....

스테파노 Stefano

09-06-26 16:31

(0) Flash Drum..
Flash Drumn은 (가스의 성분이 2개 이상의 혼합 물질일 경우), Separator에서 분리된 액에 남아있는 저비점 성분을 제거하거나 Flashed Vapor를 방출하면서 액의 온도를 더 떨어뜨리도록 하기 위함인데 여기서는 아마 전자의 목적으로 사용되는 것으로 보입니다.

(1) Flash Drum의 압력을 높이면..
저비점 물질의 Stripping 효과가 떨어질 것이고 Downstream에 있는 액화된 액의 분리공정에서 저비점 성분의 양이 늘어나 Stripper의 크기가 늘어날 뿐 만 아니라 응축기에서도 비응축가스의 성분함량이 늘어나 응축기의 크기도 커지게 될 것입니다. 따라서 Flash Drum에서는 고유의 기능에 충실하도록 하는 것이 좋을 것입니다.

(2) Compressor Suction Drum의 압력조절..
Separator와 Flash Drum에서의 압력차가 큰 경우가 아니라면 Flash Drum에서 발생되는 Flashed Vapor의 양은 많지 않을 것이므로 Compressor Suction 부하에 큰 영향을 미치지 않을 것입니다. Compressor의 Suction Drum의 압력은 주로 Compressor 뒤에 설치된 Exchanger 후단(Expander 전)에서의 Cold Bypass(이를 "Kick-back"이라고 합니다.)를 조절함으로써 유지되기 때문에 Suction Drum의 압력조절은 대부분 문제가 없습니다.

(3) Compressor Disch Pressure의 영향
Compressor의 압력이 떨어지면 단열팽창시 온도강하가 줄어들게 됩니다.

T2 = T1 * (P2/P1)^((k-1)/k)...............................(1) 1은 Expander 입구, 2는 Expander 출구, 0<P2/P1<1

Expander를 사용하여 외부 터빈을 돌리면서 팽창하는 경우에는 단열팽창하는 경우보다 온도는 더욱 떨어지게 됩니다.
따라서 압력 P1이 낮아지면 P2/P1의 비가 늘어나 Expander 출구 온도가 올라가게 될 것입니다.

T1, P2, k는 상수라고 하고 감압비 P2/P1=α (0<α<1) , (k-1)/k = β (0<β<1) 라고 두고
T2 = T1 * α^β...................................................(2) α = P2/P1, β = (k-1)/k

고 (2)식의 T2를 α로 미분하면 압력비 변화에 따른 출구온도의 변화율을 알 수 있습니다.

dT2 = T1 * β * α^(β-1) dα ==> dT2/dα = T1 * β * α^(β-1)........(3)

윗식에서 0<β<1 이므로 β-1<0가 되고 따라서 α^(β-1)항의 성질을 살펴보면 (3)식의 경향을 알 수 있습니다.
즉, α (0<α<1)값이 커질수록 (즉 P1=P2/α 값이 낮을수록, Expander 입구 압력이 낮을수록) 온도강하율 dT2/dα 값이 줄어들지요. (아래 (4)식

d[dT2/dα]/dα = T1 * β * (β-1) * α^(β-2) < 0................................(4)

(0) Flash Drum..
Flash Drumn은 (가스의 성분이 2개 이상의 혼합 물질일 경우), Separator에서 분리된 액에 남아있는 저비점 성분을 제거하거나 Flashed Vapor를 방출하면서 액의 온도를 더 떨어뜨리도록 하기 위함인데  여기서는 아마 전자의 목적으로 사용되는 것으로 보입니다.

(1) Flash Drum의 압력을 높이면..
저비점 물질의 Stripping 효과가 떨어질 것이고 Downstream에 있는 액화된 액의 분리공정에서 저비점 성분의 양이 늘어나 Stripper의 크기가 늘어날 뿐 만 아니라 응축기에서도 비응축가스의 성분함량이 늘어나 응축기의 크기도 커지게 될 것입니다.   따라서 Flash Drum에서는 고유의 기능에 충실하도록 하는 것이 좋을 것입니다.

(2) Compressor Suction Drum의 압력조절..
Separator와 Flash Drum에서의 압력차가 큰 경우가 아니라면 Flash Drum에서 발생되는 Flashed Vapor의 양은 많지 않을 것이므로 Compressor Suction 부하에 큰 영향을 미치지 않을 것입니다.   Compressor의 Suction Drum의 압력은 주로 Compressor 뒤에 설치된 Exchanger 후단(Expander 전)에서의 Cold Bypass(이를 "Kick-back"이라고 합니다.)를 조절함으로써 유지되기 때문에 Suction Drum의 압력조절은 대부분 문제가 없습니다.

(3) Compressor Disch Pressure의 영향
Compressor의 압력이 떨어지면 단열팽창시 온도강하가 줄어들게 됩니다.

T2 = T1 * (P2/P1)^((k-1)/k)...............................(1)    1은 Expander 입구, 2는 Expander 출구, 0<P2/P1<1

Expander를 사용하여 외부 터빈을 돌리면서 팽창하는 경우에는 단열팽창하는 경우보다 온도는 더욱 떨어지게 됩니다.
따라서 압력 P1이 낮아지면 P2/P1의 비가 늘어나 Expander 출구 온도가 올라가게 될 것입니다.

T1, P2, k는 상수라고 하고 감압비 P2/P1=α (0<α<1) , (k-1)/k = β (0<β<1) 라고 두고
T2 = T1 *  α^β...................................................(2)  α = P2/P1, β = (k-1)/k

고 (2)식의 T2를 α로 미분하면 압력비 변화에 따른 출구온도의 변화율을 알 수 있습니다. 
  
dT2 = T1 * β * α^(β-1) dα  ==>  dT2/dα = T1 * β * α^(β-1)........(3)

윗식에서 0<β<1 이므로  β-1<0가 되고 따라서 α^(β-1)항의 성질을 살펴보면  (3)식의 경향을 알 수 있습니다. 
즉,  α (0<α<1)값이 커질수록 (즉 P1=P2/α 값이 낮을수록, Expander 입구 압력이 낮을수록) 온도강하율 dT2/dα 값이 줄어들지요. (아래 (4)식

d[dT2/dα]/dα = T1 * β * (β-1) * α^(β-2) < 0................................(4)

울산공돌이 ramsutein

09-06-30 17:54

아 답변 정말 감사드립니다. 송구스럽지만 질문하나 더 드리겠습니다.

설명하신 것처럼 Flash Drum의 압력을 높이면 liquid 중 Gas의 분리 능력이 떨어질 것입니다. 그렇다면 Flash Drum의 압력에 따른 Gas의 발생량을 구할려면 컨셉을 어떻게 잡아야 하는지가 궁금합니다.

Stefano

09-07-01 16:42

(1)순성분인 경우
물질수지와 엔탈피 수지에 의해 간단히 계산됩니다.

물질수지: m = mv + ml.................................(1) m: mole feed mv: mele to vapor, l: mole to liquid
엔탈피 밸런스 mh = mv*hv + ml*hl..................(2) h= Feed Enthalpy, hv: Vapor Enthalpy, hl: Liquid Enthalpy

위 뒤 수식을 풀어 mv를 계산하면 됩니다.

Flashed Vapor Fraction F = mv/m = (h-hl)/(hv-hl) = (h-hl)/(latent heat of vaporization at flashed condition)...(3)

(3) 다성분계의 경우
각 성분의 증기압의 합이 Flashed Drum 압력이 나타나도록 하는 액상, 기상의 성분이 되어야 하고 엔탈피 밸런스를 만족해야 할 뿐 만 아니라 전체 물질수지와 성분별 물질수지를 만족하도록 해야 하기 때문에 계산이 좀 복잡합니다.

급하다면 우선 Flash Calculation 관련 자료를 찾으세요.
찾아보기 어렵거나 이해되지 않는 부분이 있으면 다시 질문해 주세요.

울산공돌이 ramsutein

09-08-06 10:53

다성분계라서 Flash Calculation 관련 자료를 찾아서 구해보았습니다.
간단히 구할 수 있는 공식을 찾았지만 역시나 완전히 들어맞지는 않네요. 덕분에 많은 공부를 할 수 있었습니다.
감사드립니다.