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  보일러 내 일정압력을 받을 때 Blow Down 되는 양 문의
  글쓴이 : Stemp   고유ID : friend018     날짜 : 20-02-12 14:40     조회 : 167    
안녕하세요, 항상 이 사이트에서 많은 도움을 받고 있는 엔지니어입니다.
표제의 건 관련해서, 보일러 내 수질관리를 위해 Blow Down을 진행하고 있습니다만 급수 수질의 Spec.이 좋음에도 (DIW 수준) 과농축되어 이슈가 있었습니다. 현장 운전원들이 수동으로 Blow Down을 진행하고 있어 일정한 시간에 진행 못한다는 점 등의 문제로, Timer와 On/Off Valve를 연동하여 일정시간이 되면 On/Off Valve가 동작하여 Blow-Down을 할 수 있게 만드려고 하고 있습니다.
여기서 문제는 'On/Off Valve가 어떠한 문제로 Off가 되지 않아 급수량 대비 Blow Down량이 많으면 보일러 저수위가 있을 수 있다.'라는 의견이 있었습니다. (보일러 저수위 Low Level과 연동하여 Low Level일 때 Valve가 On되지 않도록 Interlock은 할 예정입니다.) 하여 내압을 받는 밀폐 용기의 압력 및 배관 Size별 Drain되는 양을 알고 싶습니다.
 
현재 조건은 하기와 같습니다.
1. Main Steam 공급 압력 : 7kgf/cm2
2. Blow-Down 간 배관과 보일러 하부 높이차 △H = 100mm
3. 보일러 Spec. : 10 ton/hr
4. 급수 Pump Spec. : 12m3/hr
5. Blow Down 배출 되는 곳 : Open된 Pit

감사합니다.

스테파노 Stefano   20-02-12 16:46
(1) Blow-down 유량

On-off형 Boiler Water Blow-down Control Valve가 작동 오류로 인하여 닫히지 않는 것에 대비하기 위해  추가로 Interlock 장치를 설치하여 닫아두려면 별도의 On-off Valve를 고려해 보겠다는 것으로 이해됩니다. 

Valve 차압은 보일러수 액면 높이보다는 보일러 압력이 커서 나타나게 됩니다.  Opening이 작게 유지되는 상태에서 Valve Seat에 이물질이 낌으로써 정상동작이 잘 안되는 경우에 해당합니다.  배관경의 크기보다는 배출밸브 차압에 의해 배출량이 결정됩니다.  따라서 관경별 Drain량은 알 수 없습니다.  대신  <밸브흐름 계산식>에 의해 계산할 수 있습니다.

Q =  Cv * (ΔP)^0.5 .......(1)      Q: 유량,  Cv: 밸브유량계수; ΔP: 밸브차압

이곳을 참고하세요; https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/flow-coefficient

(2) Blow-down 유량 결정수식

<보일러 급수수질>과  운전압력 별  <보일러수 수질>로부터 배출량을 결정하여 그 양을 연속 혹은 주기적으로 배출함으로써 원하는 수질을 유지할 수 있습니다.  Blow-down 유량 결정 수식을 소개합니다.

보일러 급수(BFW) 수질(특정성분) :    Cf
보일러수 품질요구 권장 수질: Cb

보일러 급수유량:  F
보일러 스팀유량 :  S
Blow-down 유량:  B
 
전체 물질수지:  F = S + B  ..............................(2)
특정성분 물질수지  Cf * F =  Cb * B .................(3)

위의 (1)식의 F를 (2)식에 대입하고  B를 구해보면 
(Cb-Cf) B= Cf*S  =>  B = Cf * S /(Cb-Cf)  .........................(4)

위의 (4)식에서 알 수 있듯이  보일러 Blow-Down 유량은  Steam 유량 S이 정해진 상태에서 Cb 와 Cf 값을 알고 B값이 계산됩니다.   

이 유량 B를 (연속적으로) 배출할 수 있으려면..  밸브 차압(ΔP)이 유지되는 상태에서 (1)식을 배출할 수 있는 밸브를 선정하여 달아주면 됩니다.    이 유량은 연속흐름 밸브를 달았을 때의 Blow-down 유량에 해당합니다.

(3) On-Off형 Valve

On-off 밸브를 달아 두려면  동작시간 주기(t)동안 모아두는 양(B*t)을 밸브개방시간(θ) 동안 배출해야 하기 때문에 밸브의 크기가 커집니다.  밸브 동작은 불과 θ = 0.2~0.5초 동안만 열리게 되므로  그에 맞는 밸브크기가 선정되어야 하고 밸브선정은 마찬가지로 (1)식을 이용합니다.

 (On-Off 밸브유량 Q ) = (연속 Blow-down 유량 B)*(적분동작 시간  t) /(밸브 개방시간  θ)  = Cv * (ΔP)^0.5  ... (5)
Stemp friend018   20-03-04 09:36
안녕하세요, 코로나 때문에 자가격리 되어 지금에서야 답변 드립니다.
스테파노님도 항상 건강하시길 기원 드립니다.

(1) Q =  Cv * (ΔP)^0.5 ... 에서 Q의 단위가 궁금합니다. Cv 값의 단위는 gal/min인데, ΔP의 단위 때문에 조금 헷갈립니다. 저 식에서 숨겨진 단위환산 값이 있는지요?

(2) Cv 값의 경우 밸브 업체마다 제공해주는 값이 달라 자주 쓰는 밸브업체 값으로 선정했습니다. 링크 해주신 곳에서 Cv값을 구하기 위해 'Fluid flow and pressure drop' (6.80a)를 참조하였습니다. 여기서 fL/D 에서 f는 darcy friction factor 같은데, Reynolds 수를 모르는 상태에서 구하는 방법이 있는지요? Reynolds 수를 구하기 위해선 속도 V가 필요한데, 현재 상태에서 값을 알 수 없습니다. 그리고 (6.80a)식 에서 d와 D의 차이는 값은 같으나 단순 단위 환산으로 보면 되는 것인지 궁금합니다. 그리고 분자에 0.0105의 값이 단위 환산 된 값인지 알 길이 없어 막혔습니다.

(3) 토리첼리의 정리 V = (2gh)^(1/2) 에서 압력을 수두 높이 h로 환산한 다음에 속도를 구해서 유량을 구할 순 없는지요? 물론 배관의 직관, 피팅류에 의해 압손이 일어나겠지만 그 부분을 고려한다고 했을 때도 오차가 심한지 궁금합니다.
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