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공조냉동기계기사 실기 · 증기배관과 감압·트랩 설계

Steam Trap and Pressure Reducing

증기 가열 설비는 증기가 응축하며 내놓는 잠열을 쓰므로, 필요한 증기량(곧 생기는 응축수량)은 열부하를 그 압력의 증발잠열로 나눈 값이다. 증기 트랩은 이 응축수와 공기만 빼고 증기는 붙잡아 두는 자동 밸브이며, 응축수와 증기의 비중 차를 쓰는 기계식, 온도 차를 쓰는 온도조절식, 유속 · 압력 차를 쓰는 열역학식으로 나뉜다. 높은 압력의 포화 응축수가 낮은 압력의 탱크로 나오면 일부가 다시 끓어 재증발 증기가 되는데, 그 비율은 두 압력의 포화액 엔탈피 차를 낮은 쪽 증발잠열로 나눠 구한다. 그림은 감압밸브 · 열교환기 · 트랩 · 재증발 탱크를 이은 계통과 응축수가 증기와 물로 갈리는 막대이고, 열부하 · 사용 증기 압력 · 탱크 압력 슬라이더로 응축수량과 재증발 비율이 바뀐다(압력은 절대압력, 증기표는 어림값).

부하와 압력 바꾸기

200 kW
0.5 MPa
0.1 MPa
💡 지금 값
①0.5 MPa 포화 증기: 151.8 ℃, 증발잠열 2107.4 kJ/kg
②응축수량 = 200 ÷ 2107.4 × 3,600 ≈ 342 kg/h
③재증발률 = (640.1 − 417.5) ÷ 2257.5 ≈ 9.9 %, 곧 34 kg/h
④사용 압력과 탱크 압력의 차가 클수록 재증발이 많아져, 그 증기를 낮은 압력 가열에 다시 쓰면 연료가 줄어든다

계산식

응축수량
m = Qr
Q 는 열부하(kW), r 은 사용 압력의 증발잠열(kJ/kg)이고 m 은 kg/s 다. 3,600 을 곱하면 kg/h
재증발률
x = h1′ - h2′r2
h₁′ · h₂′ 는 높은 압력 · 낮은 압력의 포화액 엔탈피, r₂ 는 낮은 압력의 증발잠열이다
감압
h감압 전 = h감압 후
감압밸브를 지나는 것은 교축이라 엔탈피가 그대로다. 그래서 건포화 증기를 감압하면 낮은 압력에서 조금 과열된 증기가 된다

트랩과 감압밸브 둘레

📏 트랩의 세 갈래
①기계식(플로트 · 버킷): 응축수와 증기의 비중 차로 열고 닫아, 응축수가 많은 열교환기에서 연속으로 빼기 좋다
②온도조절식(바이메탈 · 벨로스): 응축수가 식어 온도가 내려가면 열려, 공기도 잘 빠지므로 방열기 · 기동 때에 많이 쓴다
③열역학식(디스크): 작고 튼튼하지만 배압이 크면 잘 안 닫히고 동작할 때 소리가 난다
④기동 때는 차가운 관이 응축수를 많이 만들므로 트랩 용량에 여유를 두고, 앞에는 스트레이너를 단다
📏 감압밸브 장치와 증기관
①1차(입구) 쪽에 스트레이너 · 압력계 · 차단 밸브, 2차(출구) 쪽에 압력계와 안전밸브를 둔다
②감압밸브를 손볼 때 쓸 바이패스 관을 달고, 바이패스에는 유량을 조절할 수 있는 글로브 밸브를 쓴다
③증기 주관의 끝과 올라가는 관 아래에는 트랩을 달아, 고인 응축수가 증기에 밀려 관을 때리는 수격을 막는다
④증기 주관은 응축수가 흐르는 쪽으로 내려가는 기울기를 주고, 공기는 관 끝의 공기빼기 밸브로 내보낸다

시험 포인트와 기출 유형

🎯 시험 포인트
①응축수량 = 열부하 ÷ 증발잠열
②재증발률 = (h₁′ − h₂′) ÷ r₂
③기계식 = 비중 차, 온도조절식 = 온도 차, 열역학식 = 유속 · 압력 차
④감압밸브: 1차 스트레이너, 2차 안전밸브 · 압력계, 바이패스는 글로브 밸브
📝 대표 기출유형
①[기출유형] 열부하 211 kW 를 0.5 MPa(절대) 포화 증기로 가열할 때 응축수량은? (답: 211 ÷ 2,107 ≈ 0.10 kg/s, 약 360 kg/h)
②[기출유형] 0.8 MPa(절대) 포화 응축수가 대기압 탱크로 나올 때 재증발률은? (답: (720.9 − 417.5) ÷ 2,257.5 ≈ 13.4 %)
③[기출유형] 공기 배출이 좋아 방열기에 많이 쓰는 트랩은? (답: 온도조절식 트랩)
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