Transcript 5-1. SCRUBBER BODY의 설계

Scrubber Technical System
목 차
1. Scrubber 원리
2. Scrubber의 종류 및 특징
3. System 구성
4. 장비의 구조
5. 방지시설의 설계
6. SYSTEM 차별화 방안
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1. Scrubber 원리
1-1. 원 리
인입 된 가스상 물질은 충진물에 물을 분사시켜 충진물 표면에서 가스와 물이 접촉 반응되어 흡수
제거 청정공기를 대기 중으로 방출시킨다.
이런 원리를 이용한 장치가 세정식 집진 장치(SCRUBBER) 이다.
비가 온 후 대기가 깨끗한 것이 이런 원리 입니다.
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2. Scrubber의 종류 및 특징
SCRUBBER 종류
원
리
특
징
장
점
단
점
충전탑
(PACKED TOWER SCRUBBER)
기-액이 효율적으로 접촉 할 수
있도록 탑 내부에 충전물을 충
전하고, 여기에 흡수액을 살수
하여 가스를 흡수한다.
-가스의 겉보기 속도 : 0.3~2.0 m/sec
-액기비 : 1~20 ℓ/㎥
-충전고 : 0.5~5.0m
-압력손실 : 10~50mmAq/충전고m
-가스 유량의 변동에 대한 안정된
흡수효율을 발휘 한다.
-압력손실이 작아 동력비가 저렴하다.
-고도의 가스흡수 효율로 설계가 가능
하다.
분무탑
(SPRAY TOWER SCRUBBER)
내부가 비어 있는 탑 내에
SPRAY를 행하여 액적을 만들고,
이 액적의 표면적을 물질전단
면적으로 하여 가스 흡수를 행
한다.
-가스의 겉보기 속도 : 0.2~1.5 m/sec
-액기비 : 1~20 ℓ/㎥
-충전고 : 0.5~5.0m
-압력손실 : 2~20mmAq
-구조가 간단하여 제작비가 저렴하다.
-구조상 가스의 편류가 일어나기 쉽
-압력손실이 적다.
다.
-고농도의 합진 가스도 적용 할 수
-가스 흡수 효율이 낮다.
있다.
싸이크론 스크라바
(CYCLONE SCRUBBER)
-입구 가스 유속 : 15~35 m/sec
가스를 분무가 행해지는 흡수탑 -가스의 겉보기 속도 : 1~3 m/sec
내에 접선방향에서 유입시킨다. -액기비 : 0.5~5 ℓ/㎥
-압력손실 : 50~300mmAq
벤츄리 스크라바
(VENTURI SCRUBBER)
가스를 목부(THROAT)에 고속
으로 흐르게 하고, 여기에 흡수
액을 공급하여 기-액의 접촉을
유도한다.
이젝터 스크라바
(EJECTOR SCRUBBER)
단탑
(BUBBLE CAP,
VALVE TRAY,
SEEVE PLATE 등)
4
-VERTICAL 충전탑의 경우에 있어서
flooding이 존재하여 운전속도에 제
한이 있다.
-고형물을 많이 함유한 가스의 처리
에 막힘을 유발하기 쉽다.
-비교적 간단한 구조로 다량의 함진
가스에 대하여 적용 할 수 있다.
-대용량의 가스를 처리 할 수 있다.
-미스트에 살수 된 수분의 함유 량이
적다.
-주로 먼지 포집용 스크라바로 가스
흡수 효율은 낮다.
-싸이크론 몸체의 지름이 클 수록 효
율이 떨어진다.
-소형 스크라바로 대용량의 가스를
처리 할 수 있다.
-먼지와 가스를 동시에 높은 효율로
처리 할 수 있다.
-압손이 높아 운전 동력비가 과다하
다.
-대용량으로의 제작 시에는 편류의
위험이 있다.
그 형상과 원리는 벤츄리 스크
라바와 비슷하나 목부에 축 방
-액기비 : 5~40 ℓ/㎥
향으로 다량의 흡수액을 살수하
여 가스의 유동에너지를 얻는다.
-가스를 운송 할 별도의 유체기계
없이 스크라바 운전이 가능하다.
- 부식력이 매우 높은 상황에서 사용
될 수 있다.
-수동력이 과다 하게 소모 된다.
- 대용량의 가스 처리에는 적합하지
않다.
흡수 단을 여러 개로 나누어 최
상단에서 흡수액을 주입 그 다
음 단으로 흘러 넘치게 하는 식
의 구조로 화학공정용의 증류
및 흡수장치로 사용된다.
-각단의 흡수액 농도를 예측 할 수
있어 원료 회수용으로 사용된다.
- 비교적 소량의 액량으로 흡수
조작이 가능하다.
-가스의 유량 변동에 대하여 다소 취
약하다.
- 구조가 복잡하고 대형으로 제작되
므로 설비가격이 고가이다.
-목부(THROAT) 유속 : 30~120m/sec
-액기비 : 0.3~1.5 ℓ/㎥
-압력손실 : 150~1,200mmAq
-가스의 겉보기 속도 : 0.1~1 m/sec
-압력손실 : 10~100mmAq/단위단
2. Scrubber 종류 및 특징
2-1. Horizontal Scrubber
HORIZONTAL SCRUBBER는 일명 교차류 충전탑이라 하여 유체의 흐름은 수평으로 흐르고,
흡수액은 상부에서 하부로 흘러 GAS를 흡수 제거 시킨다.
2-2. Vertical Scrubber
VERTICAL SCRUBBER는 일명 대향류 충전탑이라 하여 유체의 흐름은 아래에서 위로 흐르고,
흡수액은 상부에서 하부로 흘러 GAS를 흡수 제거 시킨다.
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3. Scrubber System 구성
3-1. Horizontal Scrubber System
구 성
HORIZONTAL TYPE SCRUBBER
I.D FAN
CIRCULATION PUMP
WATER SUPPLY SYSTEM
GAS CONTROL DAMPER SYSTEM
CHEMICAL FEED SYSTEM
CONTROL SYSTEM
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3. Scrubber System 구성
3-2. Vertical Scrubber System
구 성
VERTICAL TYPE SCRUBBER
I.D FAN
CIRCULATION PUMP
WATER SUPPLY SYSTEM
GAS CONTROL DAMPER SYSTEM
CHEMICAL FEED SYSTEM
CONTROL SYSTEM
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4. 장비의 구조
4-1. Scrubber Body (Horizontal Type)
BODY 형식은 사각 수평형으로 되어 있으며, BODY 내부에는 충진물을 채워 두는 경사로 된 BOX 형식의 TRAY가 FRP GRATING으로 되어 있고
그 내부에는 가스와 흡수액의 접촉 시켜주는 충진물(PACKING)이 충진되어 있다. 또 충진물 상부에는 흡수액을 분무해주는 살수 장치와 SPRAY
NOZZLE이 설치 되어 있다.
후단에는 공기 중에 있는 물방울을 제거해주는 기수 분리기 (MIST ELIMINATOR)가 설치 되어 있어 대기 중으로 물방울의 비산을 막아 준다.
외부에는 순환수 PUMP와 순환수 배관이 있고, 가스를 이송하는 DUCT와 가스를 흡입하는 송풍기, 대기 중으로 배출하는 STACK이 있다.
또 순환수의 PH 값을 자동으로 조절하여 SCRUBBER 제거 효율을 높일 수 있도록 약품설비(약품 TANK, CHEMICAL PUMP 등)이 있고, 이 모든 설비를
제어해주는 CONTROL SYSTEM등으로 구성 되어 있다.
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4. 장비의 구조
4-1. Scrubber Body (Vertical Type)
BODY 형식은 원통 수직형으로 되어 있으며, BODY 내부에는 충진물을 바쳐 주는 TRAY가 FRP GRATING으로 되어 있고 그 위에는 가스와 흡수액의
접촉 면적을 키워주는 충진물(PACKING)이 있다. 또 충진물 상부에는 흡수액을 분무해주는 살수 장치와 SPRAY NOZZLE이 설치 되어 있다.
살수장치 상부에는 공기 중에 있는 물방울을 제거해주는 기수 분리기 (MIST ELIMINATOR)가 설치 되어 있어 대기 중으로 물방울의 비산을 막아 준다.
외부에는 순환수 PUMP와 순환수 배관이 있고, 가스를 이송하는 DUCT와 가스를 흡입하는 송풍기, 대기 중으로 배출하는 STACK이 있다.
또 순환수의 PH 값을 자동으로 조절하여 SCRUBBER 제거 효율을 높일 수 있도록 약품설비(약품 TANK, CHEMICAL PUMP 등)이 있고, 이 모든 설비를
제어해주는 CONTROL SYSTEM등으로 구성 되어 있다.
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4. 장비의 구조
4-2. Internal Part
Packing (충진재)
Packing (충진재) 사용 목적 : 가스와 흡수액의 접촉 면적을 크게 하여 처리 효율을 높이기 위해 사용.
MATERIAL : P.P 사용
TELLERTTE “M”
(일반 사용)
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TRI PACK
(M-7 옥상 SCRUBBER 적용)
대표적인 선 구조 충전물로 운전 시 사면을 형성하지 않아
큰 유효 비표면적을 갖기 때문에 주로 가스 흡수용 충전물로
사용된다.
TELLERETTE와 같이 전형적인 선 구조 충전물로 전체적으론
공 모양을 하고 있다.
표면에 RIB를 설치하여 서로 엉키지 않는 구조로 동 규격의
타 충전물보다 공간 율이 뛰어나며 압력 손실이 적다.
규 격 : “M” (73x27.5)
표면적 : 127 (㎡/㎥)
공간율 : 85.4 (%)
규 격 : 2”
표면적 : 158 (㎡/㎥)
공간율 : 93.5 (%)
4. 장비의 구조
4-2. Internal Part
Packing (충진재)
PALL RING
면 구조 충전물로 분류 되지만 사면 형성을 방지하기 위해
측벽에 구멍을 설치 한 모양.
CERAMIC 이나 STAINLESS STEEL로 제작 될 수 있기 때
문에 염산 등 극심한 부식 환경에 사용 될 수 있다.
규 격 : 2”
표면적 : 102 (㎡/㎥)
공간율 : 91 (%)
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HEILEX
선과 면이 적당히 조합된 충전물로 특히 황산 미스트(MIST) 등의
포집에 유리하며, 가스 흡수와 집진을 동시에 행 할 때 사용된다.
규 격 : 2”
표면적 : 100 (㎡/㎥)
공간율 : 93 (%)
4. 장비의 구조
4-2. Internal Part
Liquid Distributor (Spray Nozzle)
Liquid Distributor (액 분산 장치) 사용 목적 : 가스상의 오염 물질을 충진재에 흡수액이 균등하게 흡수 될
수 있도록 적절하게 분배 시키기 위해 사용.
MATERIAL : PVC, TEFLON, P.P 등
SPIRAL TYPE
(일반 사용)
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FULL CONE
(WUXI PJT SCRUBBER 적용 예정)
FULL CONE
(SQUARE PATTERN)
고유의 나선형 노즐
내부에 밴이 없어 막힘이 적다.
이물질 통과경이 크다.
고 유량의 사용에 적합하다.
고 유량의 사용에 적합하다.
사각형 분사로 사면이 적다.
규 격 : 3/8”
SPRAY ANGLE : 120˚
ORIFICE DIA. : Φ6.3
유량 (1㎏/㎠) : 24.2ℓ/min
규 격 : 1¼”
SPRAY ANGLE : 120˚
ORIFICE DIA. : Φ12.7
유량 (1㎏/㎠) : 88.7ℓ/min
규 격 : 1¼”
SPRAY ANGLE : 120˚
ORIFICE DIA. : Φ11.9
유량 (1㎏/㎠) : 74.6ℓ/min
4. 장비의 구조
4-2. Internal Part
Mist Eliminator (기수분리기)
Mist Eliminator 사용 목적 : 충전층과 액 분배 장치로부터 발생되는 Aerosol 형태의 작은 물방울 또는
미스트 (MIST)를 분리, 여과, 회수시키기 위해 사용.
CHEVRON TYPE
원리 : 양쪽 BLADE의 사이를 유체가 지나가면서 HOOK에서 원심력이 작용하여 유체가 함유하고 있는 미스트 (MIST) 들을 유체의
흐름에 따라가지 못하도록 하며, 일부는 반대편 벽면에 충돌하여 응집 되면서 액막의 형성과 함께 회수되도록 한다.
MATERIAL : P.P, ABS 등
빠른 유속에서도 포집 효율이 뛰어나다.
고점성 유동체에 적합하다.
오염 물질에 대한 막힘이 적다.
압력 손실이 적다.
수명이 반 영구 적이다.
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※ 통과유속이 3~6m/sec 일 때 처리효율이 99% 이상.
최소 처리 입경 : 5㎛
압력 손실 : 20mmAq (max.)
4. 장비의 구조
4-2. Internal Part
Mist Eliminator (기수분리기)
DEMISTER TYPE
구조 : 아주 가는 WIRE로 짠 망에 파형의 무늬를 주어 2매1조로 PAD의 무늬 방향을 서로 반대 방향으로 중첩하여 일정한 두께로
적층하여 만들어져 있다.
MATERIAL : P.P, TEFLON, STAINLESS STEEL 등
온도 및 화학적 특성에 따라 알맞은 재질로서 제작이
가능하다.
MAN HOLE을 이용하여 설치 할 수 있으므로 교체가 용이하다.
사용조건 및 장소와 크기에 제한이 없다.
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※ 통과유속이 1~3.5m/sec 일 때 처리효율이 99% 이상.
최소 처리 입경 : 6㎛
압력 손실 : 25mmAq (max.)
4. 장비의 구조
4-3. External Part
FRP AIR FOIL FAN
FRP AIR FOIL FAN의 특징 :
1. 날개의 형상이 항공기의 익형을 응용한 것으로
효율이 높으며, 진동과 소음이 적다.
2. 효율이 높기 때문에 전력비가 15%이상 감소 된다.
3. 효율 : 75 ~ 85% (TURBO FAN : 60 ~ 75%)
4. 완전한 100% 내식 FRP를 이용한 CASING과
IMPELLER 이기 때문에 부식성 GAS에 적합하다.
5. CASING과 DUCT를 분해하지 않고 IMPELLER를
교체 또는 수리 할 수 있는 뒷 분할 방식으로 CASING
내부 청소는 물론 IMPELLER의 교체 및 수리가 용이
하다.
6. MOLD에 의해 제작 되기 때문에 외관이 미려하다.
7. MATERIAL :
CASING, IMPELLER 등 GAS 접촉부위 : 내식 FRP
SAHFT : STS304, S45C
BEARING BASE, FRAME : SS400
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 특허 제0384371호 “이중재질을 갖는 가스배출용 팬”
 특허 제0367565호 “가스배출용 팬”
4. 장비의 구조
4-3. External Part
CIRCULATION PUMP
(VERTICAL TYPE)
VERTICAL TYPE PUMP의 특징 :
1. 구조가 간담하며 금속펌프에 비해 가볍다.
2. 입형, 침수형이기 때문에 설치 면적을 최소화 할 수 있다.
3.COLUMN HEAD를 설치 조건에 맞출 수 있어 액수위에 상관 없이
운전 범위가 광범위하고, 임펠러가 침수 되어 운전하기 때문에
CAVITATION (공동화 현상) 발생을 막을 수 있다.
4. NON SEAL, NO PACKING이라도 PUMP 자체에서 LEAK가 되지
않는다.
5. 동절기 장시간 정지 시에도 순환수 배관의 물이 WATER TANK로
배수 됨으로 배관의 동파 위험이 없다.
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4. 장비의 구조
4-3. External Part
CHEMICAL FEED SYSTEM
순환수의 PH 값을 자동으로 조절하여 SCRUBBER 제거 효율을 높일 수 있도록 하는 약품주입설비
CHEMICAL TANK
MATERIAL : FRP, PE, P.P 등
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CHEMICAL FEEDER
PH CONTROLLER & SENSOR
MATERIAL : HEAD - PVC, STS304, PTFE 등
MODEL NO. : CONTOLLER - MESTER HS1
DIAPHRAGM – EPDM, PTFE 등
SENSOR – GS-5
CHECK BALL – CERAMIC, STS304 등
4. 장비의 구조
4-3. External Part
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FRP MANUAL DAMPER
FRP AUTO DAMPER
구동방식 : WORM REDUCER DRIVE
구동방식 : PNEUMATIC ACTUATOR DRIVE
PVC CANVAS
MATERIAL : SOFT PVC
5. 방지시설의 설계
5-1. SCRUBBER BODY의 설계
1) 배기 가스량 (Q) : 1,500 ㎥/min
2) 공답속도 (V) : 2 m/sec
A = TOWER 단면적 (㎡)
V = 공답 속도 (1 ~ 3 m/sec)
3) 액가스비 : 2 ℓ/㎥
4) 처리 효율 : 95%
1. SCRUBBER BODY의 직경 설계
A. VERTICAL TYPE SCRUBBER
π x D2
Q=AxV
A=
4
배기 가스량 (㎥/min) x 4
D=
π x 공탑 속도(m/sec) x 60 sec/min
1,500 ㎥/min x 4
D=
π x 2m/sec x 60 sec/min
≒ Φ4,000 (12.57 ㎡)
B. HORIZONTAL TYPE SCRUBBER
Q=AxV
A=
A=
A=axb
배기 가스량 (㎥/min)
공탑 속도 (m/sec) x 60 sec/min
1,500 ㎥/min
2m/sec x 60 sec/min
= 12.5 ㎡
a x b = 3,500W x 3,600H (12.6 ㎡)
2. 충진고의 설계
Z = Hog x Nog
Hog = 0.382m
Nog = ln
1
= 3.0
1-η
Z = 0.382m x 3.0 = 1.146m ≒ 1,200mm ~ 1,500mm로 설계
Z = 충진고 (m)
Hog = 총괄전달 단위 높이 (m)
Nog = 총괄전달 단 수
η = 처리효율 (95%)
5. 방지시설의 설계
5-1. SCRUBBER BODY의 설계
3. 충진물의 수량
1)
2)
3)
4)
5)
TYPE : TELLERETTE “M”
규 격 : “M” (73x27.5)
표면적 : 127 (㎡/㎥)
공간율 : 85.4 (%)
㎥ 당 충진물 수량 : 8,000 EA
N = TOWER 단면적 (㎡) x 충진고(mH) x ㎥ 당 충진 수량 (EA) x 충전 손실 계수 (15%)
A. VERTICAL TYPE SCRUBBER
B. HORIZONTAL TYPE SCRUBBER
TOWER SIZE : Φ4,000m
N=
π X 4M2
TOWER SIZE : 3,500mmW x 3,600mmH
x 1.2mH x 8,000 EA X 1.15
N = (3.5M x 3.6M) x 1.2mH x 8,000 EA x 1.15
4
= 138,600 EA
= 139,100 EA
4. SPRAY NOZZLE 수량
1)
2)
3)
4)
5)
SPRAY NOZZLE : SPIRAL TYPE
규 격 : 3/8”
SPRAY ANGLE : 120˚
ORIFICE DIA. : Φ6.3
유량 (1㎏/㎠) : 24.2ℓ/min
Q1 = 배기 가스량 (Q) x 액가스비
= 1,500 ㎥/min x 2 ℓ/min
= 3,000 ℓ/min
N=
3,000 ℓ/min
24.2 ℓ/min. EA
≒ 120EA
배기 가스량 (Q) = 1,500 ㎥/min
액가스비 : 2 ℓ/㎥
Q1 = 순환수량 (ℓ/min)
N = NOZZLE 수량 (EA)
5. 방지시설의 설계
5-2. PUMP & MOTOR 산정
1. PUMP 용량 산정
Q = 배기 가스량 (㎥/min) x 액가스비 (ℓ/㎥)
Q = 1,500 ㎥/min x 2 ℓ/min = 3,000 ℓ/min
Q = 순환수량 (ℓ/min)
액가스비 : 2 (ℓ/㎥)
H = 양정 (15mH)
KW = 동력 (KW)
η = PUMP 효율 (55%)
α = 여유율 (20%)
3. 동력 단위 환산 법
2. 동력 산정 (Kw)
1. Kw를 Hp로 환산 하는 방법
Kw =
QxH
1 Kw = 1.34 Hp
xα
6,120 x η
19 Kw x 1.34 = 25 Hp
Kw =
3,000 ℓ/min x 15mH
x 1.2
6,120 x 0.55
= 16.0 ≒ 19 Kw
∴ 3.0 ㎥/min x 15 mh x 19 Kw
21
2. Hp를 Kw로 환산 하는 방법
1 Hp = 0.75 Kw
25 Hp x 0.75 = 19 Kw
∴ 3.0 ㎥/min x 15 mh x 25Hp
5. 방지시설의 설계
5-3. FAN & MOTOR 산정
1. FAN 용량 산정
Q = 배기 가스량 (1,500㎥/min)
ΔP = 정압 (300mmAq)
Kw = 동력 (Kw)
η = AIR FOIL FAN 효율 (75%)
α = 여유율 (10%)
Q = 1,500 ㎥/min
3. 동력 단위 환산 법
2. 동력 산정 (Kw)
1. Kw를 Hp로 환산 하는 방법
Kw =
Q x ΔP
1 Kw = 1.34 Hp
xα
6,120 x η
110 Kw x 1.34 = 150 Hp
Kw =
1,500 ㎥/min x 300mmAq
x 1.1
6,120 x 0.75
= 107.8 ≒ 110 Kw
∴ 1,500 ㎥/min x 300mmAq x 110 Kw
22
2. Hp를 Kw로 환산 하는 방법
1 Hp = 0.75 Kw
150 Hp x 0.75 = 110 Kw
∴ 1,500 ㎥/min x 300mmAq x 150 Hp
5. 방지시설의 설계
5-4. MAIN SUMP (주 수조) 산정
1. 순환수 저장 용량 산정
순환수의 저장 용량은 순환수량이 최소 3분에서 5분을 저장 할 수 있는 용량으로 산정 한다.
최소 3분에서 5분으로 저장 용량을 산정하는 이유.
1. PUMP를 처음 가동 할 경우 배관과 TOWER의 상부에서 하부로 내려오기 전까지는 순환수가 남아 있어 하부에 있는 순환수의
높이가 줄어 들기 때문에 여유를 두어 PUMP를 보호 하기 위해 선정.
2. SCRUBBER의 가동 중 급수 LINE에 문제가 생겼을 경우 운전자가 대처를 할 수 있는 시간 적인 여유를 감안하여 선정.
3분 저장 일 경우 Q = 3 ㎥/min x 3분 = 9 ㎥
5분 저장 일 경우 Q = 3 ㎥/min x 5분 = 15 ㎥
2. 높이 산정
MAIN SUMP (주 수조)가 TOWER의 하부에 설치 되어 있어 순환수량이 너무 많으면 TOWER의 높이가 올라가고, PUMP HEAD의 길이가
길어 지기 때문에 적절한 높이를 선정 한다.
일반적으로 설계 높이는 800mm ~ 1,000mm로 선정한다.
H=
23
π X 42
4
x 0.8mH
H=
π X 42
4
= 10.05 ㎥
= 12.57 ㎥
= 3.35분
= 4.2분
x 1.0mH
6. SYSTEM 차별화 방안
6-1. 압력 Hunting 방지용 Dip Manhole
적용원리
압력변동에 따른 주수조와 보조수조의 수위변동을 억제하
여 수위를 일정하게 유지시켜준다.
적용이점
시스템 Start와 Stop 시 압력변동에 따른 주수조와 보조수
조의 레벨차이를 없애줌
압력차단을 위한 과도한 Sump 수위를 유지할 필요 없음
시스템 압력 Hunting 방지
6. SYSTEM 차별화 방안
6-2. Fan 응축수 Trap
적용원리
송풍기 케이싱 내부의 정압보다 흡입구의 정
압이 보다 낮은 원리를 이용하여 송풍기 케이
싱 내부의 응축수를 강제 배출함
적용이점
송풍기로부터의 미스트 비산 억제
송풍기의 수명연장
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6. SYSTEM 차별화 방안
6-3. Submerged Voltex Breaker
적용원리
낮은 수면고에서 고유량의 펌프를 사용할 경
우 Submerged Voltex(죄측사진)가 발생하
여 순환펌프의 Cavitation (공동화 현상)을
유발한다.
Submerged Voltex는펌프주위의 예회전류
로부터 시작되며, 이를 예방하기 위해 펌프주
위에 적당한 형태의 Baffle을 설치한다.
적용이점
순환펌프의 Cavitation의 예방
Pump 소손방지
26
6. SYSTEM 차별화 방안
6-4. Packing Inspection & Removal Window
적용원리
Packing의 오염점도를 육안으로 쉽게 파악
할 수 있도록 충전고 방향으로 길게 장방형의
Sight Glass를 부착한 Window를 설치함.
적용이점
충전물의 오염 정도를 육안으로 쉽게 확인
충전물 교체 용이
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