수압충격이란?
물망치 또는 수압 충격 현상은 파이프 시스템 내의 고속으로 이동하는 고체 덩어리가 벤드, 밸브 등의 장애물과 갑작스럽게 충돌하는 것으로 이해할 수 있습니다. 따라서 물망치는 유체의 움직임이나 방향 변경에 대한 방해로 인한 압력의 갑작스러운 증가로 정의됩니다.
예를 들어, 긴 스팀 라인을 초기 가동 중에 충전하거나 가열할 때, 그리고 스팀과 응축수가 혼합될 때 발생합니다. 물망치는 일상 생활에서 자주 알게 모르게 발생합니다 - 샤워 중에 갑자기 수도꼭지를 여닫을 때 물망치가 발생합니다 (샤워 밸브를 매우 빠르게 켜고 끄는 행위).
물망치에 대한 오해된 개념
표에서 보여주는 많은 열수력 현상들이 물망치로 잘못 분류되는 경우가 많습니다. 이러한 현상으로 인한 손상에는 수압 및 열 충격과 같은 충격이 포함됩니다. 물망치는 주로 인식 부족과 적절하지 않은 운영 및 유지보수 관행으로 발생합니다. 물망치의 경우 "예방이 치료보다 낫다"는 격언이 진실입니다.
열역학적 현상 |
발생 위치 |
물망치 |
스팀 파이프와 헤더에서 |
수평 불안정 파동 (수압 피스톤) |
저장 탱크 (디아에레이터와 같은) |
순간 증발 및 응축 충격 |
디아에레이터에서 |
수분 유입, 로터나 케이싱 변형 |
스팀 터빈 및 스팀 파이핑에서 |
물망치의 발생
스팀이 보일러를 떠나 사용 지점 (스팀 터빈이나 다른 열 교환기)에 도달하기 전까지 거리를 이동해야 합니다. 이동 과정에서 스팀은 열을 잃기 시작하여 파이프 내의 스팀이 응축되기 시작합니다. 플랜트 가동 초기에는 전체 시스템이 차가운 상태에서 시작하므로 응축물 (물방울 형태)의 생성률이 매우 높습니다.
운영 중에 이러한 응축물의 물방울이 스팀 파이프 네트워크의 길이에 따라 축적되기 시작하여 주어진 그림과 같이 응축물의 고체 덩어리를 형성합니다.
응축 결과로 물방울이 생성됩니다. 점차적으로 응축물이 파이프의 길이에 따라 축적되어 고체 덩어리를 형성합니다. 이 덩어리가 오리피스, 밸브, 벤드와 같은 장애물을 만나면 예기치 않게 갑자기 멈추게 됩니다. 이 과정에서 고체 덩어리의 운동 에너지는 압력 에너지로 변환되며, 파이프 네트워크는 이를 감당해야 합니다.
물망치의 영향
플랜트에서 사용되는 장비에 물망치가 미치는 심각한 영향을 이해하는 것이 필요합니다. 아래 예제는 물망치의 파괴적인 성질을 명확하게 설명합니다:
포화 스팀의 권장 속도는 초당 25~35미터
파이프 네트워크에서의 물의 권장 속도는 초당 2~3미터
물망치가 발생하면 응축물 덩어리는 스팀에 의해 끌려가므로, 물 덩어리는 스팀의 속도와 동일하게 이동합니다. 이는 물의 속도보다 10배 이상 빠릅니다. 따라서 물망치는 항상 매우 높은 압력과 관련이 있습니다.
물망치를 방지하는 요소
스팀 시스템은 매우 복잡하고 역동적이기 때문에, 물망치를 피하는 것은 어려운 작업입니다. 그러나 다음과 같은 최선의 공학 실천을 통해 물망치의 발생을 쉽게 극복할 수 있습니다:
스팀 라인은 흐름 방향으로 적절한 경사를 제공해야 합니다.
스팀 트랩은 규칙적인 간격으로 설치해야 하며, 특히 가장 낮은 지점에 설치해야 합니다. 가장 낮은 지점에 스팀 트랩을 설치하면 시스템에서 응축물을 제거할 수 있습니다.
파이프의 처짐은 파이프 네트워크에서 응축물의 형성을 유발하며, 물망치 발생 가능성을 증가시킬 수 있습니다. 따라서 스팀 파이프는 처짐을 방지하기 위해 적절히 지지되어야 합니다.
냉기 가동을 위한 표준 가동 절차가 필요합니다. 운영자는 격리 밸브를 천천히 열도록 적절히 교육받아야 합니다.
드레인 포켓의 적절한 크기를 확보하여 응축물이 쉽게 통과하지 못하도록 해야 합니다. 드레인 포켓의 목적은 모든 응축물을 수집하고 트랩을 통해 배출하는 것입니다.
리듀서의 종류는 중심 리듀서 대신 비중심 리듀서여야 합니다.
발전소에서의 물망치
물망치는 물이 스팀 압력이나 저압 공극에 의해 가속된 후, 밸브, 벤드, T관, 또는 파이프 표면과 같은 장애물에 갑자기 충돌할 때 발생합니다. 물의 속도는 특히 시작 시에 파이프 내의 일반적인 스팀 속도보다 훨씬 높을 수 있습니다.
이 속도가 충격으로 인해 파괴되면, 물의 운동 에너지는 압력 에너지로 변환되고, 장애물에 압력 충격이 가해집니다. 경미한 경우에는 소음과 아마도 파이프의 이동이 있을 수 있습니다.
더 심각한 경우, 파이프나 스팀 시스템 구성 요소의 파단이 거의 폭발적인 효과로 나타날 수 있으며, 이로 인해 파단 부위에서 활성 스팀이 누출될 수 있습니다. 파이프나 스팀 시스템 구성 요소의 파단은 프래그먼트를 발사하여 인명 피해를 초래할 수 있습니다.
다양한 단계 |
물망치가 발생하는 조건 |
설계 |
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