보일러 캐리오버(Carry Over)*는 보일러 헤더(Header)를 통해 보일러에서 깨끗한 증기 이외의 것이 빠져나가는 경우이다. 여기에는 종종 액체, 증기의 오염 물질, 심지어 고체와 같은 것이 포함될 수 있다. 저압 보일러는 일반적으로 캐리오버에 더 취약하지만 고압 시스템도 이러한 문제가 있을 수 있다.
* Carryover (캐리오버, 기수공발)
사전적 의미로는 "이월", 즉 "넘어감"을 뜻한다.
보일러에서 일어나는 캐리오버는 물과 증기가 경계를 넘어 섞여서 나타나는 현상이다. 물이 증기로 혹은 증기가 물로 넘어가는 현상에서 캐리오버는 물이 증기로 넘어가는 상황에서 순수한 증기(공정 증기)를 사용하려고 하는데 물이 섞여서 나오는 현상을 말한다.
캐리오버 발생원인
캐리오버는 기계적(혹은 물리적) & 화학적 원인으로 인해 발생할 수 있다.
■ 기계적(혹은 물리적) 캐리오버의 유형
1) 증발수 면적이 불충분하거나, 증기실이 좁은 경우
2) 보일러 수위가 높을 때
3) 주 증기밸브를 급히 개방하거나, 부하의 급격한 변화가 있을 때
4) 압력의 급강하가 일어나 격렬한 자기 증발을 일으켰을 때 (압력이 낮아지면 물의 비등점 또한 낮아져 실제 물의 온도는 비등점보다 높게 되어 물이 과열 상태가 되어 급격히 증발한다)
5) 보일러 증기 용량을 초과하여 보일러 작동할 때
■ 화학적 캐리오버의 유형
1) 새 보일러의 부적절한 화학 세척
2) 고형물 농도 높을 때 ⇒ 표면 장력 증가
3) 유기 오염 물질(오일, 그리스, 비누, 지방, 우유 고형물 등) 섞여있을 때
4) 높은 알칼리도
5) 부적절한 수 처리
위 원인과 다소 중복되지만 아래와 같은 원인도 있다.
- 보일러수가 과잉 농축되었을 때(보일러 내부의 물이 증발하면서 남은 불순물이 농축되어 보일러 수 농도가 높아지는 경우 물이 증기와 함께 쉽게 끓어 넘치며 캐리오버가 발생)
- 열부하가 급격하게 변동하여 증감될 때
- 운전 중 수위 조절이 원활하게 이뤄지지 못한 경우
- 보일러의 운전 압력이 낮게 설정되었을 때 (캐리오버는 주로 저압 보일러에서 일어난다)
- 기수 분리기의 불량 등 기계적 고장이 있을 때
캐리오버의 문제
물이 증기와 함께 빠져나가면 크게 두 가지 문제가 발생한다.
첫째, 보일러 물 요구량이 일반적으로 급수 펌프 용량을 초과하여 보일러의 수위가 떨어진다. (헤더로 나가지 말아야 하는 물이 계속 나가고 있으니 보일러의 수위는 계속 떨어질 수 있다) 보일러 급수 펌프에 문제가 있는 것처럼 보이기 때문에 운영자가 혼란스러워할 수 있다. 이러한 상황에서는 보일러가 일반적으로 저수위(Low Level)에 도달하면 꺼진다.
두 번째 문제는 물이 헤더로 올라가면서 수격 현상(Water Hammer)이 발생한다는 것이다. 극단적인 경우 증기 파이프가 찢어지는 등 치명적인 위험이 될 수 있다.
캐리오버가 경미하여도 시스템에 매우 해로운 부작용이 있을 수 있다. 소량의 물이 시스템에 들어가면 레귤레이터(Regulator) 또는 제어 밸브(Control Valve)에서 압력이 낮아지면 물이 증기로 변한다. 이로 인해 보일러 물의 용해된 고형물과 화학 물질이 증기 파이프로 침전된다. 결국 트랩(Trap), 스트레이너(Strainer) 및 제어 밸브가 막힌다. 또한 공정 증기(Process Steam)가 오염되어 제품 품질에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
- 증기 품질 저하 : 캐리오버로 인해 증기에 포함된 물방울이나 불순물이 증기 배관이나 터빈에 침전되어, 시스템 효율이 떨어지거나 부식 등의 문제가 발생할 수 있다.
- 에너지 손실 : 물이 증기와 함께 빠져나가면서 보일러에서 더 많은 증기를 만들기 위해 더 많은 에너지를 소비하게 되어 에너지 손실이 발생한다.
- 설비 손상 : 캐리오버로 인해 배관 내에서 물방울이 터지거나 증기 내 불순물이 축적되면, 설비에 손상을 입힐 수 있다.
캐리오버 발생 억제 - 방지대책
보일러 캐리오버를 방지하려면 사전 모니터링과 유지관리가 필요하다.
정기적으로 수질을 테스트하고, 적절한 보일러 설계가 적용되어야 하고, 효과적인 수처리 프로그램을 활용하는 것이 중요하다. 고효율 증기 분리기(기수 분리기)를 설치하거나 소포제를 사용하면 기계적 및 화학적 캐리오버를 줄이는 데 도움이 될 수 있다. 운영자는 또한 보일러 부하와 발화율을 제어하여 압력이 갑자기 급증하는 것을 방지해야 한다.
이러한 요소를 일찍 해결하면 캐리오버 위험을 크게 줄이고, 증기 품질을 개선하고, 보일러 시스템의 수명을 연장할 수 있다.
- 적절한 수질 관리 (정기적 수질 관리, 수처리 프로그램, 소포제 사용 등)
- 운전 조건의 안정화 (급격한 부하 변동을 피하고, 보일러의 적절한 압력과 온도에서 운전)
- 보일러 수위 조절
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