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May 26, 2023

결로를 방지하는 방법

결로 유발 수격(CIWH)은 다음과 같은 경우에 일반적으로 사용되는 용어입니다.

응축 유발 수격 현상(CIWH)은 수증기가 찬 물에 의해 빠르게 응축될 때 발생하는 다양한 과도 현상을 설명할 때 일반적으로 사용되는 용어입니다. 이 기사에서는 CIWH의 다양한 유형과 원인을 설명하고 관련된 속도와 압력을 추정하는 방법을 설명하며 이를 방지하는 데 사용할 수 있는 솔루션을 독자에게 제공합니다.

파이프라인의 증기와 액체 물이 항상 잘 어울리는 것은 아닙니다. 예기치 않게 접촉하게 되는 상황은 불안정할 수 있습니다. 유압 과도 현상은 파이프 흐름 속도 또는 압력의 급격한 변화에 의해 시작되는 단기적인 이벤트입니다. 이 이벤트는 원점에서 파동처럼 하류 및 상류로 이동하는 압력 펄스를 생성합니다. 펄스는 파이프를 통과하면서 장애물에 영향을 미치고 반사됩니다. 이로 인해 망치질 소리가 나고 파이프가 차는 듯한 움직임이 발생합니다. "워터 해머"라는 용어는 다른 액체와 가스가 포함된 경우에도 이러한 과도 현상을 언급할 때 일반적으로 사용됩니다.

수증기는 습한 증기입니다. 끓는점에서 많은 양의 물에 열을 가하면 액체에서 증기로 변하기(기화) 시작됩니다. 계속해서 열을 가하면 액체와 증기는 모든 액체가 증기로 전환될 때까지 동일한 온도를 유지합니다. 이는 포화 상태에 있는 것으로 알려져 있습니다. 기체와 액체 물을 동시에 운반하는 파이프라인에는 2상 흐름이 포함되어 있다고 합니다.

파이프 안의 뜨거운 포화수는 압력이 감소하면 증발하기 시작합니다. 작은 증기 기포가 형성됩니다. 이 거품은 부력이 있어서 높은 지점에서 위로 올라가 주머니에 모이는 경향이 있습니다. 파이프 구조가 시스템 재충전 또는 종료 중에 일정량의 증기를 격리하는 경우에도 포켓이 생성될 수 있습니다. 예를 들어, 물을 채울 때 두 라이저가 모두 물로 막히면 증기가 수직 U자형 굴곡에 갇힐 수 있습니다.

액체가 주어진 압력에 대해 포화 온도보다 낮은 온도에 있는 경우 액체가 과냉각되었다고 합니다. 증기 포켓이 과냉각된 액체와 접촉하면 증기/액체 경계에서 응축이 시작됩니다. 온도차가 커짐에 따라 응축율도 증가합니다. 온도 차이가 약 35F보다 크면 모든 증기가 갑자기 응축됩니다. 증기는 액체보다 훨씬 더 많은 공간을 차지합니다. 따라서 저압 공극이 생성됩니다. 주머니를 둘러싼 물은 공허 속으로 가속됩니다. 이 파열은 몇 분의 1초 안에 발생합니다. 충돌 직전에 전진하는 물의 속도(VI, ft/sec)는 충돌 시 0으로 줄어들며 방정식 1과 같이 계산할 수 있습니다.

VI = ΔV = √((( 288 gc ( PU – PD )) / ρ ) ( α / ( 1 – α )))

여기서 α는 공극율(보존적으로 약 0.5)입니다. gc는 중력 상수(32.2 ft-lbm/sec2-lbf)입니다. ρ는 유체 밀도(lbm/ft3)입니다. 증기 주머니(PD)의 압력은 주변 물의 온도에 해당하는 증기압입니다. 이동 거리가 매우 작기 때문에 마찰은 최소한의 영향을 미치며 무시됩니다.

급격한 속도 변화는 워터 해머 압력 펄스를 생성합니다. 파이프를 통해 이동하는 펄스의 속도는 음향(음파) 속도(c, ft/sec)이며 방정식 2를 사용하여 계산할 수 있습니다.

c = √(( 144 gc G / ρ ) / ( 1 + ( G / E ) ψ ))

여기서 G는 액체 압축률의 벌크 계수(psi)입니다. E는 파이프의 탄성 계수(psi)입니다. Φ는 파이프 경계조건 매개변수로 양쪽 끝이 고정된 얇은 벽 튜브의 경우 D/t입니다. 여기서 D는 파이프 내부 직경(인치)입니다. t는 파이프 두께(인치)입니다. 공기가 유입되면 속도가 감소합니다.

이론적 최대 압력 펄스(ΔP, psi)는 여기 방정식 3에 표시된 친숙한 "Joukowski" 수격 방정식을 사용하여 찾을 수 있습니다.

ΔP = k (( ρ c ΔV ) / ( 144 gc ))

여기서 변수 k는 1.0이고, 파이프 막다른 곳이나 닫힌 밸브와 같은 단단한 표면 옆에서 증기 주머니 붕괴가 발생하는 경우, 그렇지 않은 경우 k = 0.5입니다. ΔP는 전체 압력이 아니라 과도 현상 이전에 존재했던 정상 상태 압력의 증가 또는 감소입니다.