보일러관리(펌)

[그림자]

   

보일러가 감자, 고구마도 아닌데 구워먹는다니? 말도 안 되는 소리…….? 이렇게 생각하시는 분이 많으실 겁니다. 맞는 말씀입니다. 보일러를 구워먹는다는 말은 보일러 관리자들끼리 통하는 일종의 은어입니다. 보일러의 원리는 쉽게 말해, 불을 피워서 물을 끓이는 기계입니다. 냄비에 물을 담아 한참을 끓이면, 물이 계속 줄어들다 결국에는 냄비가 까맣게 타버리고, 구멍이 납니다. 보일러를 구워먹는다는 것도 이와 비슷한 이유 때문입니다.


2001년 추석이 조금 지난 무렵에 한통의 전화를 받았습니다.
“여기 의정부 S목욕탕인데요, 미군부대 근무하는 김 모씨 소개로 전화했는데 스팀보일러에 점화가 안되서요.” 저는 간단한 응급조치를 전화상으로 알려주었습니다. 그런데 얼마 후, 다시 전화가 왔습니다. 한번 방문해줄 수 없겠느냐고. 당시 저는 미군 2사단 부대에 설치된 보일러와 난방시설(Heating system)에 대한 진단보고서 작성을 마무리하는 중이어서 미군 2사단본부인 CAMP C.R.C 부대(작년 여중생 장갑차 살인사건으로 언론에 보도됐었던 부대)로 출근하던 시기였습니다.

여하튼, 저는 퇴근길에 S목욕탕을 방문했습니다. 도착해보니 초로의 노인이 입구에서 저를 반기더군요. 처음에는 버너의 간단한 고장이나, 운전미숙 정도일 거라고 예상했죠.  

보일러는 97년에 제작된 경유를 사용하는 0.3T 관류보일러였고, 버너 하단부에 물이 보이더군요. 버너를 보일러 본체에서 개봉하니 뜨거운 물이 연소실에 차있고, 수부쪽(Water Side) 점검구를 열어보니 스케일이 켜켜이 쌓였더군요. 그때 심증을 굳혔습니다. 수관이 파열되어 연소실에 물이 들어 차있어 점화가 되지 않는 것이 직접적인 원인이라는 것을요.


이처럼 연소실의 드럼이나 수관·연관 등이 부분 과열되어 파열되는 현상을 「국부과열로 인한 파열현상」이라 합니다.
국부 과열현상으로 인한 보일러의 파열 원인은 크게 두 가지인데, 하나는 저수위 상태에서 연소가 진행될 경우와 다른 하나는 S목욕탕의 경우처럼 스케일이 고착화되어 수면(Water Side)과 화부(Fire Side)의 열 교환을 방해하는 상태에서 연소가 계속해서 진행되는 경우입니다.

이것은 간단한 실험을 통해 그 원리를 알아볼 수 있습니다. 일반 복사용지를 사각으로 접어서 물을 담고 아랫면을 불로 가열해 보면, 사각으로 접힌 종이 상자가 타지 않고 물을 천천히 데우는 것을 알 수 있습니다. 종이상자에 물이 담겨져 있지 않은 상태라면 금방 불이 붙었을 것입니다.

말하자면, 보일러의 연소실은 종이컵이고, 수부쪽은 컵에 담겨진 물인 것입니다. 하지만, 밑면에 종이를 한 장 더 붙여서 불을 붙여보면 조금 지나면 새로 붙힌 종이는 금방 타버리는 현상을 발견할 수 있습니다. 물과 직접적으로 닿아있지 않기 때문이죠.  

수부쪽에 고착된 스케일은 연소실과 수부쪽의 열 교환을 방해합니다. 만약 S목욕탕처럼 심하게 고착된 상태라면, 스케일 층이 물과 닿게 되고 연소실의 금속부분은 뜨겁게 달궈져 열부식이 진행됩니다.  

이런 연유로 결국 보일러를 교체하고, 응축수 탱크의 보충수 배관을 상수도에서 연결해야 한다는 진단이 나왔습니다. (경기 동북부(의정부, 동두천, 포천 등) 지역은 지하수 속에 석회질성분이 많이 포함돼 있기 때문에 상수도를 보일러 용수로 사용하는 것이 좋으며, 만약 지하수를 사용할 시에는 반드시 정수시설을 갖추어야 합니다)  
그해 봄에 사장님은 목욕탕 운영의 기본적인 관리원칙도 모른 채 목욕탕을 매매했던 것입니다.

이 사건은 영업상 지장을 초래하긴 했지만 한편으로는 S목욕탕 사장님께 전화위복의 기회가 되었습니다.
[표1]이 설명하는 것과 같이 스케일의 두께가 2mm일 때 연료량이 4% 증가합니다. 또, 열효율은 10% 감소합니다.

S목욕탕의 경우 전열면적(보일러의 열 교환되는 면적)의 20% 정도가 스케일에 잠식되었고, 나머지 전열면적도 2-3mm정도의 스케일이 고착돼 있는 상황이었으니, 연료소모량을 가만해 볼 때, 보일러를 교체하는 편이 경제적인 선택일 것입니다.    

그렇다면, 이처럼 보일러의 수명단축과 열효율 저하에 영향을 주는 스케일과 불순물의 문제를 해결할 수 있는 방법은 없을까요? 방법은 의외로 간단합니다. 부로워(Bottom Blower) 작업을 일상적으로 실시하는 것입니다.

증기보일러의 경우 물속에 포함된 온갖 불순물(석회성분, 철성분, 흙성분 등)들을 수부에 퇴적시킵니다. 0.3T/H보일러는 시간당 0.3T의 수증기를 증발시킵니다. 보일러 가동시간이 하루 6시간이라면, 하루에 1.8T의 물이 증발됩니다. 1.8T의 물속에 포함된 온갖 불순물은 보일러에 그대로 남게 됩니다. 불순물이 많이 포함된 물은 끓는점을 높여 연료소모량을 늘립니다. 부로워 작업은 보일러관수의 농도를 낮추는 역할과 침전된 퇴적물을 배출하는 역할을 하여, 궁극적으로 보일러의 안전한 운전과 에너지 효율을 높이게 됩니다.  

작업은 보일러 가동전에 실시하며, 하루 2회 정도 드레인 밸브를 천천히 개방합니다. 불순물이 빠져나오는 상태를 보면서 적당한 양의 물을 방류하면 됩니다. 온수보일러의 경우도 바닥의 침전물을 방류한다는 차원에서는 같은 역할을 할 수 있습니다.

앞서 말했듯 부로워 작업은 보일러의 수명 뿐 아니라 열효율과 직접적인 관련이 있는 보일러관리의 기본사항입니다. 물론 대부분의 업소는 부로워 작업을 하고 있는 걸로 믿습니다.

요즘도 간혹 '보일러를 구워먹는' 사례들을 접하게 됩니다. 전자동으로 운전되는 요즈음 보일러시스템 운전에서 발생되는 사건들은 대부분은 사소한 일상관리 소홀에서 비롯됩니다. 보일러는 스위치만 올리면, 저절로 돌아간다는 생각을 버리시고 기본적인 원리를 이해한 후 좀더 효율적인 관리방법을 도입하신다면, 관리비용의 절감효과를 느끼게 될 것입니다.

1. 설치위치 선정상 유의사항

1) BOILER의 유지,보수를 고려하여 TUBE청소를 위한 SERVICE SPACE를 확보토록 한다. 이는 각 BOILER MFR마다 길이가 상이하므로 MFR의 SHOP DWG 검토후 필히 SPACE를 확인한다.

2) BOILER동체 최상부로부터 천장까지의 거리는 1.2m(소용량 BOILER는 0.6m) 이상이어야 한다.
* 소용량 BOILER : 전열면적 5㎡ 이하의 증기 BOILER 및 전열면적 20㎡이하 (또는 5,000,000kcal/Hr
미만)의 온수 BOILER

3) BOILER 동체에서 벽까지의 간격은 0.7m 이상이 되어야 하며 2대 이상을 배치할 경우는 통로를
고려하여 BOILER 간격은 최소 1,200m/m 이상이 되어야 한다.

4) BOILER 및 BOILER 에 부설된 금속제의 굴뚝 또는 연도의 외측으로부터 가연성 물체까지는 0.3m 이상 떨어져야 한다. ( 0.3m 이내의 가연성 물체에 대하여는 불연성 재료로 피복하여야 한다.

5) BOILER 및 BOILER실에 연료가 저장 되었을때는 보일러 외측으로부터 2m이상 떨어져 있거나 방화격벽이 설치되어 있어야 한다. 다만 소용량 BOILER는 1m 이상 떨어져 있거나 반격벽으로 하여야 한다.

6) BOILER실에는 2 이상의 출입문을 만든다.

2. BOILER 부속장치 설치시의 유의사항

1) BOILER 급수시설

a) 증기 BOILER에는 항상, 단독으로 최대증발량 이상을 공급할 수 있는 2조 이상의 급수장치(인젝타 포함)를 갖춘다.

b) 전열면적 12㎡ 이하(관류 보일러 에서는 100㎡미만)의 증기 BOILER에 있어서는 급수장치를 1개로 한다.

c) 급수장치가 1세트 및 2세트의 급수장치중 1세트의 것은 동력으로 운전하는 급수펌프 또는 인젝터여야 한다. (최고 사용압력이 2.5kg/㎠ 미만으로 전열면적이 12㎡ 이하는 이 규정에 따르지 않아도 된다.)

d) 급수장치의 급수관에는 BOILER에 근접해서 급수VALVE와 CHECK VALVE를 갖추어야 한다. 단. 최고 사용압력 1kg/㎠미만의 BOILER 에서는 CHECK V/V를 생략한다.

e) 급수 VALVE의 지름은 전열면적 10㎡ 이하의 BOILER에서는 호칭지름 15A이상, 10㎠를 넘는 BOILER에서는 호칭지름 20A 이상으로 한다.

f) 최고 사용온도가 120。C이하인 온수 보일러에서 사용 압력이 수두압 10m를 초과 할때는 물의 온도가 120。C를 초과하지 않도록 온도 연소 제어장치를 설치한다.

g) 관류 BOILER는 급수가 부족할 때 자동적으로 연료공급을 차단하는 장치 또는 이에 대신하는 안전장치를 갖춘다.

h) BOILER의 급수장치에서 TURBINE PUMP는 급수 온도가 60。C 이상의 경우는 압입양정으로 한다. (추천사항) INJECTOR는 2kg/㎠ 이상의 보일러의 예비급수장치로서 사용한다.

2) 응축수 탱크(CONDENSATED RETURN TANK)

a) 탱크내면은 고열에폭시 수지도료 (최고온도 150。C) 혹은 GALVANIZING 등으로 완전히 방청 처리한다

b) 탱크 저수위면은 PUMP 흡입구 보다 반드시 높게 한다. PUMP의 흡입 높이는 수온이 높아짐에
따라 감소하고 마침내 PUMP의 흡입측에 있어서 압력을 가지고 밀어넣지 않으면 안된다.

3) 증기 STOP VALVE 및 BLOWDOWN 장치

a) STOP VALVE는 BOILER 최고사용압력과 사용온도에 견디고 또한 적어도 7kg/㎠의 압력에 견딜 수 있는 것이어야 한다.

b) BOILER가 공통의 주증기관으로 연결될 경우, STOP VALVE의 설치는 다음 그림과 같이 한다.

   

c) BLOW관은 25A 이상 65A 이하로 하며 최고사용압력 1.0kg/㎠이상의 BOILER BLOW관에는 BLOW VALVE 2개 또는 BLOW VALVE와 BLOW COCK를 직렬로 갖추어야 한다.

d) BLOW관은 BOILER의 각 관체마다 따로 배관한다.

e) BLOW의 말단은 BLOW VALVE를 조작하면서 그 상황을 관찰할 수 있게 배치한다.

f) BOILER에는 BLOWDOWN TANK를 설치한다. 고압 BOILER의 BLOWDOWN LINE은 생각하지 않고 직접 기계실내에 DRAIN 시키면 FLASH 증기가 발생 BLOWDOWN TANK에 냉수와 함께 저장하였다가 60oC 이하로 냉각된 후 DRAIN시킨다.

4) 온수 BOILER에 설치하는 방출밸브/안전밸브

a) 온수온도 120。C 이하의 온수 BOILER에 있어서는 압력이 최고 사용압력에 달하면 작용하는 방출밸브 또는 안전밸브를 1개 이상 갖추어야 한다. 작용압력은 BOILER의 최고 사용압력에 그 10%에 해당하는 값을 더한 값 미만으로 설정한다.

b) 온도 120。C 이하의 온수 보일러는 방출밸브를 설비하고 그 크기는 호칭지름은 20㎜이상으로 한다. 온도 120。C를 초과하는 오수보일러에는 안전밸브를 설치하고 그 호칭지름 20㎜이상으로 한다.

5) 연도 시공상의 유의사항

a) BOILER연도의 시공시에는 열팽창에 의한 신축을 고려하여 신축이음의 설치는 일반적으로 직관부 10m마다 1개소 정도로 한다.

b) 팽창에 의한 신장의 계산식은
    r = 1,000×L×C×△T
    r : 팽창에 의한 신장(㎜)
    L : 차가울때의 관길이 (m)
    C : 평균 팽창계수, 철
    C = 0.000012
    △T : 온도차 (。C)

c) 굴뚝 삽입부는 상기 도표와 같이 굴뚝 내부의 내화벽돌 부분까지 끼운다.

d) 2대 이상의 BOILER를 동일 연도로서 접속한 경우는 아래와 같이 BOILER간에 신축 이음을 삽입한다.

e) 연도와 벽과의 간격은 최소 300㎜이상 띄운다.

f) 연도 지지간격은 일반적으로 2m 정도로 하고 DUCT행거 철물에 준해 BOILER에 연도 중량이 직접 가해지지 않도록 지지한다.

g) 연도는 내부의 청소가 용이한 부분에 청소구를 설치한다.

h) 연도 제작법
ㆍ연도는 모두 용접구조로 한다.
ㆍ현장에서의 용접 작업을 없애기 위해 연도의 현장 조립은 FLANGE 조립으로 하고, 패킹은     ASBESTOS SEAT 5t를 사용한다.
ㆍ플랜지 간격은 1,800㎜ 이상으로 한다

ⅰ) 연도에는 배기가스 자가측정을 위한 측정공을 설치한다.
ㆍ공해측정을 위한 측정공의 위치는 연결하단 직경의 약 8배의 상단위치 및 연돌 상단 관경의 약    2배의 하부에 위치한다.  
ㆍ 배기가스 자기측정을 위하여 연도에 Φ100 - Φ200㎜ 정도의 측정공을 설치하고 측정할 때     이외에는 적당한 마개로 덮어 높는다.