1. 개요
터빈에서 배출되는 증기를 냉각, 응축시켜 물로 회수하는 장치를 복수기라 한다. 복수기 종류에는 증기와 냉각수가 직접 접촉하는 혼합 복수기와 전열면을 통해 열교환을 행하는 표면 복수기가 있다.
2. 관련 기술규격 및 Code
- Korean Industrial Standards ( KS )
- American National Standards Institute ( ANSI )
- American Society of Mechanical Engineers ( ASME )
- American Society for Testing and Materials ( ASTM )
- American Water Works Association ( AWWA )
- Electric Power Research Institute ( EPRI )
- Heat Exchange Institute ( HEI )
3. 구성요소 및 기능
1) 복수기(Condenser)의 기능
① 터빈에서 증기가 보유한 열낙차를 크게하여 터빈 효율을 향상,
② 응축된 복수를 재 사용함으로써 물처리 비용을 절감,
③ 급수를 보충하거나 각종 드레인 회수를 위한 장소로 사용된다.
2) 복수기의 구성 요소
① 배출증기 연결(Extended Neck)
복수기의 최상부에 있으며, 저압터빈(Low Pressure Turbine) 하부에 있는 후드(Hood)와 용접에 의해 연결되며, 터빈에서 배출된 증기(Steam)의 유입 통로이다.
② 배출증기 목 신축이음(Main Expansion Joint)
증기의 유입에 의해 발생되는 진동 및 터빈의 진동등이 복수기로 전달되는 것을 차단시키며 터빈 및 복수기의 열팽창량을 흡수하여 열변형을 방지하는 장치로서, 통상적으로 배출증기 연결(Extended Neck)과 배출증기 목(Transition) 사이에 설치된다.
③ 배출증기 목(Transition)
배출증기 연결과 동체 사이에 위치하는 것으로 터빈에서 유입되는 증기 및 계통(System)에서 유입되는 각종 유체가 튜브 다발(Tube Bundle or Tube Bank)로 균일하게 분산되도록 유도되는 통로이다.
내부에는 저압급수가열기(Low Pressure Feed Water Heater) 및 저압터빈 우회 통과 계통 (Low
Pressure Turbine By-Pass System)과 관련한 분산장치(Spray Pipe)등이 설치된다.
④ 동체(Shell)
배출증기 목(Transition) 하부에 설치되는 것으로서 복수기의 제일 하단부이다. 내부에는 튜브다발(Tube Bundle)이 설치되며 여기에서 열교환이 이루어진다.
동체(Shell) 중에서도 하부에 응축수를 모아서 일정기간 저장하는 곳을 온수조(Hotwell)라고 하며, 여기에 모인 물은 복수펌프(Condensate Pump)에 의해 급수계통으로 이송된다.
복수기의 재열(Reheating)과 탈기(Deaerator)가 여기에서 이루어진다
동체를 구체적으로 살펴보면, 튜브다발(Tube Bundle)과 응축부(Condensing Zone) 및 공기냉각부(Air Cooling Zone)를 포함하고 있으며 냉각수(Circulating Water)가 통과하는 튜브(Tubes), 관판(Tubesheets), 튜브 지지판(Tube Support Plate)으로 구성되어 있다.
- 응축부(Condensing Zone)
튜브다발중에서 주로 증기를 응축시키는 것을 목적으로 한 튜브 영역.
- 공기냉각부(Air Cooling Zone)
복수기 내에 체류하는 불응축가스(Non-condensible Gas)를 복수기 밖으로 추출하기 전에 냉각되도록 한
튜브 영역.
- 튜브(Tube)
튜브 내부로 냉각수가 흐르게 되면 튜브 외벽에서 증기와 대류 (Convection), 전도(Conduction)에 의해 열교환이 이루어진다.
- 튜브 지지판(Tube Support Plate)
관판(Tubesheet)과 관판(Tubesheet)사이의 튜브(Tube)의 전길이에 따라 일정한 간격으로 설치되어 튜브(Tube)을 지지하고 있는 판으로서 고속 증기가 튜브와 튜브 사이를 통과할 때 생기는 튜브의 진동(Vibration)을 방지한다.
- 관판(Tubesheet)
복수기 튜브(Tube)의 양끝을 고정하고 수실(Waterbox)과 증기부분(Steam Side)을 분리시키며 튜브를 지지하고 튜브를 밀봉하는 판으로서 동체 (Shell)와 수실(Waterbox) 사이에 설치된다. 냉각수(Sea Water)에 의한 부식 (Corrosion)을 방지하기 위해 티타늄 복합철판(Titanium Clad Plate)를 사용 한다.
⑤ 수실(Water Box)
냉각수를 복수기 내부의 튜브에 송수하기 위한 방으로서, 냉각수의 통과수 (Pass Number)가 단류(One Pass), 복류(Two Pass)에 따라 입,출구 수실(Inlet, Outlet Water Box)이 설치 된다. 냉각수를 해수(Sea Water)로 사용하는 수실(Water Box)에 있어서는 내벽을 코우팅(Coating)하여 부식(Corrosion)을 방지하고 있다.
⑥ 추기배관(Steam Extraction Pipe)
터빈의 추기를 급수가열기(Feed Water Heater)등에 유도하는 관으로서 복수기 내부에 설치되는 저압 급수가열기(Low Pressure Feed Water Heater)까지, 그리고 복수기 내부를 통과하여 외부에 있는 다른 급수가열기 등으로 연결된다.
⑦ 유체 분산관(Spray Pipe)
복수기 내부로 유입되는 고온, 고에너지의 유체로부터 내부 구조물(튜브 포함)을 보호하기 위하여 유체(Water & Steam)를 분산시키는 관.
⑧ 완충판(Impingement Plate, Baffle Plate, Guide Plate)
증기 또는 복수의 흐름을 성능상 필요한 방향으로 유도하기 위한 판.
1) 복수기내에서의 터빈 배출 증기 유동 과정
① 저압터빈(Low Pressure Turbine)으로 부터 배출된 증기는 복수기의 배출증기 연결(Extended Neck)을 통하여 복수기로 유입되고, 그 아래에 있는 증기 분산관(Transition)을 통과하여 동체(Shell)의 튜브다발(Tube Bundle)로 들어간다.
② 각각의 튜브다발(Tube Bundle)은 주위에서 적절한 흐름이 형성되도록 설계되고 응축 및 탈기 (Deaerator)가 이루어지는 튜브다발(Tube Bundle) 내부로 증기가 잘 유입되도록 튜브(Tube)의 배열시 특별히 고려된다.
① 유리된 공기(Liberated Air) 및 불응축 가스들은 각 튜브다발(Tube Bundle)의 중앙 하단부에 유리된 공기(Liberated Air) 및 불응축 가스들은 각 튜브다발(Tube Bundle) 중앙 하단부에 설치되어 있는 공기 제거부(Air Removal Section)로 이동한다.
② 공기 제거부(Air Removal Section)에는 응축된 물방울이 들어오지 못하도록 격판(Drip Roof)이 설치되어 있으며 공기 제거부에 모인 공기 및 불응축 가스는 냉각수 입구측과 출구측의 온도차이로 냉각수의 출구측에서 입구측으로 이동되며 공기 추출장치에 의해 외부로 추출된다.
③ 튜브다발(Tube Bundle) 내부로 들어온 증기는 물방울 형태로 변해 아래로 떨어져서 온수조(Hotwell)의 정상수위(Normal Liquid Level)에 도달하게 된다.
① 튜브다발(Tube Bundle)의 측면(튜브다발의 최외곽과 동체 내측 사이)으로 이동하여 튜브다발(Tube Bundle)의 내부로 유입된 증기는 응축되어 떨어지는 응축수를 재가열하여 탈기(Deaeration)을 촉진시킨다.
② 이 과정에서 다시 발생하는 공기 및 불응축 가스는 역시 공기 제거부(Air Removal Section)로 수집되어 복수기 외부로 추출된다.
③ 증기는 개개의 튜브(Tube) 내부로 흐른 냉각수와의 열교환에 의해 응축되는데 이 냉각수는 해수 또는 담수로서 튜브(Tube)의 내부를 적절한 유속(Velocity)으로 흐르게 된다. 냉각수 순환 계통에서 유입된 공기는 수실(Water Box)에 설치된 공기 출구(Vent Nozzle)를 통해 제거된다.
4. 복수기 설계 제한 규정
① 각종 배관(Nozzle)
압력 = 최대 17.5 kgf/cm2 a
엔탈피 = 증기 덤프 = 최대 2767 kj/kg
기타 유입 증기 = 1791 ~ 2849 kj/kg
탈기가 요구되는 배수의 압력 = 최소 0.35 kgf/cm2 a
② 열소매(Thermal sleeve) = 232 ℃ 이상 적용
③ 복수기 동체 압력 = 760 mmHg 진공, 1 kgf/cm2 이상의 내압.
④ 수실 압력 = 구매자가 선정.
5. 복수기의 종류
6. 복수기의 보조설비
① 진공 유지 및 공기 추출 장치(Vacuum & Air Extraction System)
기동시 요구 되어지는 진공도를 형성하도록 하고 정상 운전시 기 형성된 진공도를 유지하기 위하여 복수기로 부터 공기 또는 비응축 가스를 제거하는 장치.
② 튜브 청결 장치(세정설비 : Condenser Tube Cleaning System)
복수기 튜브(Tube)의 청결도가 어느 적정한 값 이하로 떨어지지 않도록 냉각수 유입구를 통하여 튜브(Tube)의 내경보다 약간 더 큰 Sponge Ball을 냉각수와 함께 관내로 투입시켜 관벽을 청소한 후 냉각수 출구측의 Ball 분리기로 회수시키는 연속 순환 장치.
By-pass System 장치
기동시나 비상 사태시 증기(Steam)를 고압, 중압 및 저압 터빈을 바이패스하여 복수기로 회수하는 장치.
④ 부식 방지 장치(Cathodic Protection System)
냉각수 내의 불순물은 수실(Water Box)의 조건에 따라 다른 전위를 갖는 전기적으로 짝이 되는 재질 사이에 전류 이동이 일어나 수실내에 부식이 발생되는 바, 전기적으로 우선적 이온 결합이 가능한 재료 또는 전극을 도입하여 수실내의 부식을 방지하는 장치.
⑤ 누설 검출 장치(Leak Detection System)
튜브(Tube)과 관판(Tubesheet)사이에 발생 되어지는 누설을 검출하기 위하여 각 튜브다발당 검출장치가 설치된다. 정상 운전시 수집되어진 응축수가 검출기를 통하여 온수조(Hotwell)로 유입되어 지는데 만일 오염 상태가 존재하여 Conductivity Cell이 비 정상적인 값으로 판독하면 경보기가 작동된다. 이때, 수집된 오염응축수는 온수조(Hotwell)로 유입되지 않고 Pumping 되어 배출된다.