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[보일러의 운전전 자동 제어장치 점검사항]
보일러의 자동 제어는 보일러의 운전을 자동적으로 할 수 있게 하기 위한 장치로서 검출부와 조절부, 조작부로 구성되어 있습니다. 어느 하나라도 이상이 생기면 오작동 또는 기능이 마비가 일어나 예기치 않은 낭패를 당할 수 있습니다. 따라서 항상 일상점검에 게을리 하지 않아야 재해를 미연에 방지 할 수 있습니다. 우선 자동 제어장치의 설치나 정비 후 상황점검에 대하여 살펴보면 아래와 같습니다.
① 배판 조작부를 움직이려면 동력이 필요합니다. 통상 전기 공기압, 유압의 동력원이나 검출부에서 있을 에너지로 조작부를 움직이는 자력 제어장치도 있습니다. 따라서 구동용 매체(공기기름. 물 등을 사용하는 경우). 점화용 연료. 통풍압 검출 등의 배관계통에 있어서 손상 또는 누설 이상유무를 점검해야 합니다.
② 전기회로와 제어반 배선의 절연이 완전하게 되었는가를 점검하고 제어반 내에 먼지, 수분이 부착되어 있지 않은지 점검 해야 합니다. 전기 접전의 이상 유무도 점검해야 합니다.
③ 조절변 및 조작기구 조절변의 변형 부식, 각 부품의 관계위치 및 이것들이 일치된 부분의 이상유무를 점검해야 합니다. 회전부문.주동력 부문 등에 윤활유 충분히 주입하여 움직임이 원활하게 되는지 확인해야 합니다. 자동급수장치와 댐퍼 등의 링크기구. 와서 체인 등에 일어날 수 있는 변형, 부식, 느슨함, 설정위치 불량 등의 유무도 점검해야 합니다
④ 수위검출기 내부에 더러운 장애물이 없고 정상으로 작동하는지, 전기 계통의 결선에 이상이 없는지를 확인하고 보일러 연락관의 이상 유무를 점검해야 합니다.
⑤ 화염검출기 및 점화장치 화염검출기의 설치가 정상인가를 확인하고 유리 밀폐유리의 더러움. 손상유무를 확인 해야 합니다. 점화용 전극과 버너의 관계위치 및 전극의 소모가 없고 전극의 틈이 3∼5mm정도 적당한지를 확인해야 합니다.
[보일러 점화전 자동제어장치 점검법]
① 전기 SW를 넣고 전원표시 등으로 제어반의 전기가 흐르는지 확인
② 작동용 매체 (공기, 기름, 물 등을 쓸 경우) 및 연료 배관 밸브의 개폐상태를 점검하여 새지 않는지 확인
③ 수위검출기는 수위를 상하로 하면서 기능을 시험하고 설정했던 수위의 상한 및 하한에서 정확하게 급수펌프의 기동, 정지 또는 조절밸브의 개폐가 되고있는지 확인
④ 저수위경보기가 정상으로 동작하는지 확인
⑤ 화염검출기의 보호유리, 화염의 센서부가 깨끗한지 점검
⑥ 인터록 계통의 제한기에 이상이 없는지 확인
[보일러의 운전 중 자동제어 장치의 취급 관리법]
보일러의 설치 시공, 점화전 점검이 끝나고 정상운전에 들어간 후에도 자동제어 장치는 항상 관심을 가지고 증기의 압력,온수온도, 급수, 급유제어가 정상적으로 작동되도록 관리 되어야 합니다.
1. 증기압력 제한기 , 증기압력 조절기
① 수은 스위치를 사용하고 있는 경우. 그 움직임이 원활한지 기체의 진동이 수은 스위치의 작동에 영향이 없는지 확인
② 증기 압력이 설정 압력에 도달하는 시점에서 연소가 정지하는 것을 확인
2. 온수온도제어기, 온수 온도조절기
① 설정온도 부근에 연소가 정지하는 것을 확인해야 합니다. 조절기 본체 및 도관에 이상한 진동이 있는지 확인
3. 연료차단밸브, 연료조절밸브
① 이상음을 동반한 진동과열. 이상한 냄새의 유무를 점검
② 밸브의 접속부로부터 연료의 누출 유무를 점검
4. 연료조절밸브, 연소공기,댐퍼 및 콘트롤 모터의 상태
① 연락기구에 느슨함이 없고, 댐퍼 및 콘트롤 모터의 상태를 확인
② 콘트롤 모터의 본체가 과열되지 않았는지 확인
③ 콘트롤 모터의 회전각도에 이상이 없는지 확인
5. 주안전 제어기
① 주안전 제어기 본체, 보조릴레이. 타임, 전자 접촉기등에 있어서 윙윙거림을 동반한 진동, 과열. 이상한 냄새 등의 유무를 점검
② 화염검출전류를 측정할 수 있는 구조의 전류가 정상인지 측정하고 확인
6.
1. 탈기기 소개
1) 기 능
대형발전소 뿐만 아니라 산업용 열병합 발전소 및 산업 PLANT의 보일러 급수 계통에 설치되어
급수에 용존되어 있는 비 응축성 기체를 제거하면서 급수를 가열 시키는 역할을 동시에 수행하는 일종의
직접 접촉식 열교환기이다.
2) 구 성
가) 탈기기
탈기기 내부에서 비응축성 기체를 제거할 수 있는 분위기를 제공할 수 있도록 SPRAY VALVE와 TRAY로
구성되어 있으며, 탈기기 내부로 유입된 CONDENSATE는 SPRAY VALVE를 통해 HOLLOW CONE 형태로
분사되고 TURBINE에서 추기된 증기가 1차적으로 CONDENSATE의 온도를 포화온도 가까이 상승시키면서
탈기 작업을 수행한다.
또한 분사된 CONDENSATE는 TRAY층을 ZIG-ZAG로 통과하면서 충분한 탈기를 이루게 되며 운전 압력의
포화온도까지 온도를 증가시킨다.
나) 저장용기
탈기기 완료된 급수를 저장하여 전체급수 계통의 안정적 운전을 위한 역할을 수행한다.
2. 탈기 작용의 원리
1) Henry’s Law(용해도 법칙)에 따라, 용존 가스의 분압을 낮춤으로서 용해될 수 있는 가스의 양을 줄일 수 있게 된다.
2) STEAM을 공급하여 상대적으로 용존 GAS의 분압을 떨어뜨린다.
3) 온도변화는 GAS 제거에 다른 방법으로 도움을 준다. 왜냐하면 대부분의 GAS의 용해도는 온도에 반비례하여 온도가 증가하면 용해도는 떨어지고 용액(WATER)으로부터 쉽게 이탈된다.
4) 또한 온도가 상승하면 용매의 점성이(Viscosity) 감소하기 때문에 물 분자의 접촉면 사이의 전단 응력이 작아진다. 이러한 현상은 Tray에 의한 교반을 통해, Surface Area에 증기와 물의 접촉을 증가 시키면 시킬수록 계가 평형 상태에 도달하는 시간은 단축된다.
3. 탈기기의 종류
현재 전세계적으로 널리 쓰이고 있는 탈기기는 모두 탈기용 가열기와 저장 탱크의 2 부분으로 구성되어
있으며 탈기기의 종류도 탈기용 가열기의 형태에 따라 아래와 같이 분류된다.
l 수직형 탈기기 : 수직 원통형 탈기용 가열기가 저장 탱크 위에 설치되어 있다. 보통 보일러 급수 용량이 시간당 100톤 이하에서 사용된다.
l 수평형 탈기기 : 수평 원통형 탈기용 가열기가 저장 탱크 위에 설치되어 있다.보통 보일러 급수 용량이 시간당 100톤 이상에서 사용된다.
4. 탈기기의 구조
탈기기는 탈기용 가열기와 저장 탱크의 2 부분으로 구성되어 있다.
첫째단은 탈기기 내로 들어오는 용수의 입구와 균일한 분사 막을 형성시키는
분사 밸브 및 가열 스팀으로 가득찬 응축부로써 구성된다.
분사 밸브를 통해 탈기기 내로 들어온 용수는 주위에 가득차 있는 스팀 속으로 균일하게 분사되며
이때 용수와 스팀의 직접 접촉에 따라 곧 스팀의 잠열이 용수로 전달되게 된다.
용수의 온도는 스팀의 포화 온도의 약 2℉ 이내로 상승하게 된다.
따라서 거의 대부분의 용존 기체들이 이곳에서 분리된 기체들과 함께 대기로 방출된다.
둘째단은 용수와 스팀의 접촉 시간 및 면적을 크게 해주는
트레이 및 이들 트레이를 쌓을 수 있도록 해주는 트레이 벽판으로 구성된다.
첫째단에서 이미 가열되었고 거의 탈기된 상태의 용수는 트레이를 거치면서 지그재그식
운행을 하게 된다. 그리고 가열 스팀과 접촉하면서 나머지 용존 기체들을 제거한다.
이때 스팀은 약간만이 응축되며 대부분의 스팀은 탈기된 기체들을 이끌고 첫째 단의 응축부로 올라가게 된다. 이곳에서 스팀은 응축된다.
3. 증기터어빈
3.1 증기터어빈 개요
증기터어빈은 증기를 작동유체로 하는 열기관이며 압력 및 온도를 지닌 증기를 노즐속에서 팽창시켜 열에너지를 속도에너지로 바꾸고 이것을 회전날개에 충돌시켜 기계적 에너지로 변환하는 것으로서, 그 원리는 매우 단순하여 원활한 회전력을 얻을수가 있다. 이런 까닭에 동일한 원리로 광범위한 출력에 걸쳐 제작할 수 있고 그 이용가치가 모든산업을 통해 매우크다. 화학공업에 있어서도 발전용, 송풍기, 압축기, 펌프 따위의 회전기계 구동용으로서 널리 이용되고 있고 고속회전의 실적이 충분하여 안정된 원동기라고 할 수 있다. 화학공업 플랜트에 있어서 원동기를 전동기로 하느냐 증기터어빈으로 하느냐는 그 플랜트의 설비투자액, 운전경비 및 유지비를 고려하여 결정해야 하나 증기설비를 수반하는 플랜트에서는 될 수 있는한 그 증기를 활용한 터어빈을 채용하여 터어빈 중간단락으로 부터의 추기나 배기를 프로세스에 사용하는 것이 열 이용상 바람직하다.
터어빈으로부터의 배기를 프로세스에 사용하는 배압터빈으로 하느냐 배기를 복수기로 응축시켜 복수로 하느냐는 프로세스에 필요한 증기량과 송풍기, 펌프등의 피동기의 필요동력량과의 밸런스에 따라 결정된다. 프로세스 증기가 필요동력에 비해 큰 소위 증기형의 경우는 배압식으로 하여, 증기터어빈으로 동력을 발생시킨 다음의 증기를 프로세스에 이용하면 매우 높은 플랜트 열효율을 얻을수가 있다. 또 프로세스 증기의 필요량이 동력에 비해 적을 경우는 추기복수형으로 하여 프로세스 증기는 터어빈 중간단락에서 추기하여 사용하고 그 나머지 증기를 다시 후단 날개에 일을시켜 동력을 얻은 다음 복수기에서 응축시킨다. 증기터어빈이 모터구동기에 비해 다음과 같은 같은 장점이 있다.
1) 열역학적 장점
- 열에너지를 효율적으로 기계적 에너지로 변화시킨다.
- 높은 효율을 유지하면서 고출력을 얻을 수 있다.
- Turn-Down점에서도 효율이 높다.
- Extraction/Induction터바인을 이용하여 공장 증기 밸런스를 유지할 수 있다.
- 공정온도를 쉽게 조절할 수 있다.
2) 기계적 성질
- Govenor를 이용한 터어빈의 속도조절이 용이하다.
- 폭발위험등급의 제한을 받지 않는다.
- 변속기어가 없으므로 유지보수가 용이하다.
3) 운전상 장점
- 움직이는 부분이 제한되어 있으므로 정비비가 적게든다.
- 진동, 소음이 적다.
- 전원공급차단에 영향을 받지 않는다.
- 생산능력증감에 신축적으로 대응할 수 있다.
3.2 증기터어빈 종류
3.2.1 분류기준
분 류 기 준 | 증 기 터 어 빈 의 종 류 | ||
에너지 변환방식 압 력 단 수 증기의 흐름방향 말 단 압 력 저압부증기통로상태 유출입증기유동상태 차 실 의 수 차 실 의 배 열 구 동 방 식 설 치 방 식 | 충 동 터 어 빈 단 단 터 어 빈 축 류 터 어 빈 배 압 터 어 빈 단 류 배 기 단 류 터 어 빈 단 차 실 꼬 치 형 배 열 직 결 형 횡 형 | 반 동 터 어 빈 다 단 터 어 빈 복 류 터 어 빈 복 수 터 어 빈 2 차 류 배 기 추 기 터 어 빈 2 차 실 병 렬 배 열 간 접 식 종 형 | 혼 식 터 어 빈 반복유입 터어빈 다 분 류 배 기 혼 합 터 어 빈 3 차 실 |
3.2.2 에너지 변환 방식에 의한 분류
1) 충동터어빈(Impulse Turbine)
충동터어빈은 증기가 노즐에서 부분 팽창하는 것이며 팽창한 증기가 노즐로부터 고속으로 분출하여 동익에 뿜어지고 임펠러는 증기의 충동력에 의해 회전하는 것이다. 따라서 증기 압력강하의 대부분이 노즐에서 일어나고 동익을 흐르는 중에 매우 적은 압력강하가 있을 뿐이다. 증기가 노즐로부터 팽창 분출후 1회만 동익에 작동시키는 것을 라토우단(Rateau stage)이라 하고 2~3회로 나누어 2~3렬의 동익에 순차작용시키는 것을 커어디스단(Curtis stage)이라 한다. 라토우단 1 단의 터어빈을 단단터어빈(Single stage turbine), 라토우단을 수단 설치하고 증기압력을 서서히 팽창시키는 터어빈을 다단터어비(Multi-stage turbine)이라 한다. 충동터어빈의 주요한 특징은 반동터어빈에 비해 단수가 적고 회전날개내에서 압력이 저하되지 않으므로 증기류의 방향으로 추력을 발생하지 않는다. 주요 용도로는 소, 중, 대형의 모든분야에 널리 이용되고 있다.
2) 반동터어빈(Reaction Turbine)
반동터어빈은 노즐 또는 정익으로 그 단락의 약 50%를 팽창시켜 충동력을 얻고 그것을 날개에 작용시키는 동시에 증기가 동익을 통과할때도 남아있는 약 50%를 팽창시켜 동익에서 분출하는 증기의 반동력도 동시에 작용토록하여 임펠러를 회전시키는 것이며 모두 정익렬과 동익렬을 순차교대로 나란히 하여 다단으로서 사용된다. 반동터어빈은 충동터어빈에 비해 단수가 많으며 효율이 좋고(4~8%), 부하변동에 대해 충동터어빈 만큼 효율변화가 심하지 않으므로 주로 발전용 대형 터어빈에 사용된다.
3) 혼식터어빈
충동터어빈 및 반동터어빈의 각기 특성을 살려서 조합시킨 것이며 많이 사용되는 것은 반동터어빈의 제 1단에 커어티스단을 사용하는 것이다.
3.2.3 단수에 의한 분류
1) 단단터어빈
입구증기를 말단압력까지 1조의 노즐을 이용하여 팽창시키는 형의 터어빈이며 드래벌터어빈, 커어티스터어빈, 반복유입터어빈이 있다. 단단터어빈은 약 500KW미만의 소출력용에 많이 사용되며 주로 프로세스펌프구동용 및 Spare구동기로 많이 사용된다.
2) 다단터어빈
입구증기를 종압까지의 몇 단계로 하여 격판에 노즐을 배치한것이며 주로 고열낙차의 경우에 효율을 중점으로한 터어빈에 사용된다. 따라서 용도도 약 1000kW이상의 중대형에 주로 사용되며 대용량펌프, 압축기 및 발전기구동용으로로 많이 사용된다.
) 혼합터어빈
두종류이상의 압력증기를 하나의 터어빈에 도입하여 동력을 얻을 수 있도록 한 터어빈이다.
3.2.5 화학플랜트에 사용되는 증기터어빈의 종류
사용목적 | 증기터어빈의 종류 |
자가용발전 | 충동 및 혼식, 축류, 배압 및 복수, 단류 및 2 분류배기, 단류 및 추기, 단차실 및 2차실, 직결형, 횡형이 일반적이다. 출력 3,000~100,000kW, 증기압력 40~150kg/cm2G, 증기온도 400~538℃ 범위의 것이 비교적 많다. |
원심압축기구동용 | 충동, 다단, 축류, 배압 및 복수, 단류배기, 단류 및 추기, 단차실, 직결형, 횡형이 일반적이다. 출력 500~20,000kW, 회전수 5,000~15,000rpm, 증기압력 10~100kgcm2G, 증기온도 250~510℃ 범위의 것이 비교적 많다. |
프로세스펌프구동용 | 충동, 단단 및 다단, 축류, 복류 및 반복유입, 배압 및 복수, 단류배기, 단류 및 추기, 단차실, 직결 및 간접형, 횡형 및 종형이 일반적이다. 출력 10~3000kW, 증기압력 5~63kg/cm2G, 증기포화온도~500℃ 범위의 것이 비교적 많다. |
기타(팬, 블로어, 용적형압축기, 용적형펌프등)구동용 | 프로세스펌프구동용터어빈과 거의 같은 종류의 것이 쓰인다. 출력 10~3000kW, 증기압력 5~63kg/cm2G, 증기포화온도~500℃ 범위의 것이 비교적 많다. |
3.3 증기터어빈의 부속기기
1) 과부하밸브
증기터어빈은 보통 최저증기조건, 최고배압에서 정격출력이 발생될 수 있도록 해야한다. 따라서 정격증기조건, 배압에서는 정격출력이 발생되지만 여기에 과부하밸브를 설치하여 상기의 최저증기조건, 최고배압에도 정격출력이 발생할수 있도록 설계한다. 상용의 증기조건, 배압시의 과부하밸브를 열면 정력출력이상의 출력을 발생하게 된다.보통 최저증기조건, 최고배압등의 지정이 없는 경우에는 과부하밸브에 의한 출력증가는 정격증기조건, 배압하에서 약 10%정도이지만 단단터어빈에서는 10~100%정도까지도 출력증가가 가능하다.
2) 급유장치
베어링윤활 및 제어유등에 압력유가 필요한 경우에 급유장치가 필요하게되며 이것은 기름탱크, 기름펌프, 기름냉각기, 기름스트레이너, 유압조절밸브, 유온조절밸브, 기름가열기, 기름청정기등으로 구성되어 있다.
3) 자동기동장치
주로 프로세스펌프용 또는 Stand-by터어빈에서 정전시나 기타의 사고등에 의해 터어빈을 자동적으로 기동시킬 필요가 있는 경우에 이 장치를 부설한다. 이 장치는 검출부, 증기밸브 조작부, 증기관드레인분리장치, 배기역지밸브, 가열밸브등으로 구성되어 있다. 보통 자동기동은 비교적 소출력의 터어빈에 그 수요가 많으며 기동시간은 5~10초전후로 하는 경우가 많으나 기동시간에 대해서는 피구동기와의 관계도 있어서 가변조정할 수 있도록 한다.
4) 그랜드증기처리장치
축이 케이싱을 관통하는 부분에서 증기가 외부로 새든가(배압터어빈) 반대로 외기를 케이싱내로 흡인하거나(복수터어빈)하는 것을 방지하기 위해 보통 래버린스패킹 또는 카아본패킹을 사용하지만 배기증기 또는 시일링증기가 외부로 새면 이것이 기름에 혼입되므로 최외단부분에서 그랜드이젝트, 그랜드Exhaust Fan 또는 Water이젝터등에 의해 누설증기를 흡인하여 그랜드콘덴서에 의해 복수시키든가 대기방출하는등의 처리를 한다. (아래그림참조)
5) 감속장치
증기터어빈은 고속회전하는 것이 효율상 유리하나 구동기는 회전수가 다른요소에 의해 결정되어있는 경우가 많으므로 터어빈과 피구동기사이에 감속장치를 개입시키게 된다. 감속장치에는 기어식, 체인식, 벨트식등이 있으며 기어식감속장치가 가장많이 사용된다. 기어식에는 평행축형과 유성기어형이 있으며 각기 형에는 다시 감속비에 따라 1단, 2단, 3단감속등의 형이 있다. 1단감속기에서의 최대감속비는 평형축형에서 약 8, 유성기어형에서 약 11정도이다.
6) 터어닝장치
특히 대형다단고온고압터어빈에서는 설치시의 센터링, 기동시의 균일가열 및 정지시의 균일냉각등을 목적으로 하여 터어닝장치를 부설하는 경우가 많다. 터어닝장치에는 수동래치트핸들식, 전동감속식 및 유압터어닝식등이 있으며 모두가 운전중에는 완전히 회전체에서 떼내는 구조로 되어있다.
7) 복수기
복수터어빈의 최종단회전날개에서 방출되는 증기를 냉각시켜 복수하는 장치이며 복수기내압력 즉 터어빈의 배압을 낮추는것과 복수를 회수하는 두가지를 목적으로한다. 복수기의 종류에는 표면식복수기, 바로메트릭콘덴서, 이젝터콘덴서등이 있으며 표면식복수기가 가장 많이 사용되고 있다.
8) 공기추출기, 복수펌프, 순환펌프
가) 공기추출기 : 복수기중에 흡입된 공기를 추출하기위해 공기추출기가 사용되고 있으며 여기에는 왕복식펌프, 회전식펌프, 이젝터등이 사용 되고 있다.
나) 복수펌프 : 복수기내의 복수를 흡인하여 소정의 압력까지 승압시키기위한 펌프 로서 수량의 변화에 대해 캐비테이션성능이 안정된 펌프라야한다. 따라서 단흡 입원심펌프나 종형피트식 펌프가 사용되며 NPSH에는 특히 주의하여 설치해야 한다. NPSH를 소정의 높이로 유지하기위해 복수기의 액면제어를 행하여야 하 며 보통 케비케이숀콘트롤방식 또는 액면조절계 및 제어 밸브를 복수펌프토출 측에 부착하여야 한다.
다) 순환펌프 : 복수기용냉각수펌프로서 송수량이 많고 저양정의 것이 사용된다. 부 하의 변동이 많은 경우에는 부하변화에 따라 회전수변경을 행하면 동력이 절약 된다.
9) 신축이음
터어빈의 증기입구 및 출구에 각각 배관이 행해지지만 터어빈의 기동시, 운전중, 정지시등에 각각 터어빈자체는 물론이고 배관계통도 각각 온도분포가 크게 변화하므로 열에의한 팽창, 수축등에 따른 각부의 변위가 발생하고 이것이 원인이 되어 심한 왜곡, 열응력에의한 파손, 진동등의 사고가 발생하는경우가 많다. 이같은 사고를 막기위해 배관계통의 일부에 신축이음을 넣어서 터어빈에 걸리는 외력을 허용치이하로 하고 변위는 신축이음에 흡수시켜 터어빈을 외력에서 보호한다. 또 신축이음을 사용하지 않는경우에는 배관계통의 변형으로 인해 발생되는 응력이 허용치 이하가 되도록 배관을 구성한다. 신축이음에는 밸런스형과 언밸런스형의 두종류가 있으며 언밸런스형은 내압에 의해 발생하는 신축방향의 큰 힘이 터어빈에 직접 작용하므로 이같은 힘은 보통 터어빈으로서는 감당할 수가 없으므로 부착방법의 선정시 충분한 주의가 필요하다.
10) 드레인분리장치
증기입구라인의 드레인은 터어빈의 사고와 관계되므로 분리기, 드레인트랩을 입구증기조건 및 배관요령에 따라 부착하여야 한다. 특히 포화증기터어빈 또는 자동기동을 하는 터어빈에서는 드레인분리는 가장 중요한 사항이다.
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