화력 발전소의 스팀 드레인 유량 산출 방법{Method for Yielding Flow Rate of Steam Drain in Power Plant}
본 발명은 화력 발전소의 스팀 드레인의 유량(flow rate) 산출 방법에 관한 것으로, 특히 스팀 드레인 관 끝에서 음속으로 플래시 탱크(Flash Tank)로 유출되는 스팀의 유량을 자동으로 산출하는 방법에 관한 것이다. 일반적으로, 관 내에서 압축성 유체의 최대 속도는 압력파 전도 속도에 의하여 제한된다. 유체가 균일 단면의 관에서 하류측으로 진행함에 따라 압력은 감소하고 속도는 증가하기 때문에 최대 속도는 관의 하류측 말단부분에서 발생한다. 만약, 압력강하가 충분히 크다면 출구 속도는 음속에 도달한다. 출구압력이 더욱 감소하더라도 상류측에서는 감지되지 않으며 그 이유는 압력파가 단지 음속으로만 진행할 뿐이며 상류측으로는 결코 전달될 수 없기 때문이다. 최대 유량이 도달된 후 출구압력의 감소로 인해 얻어진 과잉의 압력강하가 관의 말단을 지나서 발생한다. 이 압력은 충격파와 분출 유체의 와류에 흡수된다. 관 내에서의 최대가능속도는 음속이며 다음과 같이 표현된다.
여기서, 는 정적 비열에 대한 정압 비열의 비이며 대부분의 2원자 가스에 대해서는 1.4이다. 상기 속도는 압력 강하가 충분히 클 경우 출구측 끝단에서 발생하거나 축소된 부분에서 발생한다. 압력, 온도 및 비체적은 당해 지점에서 발생한 값들이다. 압축성 유체가 균일 단면의 짧은 관의 말단으로부터 더 넓은 단면의 관으로 방출될 경우, 흐름은 보통 단열적이라고 고려된다. 이러한 가정은 공기를 대기로 방출하는 직경 130, 길이 220의 관에 대한 실험 자료에 의해 지지된다. 단열 흐름의 완전한 이론적 분석에 대한 탐구는 보정 계수의 확립으로 유도되며 이 계수는 이러한 상태의 흐름에 대한 Darcy 방정식에 적용된다. 이 보정 계수는 유체의 팽창으로 인한 상태 변화에 대하여 보상하는 것이기 때문에 순팽창 계수 Y로서 구별된다. Y 계수를 포함한 Darcy 방정식은 아래의 수학식과 같다.
(kg/sec)
(kg/hr) 여기서, Y는 팽창계수, K는 저항계수, V는 비체적이다. 상기 Y 값을 결정하기 위해 사용되는 ΔP/P 1 '에서 압력 강하 ΔP는 입구 압력과 손실된 단면에서의 압력과의 차이를 측정한 값이다. 압축성 유체를 대기로 방출하는 계통에 있어서, 이 ΔP는 입구 게이지 압력이나 절대입구 압력과 대기압과의 차와 같다. 상기 ΔP값은 또한 Y 계수가 포함된 저항 계수 K에 의해 정의된 한계 이내에 속할 때는 언제나 상기 식이 이용된다. 상기 ΔP/P 1 '가 저항 계수 K의 제한 값을 초과할 경우 Y 및 ΔP의 제한 값을 상기 Y 계수를 포함한 Darcy 방정식에 적용하여야 한다. [참고 : Flow of Fluids through valves, fittings, and pipe - Crane] 전술한 바와 같이, 종래에는 유입 압력, 유입 온도, 유입 비체적, 유출 압력, 파이프, 밸브 및 피팅 데이터를 이용하여 유체의 팽창 계수(Y), 저항계수(K), 비체적(V) 등을 구한 다음, 이를 Darcy 방정식에 적용하여 스팀 드레인의 유량을 수계산하였다. 따라서, 수계산으로 인해 오류가 발생할 가능성이 많고 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 그 목적은, 종래 수계산하였던 스팀 드레인의 유량을 유량 산출 프로그램을 이용하여 자동으로 계산하여 출력함으로써, 유량 산출에 소요되는 시간이 감소하고 정확도는 증가시키는데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유량 산출 시스템의 개략적인 구성 블록도. 도 2는 본 발명에 따른 스팀 드레인의 유량 산출 절차를 나타내는 순서도. * 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 * 10 : 유량 산출 시스템 11 : 정보 입력부 12 : 유량 산출부 13 : 정보 출력부 14 : 제어부
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 스팀 드레인의 초기 설계 정보인 파이프 유입 압력, 파이프 사이즈, 파이프 길이, 밸브 및 피팅 데이터를 입력받는 단계와; 상기 설계 정보를 이용하여 밸브 및 피팅의 마찰 계수, 내경, 프릭션 팩터, 비체적을 산출하는 단계와; 상기 산출된 값을 이용하여 정적 비열에 대한 정압 비열의 비와 리미팅 팩터를 계산하는 단계와; 상기 계산 결과를 이용하여 유속 및 파이프 유출 압력을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스팀 드레인의 유량 산출 방법을 제공하는데 있다. 본 발명의 스팀 드레인의 유량 산출 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 유량 산출에 필요한 데이터, 즉 초기 설계 정보인 유입 압력, 파이프 사이즈, 파이프 길이, 밸브 및 피팅 정보를 입력받는 정보 입력부(11)와 상기 입력된 정보를 기반으로 스팀 드레인의 유량을 산출하는 유량 산출부(12), 산출된 유량 정보를 출력하는 정보 출력부(13) 및 상기 정보 입력부(11)를 통해 입력되는 유량 산출에 필요한 정보를 상기 유량 산출부(12)에 입력하여 유량을 산출토록 하고, 산출된 스팀 드레인의 유량을 정보 출력부(13)를 통해 출력시키는 제어부(14)로 구성된다. 상기와 같이 구성되는 스팀 드레인의 유량 산출 시스템의 동작을 첨부한 도면 도 2를 참조하여 설명하면, 시스템(10)의 제어부(14)는 정보 입력부(11)를 통해 스팀 드레인의 초기 설계 정보인 파이프 유입 압력, 파이프 사이즈, 파이프 길이, 밸브 및 피팅 데이터가 입력되면(S1), 상기 입력된 정보를 유량 산출부(12)로 전달하여 유량 산출부(12)를 통해 밸브 및 피팅의 K(마찰 계수), d(Internal diameter), f T (friction factor), V(specific volume) 등을 산출한다(S2). 그리고, 제어부(14)는 유량 산출부(12)를 통해 (Isentropic Exponent), 상기 K에 대한 리미팅 팩터(Limiting Factor)를 계산한 다음(S3), 상기 계산 값들을 상기 수학식 2 또는 수학식 3에 적용하여 유량 및 파이프 유출 압력을 계산하여 정보 출력부(13)를 통해 출력한다(S4). 또한, 본 발명에 따른 실시 예는 상술한 것으로 한정되지 않고, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 범위 내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.
이상과 같이, 본 기술은 종래 수계산하였던 스팀 드레인의 유량을 유량 산출 프로그램을 이용하여 자동으로 계산하여 출력함으로써, 유량 산출에 소요되는 시간이 감소하고 정확도는 증가하는 효과가 있다. |
