KR100582168B1 - 냉각수 침적도 측정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉각수의 침적도를 측정하는 장치에 관한 것으로서, 냉각수 순환펌프(60)로 냉각수조(61) 내의 냉각수를 냉각수 순환관(40)으로 순환공급하는 공장냉각수 순환장치에 있어서, 상기 냉각수 순환관(40) 내에 부식시편 배관(35)을 삽입 설치함과 더불어 부식시편 배관(35) 내에 오일열매체 순환관(81)을 삽입 설치하고, 상기 오일열매체 순환관(81)의 오일출구측에 오일 냉각기(84)를 통해 오일 저장조(85)를 연결하며, 상기 오일 저장조(85)에다 오일순환펌프(86)와 유량제어밸브 (87) 및 오일유량계(88)를 차례로 거쳐 오일중탕조(80)를 연결함과 더불어 상기 오일중탕조(80)에 오일열매체 순환관(81)의 오일입구측을 연결한 구성으로 공장냉각수 의 수질조건에 따른 부식도 및 침적도 거동을 보다 정확하게 육안관찰 할 수 있을 뿐만 아니라 균일한 온도조건을 유지하는 특징에 따라 기존의 상용화 시스템 대비 부식도 및 청결도를 온라인(On-Line) 상태에서 간편 신속하게 측정할 수 있는 장점이 있는 것이다.
공장냉각수, 침적도, 수질조건, 스케일장해, 슬라임장해.

Description

냉각수 침적도 측정장치 {Deposit test apparatus of cooling water}
도 1 은 종래 일반적인 부식도 및 침적도 측정에 사용되는 쿠폰(Coupon) 장
치의 구성도,
도 2 는 종래 열교환기 모사 침적도 모니터링 장치의 개략구성도,
도 3 은 본 발명 냉각수 침적도 측정장치의 구성도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 공장냉각수 배관 10 : 쿠폰랙(coupon rack)
11 : 시험시편 12 : 유량계
20 : Dats 침적도측정장치 21 : 입구블록
22 : 입구온도센서 23 : 히터블록
24 : 히터블록 온도센서 25,35 : 부식시편 배관
30 : 전기카트리지 히터형 침적도 측정장치
31 : 카트리지 히터 40 : 냉각수 순환관
51 : 냉각수 입구측 온도센서 52 : 냉각수 출구측 온도센서
53 : 히터표면 온도센서 54 : 부식시편 배관표면 온도센서
60 : 냉각수 순환펌프 61 : 냉각수조
70 : 오일카트리지 히터형 침적도 측정장치
80 : 오일중탕조 81 : 오일 열매체 순환관
82 : 오일 입구측 온도센서 83 : 오일 출구측 온도센서
84 : 오일냉각기 85 : 오일 저장조
86 : 오일순환펌프 87 : 유량밸브
88 : 오일유량계 89 : 온도계
본 발명은 냉각수의 침적도를 측정하는 장치에 관한 것으로서, 특히 냉각수의 수질조건에 따른 공장냉각수 처리설비의 배관내 부식 및 침적물의 생성을 모니터링하면서 부식 및 침적도를 연속측정 분석하는데 적합한 냉각수 침적도 측정장치에 관한 것이다.
일반적으로 냉각을 주용도로 하는 공업용수는 값이 저렴하고 냉각효율이 양호하며 손쉽게 구할 수 있기 때문에 대부분의 산업분야에서 공정설비 냉각을 위한 수단으로 냉각수가 이용되고 있다.
그러나 급속한 산업화와 도시화는 급격한 용수 수요의 증대를 가져와 급기야 공업용수의 부족현상을 초래하게 되면서 재순환 사용량이 점차 증대되기에 이르렀다. 이러한 용수부족 및 재순환 사용량의 증대는 냉각수의 급격한 수질저하를 가져오게 하였으며, 공장냉각수계에 있어서 1)부식장해, 2)스케일장해, 그리고 3)미생물에 의한 슬라임장해를 유발하여 설비의 정상가동을 어렵게 하는 문제점을 야기 시키고 있다.
냉각수 부식 및 스케일과 관련된 문제점은 일반적으로 여러가지 물리화학적 인자들에 의해 일어나는 바, 이를 모니터링하는 기술로는 도 1에서 나타낸 바와 같이 일반적으로 공장냉각수 배관(1) 라인상에 쿠폰랙(10 ; coupon rack)과 시험시편 (11) 및 유량계(12)를 구비한 배관재질의 쿠폰을 설치하고, 1~3개월 주기로 설치전후 시험시편(11)의 무게변화로부터 냉각수 부식 및 침적정도를 평가하여 설비관리에 주로 활용하고 있다. 시험시편(11)인 쿠폰에 의한 부식 및 침적도의 평가는 기본적으로 일정시간 동안 냉각수 흐름중에 쿠폰 시험시편(11)을 고정시킨 후, 일정기간 경과후 꺼내어 시험시편(11)의 외관 관찰을 통해 침적거동을 확인하게 되며, 또한 이를 세척후 무게변화를 평량하므로서 평균부식도를 결정하는데 사용하고 있다. 그리고 시험시편(11) 표면의 부식형상을 현미경으로 관찰 수질의 부식성향을 평가할 수 있다. 그러나 이러한 쿠폰에 의한 부식 및 침적도 평가에는 장기간의 시간이 필요하므로 오랜시간중 수질조건이 수없이 변할 수 있는 문제가 있다. 그리고 이를 대체한 방법으로는 통상 냉각수에서 부식이 발생되는 경우 전기화학적 반응이 수반되면서 전류의 흐름이 발생하게 되는 바, 이 전류의 흐름을 간접적인 방법으로 측정함으로써 부식속도를 측정하여 계산하는 측정방법이 상용화되어 활용되고, 주로 현장에 설치된 평균부식도를 측정하기 위해 활용된 쿠폰 시험시편의 대체용도로 사용되고 있다.
공장냉각수 배관내에 침적(deposits) 가능성이 있는 물질들은 냉각수 원수중에 용해되어 있거나 부유상태의 무기물질 뿐만 아니라 조업과정에서 부식에 의하여 계내에 생성된 산화물이나 먼지, 수용성 가스등과 같은 불순물을 포함한 공기에의 노출에 의한 불순물의 흡수, 그밖에 조업과정에서 오일과 같은 공정상의 오염 등 여러가지 원인에 의해 금속표면에 침전 고착되는 스케일과 미생물 점액에 의한 파울링으로 나눌 수 있다.
이러한 침적물들은 칼슘이나 마그네슘과 같은 용존이온들은 온도, pH 등과 같은 수질조건에 따라 석출되어 배관표면에 난용성염을 형성하여 부착되면서 절연효과로 냉각효율을 떨어 뜨리거나 관로 축소에 따라 내부압력상승, 유량저하 등의 장애를 일으킬 수 있다. 이러한 스케일 또는 파울링에 기인한 설비장애를 사전에 모니터링 하여 대비하는 것은 냉각수 수질관리에 있어서 중요한 과제로 인식되고 있다.
따라서 침적물로 인한 설비장애의 모니터링을 위한 기술로서 열교환기 시험배관을 대상으로 많은 연구자들에 의해 여러가지 시스템이 제안되어 왔으며, 도 2a에 표시된 Bridger Scientic사의 상용화 "Dats deposit monitoring 시스템"을 이용한 방법의 경우 냉각수 부식시편 배관(25) 외부에다 히팅블록(23)을 설치하여 일정열량의 전기에너지로 가열하면서 입구블록(21)에 설치한 입구온도센서(22)로 측정한 냉각수 부식시편 배관(25) 외벽 오염전후의 초기 냉각수온도와 일정면적의 배관면에 일정 열량의 에너지를 가하여 가열하면서 나타나는 튜브내벽과 외벽사이의 온도차로부터 계산한 총괄 열전달계수(HTR total) 값을 설계 열전달계수(Udesign)에 대한 효율로서 청결도(Cleanliness)를 정의하여 모니터링에 활용하고 있다.
HTRtotal = A(Tblock - Twater)Heat
여기서 HTRtotal = 총괄 열전달저항, [Watt/m2 - ℃]-1
A = 튜브 외표면적[m2]
Tblock = 히터블록온도[℃]
Twater = 냉각수 온도[℃]
Heat = 가열열량[Watts]
Fouled HTR (HTRfouled) = (1/Udesign) + DATSTMHTR
Ufouled = 1 / HTRfouled
% 청결도(Cleanliness) = Ufouled/Udesign ×100
그러나 Dats 침적도 모니터링 시스템의 경우 시스템자체의 열손실을 최소화하여 공급된 전기에너지를 순수하게 냉각수로 전달시키는 관점에서는 상당한 잇점을 갖고 있으나, 시험시편에 대한 침적과정의 육안관찰이 불가능하고 냉각수 부식시편 배관(25) 또한 해체가 어렵우며, 시험전후 시험시편의 상태를 판단하기가 어려운 단점으로 분석결과의 신뢰성을 확인하기가 용이하지 않은 문제점을 가지고 있다.
이러한 문제점을 해소하기 위한 방안으로 또 다른 형태의 전기카트리지 히터형 모니터링시스템(30)은 도 2b에 도시한 바와 같이 Dats 침적도 모니터링 시스템 과는 달리 냉각수를 부식시편 배관(35)과 그 외부에 유리재질의 냉각수 순환관(40)을 설치한 2중관형으로 냉각수를 부식시편 배관(35) 외부로 흘려보내면서 부식시편 배관(35) 내부에서 카트리지 히트(31 ; cartridge heater)를 이용 일정온도로 가열하여 가열상태를 유지시킨 상태로 부식시편 배관935) 외표면상에 냉각수중 함유된 염화합물의 석출, 침적 또는 부식상태를 관찰하면서 일정한 전기에너지를 공급하여 침적물(deposit)의 생성으로 인한 단열효과에 기인하여 나타나는 입출구 온도변화를 측정하여 Dats시스템과 같은 원리하에 침적물 생성전후의 총괄 열전달계수값을 구하여 그 비로서 청결도(Cleanliness)를 구하도록 설계된 시스템이다.
그러나 본 시스템의 경우 외열식 블록형을 채택 국부가열 방식을 채택한 Dat s 시스템과는 달리 부식시편 배관(35) 내부에 카트리지 히터(31)를 설치하여 부식시편 배관(35) 접촉면적상의 냉각수를 간접가열하는 방식을 채택하고 있는 바, 카트리지 히터(31)에 의해 길이방향으로 부식시편 배관(35)에 일정한 발열량을 갖도록 설계하는 것이 불가능하여 입출구면에서 일정한 온도차를 갖게 되는 단점을 가지고 있으며, 또한 전기 카트리지 히터(31)와 부식시편 배관(35) 사이 간격의 발생은 이 틈새 및 접촉 플랜지(Flange)를 통한 열손실로 총괄 전열계산에 사용되는 전열량의 일부분이 냉각수로 전달되지 못하는 문제점 또한 갖고 있다.
본 발명은 상기한 실정을 감안하여 종래 냉각수 침적도 측정장치가 갖는 각종 문제점들을 해결하고자 안출한 것으로서 냉각수계에 있어서 부식 또는 침적도를 연속적으로 분석하는 열교환기형 모니터링장치에 있어서, 부식도 및 침적도( deposit)를 측정하는 과정중 장착된 부식시편 배관을 열교환과정에서 육안관찰하면서, 보다 정확하게 청결도를 측정하기 위하여 전기 카트리지 히터 대신에 오일중탕조에서 일정온도로 예열한 고온의 광물상 오일을 부식시편 배관 내부의 오일열매체 순환관으로 순환 공급함으로서 냉각수와 접촉하는 부식시편 배관 외표면상을 통해 균일한 열량공급이 가능하도록 하는 냉각수 침적도 측정장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 냉각수 침적도 측정장치는 냉각수 순환펌프(60)로 냉각수조(61) 내의 냉각수를 냉각수 순환관(40)으로 순환공급하는 공장냉각수 순환장치에 있어서, 상기 냉각수 순환관(40) 내에 부식시편 배관(35)을 삽입 설치함과 더불어 부식시편 배관(35) 내에 오일열매체 순환관(81)을 삽입 설치하고, 상기 오일열매체 순환관(81)의 오일출구측에 오일 냉각기(84)를 통해 오일 저장조(85)를 연결하며, 상기 오일 저장조(85)에다 오일순환펌프(86)와 유량제어밸브(87) 및 오일유량계(88)를 차례로 거쳐 오일중탕조(80)를 연결함과 더불어 상기 오일중탕(80)에 오일열매체 순환관(81)의 오일입구측을 연결하여 구성된 것을 특징으로 한다.
미설명부호 53은 히터표면 온도센서, 54는 부식시편 배관표면 온도센서, 82는 오일 입구측 온도센서, 83은 오일 출구측 온도센서, 89는 온도계를 각각 나타낸다.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명 냉각수 침적도 측정장치의 작용을 상세하 게 설명한다.
도 3은 본 발명 냉각수 침적도 측정장치의 구성도로서, 도 2b에 나타낸 전기카트리지 히터형 침적도 모니터링 시스템(30)에서 전기 카트리지 히터(31) 특성상 가지는 길이방향 발열량의 균일화와 냉각수 부식시편 배관(35) 표면온도 측정상의 오차등을 해소하고자 전기 카트리지 히터(31) 대신에 오일열매체 순환관(81)을 대체 설치함으로서 오일열매체 순환관(81)으로 오일을 순환시켜 오일순환 특성에 따른 온도균일 특성에 따라 냉각수 부식시편 배관(35) 표면의 길이방향 온도편차를 최소화시킬 수 있다.
따라서 냉각수 수질특성으로서 부식시편 배관(35) 표면상에 고온석출물의 석출 및 부식시편 배관(35)의 표면상 육안관찰을 통해서도 어느정도 부식거동을 확인할 수 있으며, 부식시편 배관(35)을 시스템으로부터 분리한 후 무게를 평량하게 되면, 측정기간동안의 평균부식도 및 침적율을 또한 평가할 수 있는 바, 따라서 부식시편 배관(35)은 도 1상의 쿠폰의 역할 또한 수행할 수 있다.
그러므로 통상 냉각수 수질모니터링 부식시편 배관(35)을 오일카트리지 히터형 침적도 측정장치(70)에 장착한 후, 냉각수를 순환펌프(60)를 사용 순환시켜 오일카트리지 히터형 침적도 측정장치(70)상의 냉각수 순환관(40)으로 순환 공급함과 더불어 오일 또한 오일순환펌프(86)를 사용하여 오일저장조(85)로부터 오일중탕조( 80)로 수송 공급하면서 일정온도까지 급속 승온하여 냉각수 부식시편배관(35) 내부에 장착된 오일 열매체 순환관(81)에 일정한 온도조건으로 연속적으로 순환공급하게 된다. 이때 오일의 온도는 특정 열량을 갖도록 오일중탕조(80)에서 사전에 설 정한 수치까지 승온하게 되고, 부식시편 배관(35) 순환과정에서의 온도저하를 억제하기 위하여 오일유량계(88) 및 유량제어밸브(87)를 연동시켜 결정한 유속으로 오일을 순환시키므로서 냉각수 부식시편 배관(35)내 오일열매체 순환관(81) 내에서의 온도편차를 최소화 시킬 수 있어 보다 정확한 침적도(deposit ratio)를 시험을 통해 연속적으로 얻을 수 있다.
상기한 바와 같이 작용하는 본 발명 냉각수 침적도 측정장치는 공장냉각수 의 수질조건에 따른 부식도 및 침적도 거동을 보다 정확하게 육안관찰 할 수 있을 뿐만 아니라 균일한 온도조건을 유지하는 특징에 따라 기존의 상용화 시스템 대비 부식도 및 청결도를 온라인(On-Line) 상태에서 간편 신속하게 측정할 수 있는 장점이 있다.

Claims (1)

  1. 냉각수 순환펌프(60)로 냉각수조(61) 내의 냉각수를 냉각수 순환관(40)으로 순환공급하는 공장냉각수 순환장치에 있어서,
    상기 냉각수 순환관(40) 내에 상기 부식시편 배관(35)을 삽입 설치함과 더불어 상기 부식시편 배관(35)내에 오일열매체 순환관(81)을 삽입 설치하고,
    상기 오일열매체 순환관(81)의 오일출구측에 오일 냉각기(84)가 연결되고,
    상기 오일 냉각기(84)에는 오일 저장조(85)가 연결되며,
    상기 오일 저장조(85)에는 오일열매체를 순환시키기 위한 오일순환 펌프(86)가 연결되고,
    상기 오일순환 펌프(86)에는 상기 오일 저장조(85)의 유량을 제어하기 위한 유량제어 밸브(87)가 연결되며,
    상기 유량제어 밸브(87)에는 상기 오일 저장조(85)의 유량측정을 위한 오일유량계(88)가 연결되고,
    상기 오일유량계(88)는 오일중탕조(80)에 연결되며,
    상기 오일중탕조(80)는 오일열매체 순환관(81)의 오일입구측에 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 냉각수 침적도 측정장치.
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