KR102463504B1 - 원전 습분분리재열기의 종단온도차 보정 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원자력발전소의 습분분리재열기에서 설계조건과 시험조건 사이의 종단온도차를 보정하는 방법에 관한 것이다. 상기 원자력발전소의 습분분리재열기(재열기)에서 설계조건(설계시 운전조건) 재열기 TTD(종단온도차)를 시험조건(실제 운전조건)에서 예상되는 TTD로 보정하는 방법은, 재열기 설계조건에서, 증기표를 통해 계산된 가열증기 압력에서의 포화온도에서 사이클증기 출구 온도를 뺀 값으로부터 설계 TTD를 구하는 단계; 재열기 시험조건에서, 증기표를 통해 계산된 가열증기 압력에서의 포화온도에서 사이클증기 출구 온도를 뺀 값으로부터 측정 TTD를 구하는 단계; 재열기 시험조건에서, 증기표를 통해 계산된 가열증기 압력에서의 포화온도에서 상기 예상되는 재열기 출구 사이클증기 온도를 뺀 값으로부터 예상 TTD를 구하는 단계; 상기 예상 TTD와 상기 측정 TTD를 비교하여 재열기 열교환 성능을 평가하는단계; 를 포함하는 설계조건 재열기 TTD를 시험조건에서 예상되는 TTD로 보정한다.
이러한 구성에 따르면, 설계기준 열교환 성능을 가진 재열기가 시험조건에서 운전되는 경우 예상되는 TTD를 분석하여 이를 시험조건 TTD와 직접 비교하거나, 또는 실제 운전 중인 재열기가 설계조건에서 운전되는 경우 예상되는 TTD를 분석하여 이를 설계조건 TTD와 직접 비교하는 방식으로 재열기 열성능을 평가함으로써, 원자력발전소의 운전조건이 변하더라도 동일한 기준 대비 편차를 확인하게 되므로 일관성 있는 열성능 평가가 가능한 원전 습분분리재열기의 종단온도차 보정 방법을 제공할 수 있다.
이러한 구성에 따르면, 설계기준 열교환 성능을 가진 재열기가 시험조건에서 운전되는 경우 예상되는 TTD를 분석하여 이를 시험조건 TTD와 직접 비교하거나, 또는 실제 운전 중인 재열기가 설계조건에서 운전되는 경우 예상되는 TTD를 분석하여 이를 설계조건 TTD와 직접 비교하는 방식으로 재열기 열성능을 평가함으로써, 원자력발전소의 운전조건이 변하더라도 동일한 기준 대비 편차를 확인하게 되므로 일관성 있는 열성능 평가가 가능한 원전 습분분리재열기의 종단온도차 보정 방법을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 원자력발전소의 습분분리재열기에서 설계조건과 시험조건 사이의 종단온도차를 보정하는 방법에 관한 것이다.
원자력발전소에서 사용되는 습분분리재열기(Moisture Seperator Reheater, MSR)는 고압터빈 출구에서 배기되는 사이클증기의 습분을 분리하여 배수하고, 고압터빈 입구 주증기 및 고압터빈 추기증기를 이용하여 사이클증기를 습증기(Wet Steam)에서 과열증기(Superheated Steam)로 가열하여 저압터빈으로 공급함으로써, 저압터빈의 가용에너지를 증가시키고 습분 침식으로부터 저압터빈 증기유로를 보호하기 위해 설치된다.
도 1은 일반적인 습분분리재열기의 구조를 설명하는 도면이다. 도 2는 저압 재열기 성능보정곡선의 예시를 나타내는 도면이다.
습분분리재열기는 일반적으로 습분분리기, 저압 재열기 및 고압 재열기로 구성된다. 발전소 성능시험은 시험대상 기기의 성능이 설계 성능을 만족하는지 여부를 평가하는 것으로서, 일반적으로 습분분리재열기의 성능을 확인하기 위한 성능시험 규격으로는 ASME PTC 12.4 Moisture Separator Reheaters를 사용한다.
ASME PTC 12.4는 시험조건(실제 운전조건)에서 성능지표를 계산하는 방법과, 계산된 시험조건 성능지표를 설계조건(설계시 운전조건) 성능지표와 비교한 후 그 편차가 발전소 전기출력 변화에 미치는 영향을 평가하는 기술적 지침을 제공한다.
ASME PTC 12.4의 5.3.4항(Adjustment of TTD Reference Values)에 따르면, 설계조건 재열기 TTD(Terminal Temperature Difference, 종단온도차)는 가열증기의 유량 및 재열기 입구 가열증기 압력, 사이클증기의 유량 및 재열기 입구 사이클증기 압력, 재열기 입구 사이클증기의 습분함량 등의 운전변수에 따라 변하는 값이므로, 재열기의 운전조건에 따라 설계조건 재열기 TTD를 조정해야 하거나 또는 설계조건 재열기 TTD를 시험조건에 대해 조정 없이 그대로 성능 평가에 적용하기 위해 재열기의 시험조건 허용범위를 설정하는 것도 가능하다는 지침을 제공하고 있다. TTD는 값이 감소할수록 열교환 성능이 향상된다는 것을 의미한다.
그러나, ASME PTC 12.4에는 시험조건 재열기 TTD를 설계조건으로 보정하거나 설계조건 재열기 TTD를 시험조건으로 보정하여 시험 대상 습분분리재열기의 설계 성능 만족여부를 판단할 수 있는 방법론에 대해서는 기술하고 있지 않다.
만약, 시험대상 기기의 실제 운전조건에서 성능을 구하고, 이를 설계 성능과 직접 비교할 경우 결과 평가에 오류가 발생할 수 있다. 예를 들어, 시험대상 기기의 설계조건이 원자로열출력 100%라고 할 때, 시험조건이 원자로열출력 95%인 경우, 이 때 구한 시험 성능을 설계 성능과 직접 비교한다면, 이는 원자로열출력 5%에 대한 평가 오류를 발생시킨다. 그러므로 이러한 오류를 방지하기 위해 시험대상 기기의 시험 성능을 설계조건과 동일한 수준으로 보정하거나 반대로 설계 성능을 시험조건으로 보정하는 과정이 필요하다.
ASME PTC 12.4는 시험조건에서의 성능을 계산하는 방법에 대해 기술하고, 시험 성능을 설계 성능과 비교하여 그 편차를 구한 후, 재열기 제작사가 제공한 성능 편차 대비 전기출력 변화 관계식을 통해 전기출력을 상승시키면 설계 성능을 만족하고 전기출력을 감소시키면 설계 성능을 불만족하는 것으로 성능시험 결과를 평가한다.
예를 들어, 저압 재열기의 설계 성능 TTD 12.24℃를 시험 성능 TTD 7.06℃와 비교하여 그 편차인 5.18℃를 구하고, 그 편차를 도 2의 습분분리재열기 제작사가 제공한 성능 편차 대비 전기출력 변화 그래프(성능보정곡선) 또는 관계식(성능보정식)에 적용한 결과 약 0.0518%만큼 전기출력을 상승시키는 것으로 나타났으므로 설계 성능을 만족한다고 평가한다.
그러나, 이러한 성능평가 방식은 해당 성능보정곡선이나 성능보정식이 터빈사이클 설계 열평형도 상에서 단순히 재열기 TTD 변화에 따른 전기출력 변화를 수식화한 것으로, 상술한 실제 재열기 운전변수 5가지의 변화를 모두 감안하여 성능을 평가한 것은 아니다. 따라서, 이러한 성능 평가 방식은 설계조건과 시험조건이 상이한 상태에서 해당 재열기의 성능을 왜곡하여 평가할 수 있으며, 이로 인해 성능 평가 결과에 대한 불확도를 증가시킨다.
이와 같이, ASME PTC 12.4는 시험조건에서의 재열기 TTD를 계산할 수 있는 기술적 가이드라인을 제공할 뿐이며, 계산된 재열기 TTD를 다양한 시험조건에서 동일하게 성능을 평가하는 것은 불가능하다.
또한, 설계조건 재열기 TTD와 시험조건 재열기 TTD의 편차가 발전소 전기출력에 미치는 영향을 평가할 때에도, 제작사에서 제공한 보정식 및 보정곡선을 적용하는 예시만 기술되어 있어, 결과적으로 재열기 제작사만이 본 성능시험을 수행하게 되는 문제가 있다.
이러한 문제점을 개선하여, 설계 열교환 성능을 가진 재열기가 시험조건에서 운전되는 경우 예상되는 재열기 TTD를 분석하고, 이를 시험조건 재열기 TTD와 직접 비교하거나, 또는 시험조건의 재열기 TTD를 가진 재열기가 설계조건에서 운전되는 경우 예상되는 재열기 TTD를 분석하고, 이를 설계조건 재열기 TTD와 직접 비교함으로써 시험조건이 변하더라도 항상 동일한 기준(설계조건) 대비 편차를 확인할 수 있게 되면 상대적으로 낮은 불확도의 일관성 있는 성능 평가가 가능하게 된다.
따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로, 재열기의 시험조건과 설계조건이 상이함을 반영하여, 설계조건 재열기 TTD가 시험조건일 때 예상되는 TTD로 보정하거나 시험조건 재열기 TTD가 설계조건일 때 예상되는 TTD로 보정하는 방법 및 이에 따른 재열기 성능 평가 방법을 제공하여 별도의 보정식이나 보정곡선 없이도 재열기 열성능을 평가할 수 있는 원전 습분분리재열기의 종단온도차 보정 방법을 제공하고자 함에 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명에 따른 원자력발전소의 습분분리재열기(재열기)에서 설계조건(설계시 운전조건) 재열기 TTD(종단온도차)를 시험조건(실제 운전조건)에서 예상되는 TTD로 보정하는 방법은, 유용도-전달단위수 기법(Effectiveness-NTU Method)을 통해 설계조건 재열기 TTD를 시험조건에서 예상되는 TTD로 보정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 재열기 설계조건에서, 증기표를 통해 계산된 가열증기 압력에서의 포화온도에서 사이클증기 출구 온도를 뺀 값으로부터 설계 TTD를 구하는 단계; 재열기 시험조건에서, 증기표를 통해 계산된 가열증기 압력에서의 포화온도에서 사이클증기 출구 온도를 뺀 값으로부터 측정 TTD를 구하는 단계; 재열기 시험조건에서, 증기표를 통해 계산된 가열증기 압력에서의 포화온도에서 상기 예상되는 재열기 출구 사이클증기 온도를 뺀 값으로부터 예상 TTD를 구하는 단계; 상기 예상 TTD와 상기 측정 TTD를 비교하여 재열기 열교환 성능을 평가하는단계; 를 포함하는 설계조건 재열기 TTD를 시험조건에서 예상되는 TTD로 보정한다.
또한, 재열기 설계 자료와 설계 운전변수로부터 재열기의 가열증기 열용량률 및 사이클증기 열용량률을 계산하고, 이 중에서 적은 쪽을 선택하여 최소 열용량률로 하는 단계; 상기 최소 열용량률을 이용하여 재열기 설계조건에서 유용도, 전달단위수, 총괄열전달계수 및 전열저항을 구하는 단계; 재열기 설계조건에서, 증기표를 통해 계산된 가열증기 압력에서의 포화온도에서 사이클증기 출구 온도를 뺀 값으로부터 설계 TTD를 구하는 단계; 재열기 시험조건에서, 증기표를 통해 계산된 가열증기 압력에서의 포화온도에서 사이클증기 출구 온도를 뺀 값으로부터 측정 TTD를 구하는 단계; 상기 설계조건 재열기 전열저항으로부터 시험조건 재열기 전열저항을 구하는 단계; 상기 시험조건 재열기 전열저항으로부터 시험조건 재열기 총괄열전달계수를 구하는 단계; 설계조건 재열기 운전변수로부터 시험조건 사이클증기 열용량률을 계산하는 단계; 상기 시험조건 사이클증기 열용량률로부터 시험조건 재열기 전달단위수를 계산하는 단계; 상기 시험조건 재열기 전달단위수로부터 시험조건 재열기 유용도를 계산하는 단계; 상기 시험조건 재열기 유용도를 이용하여, 설계조건 재열기 출구 사이클증기 온도가 시험조건일 때 예상되는 온도를 계산하는 단계; 재열기 시험조건에서, 증기표를 통해 계산된 가열증기 압력에서의 포화온도에서 상기 예상되는 재열기 출구 사이클증기 온도를 뺀 값으로부터 예상 TTD를 구하는 단계; 상기 예상 TTD와 상기 측정 TTD를 비교하여 재열기 열교환 성능을 평가하는단계; 를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 원자력발전소의 습분분리재열기(재열기)에서 시험조건(실제 운전조건) 재열기 TTD(종단온도차)를 설계조건(설계시 운전조건)에서 예상되는 TTD로 보정하는 방법은, 유용도-전달단위수 기법(Effectiveness-NTU Method)을 통해 시험조건 재열기 TTD를 설계조건에서 예상되는 TTD로 보정한다.
또한, 재열기 시험조건에서, 증기표를 통해 계산된 가열증기 압력에서의 포화온도에서 사이클증기 출구 온도를 뺀 값으로부터 측정 TTD를 구하는 단계; 재열기 설계조건에서, 증기표를 통해 계산된 가열증기 압력에서의 포화온도에서 사이클증기 출구 온도를 뺀 값으로부터 설계 TTD를 구하는 단계; 재열기 설계조건에서, 증기표를 통해 계산된 가열증기 압력에서의 포화온도에서 상기 예상되는 재열기 출구 사이클증기 온도를 뺀 값으로부터 예상 TTD를 구하는 단계; 상기 예상 TTD와 상기 측정 TTD를 비교하여 재열기 열교환 성능을 평가하는단계; 를 포함하는 시험조건 재열기 TTD를 설계조건에서 예상되는 TTD로 보정한다.
또한, 재열기 시험조건 운전변수로부터 재열기의 사이클증기 열용량률을 계산하고, 이를 최소 열용량률로 하는 단계; 상기 최소 열용량률을 이용하여 재열기 시험조건에서 유용도, 전달단위수, 총괄열전달계수 및 전열저항을 구하는 단계; 재열기 시험조건에서, 증기표를 통해 계산된 가열증기 압력에서의 포화온도에서 사이클증기 출구 온도를 뺀 값으로부터 측정 TTD를 구하는 단계; 재열기 설계조건에서, 증기표를 통해 계산된 가열증기 압력에서의 포화온도에서 사이클증기 출구 온도를 뺀 값으로부터 설계 TTD를 구하는 단계; 상기 시험조건 재열기 전열저항으로부터 설계조건 재열기 전열저항을 구하는 단계; 상기 설계조건 재열기 전열저항으로부터 설계조건 재열기 총괄열전달계수를 구하는 단계; 시험조건 재열기 운전변수로부터 설계조건 사이클증기 열용량률을 계산하는 단계; 상기 설계조건 사이클증기 열용량률로부터 설계조건 재열기 전달단위수를 계산하는 단계; 상기 설계조건 재열기 전달단위수로부터 설계조건 재열기 유용도를 계산하는 단계; 상기 설계조건 재열기 유용도를 이용하여, 시험조건 재열기 출구 사이클증기 온도가 설계조건일 때 예상되는 온도를 계산하는 단계; 재열기 설계조건에서, 증기표를 통해 계산된 가열증기 압력에서의 포화온도에서 상기 예상되는 재열기 출구 사이클증기 온도를 뺀 값으로부터 예상 TTD를 구하는 단계; 상기 예상 TTD와 상기 설계 TTD를 비교하여 재열기 열교환 성능을 평가하는단계; 를 포함한다.
본 발명에 따르면, 설계기준 열교환 성능을 가진 재열기가 시험조건에서 운전되는 경우 예상되는 TTD를 분석하여 이를 시험조건 TTD와 직접 비교하거나, 또는 실제 운전 중인 재열기가 설계조건에서 운전되는 경우 예상되는 TTD를 분석하여 이를 설계조건 TTD와 직접 비교하는 방식으로 재열기 열성능을 평가함으로써, 원자력발전소의 운전조건이 변하더라도 동일한 기준(설계 열교환 성능) 대비 편차를 확인하게 되므로 일관성 있는 열성능 평가가 가능한 원전 습분분리재열기의 종단온도차 보정 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 일반적인 습분분리재열기의 구조를 설명하는 도면이다.
도 2는 저압 재열기 성능보정곡선의 예시를 나타내는 도면이다.
도 3은 재열기의 설계조건 및 시험조건에 대한 운전변수와 각 조건 별 계산된 재열기 TTD를 저압 재열기를 예로 들어 설명하는 도면이다.
도 4는 설계조건 재열기 TTD를 시험조건일 때 예상되는 TTD로 보정하는 과정과 성능 평가 방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 시험조건 재열기 TTD를 설계조건일 때 예상되는 TTD로 보정하는 과정과 성능 평가 방법을 나타내는 도면이다.
도 2는 저압 재열기 성능보정곡선의 예시를 나타내는 도면이다.
도 3은 재열기의 설계조건 및 시험조건에 대한 운전변수와 각 조건 별 계산된 재열기 TTD를 저압 재열기를 예로 들어 설명하는 도면이다.
도 4는 설계조건 재열기 TTD를 시험조건일 때 예상되는 TTD로 보정하는 과정과 성능 평가 방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 시험조건 재열기 TTD를 설계조건일 때 예상되는 TTD로 보정하는 과정과 성능 평가 방법을 나타내는 도면이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
도 3은 재열기의 설계조건 및 시험조건에 대한 운전변수와 각 조건 별 계산된 재열기 TTD를 저압 재열기를 예로 들어 설명하는 도면이다. 도 4는 설계조건 재열기 TTD를 시험조건일 때 예상되는 TTD로 보정하는 과정과 성능 평가 방법을 나타내는 도면이다. 도 5는 시험조건 재열기 TTD를 설계조건일 때 예상되는 TTD로 보정하는 과정과 성능 평가 방법을 나타내는 도면이다.
본 발명은 재열기의 시험조건(실제 운전조건)과 설계조건(설계시 운전조건)이 상이함을 반영하여, 설계조건 재열기 TTD(Terminal Temperature Difference, 종단온도차)를 시험조건 TTD로 보정하거나 시험조건 재열기 TTD를 설계조건 TTD로 보정하여 설계 성능 만족 여부를 확인하는 방법에 관한 것으로서, 열교환기 성능분석 방법인 유용도-전달단위수 기법(Effectiveness-NTU Method)을 이용하여 분석한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 원자력발전소 터빈사이클의 습분분리재열기(또는 재열기)(Moisture Separator Reheater, MSR)는 하나의 탱크 내에 습분분리기, 저압 재열기 및 고압 재열기가 포함되도록 구성된다.
고압터빈 출구 사이클증기는 습분분리기를 통과하면서 습분이 제거되고, 저압 재열기 및 고압 재열기에서 순차적으로 가열되어 과열증기 상태로 저압터빈에 공급된다. 여기서, 저압 재열기의 가열증기는 고압터빈 추기증기로부터 공급받고, 고압 재열기의 가열증기는 고압터빈 입구 주증기로부터 공급받는다.
재열기의 성능지표로는 습분분리효율, 사이클증기 압력강하, 가열증기 압력강하, 재열기 TTD 등이 있으며, 이중에서 재열기 TTD는 대표적인 성능지표가 된다.
저압 재열기 TTD 및 고압 재열기 TTD는 다음과 같이 정의되며, TTD가 감소할수록 열교환 성능이 향상됨을 의미한다.
여기서, TTDLP는 저압 재열기 종단온도차(℃)이고, TLPHS_SAT는 저압 재열기 가열증기 입구 압력에서의 포화온도(℃)이고, TLPOUT는 저압 재열기 출구 사이클증기 온도(℃)이다. 포화온도는 해당 압력과 증기표(IFC 1967 Steam Table)를 통해 구한다. 이하에 기재된 수식에 대해서는 습분분리재열기의 성능을 확인하기 위한 성능시험 규격을 나타내는 ASME PTC 12.4를 참조할 수 있다.
여기서, TTDHP는 고압 재열기 종단온도차(℃)이고, THPHS_SAT는 고압 재열기 가열증기 입구 압력에서의 포화온도(℃)이고, TMSROUT는 습분분리재열기 출구 사이클증기 온도(℃)이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 유용도-전달단위수 기법을 통해 설계조건 재열기 TTD를 시험조건에서 예상되는 TTD로 보정하는 방법을 다음과 같이 제시한다.
표 1은 재열기 종단온도차 조정 계산을 위한 설계조건에 대한 변수, 기호, 단위 및 계산 예시를 나타낸다. 이하의 표에서 기호(Symbol)는 개략적으로 표시된 것이고, 수식에서 변형되어 사용될 수 있다.
| No. | Design Data (supplied by manufacturer) | Symbol | Unit | Value |
| 1 | Cycle steam flow passing through RHTR | w' | kg/hr | 2,683,811.0 |
| 2 | RHTR heating steam flow | W's | kg/hr | 133,642.1 |
| 3 | RHTR heating steam inlet pressure | P'3 | kgf/cm2a | 31.24 |
| 4 | RHTR heating steam inlet enthalpy | H'3 | kcal/kg | 636.00 |
| 5 | RHTR heating steam inlet temperature | T'3 | ℃ | 235.01 |
| 6 | RHTR heating steam outlet temperature | T'2 | ℃ | 233.88 |
| 7 | Cycle steam inlet pressure | p'1 | kgf/cm2a | 14.01 |
| 8 | Cycle steam inlet enthalpy | h'1 | kcal/kg | 665.06 |
| 9 | Cycle steam inlet temperature | t'1 | ℃ | 194.17 |
| 10 | Cycle steam outlet temperature | t'4 | ℃ | 222.77 |
| 11 | Overall heat transfer coefficient | U | kcal/(hr-m2-℃) | 437.0 |
| 12 | Heat transferred (heating steam) | Q'2 | kcal/hr | 50,289,045 |
| 13 | Heat transferred (cycle steam) | kcal/hr | 50,246,906 | |
| 14 | Heat transfer area | A'2 | m2 | 6,148 |
| 15 | Log mean temperature difference | LMTD | ℃ | 23.34 |
| 16 | - ΔT1 | ℃ | 12.24 | |
| 17 | - ΔT2 | ℃ | 39.71 | |
| 18 | Overall heat transfer coefficient (calculated) | U | kcal/(hr-m2-℃) | 350.41 |
| 19 | Specific heat of heating steam (hot fluid) | cp,h | kcal/kg/℃ | 349.244 |
| 20 | Specific heat of cycle steam (cold fluid) | cp,c | kcal/kg/℃ | 0.655 |
| 21 | Heat capacity rate of heating steam (hot fluid) | Ch | kcal/hr/℃ | 46,673,735 |
| 22 | Heat capacity rate of cycle steam (cold fluid) | Cc | kcal/hr/℃ | 1,758,313 |
| 23 | Minimum heat capacity rate between Ch & Cc | Cmin | kcal/hr/℃ | 1,758,313 |
| 24 | Maximum possible temperature difference | ℃ | 40.84 | |
| 25 | Maximum possible heat transfer rate | qmax | kcal/hr | 71,812,978 |
| 26 | Min. heating steam outlet temperature | ℃ | 233.48 | |
| 27 | Max. cycle steam outlet temperature | ℃ | 235.01 | |
| 28 | Capacity ratio | c | 0.038 | |
| 29 | Effectiveness | ε | 0.70028 | |
| 30 | Number of transfer units | NTU | 1.20490 | |
| 31 | Overall heat transfer coefficient (calculated) | U | kcal/(hr-m2-℃) | 344.58 |
| 32 | Tube side(heating steam) quality | 0.92 | ||
| 33 | Tube side(heating steam) density | ρ' | kg/m3 | 16.60 |
| 34 | Tube side(heating steam) specific heat | Cp' | kcal/(kg-℃) | 0.8435 |
| 35 | Tube side(heating steam) thermal conductivity | k' | kcal/(hr-m-℃) | 0.0404 |
| 36 | Tube side(heating steam) dynamic viscosity | μ' | kg/(hr-m) | 0.0610 |
| 37 | Shell side(cycle steam) quality | 1.00 | ||
| 38 | Shell side(cycle steam) density | ρ'1 | kg/m3 | 6.99 |
| 39 | Shell side(cycle steam) thermal conductivity | k'1 | kcal/(hr-m-℃) | 0.0327 |
| 40 | Shell side(cycle steam) dynamic viscosity | μ'1 | kg/(hr-m) | 0.0558 |
| 41 | Tube side(heating steam) film resistance | r't2 | (hr-m2-℃)/kcal | 0.001404 |
| 42 | Tube side(heating steam) fouling resistance | r'ft2 | (hr-m2-℃)/kcal | 0.000049 |
| 43 | Tube material resistance | r'm2 | (hr-m2-℃)/kcal | 0.000109 |
| 44 | Shell side(cycle steam) fouling resistance | r'fs2 | (hr-m2-℃)/kcal | 0.000000 |
| 45 | Shell side(cycle steam) film resistance | r's2 | (hr-m2-℃)/kcal | 0.001340 |
| 46 | Terminal temperature difference | TTD' | ℃ | 12.24 |
표 2는 재열기 종단온도차 조정 계산을 위한 시험조건에 대한 변수, 기호, 단위 및 계산 예시를 나타낸다.
| No. | Test Data | Symbol | Unit | Value |
| 47 | Cycle steam flow passing through RHTR | w | kg/hr | 2,022,587.7 |
| 48 | RHTR heating steam flow | Ws | kg/hr | 80,844.2 |
| 49 | RHTR heating steam inlet pressure | P3 | kgf/cm2a | 23.05 |
| 50 | RHTR heating steam inlet enthalpy | H3 | kcal/kg | 633.44 |
| 51 | Cycle steam inlet pressure | p1 | kgf/cm2a | 10.64 |
| 52 | Cycle steam inlet enthalpy | h1 | kcal/kg | 662.78 |
| 53 | Cycle steam outlet temperature | t4 | ℃ | 209.50 |
| 54 | Terminal temperature difference | TTD | ℃ | 9.16 |
표 3은 표 1과 2로부터 계산한 변수, 기호, 단위 및 계산 예시를 나타낸다.
| No. | Computed Data | Symbol | Unit | Value |
| 55 | Saturated temperature at P3 | Ts* | ℃ | 218.66 |
| 56 | Cycle steam inlet temperature | t1* | ℃ | 181.76 |
| 57 | Tube side heating steam quality | 0.92 | ||
| 58 | Tube side heating steam density | ρ* | kg/m3 | 12.29 |
| 59 | Tube side heating steam specific heat | Cp* | kcal/(kg-℃) | 0.7748 |
| 60 | Tube side heating steam thermal conductivity | k* | kcal/(hr-m-℃) | 0.0370 |
| 61 | Tube side heating steam dynamic viscosity | μ* | kg/(hr-m) | 0.0589 |
| 62 | Tube side heating steam velocity | V* | m/s | 7.08 |
| 63 | Shell side(cycle steam) quality | 1.00 | ||
| 64 | Shell side(cycle steam) density | ρ*1 | kg/m3 | 5.37 |
| 65 | Shell side(cycle steam) thermal conductivity | k*1 | kcal/(hr-m-℃) | 0.0307 |
| 66 | Shell side(cycle steam) dynamic viscosity | μ*1 | kg/(hr-m) | 0.0543 |
| 67 | Tube side(heating steam) film resistance | r*t2 | (hr-m2-℃)/kcal | 0.002304 |
| 68 | Tube side(heating steam) fouling resistance | r*ft2 | (hr-m2-℃)/kcal | 0.000049 |
| 69 | Tube material resistance | r*m2 | (hr-m2-℃)/kcal | 0.000109 |
| 70 | Shell side(cycle steam) fouling resistance | r*fs2 | (hr-m2-℃)/kcal | 0.000000 |
| 71 | Shell side(cycle steam) film resistance | r*s2 | (hr-m2-℃)/kcal | 0.001173 |
| 72 | Actual heat transfer rate | kcal/hr | 34,239,691 | |
| 73 | Overall heat transfer coefficient | U*2 | kcal/(hr-m2-℃) | 275.11 |
| 74 | Heat capacity rate of cycle steam (cold fluid) | c*2 | kcal/hr/℃ | 1,325,109 |
| 75 | Number of transfer units | (NTU)*2 | 1.2765 | |
| 76 | Effectiveness | ε*2 | 0.72098 | |
| 77 | Cycle steam outlet temperature | t*4 | ℃ | 208.36 |
| 78 | Predicted terminal temperature difference | TTD* | ℃ | 10.30 |
표 4는 계산 예시에 사용하는 재열기의 재질 및 사이즈와 관련된 정보를 나타낸다.
| No. | Design Specification for Resistance | Symbol | Unit | Value |
| 77 | Tube Material | - | SA268-TP439 | |
| 78 | Thermal conductivity of tube | K | kcal/(hr-m-℃) | 16.6824 |
| 79 | No. of Passes | EA | 2 | |
| 80 | No. of Tubes | EA | 1324 | |
| 81 | Tube OD | do | mm | 19.0500 |
| 82 | Tube ID | di | mm | 15.7480 |
| 83 | Tube Well Thickness | mm | 1.6510 | |
| 84 | Effective Length | m | 33.126 | |
| 85 | Outside Tube Surface Area | m2 | 6148 | |
| 86 | Tube Inner Flow Area [@ Design] | m2 | 0.258 | |
| 87 | Tube Inner Flow Velocity [@ Design] | V’ | m/s | 8.67 |
저압 재열기에서 설계조건 및 시험조건에 따른 운전변수 및 성능은 도 3을 참조하면 된다. 이하의 계산 예시에서는 생략된 소수점 이하 자릿수에 따라 약간의 오차가 발생될 수 있다.
(1) 재열기 설계 자료와 설계 운전변수로부터 재열기의 가열증기 및 사이클증기 열용량률을 계산하여 최소 열용량률을 구하고, 유용도, 전달단위수, 총괄열전달계수 및 전열저항 등의 설계조건 열교환 파라미터와 설계 TTD를 구한다.
설계조건 열용량률(Heat Capacity Rate)
열교환기에서 유체의 유량과 비열의 곱으로 정의되며 열교환기의 가열성분(재열기 가열증기)과 냉각성분(재열기 사이클증기)의 열용량률 크기에 따라 최대 열용량률과 최소 열용량률로 구분하며 다음과 같이 구한다.
여기서, wh'는 설계조건 가열증기 유량(kg/hr)이고, cp,h'는 설계조건 가열증기 비열(kcal/kg/℃)이고, Ch'는 설계조건 가열증기 열용량률(kcal/hr/℃)이다.
여기서, wC'는 설계조건 사이클증기 유량(kg/hr)이고, cp,h'는 설계조건 사이클증기 비열(kcal/kg/℃)이고, CC'는 설계조건 사이클증기 열용량률(kcal/hr/℃)이다.
<계산 예시>
여기서, Cmax는 설계조건 최대 열용량률(kcal/hr/℃)이다.
여기서, Cmin'는 설계조건 최소 열용량률(kcal/hr/℃)이다.
설계조건 유용도(Effectiveness)
열교환기에서 전달 가능한 최대 열량 대비 실제 전달된 열량의 비로 정의되며 식(5)와 같이 구한다.
여기서, q'는 설계조건 실제 전달된 열량(kcal/hr)이고, qmax'는 설계조건 전달 가능한 최대 열량(kcal/hr)이고, 
는 설계조건 유용도(무차원) 이다.
<계산 예시>
설계조건 전달단위수(Number of Transfer Unit)
열교환기 해석에서 널리 사용되는 무차원 파라미터로서 식(6)과 같이 정의되고, 열교환기의 형식에 따라 유용도와 전달단위수의 관계식이 있으며, 본 발명의 재열기에 대한 관계식은 식(7)과 같다.
여기서, U'는 설계조건 총괄열전달계수(kcal/(hr-m2-℃))이고, A는 전열면적(m2)이고, Cmin'는 설계조건 최소 열용량률(kcal/hr/℃)이고, NTU'는 설계조건 전달단위수(무차원)이다.
여기서, 
는 설계조건 유용도(무차원)이고, NTU'는 설계조건 전달단위수(무차원)이고, ln은 자연로그함수이고, exp는 자연로그의 밑 e(2.71828182845904)를 밑으로 갖는 지수함수이다.
<계산 예시>
설계조건 총괄열전달계수(Overall Heat Transfer Coefficient)
고체 벽을 사이에 두고 열교환하는 두 유체 사이의 열전달에 대한 전체 열저항으로 식(8)과 같이 정의되며, 전달단위수에 대한 정의를 나타내는 식(6)을 식(9)와 같이 변형하여 구할 수 있다.
여기서,
rt'는 설계조건 가열증기측 표면전열저항, (hr-m2-℃)/kcal
rft'는 설계조건 가열증기측 풀림저항, (hr-m2-℃)/kcal
rm'는 설계조건 재료저항, (hr-m2-℃)/kcal
rfs'는 설계조건 사이클증기측 풀림저항, (hr-m2-℃)/kcal
rs'는 설계조건 사이클증기측 표면전열저항, (hr-m2-℃)/kcal
U'는 설계조건 총괄열전달계수, kcal/(hr-m2-℃)
<계산 예시>
설계조건 전열저항(Heat Transfer Resistance)
고체 벽을 사이에 두고 고온 유체에서 저온 유체로 열이 이동하는 경우 고체 벽의 양측에 형성되는 유체의 경막(Film)에 의한 저항(표면전열저항), 고체 벽의 전도 전열에 의한 저항(재료저항), 그리고 열교환기를 운전하면 전열면 상에 부착하는 고체의 스케일(Fouling)이 형성되는데 이로 인해 발생하는 전열저항(풀림저항) 등이 있다.
가열증기측 표면전열저항
여기서, μh'는 설계조건 가열증기 동점성계수, kg/(hr-m)
kh'는 설계조건 가열증기 열전도율, kcal/(hr-m-℃)
ρh'는 설계조건 가열증기 밀도, kg/m3
Cp,h'는 설계조건 가열증기 비열, kcal/(kg-℃)
do는 가열증기 관(Tube) 외경, mm
di는 가열증기 관(Tube) 내경, mm
Vh'는 설계조건 가열증기 유속, m/s
rt'는 설계조건 가열증기측 표면전열저항, (hr-m2-℃)/kcal
<계산 예시>
가열증기측 풀림저항
여기서, rft'는 설계조건 가열증기측 풀림저항, (hr-m2-℃)/kcal
재료저항
여기서, do는 가열증기 관(Tube) 외경, mm
di는 가열증기 관(Tube) 내경, mm
K는 관(Tube) 재질 열전도율, kcal/(hr-m-℃)
rm'는 설계조건 재료저항, (hr-m2-℃)/kcal
<계산 예시>
사이클증기측 풀림저항
여기서, rfs'는 설계조건 사이클증기측 풀림저항, (hr-m2-℃)/kcal
사이클증기측 표면전열저항
여기서, U'는 설계조건 총괄열전달계수, kcal/(hr-m2-℃)
rm'는 설계조건 재료저항, (hr-m2-℃)/kcal
rft'는 설계조건 가열증기측 풀림저항, (hr-m2-℃)/kcal
rfs'는 설계조건 사이클증기측 풀림저항, (hr-m2-℃)/kcal
rt'는 설계조건 가열증기측 표면전열저항, (hr-m2-℃)/kcal
rs'는 설계조건 사이클증기측 표면전열저항, (hr-m2-℃)/kcal
<계산 예시>
설계 TTD
재열기 설계조건에서 가열증기 압력에서의 포화온도를 증기표를 통해 계산하고, 설계조건에서의 사이클증기 출구 온도를 뺀 값이 설계 TTD가 된다.
여기서, Ts'는 설계조건 가열증기 압력에서의 포화온도, ℃ 이고, t4'는 설계조건 사이클증기 출구 온도, ℃ 이고, TTD'는 설계 TTD, ℃ 이다.
<계산 예시>
(2) 시험조건 재열기 운전변수를 통해 측정 TTD를 구하고, 시험조건 재열기 전열저항을 계산한다. 이때, 시험조건 재열기 전열저항 계산 시 설계조건 재열기 전열저항이 반영되며, 시험조건 재열기 전열저항으로부터 시험조건 재열기 총괄열전달계수를 구한다.
측정 TTD
재열기 시험조건에서 가열증기 압력에서의 포화온도를 증기표를 통해 계산하고, 시험조건에서의 사이클증기 출구 온도를 뺀 값이 측정 TTD가 된다.
여기서, Ts는 시험조건 가열증기 압력에서의 포화온도, ℃ 이고, t4는 시험조건 사이클증기 출구 온도, ℃ 이고, TTD는 측정 TTD, ℃ 이다.
<계산 예시>
시험조건 전열저항(Heat Transfer Resistance)
가열증기측 표면전열저항
여기서, uh는 시험조건 가열증기 동점성계수, kg/(hr-m)
kh는 시험조건 가열증기 열전도율, kcal/(hr-m-℃)
ρh는 시험조건 가열증기 밀도, kg/m3
Cp,h는 시험조건 가열증기 비열, kcal/(kg-℃)
do는 가열증기 관(Tube) 외경, mm
di는 가열증기 관(Tube) 내경, mm
Vh는 시험조건 가열증기 유속, m/s
rt는 시험조건 가열증기측 표면전열저항, (hr-m2-℃)/kcal
<계산 예시>
가열증기측 풀림저항
여기서,
rft'는 설계조건 가열증기측 풀림저항, (hr-m2-℃)/kcal
rft는 시험조건 가열증기측 풀림저항, (hr-m2-℃)/kcal
<계산 예시>
재료저항
여기서,
rm'는 설계조건 재료저항, (hr-m2-℃)/kcal
rm은 시험조건 재료저항, (hr-m2-℃)/kcal
<계산 예시>
사이클증기측 풀림저항
여기서,
rfs'는 설계조건 사이클증기측 풀림저항, (hr-m2-℃)/kcal
rfs는 시험조건 사이클증기측 풀림저항, (hr-m2-℃)/kcal
<계산 예시>
사이클증기측 표면전열저항
여기서, rs' 는 설계조건 사이클증기측 표면전열저항, (hr-m2-℃)/kcal
w'는 설계조건 사이클증기 유량, kg/hr
uc'는 설계조건 사이클증기 동점성계수, kg/(hr-m)
kc'는 설계조건 사이클증기 열전도율, kcal/(hr-m-℃)
ρc'는 설계조건 사이클증기 밀도, kg/m3
w는 시험조건 사이클증기 유량, kg/hr
uc는 시험조건 사이클증기 동점성계수, kg/(hr-m)
kc는 시험조건 사이클증기 열전도율, kcal/(hr-m-℃)
ρc는 시험조건 사이클증기 밀도, kg/m3
rs는 시험조건 사이클증기측 표면전열저항, (hr-m2-℃)/kcal
<계산 예시>
시험조건 총괄열전달계수(Overall Heat Transfer Coefficient)
여기서,
rt는 시험조건 가열증기측 표면전열저항, (hr-m2-℃)/kcal
rft는 시험조건 가열증기측 풀림저항, (hr-m2-℃)/kcal
rm은 시험조건 재료저항, (hr-m2-℃)/kcal
rfs는 시험조건 사이클증기측 풀림저항, (hr-m2-℃)/kcal
rs는 시험조건 사이클증기측 표면전열저항, (hr-m2-℃)/kcal
U는 시험조건 총괄열전달계수, kcal/(hr-m2-℃)
<계산 예시>
(3) 설계조건 재열기 운전변수가 반영된 시험조건 사이클증기 열용량률을 계산한다.
여기서,
w는 시험조건 사이클증기 유량, kg/hr
w'는 설계조건 사이클증기 유량, kg/hr
q'는 설계조건 실제 전달된 열량, kcal/hr
t4'는 설계조건 사이클증기 출구 온도, ℃
t1'는 설계조건 사이클증기 입구 온도, ℃
Cc는 시험조건 사이클증기 열용량률, kcal/hr/℃
<계산 예시>
(4) 설계조건이 반영된 사이클증기 열용량률을 통해 시험조건 재열기 전달단위수를 계산한다.
여기서,
U는 시험조건 총괄열전달계수, kcal/(hr-m2-℃)
A는 전열면적, m2
Cc는 시험조건 사이클증기 열용량률, kcal/(hr-℃)
NTU는 시험조건 전달단위수, 무차원
<계산 예시>
(5) 설계조건이 반영된 재열기 전달단위수로부터 시험조건 재열기 유용도를 계산한다.
여기서,
NTU는 시험조건 전달단위수, 무차원
exp는 : 자연로그의 밑 e(2.71828182845904)를 밑으로 갖는 지수함수
<계산 예시>
(6) 설계조건이 반영된 재열기 유용도를 이용하여, 설계조건 재열기 출구 사이클증기 온도가 시험조건일 때 예상되는 온도를 계산한다.
여기서,
Ts는 시험조건 가열증기 압력에서의 포화온도, ℃
t1은 시험조건 사이클증기 입구 온도, ℃
t4'는 시험조건에서 예상되는 사이클증기 출구 온도, ℃
<계산 예시>
(7) 예상되는 재열기 출구 사이클증기 온도와 시험조건 가열증기 압력에서의 포화온도로부터 설계 TTD가 시험조건일 때 예상되는 TTD를 구한다.
여기서,
Ts는 시험조건 가열증기 압력에서의 포화온도, ℃
t4'는 시험조건에서 예상되는 사이클증기 출구 온도, ℃
TTD'는 예상 TTD, ℃
<계산 예시>
(8) 예상 TTD와 측정 TTD를 비교하여 재열기 열교환 성능을 평가한다.
도 4의 평가 방법에 따라, 예상 TTD가 측정 TTD 보다 크거나 같으면 설계 성능을 만족하고, 예상 TTD가 측정 TTD 보다 작으면 설계 성능을 불만족하는 것으로 평가한다. 도 3에서, 예상 TTD 11.34℃와 측정 TTD 7.06℃를 비교한 결과 예상 TTD가 측정 TTD 보다 크므로 설계 성능을 만족한다.
시험조건 재열기 TTD를 설계조건에서 예상되는 TTD로 보정하는 방법
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 유용도-전달단위수 기법을 통해 시험조건 재열기 TTD를 설계조건일 때 예상되는 TTD로 보정하는 방법을 다음과 같이 제시한다.
(1) 재열기 시험조건 운전변수로부터 재열기의 사이클증기 열용량률, 유용도, 전달단위수, 총괄열전달계수 및 전열저항 등의 시험조건 열교환 파라미터와 측정 TTD를 구한다.
시험조건 열용량률(Heat Capacity Rate)
여기서, wc는 시험조건 사이클증기 유량, kg/hr 이고, cp,c는 시험조건 사이클증기 비열, kcal/kg/℃ 이고, Cc는 시험조건 사이클증기 열용량률, kcal/hr/℃ 이다.
<계산 예시>
여기서, Cmin은 시험조건 최소 열용량률, kcal/hr/℃ 이다.
시험조건 유용도(Effectiveness)
여기서, q는 시험조건 실제 전달된 열량, kcal/hr 이고, qmax는 시험조건 전달 가능한 최대 열량, kcal/hr 이고, 
는 시험조건 유용도(무차원)이다.
<계산 예시>
시험조건 전달단위수(Number of Transfer Unit)
여기서, 
는 시험조건 유용도(무차원)이고, NTU는 시험조건 전달단위수(무차원)이고, ln은 자연로그함수 이다.
<계산 예시>
시험조건 총괄열전달계수(Overall Heat Transfer Coefficient)
여기서, U는 시험조건 총괄열전달계수, kcal/(hr-m2-℃)
A는 전열면적, m2
Cmin은 시험조건 최소 열용량률, kcal/hr/℃
NTU는 시험조건 전달단위수, 무차원
<계산 예시>
시험조건 전열저항(Heat Transfer Resistance)
가열증기측 표면전열저항
여기서, μh는 시험조건 가열증기 동점성계수, kg/(hr-m)
kh는 시험조건 가열증기 열전도율, kcal/(hr-m-℃)
ρh는 시험조건 가열증기 밀도, kg/m3
Cp,h는 시험조건 가열증기 비열, kcal/(kg-℃)
do는 가열증기 관(Tube) 외경, mm
di는 가열증기 관(Tube) 내경, mm
Vh는 시험조건 가열증기 유속, m/s
rt는 시험조건 가열증기측 표면전열저항, (hr-m2-℃)/kcal
<계산 예시>
가열증기측 풀림저항
여기서, rft는 시험조건 가열증기측 풀림저항, (hr-m2-℃)/kcal 이다.
재료저항
여기서, do는 가열증기 관(Tube) 외경, mm
di는 가열증기 관(Tube) 내경, mm
K는 관(Tube) 재질 열전도율, kcal/(hr-m-℃)
rm은 시험조건 재료저항, (hr-m2-℃)/kcal
<계산 예시>
사이클증기측 풀림저항
여기서, rfs는 시험조건 사이클증기측 풀림저항, (hr-m2-℃)/kcal 이다.
사이클증기측 표면전열저항
여기서, U는 시험조건 총괄열전달계수, kcal/(hr-m2-℃)
rm은 시험조건 재료저항, (hr-m2-℃)/kcal
rft는 시험조건 가열증기측 풀림저항, (hr-m2-℃)/kcal
rfs는 시험조건 사이클증기측 풀림저항, (hr-m2-℃)/kcal
rt는 시험조건 가열증기측 표면전열저항, (hr-m2-℃)/kcal
rs는 시험조건 사이클증기측 표면전열저항, (hr-m2-℃)/kcal
<계산 예시>
측정 TTD
재열기 시험조건에서 가열증기 압력에서의 포화온도를 증기표를 통해 계산하고, 시험조건에서의 사이클증기 출구 온도를 뺀 값이 측정 TTD가 된다.
여기서, Ts는 시험조건 가열증기 압력에서의 포화온도, ℃ 이고, t4는 시험조건 사이클증기 출구 온도, ℃ 이고, TTD는 측정 TTD, ℃ 이다.
<계산 예시>
(2) 설계조건 재열기 운전변수를 통해 설계 TTD를 구하고, 설계조건 재열기 전열저항을 계산한다. 이때, 설계조건 재열기 전열저항 계산시 시험조건 재열기 전열저항이 반영되고, 설계조건 재열기 전열저항으로부터 설계조건 재열기 총괄열전달계수를 구한다.
설계 TTD
여기서, Ts'는 설계조건 가열증기 압력에서의 포화온도, ℃ 이고, t4'는 설계조건 사이클증기 출구 온도, ℃ 이고, TTD'는 설계 TTD, ℃ 이다.
<계산 예시>
설계조건 전열저항(Heat Transfer Resistance)
가열증기측 표면전열저항
여기서,
μh'는 설계조건 가열증기 동점성계수, kg/(hr-m)
kh'는 설계조건 가열증기 열전도율, kcal/(hr-m-℃)
ρh'는 설계조건 가열증기 밀도, kg/m3
Cp,h'는 설계조건 가열증기 비열, kcal/(kg-℃)
do는 가열증기 관(Tube) 외경, mm
di는 가열증기 관(Tube) 내경, mm
Vh'는 설계조건 가열증기 유속, m/s
rt'는 설계조건 가열증기측 표면전열저항, (hr-m2-℃)/kcal
<계산 예시>
가열증기측 풀림저항
여기서, rft는 시험조건 가열증기측 풀림저항, (hr-m2-℃)/kcal 이고, rft'는 설계조건 가열증기측 풀림저항, (hr-m2-℃)/kcal 이다.
<계산 예시>
재료저항
여기서, rm은 시험조건 재료저항, (hr-m2-℃)/kcal 이고, rm'는 설계조건 재료저항, (hr-m2-℃)/kcal 이다.
<계산 예시>
사이클증기측 풀림저항
여기서, rfs는 시험조건 사이클증기측 풀림저항, (hr-m2-℃)/kcal 이고, rfs'는 설계조건 사이클증기측 풀림저항, (hr-m2-℃)/kcal 이다.
<계산 예시>
사이클증기측 표면전열저항
여기서, rs는 시험조건 사이클증기측 표면전열저항, (hr-m2-℃)/kcal
w는 시험조건 사이클증기 유량, kg/hr
μc는 시험조건 사이클증기 동점성계수, kg/(hr-m)
kc는 시험조건 사이클증기 열전도율, kcal/(hr-m-℃)
ρc는 시험조건 사이클증기 밀도, kg/m3
w'는 설계조건 사이클증기 유량, kg/hr
μc'는 설계조건 사이클증기 동점성계수, kg/(hr-m)
kc'는 설계조건 사이클증기 열전도율, kcal/(hr-m-℃)
ρc'는: 설계조건 사이클증기 밀도, kg/m3
rs'는 설계조건 사이클증기측 표면전열저항, (hr-m2-℃)/kcal
<계산 예시>
설계조건 총괄열전달계수(Overall Heat Transfer Coefficient)
여기서, rt'는 설계조건 가열증기측 표면전열저항, (hr-m2-℃)/kcal
rft'는 설계조건 가열증기측 풀림저항, (hr-m2-℃)/kcal
rm'는 설계조건 재료저항, (hr-m2-℃)/kcal
rfs'는 설계조건 사이클증기측 풀림저항, (hr-m2-℃)/kcal
rs'는 설계조건 사이클증기측 표면전열저항, (hr-m2-℃)/kcal
U'는 설계조건 총괄열전달계수, kcal/(hr-m2-℃)
<계산 예시>
(3) 시험조건 재열기 운전변수가 반영된 설계조건 사이클증기 열용량률을 계산한다.
여기서, w'는 설계조건 사이클증기 유량, kg/hr
w는 시험조건 사이클증기 유량, kg/hr
q는 시험조건 실제 전달된 열량, kcal/hr
t4는 시험조건 사이클증기 출구 온도, ℃
t1은 시험조건 사이클증기 입구 온도, ℃
Cc'는 설계조건 사이클증기 열용량률, kcal/hr/℃
<계산 예시>
(4) 시험조건이 반영된 사이클증기 열용량률을 통해 설계조건 재열기 전달단위수를 계산한다.
여기서, U'는 설계조건 총괄열전달계수, kcal/(hr-m2-℃)
A는 전열면적, m2
Cc'는 설계조건 사이클증기 열용량률, kcal/(hr-℃)
NTU'는 설계조건 전달단위수, 무차원
<계산 예시>
(5) 시험조건이 반영된 재열기 전달단위수로부터 설계조건 재열기 유용도를 계산한다.
여기서, NTU'는 설계조건 전달단위수(무차원) 이고, exp는 자연로그의 밑 e(2.71828182845904)를 밑으로 갖는 지수함수이고, 
는 설계조건 유용도(무차원)이다.
<계산 예시>
(6) 시험조건이 반영된 재열기 유용도를 이용하여, 시험조건 재열기 출구 사이클증기 온도가 설계조건일 때 예상되는 온도를 계산한다.
여기서, 
는 설계조건 유용도, 무차원
Ts'는 설계조건 가열증기 압력에서의 포화온도, ℃
t1'는 설계조건 사이클증기 입구 온도, ℃
t4'는 설계조건에서 예상되는 사이클증기 출구 온도, ℃
<계산 예시>
(7) 예상되는 재열기 출구 사이클증기 온도와 설계조건 가열증기 압력에서의 포화온도로부터 측정 TTD가 설계조건일 때 예상되는 TTD를 구한다.
여기서, Ts'는 설계조건 가열증기 압력에서의 포화온도, ℃ 이고, t4'는 설계조건에서 예상되는 사이클증기 출구 온도, ℃ 이고, TTD'는 예상 TTD, ℃ 이다.
<계산 예시>
(8) 예상 TTD와 설계 TTD를 비교하여 재열기 열교환 성능을 평가한다.
도 5의 평가 방법에 따라, 예상 TTD가 설계 TTD 보다 크면 설계 성능을 불만족하고, 예상 TTD가 설계 TTD 보다 작거나 같으면 설계 성능을 만족하는 것으로 평가한다. 도 3에서, 예상 TTD 8.02℃와 설계 TTD 12.24℃를 비교한 결과 예상 TTD가 설계 TTD 보다 작으므로 설계 성능을 만족한다.
상술한 바와 같은 본 발명의 원전 습분분리재열기의 종단온도차 보정 방법에 따르면, 설계기준 열교환 성능을 가진 재열기가 시험조건에서 운전되는 경우 예상되는 TTD를 분석하여 이를 시험조건 측정 TTD와 직접 비교하거나, 또는 시험조건과 같은 열교환 성능을 가진 재열기가 설계조건에서 운전되는 경우 예상되는 TTD를 분석하여 이를 설계조건 TTD와 직접 비교하는 방식으로 재열기 열성능을 평가함으로써, 원자력발전소의 운전조건이 변하더라도 동일한 기준(설계 열교환 성능) 대비 편차를 확인하게 되므로 일관성 있는 열성능 평가가 가능하게 된다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
Claims (6)
- 원자력발전소의 습분분리재열기에서 설계조건(설계시 운전조건) 재열기 TTD(종단온도차)를 시험조건(실제 운전조건)에서 예상되는 TTD로 보정하는 방법에 있어서,
유용도-전달단위수 기법(Effectiveness-NTU Method)을 통해 설계조건 재열기 TTD를 시험조건에서 예상되는 TTD로 보정하고,
재열기 설계 자료와 설계 운전변수로부터 재열기의 가열증기 열용량률 및 사이클증기 열용량률을 계산하고, 이 중에서 적은 쪽을 선택하여 최소 열용량률로 하는 단계;
상기 최소 열용량률을 이용하여 재열기 설계조건에서 유용도, 전달단위수, 총괄열전달계수 및 전열저항을 구하는 단계;
재열기 설계조건에서, 증기표를 통해 계산된 가열증기 압력에서의 포화온도에서 사이클증기 출구 온도를 뺀 값으로부터 설계 TTD를 구하는 단계;
재열기 시험조건에서, 증기표를 통해 계산된 가열증기 압력에서의 포화온도에서 사이클증기 출구 온도를 뺀 값으로부터 측정 TTD를 구하는 단계;
상기 설계조건 재열기 전열저항으로부터 시험조건 재열기 전열저항을 구하는 단계;
상기 시험조건 재열기 전열저항으로부터 시험조건 재열기 총괄열전달계수를 구하는 단계;
설계조건 재열기 운전변수로부터 시험조건 사이클증기 열용량률을 계산하는 단계;
상기 시험조건 사이클증기 열용량률로부터 시험조건 재열기 전달단위수를 계산하는 단계;
상기 시험조건 재열기 전달단위수로부터 시험조건 재열기 유용도를 계산하는 단계;
상기 시험조건 재열기 유용도를 이용하여, 설계조건 재열기 출구 사이클증기 온도가 시험조건일 때 예상되는 온도를 계산하는 단계;
재열기 시험조건에서, 증기표를 통해 계산된 가열증기 압력에서의 포화온도에서 상기 예상되는 재열기 출구 사이클증기 온도를 뺀 값으로부터 예상 TTD를 구하는 단계;
상기 예상 TTD와 상기 측정 TTD를 비교하여 재열기 열교환 성능을 평가하는단계;
를 포함하는 설계조건 재열기 TTD를 시험조건에서 예상되는 TTD로 보정하는 방법. - 삭제
- 삭제
- 원자력발전소의 습분분리재열기에서 시험조건(실제 운전조건) 재열기 TTD(종단온도차)를 설계조건(설계시 운전조건)에서 예상되는 TTD로 보정하는 방법에 있어서,
유용도-전달단위수 기법(Effectiveness-NTU Method)을 통해 시험조건 재열기 TTD를 설계조건에서 예상되는 TTD로 보정하고,
재열기 시험조건 운전변수로부터 재열기의 사이클증기 열용량률을 계산하고, 이를 최소 열용량률로 하는 단계;
상기 최소 열용량률을 이용하여 재열기 시험조건에서 유용도, 전달단위수, 총괄열전달계수 및 전열저항을 구하는 단계;
재열기 시험조건에서, 증기표를 통해 계산된 가열증기 압력에서의 포화온도에서 사이클증기 출구 온도를 뺀 값으로부터 측정 TTD를 구하는 단계;
재열기 설계조건에서, 증기표를 통해 계산된 가열증기 압력에서의 포화온도에서 사이클증기 출구 온도를 뺀 값으로부터 설계 TTD를 구하는 단계;
상기 시험조건 재열기 전열저항으로부터 설계조건 재열기 전열저항을 구하는 단계;
상기 설계조건 재열기 전열저항으로부터 설계조건 재열기 총괄열전달계수를 구하는 단계;
시험조건 재열기 운전변수로부터 설계조건 사이클증기 열용량률을 계산하는 단계;
상기 설계조건 사이클증기 열용량률로부터 설계조건 재열기 전달단위수를 계산하는 단계;
상기 설계조건 재열기 전달단위수로부터 설계조건 재열기 유용도를 계산하는 단계;
상기 설계조건 재열기 유용도를 이용하여, 시험조건 재열기 출구 사이클증기 온도가 설계조건일 때 예상되는 온도를 계산하는 단계;
재열기 설계조건에서, 증기표를 통해 계산된 가열증기 압력에서의 포화온도에서 상기 예상되는 재열기 출구 사이클증기 온도를 뺀 값으로부터 예상 TTD를 구하는 단계;
상기 예상 TTD와 상기 설계 TTD를 비교하여 재열기 열교환 성능을 평가하는단계;
를 포함하는 시험조건 재열기 TTD를 설계조건에서 예상되는 TTD로 보정하는 방법. - 삭제
- 삭제
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|---|---|---|---|
| KR1020220105437A KR102463504B1 (ko) | 2022-08-23 | 2022-08-23 | 원전 습분분리재열기의 종단온도차 보정 방법 |
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|---|---|---|---|---|
| CN116484762A (zh) * | 2023-04-25 | 2023-07-25 | 华北电力大学 | 超临界水中事故容错燃料的传热研究方法、装置及设备 |
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| KR20130124524A (ko) | 2010-12-07 | 2013-11-14 | 아미라 파마슈티칼스 인코포레이티드 | 폴리시클릭 lpa₁ 길항제 및 그의 용도 |
| KR20220010877A (ko) * | 2020-07-20 | 2022-01-27 | 한국전력공사 | 발전 설비 대상 다변수 성능 보정 시스템 및 방법 |
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2022
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| CN116484762B (zh) * | 2023-04-25 | 2023-12-01 | 华北电力大学 | 超临界水中事故容错燃料的传热研究方法、装置及设备 |
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