배관 내 유체속도를 제한하는 이유와 유속 가이드라인

대표적 고인 물 산업인 플랜트의 장치류 기술은 

 

이미 오래전에 개발되어 상용화된 

 

이후 오늘날까지 적용되고 있는 기술입니다. 

 

오랜 역사와 전통을 가지고 있는 외국기업들 제품을 

 

보면 100년도 더 된 기술이 현재까지도 

 

적용되고 있다는 사실을 알 수 있으며 개발을 한다 하더라도 Modification(수정) 수준으로 

 

외형과 성능이 향상되는 수준에서 근본적인 

 

기술의 큰 변화는 찾아볼 수는 없습니다. 

 

 

획기적인 기술이 개발되기 전까지는 앞으로도 

 

몇십 년 동안은 이러한 전통적인 방식의 기술을 

 

바탕으로 한 엔지니어링이 지속될 것으로 예상하고 있습니다.

 

배관 내 유체 속도를 제한하는 것에 대한 기준과 

 

데이터는 역학을 기본으로 한 배관 속도, 유량 관계 

 

각기 다른 공정에서의 엔지니어링 계산치와 

 

실제 결과치를 기초로 한다는 점에 있습니다. 

 

 

 

플랜트 산업의 기술은 오래된 기술을 오늘날까지 

 

사용하는 것으로 이를 레거시 데이터로 비유하기도 합니다.

 

 

*레거시(legacy)란 우리말로 "유산"을 뜻하며 

 

과거에 개발되어 현재에도 사용되는 방법 기술을 말합니다.

 

 

본문의 "배관 내 유체 속도를 제한하는 이유" 

 

역시 이러한 레거시 역사와 무관하지 않습니다. 

 

 

계산치와 결과치, 경험치를 바탕으로 오래전부터 

 

입증되고 내려져 온 것이기 때문에 가능한 관련 사항을 

 

따라 엔지니어링 업무를 진행하는 것이 업계의 

 

오래된 관행처럼 진행되고 있습니다. 

 

 

 

 

배관 내 유체 속도를 제한하는 이유

 

배관 내 유체 속도를 제한한다는 이유를 살펴보기에 앞서 유체의 속도를 살펴볼 필요가 있습니다. 

 

유속은 파이프 흐름을 특징하고 배관 크기, 

 

압력강하를 계산하고 추정이 가능케 하는 가장 기본적인 데이터입니다. 

 

 

유속, 압력강하, 배관 3가지 요소는 서로 톱니바퀴처럼 맞물려 있습니다. 

 

 

예를 들어 일정한 유량이 배관 내 A 지점에서 

 

B 지점으로 이동할 때 배관 내경이 커지면 유속은 낮아집니다. 

 

반대로 배관 내경이 작아지면 유속은 증가하는 것 

 

Q=AV라는 기초적인 공식을 통해 알 수 있습니다. 

 

 

 

배관 구경이 작으면 작을수록 배관 자재 비용을 

 

구매하는 비용 역시 작아지기 때문에 경제적인 

 

측면에서 이득이 생길 수 있다고 생각할 수 있지만 

 

모든 배관에는 마찰 손실 (Friction loss)이 존재합니다.

 

 

압력강하는 공정설계와 펌프 선정시 주요 설계 요소로써 

 

너무 큰 압력강하는 펌프의 부하를 증가시켜 Capacity 를 

 

상승시켜야 하므로 오히려 비용이 증가하게 될 수도 있습니다. 

 

 

이러한 연계성 있는 과제로 인해 배관의 크기와 유속을 

 

결정하고 절충안을 찾아야 하는 어려움이 있기 때문에 

 

업계에서는 축척된 데이터를 바탕으로 적정 유속을

 

 가이드라인 하고 있습니다. 

 

배관 내 유체속도를 제한하는 이유 4가지는 다음과 같습니다.

1. 마찰손실 : 유체 속도와 마찰손실은 비례적으로 증가합니다. 압력강하는 유체의 이송여 좋지 않은 영향을 미칩니다.

 

1. 소음 및 진동 : 유체 속도와 소음,진동은 비례적으로 증가합니다. 1.2m/sec. 이하에서는 파이프에서 충분히 조용함을 느낄 수 있으나 2.2m/sec. 이상으로 올라갈 경우 소음이 증가합니다.

 

1. 침식/부식 : 유체속도와 침식/부식 현상 발생률은 비례적으로 증가합니다. 이러한 현상은 열교환기의 튜브와 같은 작은 공칭경 파이프에서 볼 수 있는 현상으로 유속에 의해 구멍(Pin hole)을 유발하기도 합니다.

 

1. 수격현상방지 : 유체속도가 높을수록 수격현상이 발생할 확률이 증가합니다. 빠른 속도의 유체가 순간 정지하였을 때 유체가 벽에 부딪히면서 수격 현상이 발생하며 낮은 속도일수록 이러한 현상은 적어집니다. 

 

유체 유속 가이드라인

유체 유속의 규칙은 초과할 수 없다는 지침이 있지만 

 

이를 반드시 준수해야 한다는 강제적인 내용은 

 

포함되어 있지 않습니다. 

 

 

다만 공정 효율과 경험치 결과치를 바탕으로 

 

적정 유속에 대한 가이드 라인을 제시하고 있습니다. 

 

 

아래 테이블에서 열교환기 튜브 Copper 의 최대 유속은

 

7.5 ft/sec. 로 정하고 있습니다. 

 

위에서 기술한 침식 부식이 빠르게 진행되기 때문입니다.

** 아래 유속 데이타는 상업적 결과를 보증하는 것은 아닙니다. 

Service Condition (공정 종류)		Design-Maximum Velocities
		ft/sec.	m/sec.
Steam Heater		16.4-49.2	5-15
Boiler Feed		8-15	2.5-4.6
Pump suction and drain lines		4-7	1.2-2.1
General service		4-10	1.2-3.0
City water		to 7	to 2.1
Saturated Steam heating line		66.7-100	20.32-30.48
Super-heated Steam boiler and turbines		116.7-333.3	35.6-101.6
High Pressure Saturated steam		82-131.2	25-40
Low Pressure Saturated steam		49.2-98.4	15-30
Raw or treated water		3.3-16.4	1.0-5.0
Boiler feed pump suction		3.28.0	1.0
Boiler feed pump discharge		9.84.0	3.0
Flash steam		16.4-49.2	5-15
Condensate		3.3-9.8	1.0-3.0
Compressed air		16.4-49.2	5.0-15
FD fan discharge		26.2-32.8	8.0-10
Heat exchanger tube	Copper	6.0-7.5	1.8-2.3
	Carbon steel	8.0-9.0	2.4-2.7
	90/10 CuNi	9.5-11.0	2.9-3.3
	Stainless steel	9.5-11.0	2.9-3.3
	Heat exchanger nozzle velocity	7.0-8.0	2.1-2.4
	Heat exchanger shell nozzle velocity	to 4.0	to 1.2

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