넉아웃 드럼의 정의 (Knockout drum)

넉아웃 드럼 개요

Knockout-drum 은 2가지 이상의 상(Phase)을 가지고 있는 

 

유동성 유체의 상을 각각 분리할 때 사용하는 장치를 말합니다. 

 

이러한 복합적 상을 분리하는 장치를 Vapor-Liquid Separator로 

 

총칭하며 우리말로는 기수분리기라 호칭합니다. 

 

공정상에 목적 및 처리하는 유체의 종류 Vessel 내부의 

 

구조 및 기능에 따라 장치류가 결정됩니다.

Knockout-drum은 Flare gas 공정이나 증기 스트림 공정에 사용합니다. 

 

증기 스트림에서는 증기 안에 포화되어 있는 물방울을 

 

제거할 때 사용하는 것이 일반적이며 형식은 

 

미스트 제거기의 포함 유무에 따라 기능상에 차이가 있습니다.

• 미스트 제거기가 없는 경우 중력 침강 방식원리를 이용하며 효율은 90% 이상으로 약 380㎛의 물방울 입자를 제거할 수가 있습니다. 

 

• 넉아웃드럼의 상부에(출구에) 미스트 제거기를 설치하는 경우 6.0 ㎛ 이하의 물방울을 최대 99.9%의 효율로 포집할 수 있습니다. 

미스트 제거기의 설치는 후속 공정(Downstream)에서 

 

미칠 영향에 따라 설치 유무를 고려해야 합니다.

넉아웃 드럼의 구성 (Knockout drum configuration)

넉아웃 드럼은 외형 설치 방식으로 분류하며 수직형과 

 

수평형으로 나누어집니다. 이때 미스트 제거기는 

 

설치 형식에 따라 수직, 수평으로 설치될 수 있습니다.

• 미스트 제거기 수평 설치 : 유체의 흐름이 교차 방식

 

• 미스트 제거기 수직 설치 : 유체의 흐름이 수직 상향 흐름이며 배수(drain)는 흐름의 역 방향.

설비의 형식을 결정할 때는 예비 분석과정을 통해 

 

비용 성능을 고려한 요소들이 평가되어야 합니다.

하중 계수 (Load factor)

사우더스-브라운 방정식 출처 : 위키백과

 

 

넉아웃 드럼과 같은 분리 용기의 주요 설계 변수는 

 

하중 인자로서 이를 유도하기 위한 공식은 

 

사우더스-브라운(Souders-brown equation) 방정식을 사용합니다. 

 

k계수인 속도는 넉아웃 드럼의  플럭스 단면적을 

 

도출할 때 사용하며 일반적으로 

 

0.3~0.35 ft/sec.(0.09 m/sec~0.107 m/sec.) 를 적용합니다.

 

 

넉아웃 드럼 Design 

 

• 수직,수평형의 Load factor 는 일반적으로 0.3~0.35 ft/sec. (0.09 m/sec~0.107 m/sec.) 를 고려합니다. 

 

• 용기의 직경이 결정되고 이를 표준 직격으로 반올림 할 때 설계 하중은 0.25~0.3ft/sec.의 Load factor 로 고려할 수 있습니다. 

 

• 수직 상향류 넉아웃 드럼의 설계시 Load factor 는 0.2~0.35 ft/sec.를 고려합니다. 

 

• 0.2ft/sec. 이하의 Load factor 적용시 미스트 제거기(Mist eliminator)의 크기를 조절해야 합니다. 

 

• 수평형(Horizontal knockout drum) 의 경우 0.35 ft/sec. load factor 를 기준으로 합니다. 

 

• 미스트 제거기와 배출부의 거리는 1/2D 간격을 유지합니다. 

 

• Liquid level 과 Inlet nozzle 중심과의 거리는 1/2D 간격을 유지합니다. 

 

• Inlet nozzle 중심과 미스트 제거기 하부와의 간격은 1D를 유지합니다. 

 

이렇게 D(직경) 값을 유지하여 설계하는 이유는 

 

공간 제약에 의한 압력 구배 현상으로 미스트 제거기 

 

방향으로의 불균일한 흐름의 양을 줄이기 위해 서 입니다. 

 

 

넉아웃 드럼은 외형적으로 일반적인 Vessel 의 

 

노즐 형태를 갖고 있습니다.

 

 Inlet nozzle과 outlet nozzle (Exit nozzle)  

 

노즐의 크기는 Upstream 과 Downstream 을 

 

연결하는 배관의 크기에 기조 하지만 유량 값에 따라 변경될 수 있습니다. 

 

Manhole 의 위치는 상부 및 하부에 설치를 고려할 수 있으나 

 

Mist 제거기 아래 쪽에 위치하는 것이 일반적입니다. 

 

 

 

미스트 Eliminator의 종류  

미스트 Eliminator 는 패드(Pad) 형식과 

 

와이어 매쉬(Mesh), 베인(Vane) 3가지 형식으로 분류 합니다. 

 

형식의 선정 시에는 배열에 의한 

 

효율과 압력 강하, 오염, 부식을 고려해야 합니다.

 

베인 타입은 와어이 메쉬 타입보다 오염도에 

 

강하다는 장점이 있으나 효율성이 낮다는 단점을 갖고 있습니다.

• 오염도 : 베인타입 > 와어이 메쉬 > 패드

와이어 메쉬는 베인 장치에 비해 보다 

 

작은 미립자 형태의 물방울을 제거하는 데 적합합니다.

 

미스트 Eliminator 문제점

한번 설치한 이후에는 공정상에 문제 없이 

 

비교적 장시간 사용할 수 있으나 가장 일반적인 형태의 문제점은 

 

Eliminator 의 면적 감소입니다. 

 

이는 미립자가 축적되어 오염을 유발하여 

 

효율을 떨어드리는 직접적인 요인이 됩니다. 

 

이러한 원인에는 Upstream 의 플러싱이 적절하게 수행되지 않았거나 

 

배관 내에 기타 이물질에 의한 것으로 추정할 수 있습니다.

내용정리

Knockout drum은 Vapor-liquid separator 의 다른 호칭이며 

 

주요 목적은 특정 공정상에서 발생하는 

 

2가지 이상의 상(phase)을 분리하여 Downstream 에 

 

미치는 영향을 최소화하기 위한 목적을 갖고 있습니다. 

 

Flare gas, 증기 steam 과 같은 공정에 사용하며 

 

수직/수평형으로 기능이 나뉩니다. 

 

Load factor 는 Knockout drum 설계의 가장 

 

기본적인 설계 인자이며 0.3~0.35 ft/sec. 를 고려합니다. 

 

설계 시에는 내부 유체의 유동성에 의한 유효성 확보를 

 

위해 최소 공간이 유지되어야 한다는 점이 중요합니다. 

 

미스트 Eliminator 는 패드, 와어이, 베인 형식이 있으며 

 

작은 미립자를 포집하는 Eliminator 일수록 오염도에 

 

취약하며 압력 손실을 수반한다는 점을 기억해야겠습니다.

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