Vortex Breaker란 무엇인가

 

 

 

오늘의 궁금한 이야기주제는 Vortex Breaker 입니다.

 

Vortex Breaker는 무엇을 말하는 것일까요? 또한 Vortex의 발생원인은 무엇이고 이를 방지하기 위한 대책은 어떠한 것이 있는지 살펴 보겠습니다.

<그림 1. Vortex Breaker>

Vortex Breaker란 그림 1처럼 Vessel안쪽에 유체의 출구방향(Liquid Outlet)에 부착되는 장치를 말합니다. 일반적인 Vortex Breaker는 십자가 모양을 하고 있습니다.

<그림 2. Cross type Vortex Breaker>

그림 2와 같이 판과 판을 Cross로 연결하여 십자가모형으로 만든 후 용접을 합니다. Vortex breaker는 일반적으로 와류를 차단하기 위해 사용되며 유체가 흐름을 통해서 출구부를 지날 때 케비테이션을 방지하는 역활을 하게 됩니다.

Separator내부에서 Vortex가 생기는 원인은 무었일까요?

일반적인 Separator는 Static equipment로서 화학적 상을 분리하는데 많이 사용됩니다. 보편적으로 Vapor와 Liquid를 분리하는 장치로서 Vessel안쪽으로 Vapor와 Liquid가 혼합형태 Mixed Gas 상태로 유입되게 됩니다. Vessel(Separator)안에서 상(Phase)이 분리 된 이후의 Liquid는 Outlet Nozzle을 통해서 후 공정이나 Pump등의 장치로 이동하게 되는데 이 과정에서 Vessel안으로 들어오는 Vapor(Gas)의 Pressure가 Vessel 내부에 압력을 형성하고 이로 인해서 미세한 소용돌이가 물이 빠지는 지점을 중심으로 운동량이 커지면서 소용돌이로 변하게 되는 것입니다. 교육 받았던 내용을 기억하기로 유속이 2ft/sec. 이상일 경우 유체의 흐름시 Vortex 에 의한 문제가 발생한다였으며 유속이 2ft/sec. 이하일 경우는 Vortex breaker고려하지 않아도 된다는 점입니다.

그렇다면 Vortex breaker가 왜 필요한 것일까요?

<그림 3. Non condensible gas inflow>

그림 3은 Vessel안에서 소용돌이가 발생할 때 Non condensible Gas가 유입되는 것을 표현한 그림입니다. Non condensible gas란 비 응축성 Gas로서 Air를 예로 들 수 있습니다. 따라서 이는 Vortex현상에 의해서 그대로 출구 방향으로 유입되고 다시 배관을 타고 다음 공정으로 따라 이동하게 됩니다. 후속 공정에서 펌프가 있다면 펌프의 효율이 떨어지고 케비테이션이 발생할 수 있게 됩니다. 따라서 후속공정에 펌프나 공기같은 Non-condensible gas의 유입이 안되게끔 할려면 Vortex breaker를 고려하고 설치해야 합니다.

Vortex Breaker Design Reference

Vortex Breaker Sizing

• H =Min.1.25 x Outlet Nozzle Diameter. 
• L = Min. 3.5 x Outlet Nozzle Diameter.

예를 들어 Outlet Nozzle 의 지름이 50 mm 이라면 H는 62.5mm, L은 175mm가 됩니다.

Vortex Breaker는 Cross type과 Grating type이 가장 많이 사용됩니다.


이상 궁금한 플랜트 이야기였습니다.