Residence Time 의 정의와 기준
Residence Time의 정의와 기준 (부제 : Retention time)
Residence 는 우리말로 "체류"를 뜻합니다. 이는 Separator 설계 시 고려해야 하는 사항 중의 하나로서 액체 내 1 종 이상 다중 성분의 물질을 분리할 때 "체류 시간" 은 분류된 물질의 품질(농도)을 결정하는 설계 요소로 작용합니다. 대표적인 사례로 원유를 본 공정에 투입하기 전에 오일, 기체, 물로 분리하는 공정을 예로 들 수 있습니다.
Residence Time 증가가 제작 비용이 미치는 영향
용기 안의 "체류 시간" 이 길어진다는 것은 Vessel 의 처리 용량이 커져야 한다는 것을 의미하고 이는 Vessel 의 전체적인 크기 증가로 이어집니다. 다시 말해 부적절하게 긴 체류 시간은 불필요한 용량 증가를 발생하여 제작 Cost 를 상승시키는 요인이 됩니다. 그렇다면 적정 체류시간의 기준은 무엇일까요? 몇 분 정도로 하는 것이 좋은 것일까요?
Residence Time 의 기준
처리하고자 하는 물질의 특성 차이로 인해 이를 결정 짓는 확실한 기준을 찾는일이란 쉽지 않습니다. 다만 현업에서는 가능한 이전 실적 자료를 바탕으로 진행하는 것을 가장 확실하고 안정적으로 설비의 체류 시간을 결정 짓는 인자로 생각합니다. 다시 말해 이전에 납품하였던 설비의 동일 혹은 비슷한 유체의 체류시간이 문제없이 진행되었다면 이를 기준으로 하여 비슷한 설비의 시간을 결정할 수 있습니다.
참고 체류 시간
- 수평형 기수분리기(상이 2개 일 때) : 5 minutes 이내
- 수평형 기수분리기(상이 3개 일 때) : 10 minutes 이내
- 수직형 기수분리기 : 2 minutes 이내
현업에서 사용되는 기자재의 Residence time 은 거의 대부분 2분에서 10 분 사이로 결정되지만 Surge drum 과 같은 경우 최대 30 minutes 까지 체류 시간을 필요로 하는 경우도 있습니다.
Residence time 의 관련 기준
그렇다면 Residence time 을 결정하는 관련 기준은 어떠한 것이 있을까요? 위에 기술한 Residence time 은 과거 실적 및 관행에 의해 작성된 표준으로 참고 시간일 뿐 시간을 산출한 구체적인 계산 수식이나 기준은 찾아 볼 수 없습니다. 다만 API 12J Specification for Oil and gas separators 에서는 Residence time 에 대한 명확한 기준과 계산 수식을 확인할 수 있습니다. 먼저 API 12J 에서는 Residence time 용어 대신에 Retention time 을 사용합니다. API 12J 에서는 Retention time을 액체 상과 가스 상 사이에 평형 상태를 얻어내기 위한 충분한 시간으로 정의하고 있습니다. C.1.5 항 Retention time 에서는 구체적으로 시간을 구할 수 있는 공식이 포함되어 있습니다. (본문에서는 공식에 관한 내용은 포함하지 않았습니다) 또한 온도 별로 필요한 시간에 대한 기준을 명시하고 있습니다.
Oil Gravities Minutes (Typical)
Above 35° API 1
20° – 30° API 1 to 2
10° – 20° API 2 to 4
내용 정리
Residence time 은 플랜트 산업의 상을 분리하는 장치류(Separators)의 크기를 결정하는데 중요한 설계 요소로써 체류시간과 용기의 크기는 비례합니다. 따라서 물질의 적정 체류시간을 결정하는 것은 제작 비용을 낮출 수 있는 요인으로써 현업에서 사용하는 장치류의 체류시간은 일반적으로 2분에서 10분 내외로 설정하여 적용합니다. 이러한 기준은 오래된 경험을 바탕으로 형성된 레거시 데이터로 장치류 제조사 별로 별도의 기준을 갖고 있습니다. API 12J 에서는 좀더 구체적으로 Oil, gas, liquid 를 분리할 때 필요한 Retention time 을 정의하고 계산 수식과 온도에 따른 시간 기준을 기술하고 있습니다.
By Inside Insights (Chandler)