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  Centrifugal pump performance 관련 문의
  글쓴이 : Polysilico…   고유ID : freshen12     날짜 : 20-09-16 15:59     조회 : 116    
스테파노님 항상 감사하게 답변 잘 보고 공부하고 있습니다. 신입 엔지니어로서 프로젝트 진행 시 궁금한 부분이 생겨 질문을 드리게 되었습니다.
질문 드릴 부분은 현재 탱크안에 있는 BFW를 Evaporator(내부 압력 -0.55kg/cm2G)로 이송하기 위한 Pump를 설계 중인데,  Pump discharge에 설치될 Block valve 1개를 제외하고는 Evaporator 도착점까지 배관에 어떠한 계기나 장치(control v/v 등)가 없습니다. 따라서 Friction loss 및 Gravity loss를 제외하고 Fitting에 대한 △P는 걸리는 것이 없습니다.
여기서 궁금한 점이 초기 Centrifugal pump start-up 시 discharge block valve를 천천히 잠그며 pump가 제 성능을 발휘할 performance 까지 도달했을 때 다시 block valve를 full open 시킬 것 인데, 정상 운전이 되고 난 후 block valve를 full open 하면 후단 라인에 △P가 걸리는 것이 하나도 없이 배관이 그대로 -0.55kg/cm2G 압력으로 유지되고 있는 Evaporator까지 도달할 경우, Pump는 제 performance를 발휘하지 못하는 것인가요? 아니면 한번 Pump가 제 성능을 발휘할 performance까지 도달하면 suction의 압력과 유량만 유지된다면 discharge 후단의 배관에 △P가 걸리는 것 하나 없이 곧바로 Evaporator에 연결되더라도 pump의 performance에는 영향이 없는 것인가요?
참고 사항으로
Line length straight : 100m
Net elevation change :29m 입니다.
감사드립니다.

스테파노 Stefano   20-09-16 17:45
(A1)  <... Centrifugal pump start-up 시 discharge block valve를 천천히 잠그며 ..>
=> 원심펌프는  원래 배출밸브를 닫은 상태에서 펌프를 기동하기 때문에  인용한  < .. --..>부분의 설명은 맞지 않습니다.  이어서 Pump Motor가 제 RPM에 도달한 후 서서히 밸브를 열어줍니다.   

(A2) 원심펌프에서는 밸브가 닫힌 상태에서 나타내는 압력이 그 펌프가 나타낼 수 있는 대개 최고의 압력이 된다고 보면 됩니다.
그러나 이 상태에서는 배출양이 없기 때문에 제역할을 나타내는 상태가 아닙니다.    밸브를 열어 어느정도 압력이 걸린상태에서 배출되는 유량이 있음으로 해서 그 펌프가  일정시간에 일정한 에너지를 생산해 내기 때문에  동력(Energy/Time)을 발하고 있는 것이지요.

펌프가 생산해 내는 에너지는  (압력 * 부피)에 해당하고 그 부피를 배출하는데 소요되는 (시간)동안 발산합니다.  시간당 부피는 바로 유량이므로  펌프효율을 고려하지 않고 유체가 나타내는 압력과 유량이 바로 유체가 (유효하게) 얻어낸 동력이 됩니다.
 
Pump (Net)동력 = (압력 * 부피유량)    .....(1)  압력에 부피유량을 곱하고 단위를 맞추어 주면 동력 [kW] 값이 계산됩니다.

(A3) 밸브를 열어주니 압력이 떨어지고 오히려 -0.55 kg/G의 압력이 걸리고 있다고 하면  Pump 후단에 연결된 장치가 진공상태로 운전된다거나  펌프보다 훨씬 낮은 곳에 장치가 연결될 상태일 것입니다. 

이때 만일 펌프의 흡입측 압력이 대기압이라고 한다면  펌프없이도  BFW는 해당장치로 빨려 들어가게 될 것입니다.  그 상태에서 만일 유량이 부족하다면  펌프가 필요하 것이고 펌프없이 유량을 더 늘이고자 한다면 연결관의 직경만 늘이면 됩니다.
이 상태라면 펌프가 필요하지 않고 동력도 소요되지 않습니다.

(A4) 그렇다면 펌프가 펌프의 설계압력과 유량은 무슨 쓸모가 있는가? 라는 의문이 들 터인데  그 펌프는 일정차압을 만들어 내면서 유량을 배출하여야 하는데 <제역할을 못하고 있는 것 아니가?> 라는 생각이 들지만.,  <제역할을 못하고 있는 것>이 아니라  (1)의 식으로 계산되는 <설계된 동력>이 전혀 필요하지 않다는 것을 말합니다.  유량이 있어도 압력이 안걸리면 동력이 필요없지요.

과연 그런지는 Pump에 연결된 모터의 전압과 전류를 점검해 보면 됩니다 .

3상 모터라면 모터의 동력 = √3 * (3상 선간전압)*(전류) .....(2)  전압에 전류를 곱해 얻어지는 단위를 환산하면 동력(kW)단위가 나옵니다.
     
Polysilico… freshen12   20-09-16 20:55
소중한 답변 정말 감사드립니다.  이 프로젝트는 아직 설치 전이며 상세설계 진행중 드는 의문에 대해 여쭈어 보았습니다.

말씀대로 evaporator는 진공MVR에 의해 진공이 유지되고있고 위치는 바닥에서 29m 높이에 있습니다. 펌프와 Evaporator의 거리는 straight로 100m 이며 펌프는 바닥에 위치해 있구요..
BFW condition 온도 130도 이며 유량 35065kg/hr 라인 size 4" 입니다. 같이 협업하는 epc에서 dishcarge 압력 4.2kg/cm2g의 펌프로 설계하였는데 해당 압력기준으로 hydraulic 계산결과 evaporator 도착지점에서의 압력이 약 1.2kg/cm2G로 130도에서의 saturation vapor압력(1.72kg/cm2g)이하로 떨어져 line에서 이송도중 2phase line이 존재할 가능성이 있어 압력 상향을 요청하였습니다.
하지만 EPC에서는 도착도인 evaporator가 진공압이고 pump discharge line에 delta P를 잡아주는것이 하나도 없기때문에 압력상향 여부는 크게 중요치 않고 압력을 더 높이든 낮추든 Two phase에 대한 리스크는 똑같이 적용될 것이라고 합니다. 해당문제가 걱정된다면  근본적 문제해결을 위해서는 control v/v나 ro을 설치하여 압력을 잡아줘야 문제가 없을 것이라고 하구요.

여기서 궁금한 점은 epc 말대로 꼭 control valve나 ro로 delta P를 잡아주어야 되는 것인지.. 아니면 제 생각처럼 그것들이 없이도 evaporator 도착도 압력이 130도 saturation 압력보다 높게형성되도록 pump 압력만 상향해 준다면 2phase의 문제는 없어지는 것이 맞는지 헷갈립니다 ㅠㅠ 제 생각에는 evaporator에 의해 pump discharge line이 영향을 받는 부분은 끝단의 일부만 영향을 받지 않겠나.. 생각하고 있습니다. 고견을 부탁드립니다.
스테파노 Stefano   20-09-17 02:22
BFW의 유량조절을 위해 Flow Controller와 Control Valve를 설치해야 운전이 될 것으로 보이므로 근본적 검토를 해보세요.
     
freshen12    20-09-17 07:44
네 알겠습니다! 펌프 설계 시 유량을 35065kg/hr로 맞춘다면 펌프는 딱 그 만큼만 일을 하기 때문에  컨트롤 밸브가 필요없이 일정유량 공급이 가능하지 않나요?
Stefano    20-09-17 11:34
설계는 어디까지나 안전율을 감안한 <여유치>를 가지고 있어서 <최대치>로 <연속운전 가능한 값>으로 운전할 수 있는 것이라서 조절하지 않고 운전하면 과다 운전이 될 수 있습니다.   

펌프의 설계조건은 최대 연속운전 가능한값 이상의 성능을 가지는 조건을 명시하는 것이지만 펌프 제작자는 설계유량에만 정확히 맞추어 제작되는 것이 아니라 설계조건에 맞는 펌프중에서 선정하는 것이라서 항상 유량 여유치를 가집니다. 

따라서 시동 정지시 따른 부하조절, 운전중 부하조절 등에 펌프가 자동조절되지 않기 때문에 별도의 유량조절 밸브가 필요합니다.
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