증기설비에서 밸브와 관련 장치는 증기 저장·배출·분리 기능으로 시스템 안전과 효율을 유지한다는 점이 핵심이다. 어큐뮬레이터는 과잉 증기를 저장해 부하 변동을 완충하고, 증기트랩은 응축수를 자동 배출하며, 안전밸브는 과압을 방지하는 최후의 장치라는 역할을 중심으로 이해한다.
증기 어큐뮬레이터(steam accumulator)는 보일러에서 남는 증기를 고압 상태로 저장해 두었다가 필요할 때 방출하여 증기 부하 변동을 흡수하는 장치다. 내부에는 증기를 물속에 불어 넣는 증기 분사노즐, 증기를 골고루 퍼주는 증기 분배관, 물의 온도를 균일하게 하는 순환동 등이 포함된다. 축열 매체는 관수(가압수)이며, 잉여증기를 관수에 응축시켜 열을 저장하고 필요 시 감압하여 증기를 만든다는 원리를 가진다.
기수분리기는 증기 중의 물방울을 제거하는 장치로, 파형 강판을 다수 겹쳐 증기 흐름 방향을 연속적으로 바꾸어 관성에 의해 물방울을 분리하는 형식을 스크러버형이라고 한다. 배플형은 평평한 충돌판을 이용하는 방식이고, 사이클론형은 원심력을 이용하는 방식으로 구분한다.
증기트랩은 응축수만 배출하고 증기는 차단하는 장치다. 응축수가 일정량 모이면 밸브를 열어 배출하고 배출이 끝나면 닫는 간헐적 작동이 정상 동작이다. 따라서 '간헐적 작동' 자체는 누출 원인이 될 수 없고, 밸브 개폐 불량·오리피스 고장·작동부 고장 등이 실제 누출 원인이 된다.
안전밸브는 보일러 내부 압력이 허용압을 넘을 때 자동으로 증기를 방출해 폭발을 방지하는 장치다. 설치 시 밸브 축은 수직으로 하고 보일러 몸체에 직접 부착하며 2개 이상 설치하는 것이 원칙이고 점검이 용이하도록 잘 보이는 곳에 설치해야 한다. 누설·작동불능의 대표적 원인은 밸브 축 이완, 스프링 장력 감소, 시트 사이 이물질 등으로 밸브의 밀착 불량과 관련된다.
예제
증기 축열기의 구성 부품 문제에서 '트레이가 축열기의 부품이다'라는 선지는 틀린 선택지다. 축열기는 증기 분사노즐·증기 분배관·순환동으로 구성되며 트레이는 증류탑·흡수탑의 내부 구성물로 축열기와 무관하다는 근거로 소거한다.
안전밸브 설치 관련 문항에서는 '밸브 축을 수평으로 한다' 또는 '몸체에 직접 부착하지 않는다'와 같은 진술이 틀린 설명으로 소거된다. 설치 원칙은 축 수직, 몸체 직접 부착, 보일러당 2개 이상, 잘 보이는 곳에 설치임을 적용해 정답을 결정한다.
증기트랩의 누출 원인 문항에서는 '간헐적 작동'을 누출 원인으로 제시한 선지가 함정이다. 트랩은 응축수 배출을 위해 간헐적으로 작동하는 것이 정상임을 근거로 해당 선지를 정답으로 선택한다.
대표 기출 3문항
과열기 설치 형식에서 대향류의 특징을 설명한 것으로 옳은 것은?
과열관은 고온가스에 의한 소손율이 적다.
가스와 증기의 평균 온도차가 적다.
열전달량이 다른 배열에 비해 적다
열전달이 양호하고 고온에서 배열관의 손상이 크다.
정답과 해설 보기
정답 ④ · 과열기 설치 형식 중 대향류(Counter-flow) 방식은 고온의 연소 가스가 흐르는 방향과 증기가 이동하는 방향이 반대로 교차하도록 배치된 형태를 말합니다. 이러한 역류 배치는 열교환기 설계 시 평균 온도차(LMTD)를 최대한 크게 확보할 수 있어 전체적인 열전달 효율이 매우 양호하고 관의 길이를 줄일 수 있는 장점이 있습니다.
대향류는 가스와 증기가 반대로 흘러 온도차가 커 열전달이 양호하지만, 고온부 관 손상이 크다.
증기 축열기에 대한 설명으로 틀린 것은?
열을 저장하는 매체는 증기이다.
변압식은 보일러 출구 증기 측에 설치한다.
저부하시 잉여증기의 열량을 저장한다.
정압식 보일러 입구 급수 측에 설치한다.
정답과 해설 보기
정답 ① · 증기 축열기는 보일러의 부하 변동에 대응하여 증기를 비축하거나 방출하는 역할을 하는 장치입니다. 하지만 축열기 내부에서 열을 저장하는 주된 매체는 증기 자체가 아니라, 내부에 채워진 고온 고압의 관수(가압수)입니다.
증기 축열기의 열 저장 매체는 증기가 아니라 내부 관수(가압수)이므로 ①이 틀린 설명이다.
증기트랩 불량으로 인한 증기 누출 원인으로 가장 거리가 먼 것은?
간헐적 작동
밸브개폐 불량
오리피스의 고장
트랩 작동부의 고장
정답과 해설 보기
정답 ① · 증기트랩은 본래 응축수를 배출하면서 증기는 차단하는 장치이므로, 작동 원리에 따라 간헐적으로 작동하는 것이 정상입니다. 따라서 간헐적 작동 그 자체는 증기 누출의 원인이 아닙니다.