배관시스템 설계

1 배관시스템 설계 개요

 1) 배관설비의 설계순서
  ① 배관방식의 결정
  ② 배관경로의 작성
  ③ 유속/유량결정 / 손실수두 결정
  ④ 관경 계산 / 결정
  ⑤ 부속품 결정
  ⑥ 총손실수두 계산
  ⑦ 펌프 용량 결정

 2) 배관설계시 주의사항
   - 배관을 통과하는 유체의 유속은 수격작용, 배관감육, 부식등에 의한 압력강하를 고려해야한다.
   - 설계압력은 완전개방시의 압력과 동일하게 한다.
   - 스팀 등 열수송관등은 압력변화 및 이동간저항등을 고려하여 최대운전압의 1.2배로 설계한다.
   - 설계온도는 관로에서 발생할 수 있는 조건의 최대온도로 고려한다.
   - 배관의 배치는 운전시 열팽창을 고려해야한다. 인접한 라인이나 기기의 간섭을 고려하여 적당한 유격(25mm)를 두고 설계한다.

 

2 항목별 설계 가이드

 1) 유속설계(m/s)
   - 증기 : 
     * 과열증기(150bar) 35~40
     * 저압증기 30~35
   - 용수
     * 냉각수 : 1.5~2.5
     * 급수펌프 : 3~5
   - 압축공기
     * 압축공기 : 5~15

 

 2) 배관시스템
   - 배관지지대 위로 설치되는 배관의 최소 호칭지름은 50mm 이다.

 

 3) 배관의 재질
   - 금속
   - 비금속배관
     * 열가소성 플라스틱(thermoplatics)
     * GRP(Glassfiber Reinforced Plastics)
     * PVC, HDPE, PP
   - 코팅배관(lined piping)
     * 배관내부에 기계 및 화학적 접착을 통한 특정재질이 도포된 배관
     * 고무, PTEF(Teflon), Glass, FRP 이 이용됨

 

 4) 펌프 수압 계산
   - 펌프의 설계유량은 정상유량의 115%로 하며 최소 110%로 한다.
   - 최고운전압력은 설계압력이 아닌 배관압력손실은 감안한 값이다.
   - 펌프 토출압력은 도달압력, 배관손실, 유량계압력손실, 열교환기 압력손실, 조절밸브 압력손실 등 기타 손실의 총 합계 이상으로 계산한다.

 

5) 펌프의 설계

   - 유효양정의 고려

     * 펌프가 설치되어 사용될때 펌프 그자체와는 무관하게 흡입측의 배관 / 시스템의 위치에 따라 정해지는 값으로 펌프 흡입구중심까지 유입되어 들어오는 액체에 외부로부터 주어지는 압력을 절대압력으로 나타낸값에서 그 온도에서의 액체 포화증기압을 뺀 것.

   - 펌프의 소요동력 계산
     * 펌프, 팬, 컴프레서는 유체의 압력을 증가시키고 이동시키기 위해 전력을 필요로한다.
     * 펌프 및 모터효율, 차압, 유체밀도, 점도, 유속에 따라 전력요구량이 달라진다.
   - 펌프의 동력은 수동력, 축동력, 소요동력으로 구분된다.
     * 수동력 : 유체의 속도와 압력을 증가시키기 위한 펌프에서 유체에 전달되는 에너지.
     * 축동력 : 모터에서 펌프 샤프트로 에너지를 전달하는데 필요한 동력, 펌프의 효율에 따라 달라진다.
  
참고) 양정 : 펌프가 물을 끌어올리는 힘
   - 펌프의 토출에서 밀어올릴 수 있는 높이
   - 유효흡입양정(NPSH) : 펌프의 공동현상의 발생가능성을 점검하는 척도
     * NPSHr 펌프의 사양
     * NPSHa 펌프의 설치조건 : 대기압에서 흡입측에 관련된 흡입양정, 흡입배관손실, 포화증기압의 손실을 제외한 나머지이다.
     * 수중펌프는 NPSHa 가 충분한 조건 : 흡입양정이 무조건 +이며, 흡입배관손실 없음
   - NPSHa > NPSR x 1.3 인 조건에서 cavitation이 발생하지 않는다. 펌프의 미동작이 발생하지 않는다.