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1) 냉각탑의 설치 장소
개방형 냉각탑의 설치 장소를 선정할 때는 다음과 같은 요소를 고려해야 합니다.
- 구조적 안정성: 냉각탑의 무게 및 작동 시 발생하는 진동을 충분히 지지할 수 있는 견고한 구조물 위에 설치해야 합니다. 특히, 물이 채워졌을 때의 하중을 고려해야 합니다.
- 공기 흐름: 냉각탑의 효율적인 열 교환을 위해 주변에 장애물이 없어 공기 흡입 및 배출이 원활한 곳에 설치해야 합니다. 건물 벽면이나 다른 설비와의 간섭을 최소화하고, 주 풍향을 고려하여 설치하는 것이 좋습니다.
- 유지보수 공간: 냉각탑의 점검, 청소, 수리 및 부품 교체 등을 위한 충분한 공간을 확보해야 합니다.
- 소음 및 진동: 냉각탑 작동 시 발생하는 소음과 진동이 주변 환경에 미치는 영향을 최소화할 수 있는 곳을 선정해야 합니다. 필요에 따라 방음벽 설치 등의 조치를 고려합니다.
- 배관 연결: 냉각수 배관(공급, 회수, 보충수, 드레인) 연결이 용이하고 배관 길이가 최소화될 수 있는 위치를 선정합니다.
- 전원 공급: 냉각탑 팬 및 관련 장비에 안정적인 전원 공급이 가능한 곳이어야 합니다.
- 배수 처리: 냉각탑 하부의 블로우다운(농축수 배출) 및 오버플로우 발생 시 적절한 배수 처리가 가능한 곳이어야 합니다.
- 일조 조건: 직사광선을 직접 받는 곳은 냉각수 온도 상승 및 조류 발생의 원인이 될 수 있으므로 가능한 피하는 것이 좋습니다.
- 건물 공기 흡입구와의 거리: 냉각탑에서 배출되는 습하고 따뜻한 공기가 건물의 공기 흡입구로 유입되지 않도록 충분한 거리를 확보해야 합니다. 도면 상에는 건물 공기 흡입구가 표시되어 있지 않지만 중요한 고려 사항입니다.
- 높이: 도면에서 냉각탑이 냉동기보다 높은 위치에 설치된 것을 확인할 수 있습니다. 이는 냉각수를 중력에 의해 냉동기로 공급하고 펌프는 다시 냉각탑으로 물을 올려보내는 시스템 구성을 위한 일반적인 배치입니다.
2) 배관 계획
개방형 냉각탑의 배관 계획은 다음과 같은 사항을 포함해야 합니다.
- 공급 배관: 냉각탑 하부의 냉각수조에서 냉각수를 펌프로 흡입하여 냉동기 응축기로 공급하는 배관입니다. 적절한 관경을 선정하여 필요한 유량을 확보하고, 펌프의 흡입 조건을 고려해야 합니다.
- 회수 배관: 냉동기 응축기에서 열을 흡수한 따뜻한 냉각수를 냉각탑 상부로 이송하여 살수 장치를 통해 분사하는 배관입니다. 관경은 유량을 고려하여 결정하며, 냉각탑 상부의 살수 압력을 확보해야 합니다.
- 보충수 배관: 증발, 비산, 블로우다운 등으로 인해 손실된 냉각수를 냉각탑 수조에 보충하는 배관입니다. 수위 조절 밸브와 연동하여 자동으로 보충되도록 설계합니다.
- 블로우다운 배관: 냉각수 내 부유물질 및 용존 고형물 농도 증가를 방지하기 위해 일정량의 냉각수를 배출하는 배관입니다. 배출량은 수질 관리 기준에 따라 조절합니다.
- 오버플로우 배관: 냉각탑 수조의 수위가 과도하게 상승했을 경우 넘치는 물을 배출하는 배관입니다.
- 드레인 배관: 냉각탑 청소, 유지보수 또는 동절기 운전 중단 시 냉각수를 완전히 배수하기 위한 배관입니다.
- 배관 재질: 냉각수 특성 및 외부 환경 조건을 고려하여 적절한 재질(예: 탄소강관, 스테인리스강관, PVC 등)을 선정합니다.
- 배관 경로: 압력 손실을 최소화하고 시공 및 유지보수가 용이하도록 최적의 경로를 선정합니다. 도면 상의 거리 C는 배관 길이에 영향을 미치는 요소입니다.
- 밸브 설치: 각 배관 라인에 필요한 밸브(차단 밸브, 조절 밸브, 체크 밸브 등)를 적절한 위치에 설치하여 시스템 운전 및 유지보수 편의성을 높입니다.
- 보온 및 부식 방지: 필요에 따라 배관에 보온재를 설치하여 열 손실을 줄이고, 부식 방지 처리를 합니다.
3) 냉각수 Pump 의 실 양정 (A, B, C 를 이용하여 표현)
냉각수 펌프의 실 양정(Total Dynamic Head, TDH)은 펌프가 냉각수를 순환시키기 위해 극복해야 하는 총 압력 차이로, 다음과 같이 구성됩니다.
- 실제 높이차 (정양정): 펌프의 흡입 수면에서 토출 수면까지의 수직 높이차입니다. 도면에서 펌프의 위치에서 냉각탑 상부의 살수 노즐까지의 높이를 고려해야 합니다. 이는 대략 A + B 로 표현될 수 있습니다. (단, A와 B가 정확히 어떤 높이를 나타내는지에 따라 달라질 수 있습니다.)
- 배관 마찰 손실: 배관 내부를 흐르는 냉각수의 마찰로 인해 발생하는 압력 손실입니다. 이는 배관의 길이, 관경, 재질, 유량 및 배관 부속류(밸브, 엘보우 등)에 따라 달라집니다. 도면 상의 거리 C는 수평 배관의 길이를 나타내므로 마찰 손실에 영향을 미칩니다. 마찰 손실은 유량의 제곱에 비례하므로, 설계 유량을 고려하여 산정해야 합니다. 이를 수두로 환산하여 나타냅니다.
- 기기 마찰 손실: 냉동기 응축기 내부를 흐르는 냉각수의 마찰로 인해 발생하는 압력 손실입니다. 이는 냉동기 제조사에서 제공하는 자료를 통해 확인할 수 있습니다. 이를 수두로 환산하여 나타냅니다.
- 속도 수두: 펌프 토출 측의 유속 에너지에 해당하는 수두로, 일반적으로 그 값이 작아 무시되는 경우가 많습니다.
따라서 냉각수 펌프의 실 양정은 다음과 같이 표현할 수 있습니다.
실 양정 = 정양정 + 배관 마찰 손실 수두 + 기기 마찰 손실 수두 + 속도 수두
도면의 A, B, C를 이용하여 간략하게 표현하면 다음과 같습니다.
실 양정 ≈ (A + B) + f(C)
여기서 f(C)는 수평 배관 길이와 관련된 마찰 손실 수두를 나타내는 함수이며, 실제 값은 배관의 상세 설계(관경, 재질, 유량, 부속류 등)를 통해 계산해야 합니다. 만약 C가 수평 배관의 대표적인 길이를 나타낸다면, 마찰 손실은 C에 비례하는 경향이 있으므로 다음과 같이 단순화하여 표현할 수도 있습니다.
실 양정 ≈ A + B + k * C (k는 배관 특성에 따른 비례 상수)
가장 단순하게 정양정만을 고려한다면 실 양정 ≈ A + B 로 나타낼 수 있습니다.
4) 냉각수 절수 방법
냉각수 사용량을 줄이기 위한 방법은 다음과 같습니다.
- 비산 방지 장치(Drift Eliminator) 성능 향상: 냉각탑에서 물방울이 외부로 날아가는 것을 방지하는 장치의 효율을 높여 물 손실을 최소화합니다.
- 블로우다운 최적화: 냉각수 내 불순물 농도를 적절하게 유지하면서 블로우다운 횟수나 양을 최소화합니다. 수질 분석 센서를 이용하여 자동으로 블로우다운 시점을 조절하는 방법도 있습니다.
- 농축수 재활용: 블로우다운 되는 물을 처리하여 재활용하거나 다른 용도로 사용하는 방안을 검토합니다.
- 누수 점검 및 보수: 냉각탑, 배관, 밸브 등에서 발생하는 누수를 주기적으로 점검하고 즉시 보수합니다.
- 증발량 최소화: 냉각탑의 효율적인 운전을 통해 필요한 냉각 효과를 얻으면서 증발되는 물의 양을 최소화합니다. 적절한 공기 흐름 확보 및 열 교환 효율 유지가 중요합니다.
- 보충수 관리: 보충수 사용량을 정확히 파악하고, 가능한 한 수질이 좋은 물을 사용하여 블로우다운 빈도를 줄입니다.
- 변유량 시스템 적용: 냉각 부하에 따라 냉각수 펌프의 유량을 조절하여 불필요한 물 순환을 줄입니다.
- 정기적인 청소 및 유지보수: 냉각탑 내 스케일, 슬러지 등을 제거하여 열 교환 효율을 유지하고 물 사용량을 최적화합니다.
5) 냉각수 수질 관리 방법
냉각수 수질 관리는 냉각탑 및 냉동기의 효율적인 운전과 수명 연장을 위해 매우 중요합니다. 주요 수질 관리 방법은 다음과 같습니다.
- 정기적인 수질 검사: pH, 전기 전도도, 총 용존 고형물(TDS), 알칼리도, 경도, 염소 이온 농도, 황산 이온 농도, 실리카 농도, 부유 물질 농도 등을 정기적으로 측정하여 수질 상태를 파악합니다. 필요에 따라 미생물 검사(세균, 조류, 레지오넬라균 등)도 실시합니다.
- 화학적 처리: 수질 검사 결과에 따라 스케일 생성 방지제, 부식 방지제, 생물막 억제제(살균제, 살조제) 등의 화학 약품을 적절한 농도로 투입하여 스케일, 부식 및 미생물 번식을 억제합니다.
- 블로우다운: 냉각수 내 농축된 불순물을 제거하기 위해 주기적으로 일정량의 물을 배출하고 새로운 물로 보충합니다. 블로우다운 양은 수질 검사 결과에 따라 조절합니다.
- 여과 장치 설치: 냉각수 내 부유 물질을 제거하기 위해 여과기를 설치합니다. 사이드 스트림 필터 방식을 사용하여 지속적으로 냉각수 일부를 여과하는 방법도 있습니다.
- 수처리 장치 설치: 필요에 따라 연수기, 역삼투압 장치 등을 설치하여 보충수의 수질을 개선합니다.
- 정기적인 청소: 냉각탑 수조 및 충진재에 쌓인 슬러지, 스케일, 이물질 등을 정기적으로 청소하여 열 교환 효율을 유지하고 미생물 번식을 억제합니다.
- 전문가 자문: 수질 관리 전문 업체의 자문을 받아 냉각수 시스템의 특성에 맞는 최적의 수질 관리 프로그램을 운영합니다.
- 운전 기록 관리: 수질 검사 결과, 약품 투입량, 블로우다운 횟수 및 양, 청소 기록 등을 체계적으로 관리하여 문제 발생 시 원인을 파악하고 개선하는 데 활용합니다.
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