1.0 개요
본 설계 지침서는 Centrifugal Pump의 Hydraulic 계산 방법에 대해 기술한다.
2.0 업무 분장
프로세스 엔지니어는 모든 펌프에 대한 Hydraulic계산을 하여 Licensor 또는 Basic Engineering Company로부터 접수한 Pump data sheet를 Verification 하여야 한다.
3.0 설계 범위 및 기준
펌프 Hydraulic 계산에 필요한 사항은 아래와 같다.
1) 펌프를 포함한 배관 시스템 스케치(Equipment elevation 포함)
2) Operating Pressure of suction and destination point
3) 유체의 물성치 (Sp.Gr. or Density, Viscosity and Vapor pressure) and Operating Temperature
4) 펌프의 Normal 과 Rating Capacity
5) Line size, Pipe flange rating and Isometric Drawing or Plot Plan
6) Instrument (orifice and/or control valve) and Equipment (heat exchanger and/or Filter) data sheet
7) Pipe wall roughness in case of special piping
8) Surface tension in case of two phase at discharge of heat exchanger
4.0 용어의 정의
다음에서 Program에 사용되는 각 용어에 대해 알아보았다.
4.1 유량 (Flow)
정상유량 (Normal flow)
공정이 정상 운전되는 상태의 유량으로서 물질 수지에 기록된 유량이다.
설계유량 (Rated flow)
공정이 요구하는 최대 (MAX) 유량으로서 Normal flow에 Over-design percent를 곱한 값이며, over-design에 대한 특별한 requirement가 없을 경우 아래 사항을 참조한다.
정상유량에 대한 설계유량의 마진
펌프 설치 목적 유량제어 방식 액위 또는 온도 제어 방식
단위공정에 대한 Feed 펌프 5 10
단위공정의 Product 펌프 10 15
2차 가압 펌프의 공급 펌프 10 15
탑정 환류 15 20
Pump around 환류 20 20
리 보일러 공급 펌프 15 20
보일러 공급 펌프 ------ 10*
간헐적으로 운전하는 펌프 0 0
Chemical Injection 20 ------
Surface Condenser의 응축수 펌프 ------ 10**
* 보일러 설계 용량에 대한 마진임
** Surface Condenser 설계 용량에 대한 마진임
4.2 밀도 (Density)
물질 수지에 기록된 정상 운전 온도에서 펌프의 입구 유체의 밀도로서 Differential Head 결정 시 사용된다.
4.3 도달 압력 (Destination Pressure)
도달 압력은 통상 유체가 펌프를 통해 공급되는 최종 용기 또는 탱크의 최고 운전 압력(max. operating pressure, not equipment design pressure)으로 통상 Normal과 Rating이 서로 같다.
4.4 마찰 손실 (Friction Loss)
배관, Fitting, 밸브 등과 유체의 마찰에 의한 압력 손실로서 Equivalent length에 비례하며, Equivalent length는 ISO-metric drawing으로부터 직접 구하는 방법과 이것이 여의치 않을 경우 Plot plan에 line route를 가정하고 이에 margin을 주어 계산하는 방법이 있다. 이때에 static head 또한 고려되어야 한다.
Pipe Line의 마찰 손실을 구할 때는 Rated flow를 사용한다.
4.5 유량계 압력 손실 (Flow Meter pressure drop)
Instrument data sheet에 나타나 있는 pressure drop을 사용하는 것이 원칙이나, data sheet에 나타나 있지 않을 경우 다음을 참조한다.
설계 단계에서 Orifice 유량계에 대한 압력 손실은 통상 3.6 PSI (2500 mm Water)이며 이중 약 60%가 회수된다. 따라서 영구적인 손실은 3.6 PSI x 0.4 = 1.44 PSI (1000 mm Water)이나 최초 펌프 산정 시에는 orifice 유량계 압력 손실은 2 PSI (0.14 kg/cm2)로 한다. Mass meter(Coriolis type)의 경우 allowable pressure drop에 의해 Size가 좌우되므로 최초 계산 시 minimum 0.5 kg/cm2은 주어야 한다.
Annubar는 pressure drop을 주지 않는다.
4.6 Equipment 압력 손실 (Equipment pressure drop)
Equipment data sheet 상에 표기된 allowable pressure drop을 사용하는 것이 원칙이나, heat exchanger의 경우 HTRI program의 calculated pressure drop을 사용할 수도 있으나 HTRI program은 fouling 되었을 때의 pres
sure drop을 포함하지 않으므로 Grass roots design의 경우 allowable pressure drop을 사용하시기 바람.
4.7 제어밸브 압력 손실 (Control Valve Pressure Drop)
Control valve data sheet에 나타나 있는 값을 사용하는 것이 원칙이나, data sheet에 나타나 있지 않을 경우 다음을 참조한다.
Variable pressure drop (equipment pressure drop, instrument pressure drop and friction loss)의 minimum 25%
Minimum 0.7 kg/cm2, whichever is greater
4.8 펌프 출구 압력 (Discharge pressure)
펌프의 출구 압력은 상기 4.3 도달 압력 (Destination pressure), 4.4 마찰 손실 (Friction Line loss), 4.5 유량계 압력 손실 (Flow Meter pressure drop), 4.6 Equipment 압력 손실 (Equipment pressure drop), 4.7 제어밸브 차압 (Control valve pressure drop) 및 기타 손실 (Other loss)의 합계이다.
펌프 출구 압력은 Rated 유량 (rated flow)를 근거로 계산하며 이 출구 압력에서 입구 압력을 감하여 차압(differential pressure)을 얻게 된다.
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