Vacuum Breaker 이해

Steam piping system내 steam의 응축에 의해 형성된 진공을 공기로 채우기 위해 설치된 device가 vacuum breaker이다. 즉, closed system내 원치 않은 진공을 깨기 위해 고려하며 이러한 진공에 대해 설계가 되어 있지 않다면 시스템의 붕괴를 야기할 수 있다. 설계조건에 FV (full vacuum)을 적용하되 piping 두께가 이를 견딜 수 있는지 확인이 필요하다.

Illustration of Vacuum Breaker in Steam System

 

시스템 내부의 증기가 식으면서 부피가 줄어들면 진공이 발생하는데, 이때 외부 압력(대기압)이 내부의 낮은 압력보다 높아져 vacuum breaker의 밸브를 밀어 올리며, 밸브가 열리면 외부의 공기가 배관이나 용기 내부로 유입되어 진공 상태를 해소하고 압력을 정상화한다. 평상시에는 스프링이나 자체 압력으로 밸브가 닫혀 외부 공기가 침투하는 것을 막는다.

P&ID symbol

 

 

Vacuum breaker의 주요 역할을 아래와 같다.

- 진공을 방지하여 항상 condensate의 drain을 가능하게 함.

- Water hammering을 방지함.

- 온도의 hunting이나 불균일을 방지함.

​

​

​

Working Philosophy of Vacuum Breaker

Vacuum breaker는 단순한 check valve처럼 작동을 하며 내부에서 진공이 형성되기 시작하면 spring loaded ball float가 위로 올라가 외부의 공기가 system내부로 유입되어 진공을 깰 수 있으며, 이후 양압이 형성되어 steam이나 condensate가 외부로 나오려고 할 때 ball float가 다시 내려와 유로를 close하여 leak를 차단하게 된다.

operating procedure, spirax sarco

 

Vacuum Breaker Installation

Vacuum breaker는 vertical 방향으로 설치하고 시스템의 가장 높은 위치에 놓인다. 아래는 steam system에 설치되는 vacuum breaker이다.

Sample Vacuum Breaker for Steam Piping, spirax sarco

 

 

Vacuum breaker 핵심은 밀봉과 개방의 균형으로, 평상시에는 내부 압력으로 닫혀 있다가 진공 상태가 되면 공기 유입을 허용하여 진공을 깨뜨리는 구조를 가진다.

​

Vacuum Breaker는 여러 산업 분야에서 사용되며 steam system, cooling water system, 탱크, 배관 등에서 갑작스런 유체 흐름의 변화나 압력 차이로 인해 발생될 수 있는 진공 상태를 방지하는 목적이 있다.

​

Vacuum breaker 없이 운전중 진공이 발생하면 설비나 시스템의 손상이 일어날 수 있다. 물론 system을 full vacuum design을 하게 되면 설령 vacuum이 일어나도 hardware적으로는 견딜지라도 내부의 진공 형성에 따라 운전에 문제를 야기할 수는 있다.

The use of vacuum breaker to prevent stall, spirax sarco

​

Vacuum breaker는 전기적인 방법이 아닌 기계적인 방법에 의해 작동하며 간단한 구조를 가지고 있다. 즉, 시스템 내부에서 진공이 일어나면 자동으로 기계적인 원리에 의해 유체나 공기를 유입시켜 압력 균형을 맞추고 진공 상태를 방지한다.

​

특히 배수시스템에서 유체가 갑자기 빠른 속도로 배출되거나 유입이 중지될 경우 압력의 불균형이 발생되어 시스템 내부에는 진공이 형성될 수 있어서 vacuum breaker 설치를 통해 사고를 예방하고, 시스템의 안정성을 기할 수 있다. 유지보수가 간단하며 자동으로 작동됨에 따라 운전원의 개입이 필요 없는 편리한 item이다.

 

​

Vacuum breaker는 유체의 종류와 특성에 맞게 선택해야 한다. 즉, 고온의 유체가 흐르는 시스템에서는 고온 환경에 적합해야 하며, 각 시스템에 적합한 설정 압력 범위를 고려하여 적절한 capacity를 가져야 한다.

 

high point에 설치된 cooling water cooler (설계관점에서 설치 높이 10m 기준) 운전 과정에서 cooling water 공급이 일시 중단될 경우 cooling water가 아래로 쏟아지면서 열교환기와 상부 배관에 진공이 형성되어 기계적 손상이 가능함에 따라 이러한 경우 system top에 check valve를 역방향으로 설치하여 이러한 문제를 해결할 수도 있다.

 

#vacuum_breaker#steam#FV#hammering#check_valve#밀봉