Vortex Breaker 이해

 

 

vortex breaker (VB)는 설비나 배관 시스템내에서 유체 흐름상 소용돌이의 형성을 방지하기 위한 device이다. 소용돌이는 설비나 배관 시스템 내 bend나 restriction이 일어나는 nozzle 부위에서 발생하기 쉬우며, 이로 인해 액체 흐름내에 가스가 동반되어 운전 효율 감소 및 설비들의 마모나 침식 등을 야기하며, 가장 중요한 issue는 pump내 기포 유입에 따른 cavitation발생이다.

 

VB는 소용돌이가 일어나기 쉬운 액체 배출 nozzle에 설치되는 십자형 모양의 작은 internals로서 액체가 배출될 때 VB를 통해 난류가 형성되어 소용돌이가 형성되기 전에 이를 깨트려 소용돌이로 인한 부작용을 없앨 수 있다.

 

소용돌이가 형성되면 안정적인 흐름을 방해하고 액체내에 기체가 동반되어 two phase 흐름을 야기할 수 있으며, 증류탑 및 기액 분리의 성능을 저하시키고, 압력 감소에 따른 운전비 증가로 이어질 수도 있다.

 

 

 

VB를 설계할 때 아래 사항들을 확인한다.

 

- 유체의 유량, 점도, 밀도를 확인하고 소용돌이가 예상되는 위치를 파악하고 nozzle size를 확인한다.

 

- 유체의 운전 조건 및 부식 저항성이 있는 적절한 재질을 선택하고, fouling이나 dirty fluid 유무를 확인하여 VB의 모양을 선택한다. (elevated VB)

Typical Vortex Breakers

- 유지관리 및 보수 등을 위해 access가 되어야 한다.

 

 

 

Vortex Breaker type으로는 Cylindrical vortex breaker, Triangular vortex breaker, Plate vortex breaker (Disc or Cross type), Spike vortex breaker, Spiral vortex breaker 등이 있다.

 

VB type은 vessel의 orientation과 유체의 특성에 의해 결정되며 주요 적용 사례는 아래와 같다.

 

Type	Configuration	Best for
Cross-plate type	Nozzle위 십자 모양의 수직판 4개가 용접되어 있음.	표준형
Disk/Plate type	노즐위 수평형 원형판이 spacer에 의해 고정됨.	Vertical clearance가 제한적인 경우 적용
Grating type	Grid나 honeycombed mesh 구조임	유속이 빠르고 차압이 낮게 요구되는 경우
Vane type	소용돌이 방향에 반대로 설치된 curved blade	교반기처럼 소용돌이 방향이 정해진 경우

 

 

 

 

그렇다고 모든 노즐 특히 액체를 배출하는 노즐에 VB를 설치하는 것은 아니며 실무에서 적용했던 기준으로는 아래와 같다.

 

Pump가 연결된 liquid outlet nozzle에는 100% 적용을 하였으며, control valve가 있거나 reboiler에 연결되는 액체 배출 노즐에도 많이 적용하였다. 이는 control valve plug의 erosion 방지나 reboiler내 vapor 유입에 따른 열전달 성능 저하를 막기 위한 조치이다. 아울러 column side draw off nozzle 역시 bottom nozzle에 준해 적용할 수 있다.

 

 

위에서 언급한 specific design case외에 Fr (Froude No.)를 이용하여 VB가 필요한지 여부를 판단할 수 있다.

 

위 계산을 통해 Fr값이 0.5를 초과하면 pump 보호를 위해 반드시 VB가 필요하다는 의미이며 유속은 1.5m/s이하로 유지하고 VB를 통한 차압은 액체 head기준 0.1m이하로 유지해야 한다.

 

 

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