증기를 처리할 때 어떤 진공 펌프를 사용할 수 있습니까?

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증기를 펌핑해야 하는 경우 작동 압력 및 펌핑 속도 외에도 증기 부분 압력이라는 세 번째 요소를 고려해야 합니다. 이 요소는 공정 과정에서 크게 달라질 수 있습니다. 이 요소는 설치할 펌핑 배열을 결정하는 데 결정적인 역할을 합니다. 이와 관련하여 응축기는 로터리 변위 펌프에 대한 매우 중요한 부속 장치가 됩니다. 증기를 흡입할 때에는 특히 펌핑 속도가 빠릅니다. 이 페이지에서는 수증기 펌핑에 대해 설명합니다(가장 빈번한 경우). 이러한 고려 사항은 다른 비공격성 증기와 유사하게 적용됩니다.

수증기 펌핑

수증기는 워터 링 펌프 또는 증기 이젝터 펌프 등 펌프 유체로 물이나 증기를 사용하여 작동하는 펌프에 의해 주기적으로 제거됩니다. 하지만 낮은 압력에서 증기 이젝터 펌프의 경제성이 일반적으로 기계 펌프에 비해 훨씬 낮기 때문에 상황에 따라 차이가 있습니다. 증기 부분이 크지만 공기 부분이 작은 증기-기체 혼합물을 펌핑하는 경우 응축기와 영구 기체, 기체 밸러스트를 사용하여 작동하는 비교적 작은 기계식 펌프에 의해 증기가 펌핑될 수 있습니다.
이에 비해 루츠 펌프, 응축기 및 배압 펌프로 구성되어 50mbar의 입구 압력에서 100kg(220lbs)/h의 증기 및 18kg(39lbs)/h의 공기를 운반할 수 있는 펌프 세트는 전력 요구량이 4–10kW입니다(공기량에 따라 달라짐). 동일한 성능의 증기 이젝터 펌프의 경우 사용되는 공기량이 변하지 않으면 약 60kW가 필요합니다. 수증기 펌핑의 경우 기체 밸러스트 펌프와 기체 밸러스트 펌프, 루츠 펌프 및 응축기의 조합이 특히 적합합니다.

기체 밸러스트 펌프로 수증기 펌핑

이전의 등식 2.2 및 2.3에서 알 수 있듯, 증기 부분 압력 pv와 공기 부분 압력 pp의 비율은 기체 밸러스트 펌프의 올바른 정렬 평가에 있어 결정적인 역할을 합니다. 따라서 기체 밸러스트 펌프의 수증기 허용 오차를 알고 있는 경우 수증기를 펌핑하기 위해 기체 밸러스트 펌프를 올바르게 사용하기 위한 그래프를 얻을 수 있습니다(그림 2.73 참조). 대형 1단계 로터리 베인 펌프는 일반적으로 작동 온도가 약 60~80°C이고, 따라서 수증기 허용 오차는 약 40~60mbar입니다. 이 값은 그림 2.73에서 서로 다른 작동 영역을 확인하는 데 사용됩니다. 또한 기체 밸러스트 펌프의 배출 출구 포트의 압력이 배출 출구 밸브가 개방될 때까지 최대 1330mbar까지 증가할 것으로 가정합니다.

그림 2.73 기체 밸러스트 펌프 및 응축기의 수증기 펌핑 적용 영역(ow/o GB = 기체 밸러스트 없음)

영역 A: 기체 밸러스트 입구가 없는 1단계 로터리 베인 펌프.

77°C(170°F)에서의 포화 증기 압력 p_S가 419mbar인 경우 등식 2.2에 따라 p_v< 0.46 p_p이며, 여기에서,
p_v는 수증기 부분 압력
p_p는 공기 부분 압력
p_v + p_p = p_tot 총 압력
이 요구 사항은 1단계 로터리 베인 펌프의 전체 작업 영역에서 유효하므로, 총 압력은 10^-1에서 1013mbar 사이입니다.

영역 B: 기체 밸러스트 및 입구 응축기가 있는 1단계 로터리 베인 펌프.

이 영역에서 수증기 압력이 입구의 허용 가능한 부분 압력을 초과합니다. 따라서 기체 밸러스트 펌프 입구에 응축기를 삽입해야 합니다. 이 입구는 로터리 베인 펌프의 입구 포트에서 수증기 부분 압력이 허용 가능한 값을 초과하지 않도록 설정되어 있습니다. 응축기의 올바른 치수는 사용되는 수증기의 양에 따라 선택됩니다. 수증기 허용 오차는 60mbar이며, 이 영역의 하한은 다음과 같습니다.

p_v > 6O + 0.46 p_p mbar

영역 C: 기체 밸러스트가 있는 1단계 로터리 베인 펌프

영역 C의 하한은 이 펌프의 작동 영역 하한으로 특성화됩니다. 따라서 대략적으로 ptot = 1mbar입니다. 이 영역에서 많은 양의 증기가 발생하는 경우 응축기를 삽입하는 것이 더 경제적인 경우가 많습니다. 28mbar에서 20kg(44lbs)의 증기는 약 1000m3의 부피를 이룹니다. 배압 펌프로 이 부피를 펌핑하는 것은 합리적이지 않습니다. 경험에 따라,
포화 수증기가 상당히 오랜 시간 동안 발생할 경우 응축기는 항상 펌프의 입구에 삽입해야 합니다.

따라서 응축 용량이 기본적으로 개선되도록 응축기 전면에는 낮은 입구 압력의 응축기 전면에 항상 루츠 펌프를 삽입해야 합니다. 응축 용량은 증기 압력뿐만 아니라 냉매 온도에 따라서도 달라집니다. 따라서 낮은 증기 압력에서는 냉매 온도가 이에 따라 낮은 경우에만 효과적인 응축이 발생할 수 있습니다. 예를 들어 증기 압력이 6.5mbar 미만인 경우 냉매 온도가 0°C(32°F)보다 낮은 경우에만 응축기를 삽입하는 것이 좋습니다. 낮은 압력에서 불포화 수증기가 포함된 기체-증기 혼합물이 펌핑되는 경우가 많습니다(자세한 내용은 응축기 관련 페이지 참조). 일반적으로 응축기를 사용하여 없앨 수 있습니다.

영역 D: 2단계 로터리 베인 펌프, 루츠 펌프 및 증기 이젝터 펌프(항상 공정 관련 총 압력에 따름)

2단계 기체 밸러스트 펌프의 수증기 허용 오차는 1단계 펌프의 수증기에 비해 주기적으로 낮아진다는 점에 유의해야 합니다.

루츠 펌프를 사용하여 수증기 펌핑

일반적으로 루츠 펌프는 40mbar 이상의 압력에서 연속 작동에 있어 기체 밸러스트 펌프만큼 경제적이지 않습니다. 주파수 변환기를 사용하여 더 낮은 압력에서 제한된 펌프 속도로 루츠 펌프를 작동시키면 에너지 소비량은 측면에서 이점이 있습니다. 기체 밸러스트 펌프의 경우와 마찬가지로 증기를 펌핑하기 위해 루츠 펌프가 설치된 경우 가능한 모든 경우를 포함하는 차트가 제공될 수 있습니다(그림 2.74 참조).

Areas of application for Roots pumps and condensers pumping water vapor (w/o GB = without gas ballast)

그림 2.74 루츠 펌프 및 응축기의 수증기 펌핑 적용 영역(GB = 기체 밸러스트 없음)

영역 A: 기체 밸러스트가 없는 1단계 로터리 베인 펌프가 장착된 루츠 펌프.

루츠 펌프와 로터리 베인 펌프 사이에 압축이 약간 있기 때문에 다음 사항이 적용됩니다.

p_v < 0.46 p_p

이 요구 사항은 펌프 조합의 전체 작업 영역에 대해 유효합니다. 따라서 10-2에서 40mbar(바이패스 라인 또는 주파수 변환기 드라이브가 있는 루츠 펌프의 경우 1013mbar)의 총 압력에 대해 유효합니다.

영역 B: 주 응축기, 바이패스 라인 또는 주파수 변환기가 있는 루츠 펌프, 중간 응축기 및 기체 밸러스트 펌프.

이 조합은 약 40mbar 이상의 입구 압력에서 대량의 수증기를 계속 펌핑하는 경우에만 경제적입니다. 주 응축기의 크기는 사용되는 증기의 양에 따라 다릅니다. 중간 응축기는 증기 부분 압력을 60mbar 미만으로 감소시켜야 합니다. 따라서 기체 밸러스트 펌프는 중간 응축기 뒤의 공기 부분 압력이 특정 값을 초과하지 않을 정도로 충분히 커야 합니다. 예를 들어 루츠 펌프 뒤의 총 압력(항상 중간 응축기 뒤의 총 압력과 같음)이 133mbar인 경우 기체 밸러스트 펌프는 최소한 73mbar의 부분 공기 압력을 펌핑해야 하며, 이 압력은 루츠 펌프에 의해 운반되는 공기량입니다. 그렇지 않으면 허용되는 것보다 더 많은 수증기를 사용해야 합니다. 이는 기본적인 요구 사항입니다. 공기가 펌핑되는 경우에만 기체 밸러스트 펌프를 사용하는 것이 좋습니다!

이상적인 누출 방지 용기를 사용하는 경우 필요한 작동 압력에 도달하고 응축기로만 펌핑을 계속한 후 기체 밸러스트 펌프를 격리해야 합니다. 응축기 관련 페이지에서는 펌프와 응축기의 가능한 최상의 조합을 설명합니다.

영역 C: 루츠 펌프, 중간 응축기 및 기체 밸러스트 펌프

수증기 부분 압력의 하한은 응축수의 포화 증기 압력에 의해 결정되는 배압 압력에서 루츠 펌프의 압축비를 통해 결정됩니다. 또한 이 영역에서는 중간 응축기가 증기 부분 압력을 최소 60mbar 이상으로 줄일 수 있어야 합니다. 명시된 배열에는 약 4~40mbar 사이의 수증기 압력에 대해 15°C(59°F)의 물로 응축기를 냉각하는 것이 적합합니다.