배관의 유속과 침식 관계

1) 증기나 물의 유동에서도 침식(Erosion)은 발생합니다. 그래서 증기와 물 배관 구경 선정할 때 최대 유속을 제한하고 있습니다.  최대 속도를 벗어나면 침식과 함께 소음도 발생합니다.   예를 들어 주증기 계통에서 과열증기인 경우 60 m/sec를 넘지 않게 한다든지, 보일러 급수 계통의 유속은 6 m/sec을 넘지 않게 한다든지 하는 내용입니다.   이러한 비 압축성 유체 계통의 관경을 선정할 때 Momentum Force를 계산해서 35 kgf가 넘는지 안 넘는지 확인해 본 적은 없습니다.  일반적으로 비 압축성 유체 배관의 관경을 선정할 때는, 최대 유속이 넘는지 안 넘는지만 확인하지, Momentum Force를 초과하는지 여부는 확인하지 않습니다.  그런데 말씀하신 내용을 읽고 보니, 아주 신선한 생각 같습니다.   한번 실제 계산에서 확인해 보시기 바랍니다.  그리고 확인 결과를 알려주시면 저도 도움이 되겠습니다.
2상 유동에서 이러한 Momentum Force를 계산하는 이유는, 유동 과정에서 압력이 떨어지면서 재증발(Flash)에 의해 증기 부분이 증가하면서 비체적이 증가하고 그에 따라 유속이 증가하여, 하류측에서 최대 유속을 초과할 가능성이 있기 때문입니다.

2) 2.6항에 기술된 임계 압력 공식은 참고 문헌에 기술되어 있는 실험식입니다.  동 실험식은 지금과 같이 개인용 컴퓨터(PC)가 없던 시절에 계산기만 갖고 계산할 때 사용하던 실험식입니다.  하지만, 이제는 PC에서 노즐 유동 해석에 의해 바로 계산할 수 있습니다. 

Control Valve의 유동은 노즐 유동으로 해석합니다.   Liquid의 경우에는 임계 압력, 즉 Choking 압력은 존재하지 않습니다.  Choking이 발생하는 임계 압력은 압축성 유체에만 존재합니다.   압축성 유체에서 Choking은 노즐 단면적 변화 시, 유속 증가율 보다 비체적 증가율의 클 때 발생하는데, 비 압축성 유체의 경우에는 비체적이 변화하지 않기 때문에 Choking 현상은 일어나지 않습니다.

Control Valve에서 이상 기체의 임계 압력은 저희 홈페이지 > 사용설명서 > ES_CriFlow > 4.1.1 항을 보시면 구하는 공식이 기술되어 있습니다.  발전소에서 질소 계통이나 공기 계통을 해석할 때는 동 공식을 사용하시면 됩니다.

같은 ES_CriFlow 사용설명서에 증기의 임계 압력 구하는 방법이 설명되어 있는데, 식이 있는 것이 아니고 증기표를 이용해 구하는 방법을 설명해 놓았습니다.   증기의 성질이 이상 기체와 다르기 때문에 증기표를 사용해 구하는 것입니다.  하지만 과열 증기의 경우에는 비열비 k= 1.3으로 가지고 이상기체 공식으로 계산해도 큰 차이는 없습니다.

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