LP가스의 기화기, 배관, 연소기 이해

[LP가스 기화기]

LP가스 기화기의 구성요소는 크게 기화부, 제어부, 압력 조절부로 구성된다. 

기화부의 구조는 열교환기, 온도제어장치, 과열방지장치, 액면 제어장치, 압력 조정기, 안전밸브 등으로 구성된다. 

- 열교환기는 액체 상태의 LP가스를 열교환에 의해 기화하는 부분 

- 온도제어장치는 열매체(온수 등) 온도를 일정한 범위 내에 보존하기 위한 장치 

- 과열방지장치는 열매체(온수 등) 온도가 이상 상승하였을 때 유입되는 열을 차단하는 장치

- 액면 제어장치는 액체 상태의 LP가스가 외부로 유출되는 것을 방지하는 장치

- 압력 조정기는 기화된 LP가스를 사용 압력에 적절하게 조절하는 장치 

- 안전밸브는 이상 현상에 의해 기화기 내부 압력이 상승하였을 때, 내부의 가스 압력을 외부로 방출하는 장치 

기화기 사용 시 장점은 외부의 열원을 흡수하는 자연 기화와 달리 안정적으로 열원을 공급받을 수 있기 때문에 날씨가 추운 날에도 안정적으로 가스공급이 가능하며 공급 가스의 조성이 일정해지는 특징이 있다. 

[LP가스 배관설비]

가스 배관의 종류는 강관, 가스용 폴리에틸렌관(polyethylene pipe(PE)),  폴리에틸렌 피복강관(PLP) 등이 있다. 

강관의 특징은 인장강도와 내충격성이 좋으며 배관작업이 용이하고 비철금속 관에 비해 경제적이나 부식으로 인해 배관수명이 짧다는 특징이 있다. 강관은 사용 압력과 배관재료의 허용응력과의 비에 의하여 배관 두께의 체계를 표시한 스케줄 번호로 명명하고 있다. 

강관의 종류와 특징으로는 다음과 같이 분류할 수 있다. 

- 배관용 탄소강관(SPP) : 사용 압력이 비교적 낮은(1MPa 이하) 증기, 물, 기름, 가스 및 공기의 배관용으로 사용된다. 

- 압력 배관용 탄소강관(SPPS) : 350℃ 이하의 온도에서 1~10MPa까지의 배관에 사용된다. 

- 고압 배관용 탄소강관(SPPH) : 350℃ 이하의 온도에서 압력 10MPa이상의 배관에 사용된다. 

- 고온 배관용 탄소강관(SPHT) : 350℃ 이상의 온도에서 사용된다.

- 저온 배관용 탄소강관(SPLT) : 빙점 이하의 저온에서 사용된다. 

- 배관용 아크용접 탄소강관(SPW) : 사용 압력이 비교적 낮은 (1 MPa 이하) 증기, 물, 기름, 가스 및 공기 등에 사용된다. 

- 배관용 합금강관(SPA) : 주로 고온의 배관에 사용된다. 

- 배관용 스테인리스 강관(STS) : 내식, 내열용 및 고온 배관용, 저온 배관용에 사용된다. 

연료가스 배관용 탄소강관(SPPG) : 배관용 탄소강관보다 기계적 성질을 향상해 연료가스 사용시설의 내관에 사용된다. 

다음으로 가스용 폴리에틸렌관(PE 관)은 에틸렌을 중합시킨 열가소성 수지로 가열하면 경화가 되는 공정으로 제작하며 계속 가열하면 유동성을 갖는 특징이 있다. PE 관은 주로 매설하여 사용하며 탐지형 보호포, 로케이팅 와이어 등을 함께 설치한다. 관의 굴곡 허용 반지름은 바깥지름의 20배 이상으로 설치한다. 

최소 두께 대비 바깥지름의 비율(SDR)과 허용압력에 따라 아래와 같이 분류할 수 있다. 

호칭	SDR	허용압력
1호관	11 이하	0.4MPa 이하
2호관	17 이하	0.25MPa 이하
3호관	21 이하	0.2MPa 이하

 ※ SDR(standard dimension ration) : 최소 두께에 대한 바깥지름의 비

 

PE 관의 이음 방법은 용융과 압착을 통한 융착을 통해 접합한다. 

융착의 방식은 다음과 같이 크게 3가지로 나눌 수 있다. 

- 맞대기 융착( butt fusion) : 관을 직접 맞대어 융착 이음 

- 소켓 융착(socket fusion) : 관을 소켓에 끼워 넣어 융착 이음

- 새들 융착(saddle fusion) : 가스용 폴리에틸렌관의 중간에 분기가 필요할 때 사용하는 융착 이음

마지막으로 폴리에틸렌 피복 강관은 연료가스 배관용 탄소강관 외면에 폴리에틸렌을 코팅하여 부식에 견딜 수 있게 한 것이 특징이다. 주로 지하 배관 매설 시 사용된다. 

 

배관에서 응력과 진동에 의해 손실이 발생하는데 응력의 발생 원인은 외부 열원에 의한 열팽창, 내압, 냉간 가공, 용접, 배관 내 부속물 등에 의해 응력이 발생할 수 있다. 

진동의 발생 원인은 펌프, 압축기, 유체의 압력 변화, 관의 굴곡에 의해, 안전밸브 작동 등에 의해 발생할 수 있다. 

[LP가스의 연소기]

- 연소 방식에 따라 연소기는 적화식, 분젠식, 세미분젠식으로 분류할 수 있다. 

적화식은 연소에 필요한 공기를 2차 공기로 취하는 방식이다. 공기 조절이 불필요하며 역화와 연소음이 없는 특징이 있다. 분젠식은 가스를 노즐로부터 분출시켜 주위의 공기를 1차 공기로 흡입하는 방식이다. 연소 속도가 빠르기 때문에 일반 가스기구에 사용된다. 세미분젠식은 적화식과 분젠식의 혼합형으로 40% 이하를 1차 공기로 취하는 방식으로 역화의 위험이 적다는 특징이 있다.

연소기에서 가스의 연소 속도와 유출 속도에 따라 다양한 이상 현상이 발생하는데 그 중 대표적으로는 역화(back fire)가 있다. 역화는 가스의 연소속도가 염공에서의 가스 유출 속도보다 크게 됐을 때 불꽃이 버너 내부에 침입하여 노즐의 선단에서 연소하는 현상으로 역화의 원인은 다음과 같다. 

- 노즐의 구멍이 너무 크게 된 경우, 염공이 크게 된 경우, 가스의 공급 압력이 저하된 경우 등

다른 이상 현상으로 선화가 있다. 선화는 염공에서의 가스 유출 속도가 연소 속도보다 커서 염공과 접하지 않고 염공 위에서 연소하는 현상으로 선화의 원인은 다음과 같다. 

- 공급 압력이 지나치게 높을 경우, 염공이 작아졌을 때, 2차 공기량이 부족한 경우(배기 또는 환기가 불충분 ), 1차 공기량 과다(공기조절장치 과다 개방) 등이 있다. 

마지막으로 불꽃의 끝이 적황색으로 되어 연소하는 현상인 옐로우 팁(yellow tip)이 있다. 옐로우 팁은 연소반응이 충분한 속도로 진행되지 않거나 1차 공기량이 부족하여 불완전 연소가 될 때 발생한다.

불완전 연소의 원인으로는 공기 공급량이 부족하거나 배기 또는 환기가 불충분, 연소 기구가 부적합할 때 발생한다.