열병합발전설비 설계 일반

(1) 이 기준은 열병합발전설비의 설치 및 운용에 필요한 설계기준을 규정함을 목적으로 한다.

(2) 이 기준은 열병합발전설비의 설계방향을 제시함으로서 지역난방시설의 열원시설을 구성하는 설비들에 대한 제반 특성을 감안하여 구조적으로 안전하고, 경제적이며, 운영에 적합한 시설물이 계획될 수 있도록 한다.

이 기준은 열병합발전설비에 포함된 가스터빈발전기 및 부속설비, 배열회수보일러 및 부속설비, 증기터빈발전기 및 부속설비, 급수복수냉각수설비, 지역난방수 열교환설비, 기타 설비 등에 적용한다.

KDS 33 10 10에 1.3.1 관련법규에 따른다.

(1) KDS 33 10 10에 1.3.2 대한민국 코드 및 표준에 따른다.

(2) 기자재 검사(시험) 기준 및 절차서(한국지역난방공사(KDHC))

(3) 열공급시설의 기술기준(KSCP-B-1018)

(4) 집단에너지사업법에 따른 기술기준 및 검사기준

(5) 한국전기설비규정(KEC)

(6) 기타 코드 및 표준

(1) KDS 33 10 10에 1.3.2 국제 코드 규격에 따른다.

(2) American Society of Mechanical Engineers (ASME)의 세부 기준

① ASME Steam Tables

② ASME B&P Vessel - Section Ⅰ

③ Power Boilers - Section Ⅶ

④ Recommended Guidelines for the Care of Power Boilers - Section Ⅷ

⑤ Pressure Vessels - Section Ⅸ

⑥ Welding and Brazing Qualifications

⑦ ASME PTC 4.1 Power Test Code, Steam Generating Units

⑧ ASME PTC 4.3 Power Test Code, Air Heaters

⑨ ASME (Others) Other Specifications as Applicable

⑩ ASME PTC-6 Steam turbine performance test code

⑪ ASME TDP-1 Recommended practices for the prevention of water damage to steam turbine used for electric power generation, part 1

⑫ ASME 118 Recommended practice for the purification of steam turbine generator oil

(3) American National Standards Institute (ANSI)의 세부기준

① ANSI B16.5 Steel Pipe Flanges, Flanged Valves and Fittings

② ANSI B16.10 Face-To-Face and End-To-End Dimension of Ferrous Valves

③ ANSI B16.11 Forged Steel Fittings, Socket Welding and Threaded

④ ANSI B16.25 Butt Welding Ends

⑤ ANSI B16.34 Steel Valves

⑥ ANSI B31.1 Power Piping

⑦ ANSI (Others) Other Specifications as Applicable

(4) American Society of Testing & Materials (ASTM)의 세부기준

① ASTM A20 Specification for General Requirements for Steel Plates For Pressure Vessels

② ASTM A36 Specification for Structural Steel

③ ASTM A380 Practice for Cleaning and Descaling 스테인리스강 Parts, Equipment and Systems

④ ASTM A517 Pressure Vessel Plates, Alloy Steel, High Streng, Quenced and Tempered

⑤ ASTM A612 Specification for Pressure Vessel Plates, 탄소강, High Strength, for Moderate and Lower Temperature Service

⑥ ASTM C553 Specification for Mineral Fiber Blanket and Thermal Insulation for Commercial and Industrial Applications

⑦ ASTM(Others) Other Specifications as Applicable

(5) Institute of Electrical & Electronics Engineer (IEEE)의 세부기준

① IEEE 43 Testing Insulation Resistance of Rotating Electric Machinery

② IEEE 85 Test Procedure for Airborne Sound Measurements on Rotating Electric Machinery, Appendix Ⅱ

③ IEEE 112 Standard Test Procedure for Polyphase In덕트ion Motors and Generators

④ IEEE 502 Guide for Protection, Interlocking and Control of Fossil-Fuel Unit Connected Steam Stations

⑤ IEEE 518 Installation of Electrical Equipment to Minimize Noise Inputs to Controllers From External Sources

(6) American Institute of Steel Construction(AISC)의 세부기준

① AISC Specification for Design, Fabrication and Erection of Structural Steel for Buildings

(7) Air Movement and Control Association(AMCA)의 세부기준

① AMCA 210 Test Code for Air Moving Devices

② AMCA 300 Test Code for Sound Rating

③ AMCA 801 Power Plant Fans Specification Guidelines

(8) International Organization for Standardization(ISO)의 세부기준

① ISO 3511/3 Process Measurement Control Functions and Instrumentation - Symbolic Presentation. Part 3 : Detailed Symbols for Instrument Interconnection Diagrams

(9) Manufacturers Standardization Society(MSS)의 세부기준

① MSS SP58 Pipe Hangers and Supports Materials, Design and Manufacture

(10) National Electrical Manufacturers Association(NEMA)의 세부기준

① NEMA ICS4 Terminal Blocks for Industrial Control Equipment and Systems

② NEMA ICS6 Enclosures for Industrial Control and System

③ NEMA MGI Motors and Generators

(11) National Fire Protection Association (U.S.) (NFPA)의 세부기준

NFPA 70 National Electric Code

NFPA 85C Prevention of Furnace Explosions/Implosions in Multiple Burner Boiler Furnaces

(12) Steel Structures Painting Council(SSPC)의 세부기준

① SSPC PA1 Shop, Field and Maintenance Painting

② SSPC SP6 Commercial Blast Cleaning Surface Preparation

③ SSPC (Others) Other Specifications as Applicable

(13) Manufacturers Standardization Society of The Valve and Fittings Industry

(14) Maker Standards

KDS 33 10 10에 1.3.2.3 기타에 따른다.

(1) 이 기준에서 사용하는 용어의 정의는 다음과 같다.

(2) 이 기준에 규정한 것 외에 이 기준에 특별한 규정이 없는 용어의 정의는 법(시행령 및 시행규칙을 포함한다)이 정하는 바에 의한다.

터빈 : 증기, 가스와 같은 압축성 유체의 변화를 이용하여 충동력 또는 반동력으로 회전력을 얻는 기계장치

발전기 : 터빈에서 변환된 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 장치

보일러 : 밀폐된 용기 안에서 물을 가열하여 높은 온도, 높은 압력의 증기를 발생시키는 장치

과열기 : 보일러에서 만들어진 포화증기를 고온의 과열증기로 만들기 위한 장치

절탄기 : 보일러 출구에서 배출되는 배기가스를 이용하여 급수를 가열하는 설비

급수장치 : 고온 고압의 보일러 내에 급수를 공급하기 위한 설비

탈기기 : 공급수 중 산소, 탄산가스 등의 비응축성 가스를 제거하여 부식을 방지하고, 보일러 급수를 가열할 수 있도록 하기 위한 설비

순수장치 : 막을 이용하여 보일러 용수의 원수 중 각종 불순물을 제거하여 보일러 보급수에 적합한 수질로 처리하는 장치

연수장치 : 연수장치를 이용하여 원수 중 각종 불순물을 제거하여 보일러 보급수에 적합한 수질로 처리하는 장치

복수기 : 증기를 냉각하여 응축수로 되돌리는 장치

열원시설 : 열매체를 가열하거나 냉각하는 기기 및 그 부속기기로서 열발생 설비(이동식보일러를 포함한다.)⋅열펌프⋅냉동설비⋅열교환기⋅축열조 기타 열의 생산과 관련이 있는 설비

배관 : 열병합 발전설비의 시설 상호간을 연결하는 관 및 부속기기

(1) KDS 33 10 10에 1.5 기호의 정의 기준을 따른다.

(2) P&ID에 표시되는 계기 및 부호는 ISA-S5.1에 기초하여 작성한다.

(3) 제어 전개도(schematic diagram)는 ISO 14617-5 : 2002의 인식 기호에 따라야 한다.

(4) 순차 및 논리도는 IEC 848의 심벌에 따라 작성한다.

KDS 33 10 10에 1.5.1 사용단위 표기법의 도서 작성기준을 따른다.

(1) 열병합 발전설비는 가스터빈 및 부속설비, 배열회수보일러 및 부속설비, 증기터빈 및 부속설비, 급수복수냉각수설비, 지역난방수 열교환설비, 기타설비(공기압축설비, 배관 및 밸브) 등으로 구성되어 있다.

(2) 비상시 또는

KDS 33 10 10의 해석과 설계원칙에 대한 기준을 적용한다.

(1) 열물질 수지도(H&MB, Heat & Mass Balance)의 작성

① 열물질 수지도는 열병합설비의 구성 및 지점별 설계조건(유량, 온도, 압력, 엔탈피)을 산정한 도서로서 발전설비 설계의 기초자료로 사용한다.

② 열물질 수지도는 에너지 보존법칙 및 질량보존의 법칙을 기초로, 수지도에 표기된 각 기기의 유입량, 배출량, 기기효율, 압력저하 등을 고려하여 계산한다.

③ 주요 기기의 효율 및 인자를 반영하고 시뮬레이션 형식으로 조정하여 시설 용량 및 설계조건을 산정한다.

④ 완성된 시설용량 및 설계조건은 단위장치 및 배관의 설계조건으로 활용하며, 계산 및 시방의 근거자료로 반영한다.

(2) 열병합발전설비는 다음 각 호의 안전장치가 있어야 한다.

① 보일러드럼, 탈기기 등에 가압장치가 있는 경우에는 해당 가압장치에서 가압되는 열매체의 압력 또는 액면을 측정하는 장치 및 제어하는 장치

② 터빈입구증기, 터빈추기증기, 고압증기 등에 감압장치가 있는 경우에는 해당 감압장치에서 감압된 열매체의 압력을 측정하는 장치 및 제어하는 장치

③ 터빈입구증기, 터빈추기증기, 고온증기 등에 감온장치가 있는 경우에는 해당 감온장치에서 감온된 열매체의 온도를 측정하는 장치 및 제어하는 장치

④ 증기헤더가 있는 경우에는 증기헤더에서 나가는 열매체의 압력을 측정하는 장치 및 시스템의 최고 허용압력을 넘지 않도록 압력을 방출하는 장치.

(3) 열병합발전설비는 다음 각 호의 경우에 부자⋅벨 등의 신호를 발하면서 표시등이 점멸하는 경보장치가 있어야 하며, 경보의 수신처는 중앙제어실 등 운전자가 상주하는 곳이어야 한다.

① 터빈, 보일러, 열교환기, 기타 관련 기기의 출구에서 열매체의 온도 및 압력이 이상 상승 또는 강하하는 경우

② 제어용 기기의 공기 또는 기름의 압력이 이상 강하하거나 제어용 전력에 이상이 생기는 경우

(5) (긴급정지장치) 열병합발전설비는 다음 각 호의 경우에 동 시설을 긴급 정지시키는 장치가 있어야 하며, ①의 경우 외에는 자동 및 수동조작을 동시에 할 수 있어야 한다.

① 지진, 태풍, 화재, 폭풍 등으로 안전한 운전을 계속하기 어려운 경우

② 열병합발전설비에 중대한 고장이 생겨 안전한 발전 및 열공급이 불가능할 경우

③ 정전된 경우

④ 제어용 공기 및 기름 등의 압력이 상실되거나 제어용 전기회로의 전압이 상실된 경우

(6) 열병합발전설비의 구내에 취급자외의 일반인이 함부로 들어갈 우려가 있는 경우에는 울타리 등을 설치하여 위험을 방지할 수 있도록 설계에 반영한다.

(7) 압축공기설비는 계측제어용 공기(instrument air) 및 작업용 공기(service air)를 열병합발전설비 내의 모든 압축공기 소요처에 공급하는 설비를 말한다.

(8) 계측제어설비 열병합발전설비의 모든 운전조건 즉 시운전, 정상운전, 부분 부하운전 및 최대 부하운전에 걸쳐 안전하고 신뢰성이 있으며 원활한 운전이 될 수 있도록 필요한 계측제어설비의 설계내용은 다음과 같다.

① 분산제어 설비의 공급, 완전한 프로그램 구현 및 배열

② 제어 밸브 및 주변기기 설계

③

④ 특수설비(연돌가스 분석설비, 공기조화 계측제어설비, 수처리 및 폐수처리 계측제어설비 등) 설계

⑤ 기타 계측제어설비의 설계

(9) 터빈 기초는 터빈의 진동 및 하중을 안정적으로 해소 및 분산시킬 수 있도록 토목구조분야에서 설계하며, 설계자는 터빈의 무게중심 및 진동 수치에 대한 자료를 터빈공급자로부터 전달받아서 토목구조분야에 전달한다.

(1) 가스터빈 및 부속설비 계통은 가스터빈, 윤활유 및 유압유설비, 소화설비계통, 공기취입 및 배기가스설비, 압축기 세정(cleaning)설비, 질소산화물 저감설비, 냉각용 공기 공급설비, 기동설비(starting device) 및 터닝장치(turning device), 공기분무설비, 연료 공급 및 퍼지(fuel purge) 설비, 관련 제어 및 계측설비, 전기설비를 포함한다.

(2) 가스터빈의 연소가스 조건(가스량, 열량)은 후단 배열회수보일러의 중요한 설계인자로서 보일러 공급업체에 전달되어 보일러 설계에 반영한다.

(1) 배열회수보일러는 증발기(튜브), 드럼, 안전밸브로 구성되며, 효율 향상을 위하여 절탄기, 과열기, 재열기 등을 추가 구성할 수 있다.

(2) 배열회수보일러는 발생증기의 조건(유량, 압력, 온도)과 가스터빈의 연소가스 조건에 따라 보일러 공급자가 제공하는 시방 및 도서를 참고하여 설계한다.

(1) 증기터빈은 배열회수보일러에서 공급되는 고압/재열 및 저압증기의 열에너지를 운동에너지로 변환시켜 발전기를 구동하고, 지역난방 열교환기에 증기를 공급하여 지역난방 기저 열 부하를 담당하게 된다.

(2) 터빈 및 부속설비는 증기터빈, 급수가열기, 탈기기, 우회(bypass)계통, 응축계통 밀봉 증기 계통, 윤활유 계통, 제어유 계통, 윤활유저장 및 이송계통, 공기제거계통 및 관련 배관을 포함한다.

(3) 보조보일러는 증기터빈에 고온 고압의 과열증기를 연속적으로 공급하기 어려운 상황 발생시 또는 발생하는 증기량이 모자랄 때 터빈과 보조설비에 필요한 증기를 공급한다.

(4) 증기터빈의 형식(추기응축 및 배압)은 시설 규모 또는 후단 시스템에 따라 선정한다.

(1) 급수설비는 보일러에 증발용 용수를 공급하는 설비로서, 증기 발생 및 사용설비, 특히 증기터빈의 운전에 적합한 수질을 유지하여 공급한다.

(2) 복수설비는 터빈에서의 가열증기가 지역난방 열교환기에서 응축되어 복수탱크에 저장되고 이 응축수는 각 열교환기에 설치된 복수펌프에 의해 (또는 복수펌프를 거처) 탈기기로 이송 후 회수하여 재사용토록 구성된다.

(3) 응축수 운송 시 복수탱크의 온도 및 압력, 복수 펌프의 유효흡입수두(NPSH, net positive suction head)를 감안하여 캐비테이션 발생을 억제하도록 한다.

(4) 냉각수 설비는 시설 전체에 대한 최대 냉각용량을 충분히 반영하며, 열량 변화에 충분히 대응할 수 있어야 한다.

(1) 지역냉난방용 열교환기에는 다음 각 호의 제어장치가 있어야 한다.

① 열교환기의 출구에서 공급열매체의 온도를 조절하는 자동온도제어장치

② 온도제어장치의 고장 등에 의하여 공급열매체의 온도가 상승하는 경우 열의 공급원을 차단하는 장치

③ 공급열매체의 압력 상승을 제어하는 장치

(2) 배관에 대하여는 열수송관에 관한 규정을 준용한다.

(3) 우회(bypass)계통은 고압(HP), 재열(RP) 및 저압(LP) 증기 우회계통으로 구성되며, 열병합발전 시설용량에 따른 배열회수보일러 압력형식, 대수 및 재열기 채택여부에 따라 계통이 변경될 수 있다.

(4) 고압의 증기배관의 경우 열응력 해석이 필요하며 온도, 압력의 변화에 따른 배관 변형을 고려하여 배관 서포트 형식을 선정한다.

KDS 33 10 10의 기준에 따른다.

해당사항 없음

열병합발전설비 설계 시 조사 및 계획의 방향성을 제시함으로서 설비에 대한 제반 특성을 감안하여 구조적으로 안전하고, 경제적이며, 운영에 적합한 시설물이 계획될 수 있도록 필요장치의 부하와 조건을 조사하고 설계 계획을 수립한다.

KDS 33 10 10에 조사항목을 따른다.

KDS 33 10 10에 계획항목을 따른다.

(1) 열부하

① 토지이용계획서가 있는 곳의 경우는 단위열부하, 용적률, 난방면적비는 토지이용계획서를 준용한다.

② 토지이용계획서가 없는 곳의 경우는 다음을 적용한다.

가. 단위열부하

나. 용적율, 난방면적비: 인근지역 택지 개발된 자료를 참고 적용한다.

(2) 발전량

① 발전량은 필요열량 또는 전기생산량을 기준으로 하여 산정한다.

② 필요열량 기준 : 지역난방용 필요열량이 정해진 상태에서 공급열량을 생산할 수 있는 증기터빈의 규모를 정하고, 에너지 변환에 따른 효율을 감안하여 배열회수보일러, 가스터빈의 규모를 역산하여 적용한다.

③ 전기생산량 기준 : 연료공급여건, 전력판매가능량, 경제성분석 등을 근거로 적정 발전량을 선정할 수 있으며 이에 따른 지역난방용 열량은 지역에 대한 단독공급이 아닌 다중 공급의 경우에 발생열량을 공급하는 개념으로 반영한다. 단, 증기터빈의 추기량 변화를 통해 발전량과 열량을 조정 가능하다.

(1) 열병합 발전(CHP) 열용량 : 최대공급열부하 × (35~40%)

(2) 소각열은 발생되는 대로 기준용량을 열병합 발전(CHP) 용량을 제외한 기저부하용으로 산정한다.

(3) 첨두부하보일러(PLB, Peak Load Boiler) : 비상시 최대공급열부하일의 평균부하에서 열병합발전(CHP)으로부터의 생산되는 열과 소각열을 뺀 용량 이상이다.

KDS 33 10 10의 재료일반사항을 따른다.

보일러 재질

(1) 보일러의 재질은 보일러 용량, 온도, 압력, 보일러 부위별 특성에 따라 재질을 선정한다.

(2)

(3) Blow Down / Flush 시스템의 재질: 탄소강

첨두부하 보일러

(1) 연료유 펌프(fuel-oil pump) 재질

① 케이싱: 탄소강 또는 동등 이상

② 기어: KS SM 45C 또는 동등 이상

③ 축: KS SM 45C 또는 동등 이상

(2) 연료유 가열기 (fuel preheater)

① 쉘: A53E Gr. B 또는 동등 이상

② 튜브: STBH340(A179)또는 동등 이상

(3) 압입 송풍기의 임펠러 블레이드는 일반강판, 케이싱은 탄소강판 재질이어야 한다.

급수계통 재질

(1) 급수계통 탈기기의 재질

① 탈기면은 스테인리스 라이닝을 한다.

② 부식여유: 3 mm로 한다.

가. 트레이: 스테인리스강

나. 분사노즐: 스테인리스강

다. 증기추출: 스테인리스강

라. 쉘: SGV480(A516 Gr.70) 또는 동등 이상

마. 저장탱크: SGV480(A516 Gr.70) 또는 동등 이상

(2) 급수계통 급수 펌프의 재질

① 케이싱: 탄소강 또는 동등 이상

② 임펠러: 스테인리스강

③ 축: 스테인리스강

④ 축 슬리브: 스테인리스강

응축기의 재질

(1) 튜브(tube) : STS316TB(A213 TP316L) 또는 동등 이상

(2) 튜브시트(tube sheet) : 탄소강 + STS316L(A240 TP316L) cladding

(3) 응축펌프 응축펌프의 재질은 다음과 같이 공통으로 적용한다.

① 케이싱: A743 CA-15 또는 동등 이상

② 임펠러: A743 CA-15 또는 동등 이상

③ 축: A276 TP420 또는 동등 이상

④ 배럴: 스테인리스강

(4) 응축수 최소 순환 펌프(condensate min. circulation pumps)의 재질

① 케이싱: SCPH2(A216Gr.WCB) 또는 동등이상

② 임펠러: A743CA-15 또는 동등이상

③ 축: A276 TP420 또는 동등이상

냉각수계통 재질

(1) 충진재 재질

① PVC 또는 PP(Polypropylene)

② PP-FR(Polypropylene - Fire Resistant)

(2) 물 분사기 재질: PVC 또는 PP 또는 PP-FR

(3) 냉각수 펌프

① 케이싱: SCPH2(A216 Gr.WCB) 또는 동등 이상

② 임펠러: 13% Cr 또는 동등 이상

③ 축: 13% Cr 또는 동등 이상

보온 케이싱 및 내화물

(1) 내화, 벽돌작업, 타일, 메움, 접착실, 시멘트, 패킹, 보온 및 기타 자재들은 ASTM 규격에 따라야 한다.

(2) 보온 자재는 석면재(asbestos)를 사용해서는 안 된다.

금속제 재료

금속제 배관재료는 다음 각 호의 규격에 적합한 것 또는 이와 동등이상의 기계적 성질, 내식성 및 내열성을 가지고 해당재료를 사용하는 조건에 적합한 것이어야 한다.

(1) KS D 3503(일반 구조용 압연 강재)

(2) KS D 3560(보일러 및 압력 용기용 탄소강 및 몰리브덴강 강판)

(3) KS D 3515(용접 구조용 압연 강재)

(4) KS D 3521(압력 용기용 강판)

(5) KS D 3501(열간 압연 연강판 및 강대)

(6) KS D 3555(강관용 열간 압연 탄소 강대)

(7) KS D 3710(탄소강 단강품)

(8) KS D 3575(고압 가스 용기용 이음매 없는 강관)

(9) KS D 3507(배관용 탄소 강관)

(10) KS D 3562(압력 배관용 탄소 강관)

(11) KS D 3564(고압 배관용 탄소 강관)

(12) KS D 3583(배관용 아크 용접 탄소강 강관)

(13) KS D 3576(배관용 스테인리스 강관)

(14) KS D 3563(보일러 및 열교환기용 탄소 강관)

(15) KS D 3572(보일러, 열교환기용 합금 강 강관)

(16) KS D 3577(보일러, 열교환기용 스테인리스 강관)

(17) KSD 3752(기계구조용 탄소 강재). 다만, SM10C부터 SM30C까지에 관계되는 부분에 한하며, 또한 적당한 온도에서 정규화(Normalizing)한 것이어야 한다.

(18) KS D 3867(기계구조용 합금강 강재)

(19) KS D 3756(알루미늄 크롬 몰리브덴 강재)

(20) KS D 3705(열간 압연 스테인리스 강판 및 강대)

(21) KS D 3698(냉간 압연 스테인리스 강판 및 강대)

(22) KS D 3732(내열 강판)

합성수지 재료

합성수지 배관재료는 다음 각 호의 재료 또는 이와 동등이상의 기계적 성질, 내식성 및 내열성을 가지고 해당재료를 사용하는 조건에 적합한 것이어야 한다.

(1) KS M ISO 265-1 경질 염화 비닐관

(2) KS M 3401(수도용 경질 폴리염화비닐관)

(3) KS M 3407(일반용 폴리에틸렌 관)

(4) KS M 3408-2(수도용 플라스틱 배관계 - 폴리에틸렌(PE) - 제2부: 관)

품질 및 성능시험은 KDS 33 10 10 의 품질 및 성능시험의 기준을 따른다.

(1) 가스터빈 설계 고려사항

① 최저 외기온도

② 최고 외기온도

③ 연평균 외기온도

④ 상대습도 범위

⑤ 주파수

⑥ 플랜트 부지 표고

⑦ 사용 연료

⑧ 질소산화물(NOx) 배출허용 설계기준

⑨ 기기 단독 소음 기준

(2) 가스터빈 주요 설계시방에는 다음 사항을 고려한다.

① 형식

② 회전수

③ 출력(ISO 표준조건 기준)

④ 압축기

⑤ 터빈

⑥ 연소기

⑦ 공기취입설비

⑧ 기동장치

(3) 가스터빈 설계 요구조건

① 가스터빈은 개방형식(single flow open cycle)의 단일 축으로 구성되어 방현재(skid) 위에 부속설비와 함께 일체형으로 옥내에 설치한다.

② 가스터빈은 기저부하(base load)로 연속하여 운전할 수 있는 내구성(heavy duty)있는 산업용(industrial type)이어야 하며, 일간 기동정지(DSS)가 가능해야 한다.

③ 가스터빈과 연계되는 보조기기 계통은 국제적으로 공인된 코드(code)와 표준(standard)에 근거하여 제작사의 표준설계에 따라 제작하며, 기저부하(base load) 운전이 안정적으로 유지될 수 있는 공인된 제품이어야 한다.

④ 가스터빈은 하절기의 높은 대기온도와 동절기의 낮은 온도에서 운전 될 수 있도록 설계한다.

⑤ 가스터빈은 환경오염을 최소화하기 위하여 NOx 저감설비를 갖추어야 하며, LNG 연소 시 건식 NOx 제어방법을 사용한다.

⑥ 가스터빈은 최대한 발전소 내에서 보수가 가능하며 점검 및 보수가 용이하게 설계한다.

⑦ 가스터빈은 현장 및 중앙제어실에서 조작될 수 있어야 하며 자동 기동운전이 가능하게 한다.

⑧ 가스터빈 압축기는 충분한 서지(surge) 여유를 갖추어야 한다.

⑨ 연소실(combustion chamber)은 케이싱, 연소기 자체 등이 분해 없이 점검 및 보수가 용이하도록 연소상태를 확인할 수 있게 설계한다.

⑩ 가스터빈은 정상운전, 기동 및 정지 시에 터빈(enclosure 포함)으로부터 1 m 지점에서의 건물 내 복합 소음치가 85 dB(A)를 초과하지 않도록 적절한 환기설비를 갖춘 방음장치(enclosure)가 설치되도록 설계한다.

⑪ 가스터빈은 화재방지설비를 갖추어야 한다.

⑫ 가스터빈은 가동을 위한 설비와 정지 후 가스터빈축의 냉각을 위한 설비를 갖추어야 한다.

⑬ 고온의 배기가스에 직접 접촉되는 가스터빈 고온부는 압축기 추출공기에 의한 냉각이 되도록 설계한다.

(4) 가스터빈 윤활유 및 제어유 설비

① 가스터빈 윤활유 및 제어유 설비는 윤활유 공급탱크, 펌프, 윤활유 냉각기, 필터 등으로 구성된다.

② 가스터빈 윤활유 설비는 정화된 윤활유를 요구압력 및 온도로 공급할 수 있도록 설계하며, 모든 윤활유 설비 기기는 패키지 모듈(package module)화되도록 하고 윤활유 펌프는 2개의 다른 종류의 전원으로 운전될 수 있도록 설계한다.

(5) 소화설비

(6) 공기취입 및 배기가스설비

① 가스터빈 공기취입설비는 필터, 소음장치, 덕트 등으로 구성된다.

② 공기취입 필터는 비와 눈 같은 외부조건에 대한 보호설비 및 결빙방지설비를 갖추어야 한다.

(7) 압축기 세정 계통

① Off-Line 세정 : 가스터빈 정지시 세정

② On-Line 세정 : 가스터빈 운전중 세정

(8) 냉각용 공기(cooling air) 공급설비

(9) 계기용 공기(control air) 공급설비

(10) 기동설비

(11) 연료 공급 및 퍼지(fuel purge) 설비

(12) 성능보증 시험

(1)배열회수보일러는 비조연형(No supplementary firing or unfired)이어야 하며, 압력형식(삼압식 또는 복압식)과 순환방식(자연순환 또는 강제순환) 및 재열기 채택여부는 열병합발전 시설용량 및 제작사 설계표준에 따른다.

(2) 보일러와 연계(interface)되는 부속설비는 적용 가능한 보일러 제작자의 요구사항과 설계 추천방식에 따라서 설계한다.

(3) 보일러 및 부속설비는 가스터빈 최대용량을 기준으로 설계한다.

(4) 보일러 설계 및 기기배치 시 공명진동이나 기기손상을 유발시키는 진동이 발생되지 않도록 설계하며, 보일러 지지철골 구조는 내적 하중 및 외적 하중조건에 만족 되도록 설계한다.

(5) 보일러는 연계된 가스터빈의 모든 조건하에서 적합하게 운전될 수 있도록 하며 설계 방법은 ASME SEC. I 및 VIII을 참조한다.

(6) 보일러 효율 계산은 KS(또는 ASME) 성능 시험규격, PTC 4.4의 열손실법(Thermal Loss Method)에 의한다.

(7) 보일러는 일일 기동정지(DSS), 주기 운전(cycling operation)에 적합하게 설계한다.

(8) 보일러 및 보조기기의 보온은 정상운전 중 풍속정지 대기(still air)를 기준하여 기기보온 표면온도와의 온도차가 30 ℃를 초과하지 않도록 설계한다.

(9) 보일러 증기 및 급수(과열 저감기용 급수 포함) 수질조건은 보일러 수질 관련기준을 고려하여 설계하되 증기터빈의 수질조건과 비교하여 더 보수적으로 설계한다.

(1) 증기터빈 및 부속설비 설계기준

(2) 증기터빈 및 부속설비 설계조건

① 터빈형식: 추기응축식으로 한다. 단, 시설 규모 및 시스템 구성에 따라 배압터빈을 적용할 수 있다.

② 터빈은 발전기와 직결한다.

③ 추기단은 1 MPa 증기헤더용 고압급수가열기, 저압급수가열기, 지역난방 열교환기, (mixing pre – heater)등으로 구분하고 터빈 발전기의 출력이 최대로 되기 위하여 추기량을 설계하며, 공정용 증기를 생산할 경우에는 이를 고려한다.

④ 터빈은 보일러의 부하변화 특성을 허용할 수 있도록 하며, 터빈 케이싱 및 로터는 최소부하에서도 장시간 운전에 만족하도록 설계한다.

⑤ 터빈은 최대부하에서 최저부하 사이의 정상 운전상태에서 지정된 경사부하율(ramping rate) 및 순간적인 단계부하 변동율(instantanrous step load change rate)을 만족시킬 수 있도록 설계한다.

⑥

⑦ 증기터빈과 연계되는 부속설비는 적용가능 한 터빈 제작자의 요구사항과 추천 설계방식에 따라서 설계한다.

⑧ 증기터빈은 배열회수보일러의 부하변화 특성을 허용할 수 있도록 설계한다.

⑨ 증기터빈은 최대보증부하에서 최저부하 범위에 걸쳐 연속적인 운전, 일일기동정지운전 및 주기운전이 가능하게 설계한다.

⑩ 증기터빈은 전주분사 운전을 하며 변압조건에서 운전이 가능하게 설계한다.

⑪ 증기터빈은 터빈 발전기 운전 중에 주증기 정지밸브, 주증기 제어밸브, 비상 과속트립 계통과 같은 기기설비에 정기적인 검사를 할 수 있도록 설계한다.

⑫ 증기터빈은 ASME 성능시험 규격 또는 이와 동등한 규격에 따라서 시험을 수행 할 수 있도록 적절한 연결부를 갖추어야 한다.

⑬ 증기터빈에 관련된 모든 배관 및 기기들은 모든 운전상태에서 증기터빈에 물이 유입되는 것을 방지하기 위하여 ASME TDP-1 또는 이와 동등한 규격에 따라 역류방지 밸브 및 충분한 배수설비를 갖추어야 한다.

⑭ 증기터빈 및 보조기기 계통은 증기압력의 변동을 감당하고 순간적인 부하 상실시 발생하는 증기압력 및 온도의 과도현상에 대처할 수 있도록 설계한다.

⑮ 증기터빈 및 보조기기 계통의 모든 배관은 운전조건 중에 터빈으로 유입 유출되는 증기유량이 균등하게 유지될 수 있도록 설계한다.

⑯ 터빈 발전기는 기동, 정상운전 및 정지(shut down) 시에 터빈이 허용 열응력 범위내의 안정된 상태에서 운전되도록 속도, 가속도, 부하 증감률 및 증기량을 자동제어하는 자동 기동장치(automatic turbine start up equipment)와 디지털 전기 유압식 조속기를 구비한다. 터빈 발전기 종합 감시계통은 운전분석, 감시 및 사고 진단을 위해 설치한다.

⑰ 증기터빈 제어유 계통은 전동기 구동 피스톤 펌프에 의하여 터빈의 밸브 및 비상 정지 계통에 고압의 불연성 유체를 항상 안정된 유압, 유온 및 고 청정도 상태로 공급, 유지하는 기능을 담당하게 설계한다.

⑱ 기동 및 정지시 또는 정상운전 동안 터빈으로부터 1m 지점에 있어서의 건물 내 복합소음치가 85 dB(A)를 초과하지 않아야 한다.

⑲ 터빈 및 보조기기는 아래의 기기를 갖추어야 한다.

가. 터빈 본체 (anchor bolt, sole plate 포함)

나. 비상 차단 밸브 및 스트레이너

다. 추기관의 동력식 역지 밸브

라. 윤활유 계통

마. 제어유 계통

바. 윤활유 계통의 스테인리스 배관

사. 윤활유 청정기

아. 감속기(필요시)

자. 터닝 기어

차. 글렌드 증기 시스템(gland steam system)

카. 증기 및 응축수 배관 일식

타. 계통에 필요한 계기류, 제어 밸브 및 전송기 일체

파. 진동, 편심, 속도 및 열팽창 감시 장치

하. 터빈 보온 커버

거. 소음덮개(봉입)

너. 드레인 및 벤트 설비

더. 터빈 건조기

러. 제어 및 보호 계통

머. 예비품

버. 특수공구

서. 터빈 계통의 분산 제어 설비

(3) 증기터빈 우회(bypass)계통 설계범위

① 우회계통은 고압, 재열 및 저압 증기 우회계통으로 구성되며, 고압증기 우회계통은 고압터빈 정지 및 제어밸브 상류측 주증기관 분기지점으로부터 각호기의 배열회수보일러로 각각 분기된 저온증기 재열배관(cold reheat) 연결지점까지이다.

② 재열증기 우회계통은 재열기 출구 하류측 분기지점에서부터 응축기 또는 터빈 우회 열교환기((Peak) DH Heater(s)) 입구 노즐까지이다.

③ 저압증기 우회계통은 저압터빈 정지 및 제어밸브 상류측 분기지점에서부터 응축기 또는 터빈 우회 열교환기((Peak) DH Heater(s)) 입구 노즐까지이다.

④ 이상의 증기터빈 우회계통은 다음과 같은 기기 및 계통으로 구성된다.

가. 압력제어밸브

나. 과열저감기

다. 분무수 제어밸브 및 차단밸브

라. 관련 배관 및 계측제어계통

(4) 증기터빈 우회(bypass)계통 설계기준

① 증기터빈 우회계통은 동절기(일평균 최저온도 기준) 가스터빈발전기 설치수량 전체가 최대부하(100% Base Load Rating)로 운전되던 중에 증기터빈발전기 계통의 사고로 Trip될 때 배열회수보일러에서 생산된 모든 증기를 응축기 또는 터빈 우회 열교환기((Peak) DH Heater(s))로 방출(Dump) 할 수 있는 용량으로 설계한다.

② 각각의 증기터빈 우회계통은 다음과 같이 연결되며, 제작사 표준에 따라 구성한다.

가. 고압 우회계통(HP bypass): 배열회수보일러 HP S/H → cold reheat Line(배열회수보일러)

나. 재열 우회계통(RH bypass) : IP 터빈입구 intercept valve → 응축기/(peak) DH heater

다. 저압 우회계통(LP bypass) : IP 터빈 중간유입 정지 및 제어밸브 → 응축기/터빈 우회 열교환기((Peak) DH Heater(s))

③ 배수 및 과열저감 계통은 Water Injection으로 인한 터빈의 손상을 방지하기 위하여 ASME TDP-1 Standard, “Recommended Practices for the Prevention of Water Damage to Steam Turbines Used for Electric Power Generation”에 준하여 설계 한다.

④ 고압, 재열 및 저압 우회(HP, RH 및 LP Bypass)계통의 소음설계기준은 최대운전 시 밸브로부터 이격거리 1m에서 85 dB(A) 이내로 한다.

⑤ 증기터빈 우회계통은 응축기 또는 (Peak) DH Heater(s) 및 증기터빈을 보호하기 위하여 아래와 같은 조건이 발생되는 경우에는 폐쇄되도록 설계한다.

가. 응축기 압력이 비정상 고압

나. 응축기 온도가 비정상 고온

다. RH 및 LP Bypass Valve가 열린 후 규정시간 내에 Water Spray Control Valve가 정상적인 기능수행이 안 되는 경우

라. 응축기 Hotwell 수위가 비정상 고수위

마. Spray Water 압력이 동작 불능인 저압조건

바. (Peak) DH Heater(s) 쉘

사. (Peak) DH Heater(s) Drain 온도가 비정상 고온

아. 지역난방수의 (Peak) DH Heater(s) 출구온도가 120°C를 초과하는 경우

⑥ RH 및 LP 증기터빈 우회(Bypass)계통은 각호기의 배열회수보일러와 공통 증기계통이 신속한 기동 및 정지를 할 수 있도록 증기터빈 부근에서 차단밸브(Isolation Valve)에 의해 개별적으로 구성된다.

⑦ 열병합발전설비의 운전모드에 따라 RH 및 LP 증기계통은 응축기 또는 지역난방을 위한 (Peak) DH Heater(s)로 시스템정렬이 되도록 구성한다.

(1) 원수 공급설비

① 설비 구성은 원수저장조, 여과수저장조, 중력식여과기(또는 압력여과기) 및 펌프, 배관 그리고 부대설비이다. 단, 원수가 시수일 경우 여과수저장조 및 중력식여과기를 제외한다.

② 여과수 및 원수 저장조는 수위에 따라 펌프 및 유입수 밸브의 개폐를 자동으로 운전될 수 있도록 한다.

(2) 연수제조설비

① 설비의 구성은 활성탄 여과기, 연수기 및 연수저장조 등이며 보충수의 안정적 공급을 위하여 100% 용량의 설비를 예비로 하여 2열로 구성되도록 설계한다.

② 시수 저장조에서 연수기 공급펌프에 의해 연수 제조 설비의 활성탄 여과기를 통과한 후 연수기로 이동되며, 활성탄 여과기와 연수기에서 유기물질, 잔류염소 및 경도 성분을 포함한 물질을 제거한 후 연수 저장 탱크에 저장되도록 설계한다.

(3) 순수 제조설비

① 설비의 구성은 활성탄 여과기, 양이온 교환기, 탈기기, 음이온 교환기, 혼상이온 교환기, 순수저장탱크 등이며 100% 용량의 설비를 예비로 하여 2열로 구성되도록 설계한다.

② 원수 및 여과수 저장조로부터 순수 설비 공급펌프에 의해 순수 제조 장치의 활성탄 여과기로 유입되도록 설계한다.

③ 활성탄 여과기에서 잔류 염소 및 유기 오염물이 제거되며, 양이온 교환기에서 양이온 물질을 제거시킨 후, 탈기기로 유입시켜 용존 탄산 가스등을 송풍기에 의해 대기 중으로 배출시키도록 설계한다.

④ 가스가 제거된 후 탈기기 펌프에 의해 음이온 교환기로 보내어 음이온을 제거시켜 전기 전도도를 10 ㎲/㎝ 이하로 낮추며, 혼상이온 교환기로 잔류 이온성 물질을 제거한 후, 순수 저장 탱크에 저장 시키도록 설계한다.

⑤ 순수 제조열의 재생 작동은 중앙 제어실 또는 현장 운전원의 조작 스위치에 의해 자동으로 가동되도록 설계한다.

(4) 수질관리

① 보일러 공급수의 수질은 KS B 6209를 참조하고, 증기터빈 제조업체로부터 접수한 수질과 비교하여 보수적 관점으로 선정한다.

② 처리방법 순수 제조설비의 구성으로 필요수질의 관리가 어려운 경우 아래 방법으로 수질을 관리할 수 있다.

가. 약품처리법

나. 증류법

다. 이온교환수지법

단순연화

탈 알칼리(Alkali) 연화

혼상식 전염 탈염

복상식 전염 탈염

라. 역삼투압

(1) 복수펌프

① 복수펌프(condensate pumps)의 설계조건은 하절기 최대부하로 운전 중에 있는 가스터빈 배가스에 의해 배열회수보일러로부터 얻어지는 증기 전량이 증기터빈 우회 운전에 의해 응축기로 전이(dump)될 때 물 분사기(spray water)를 포함하여 전체 계통 운전에 필요한 최대 응축공급량을 기준으로 한다. 단, 이 경우는 플랜트 운전기간(30년) 중 초기의 성능시험운전 또는 극히 제한된 경우에 발생할 수 있는 조건이므로 응축펌프의 용량을 결정함에 있어서 추가로 설계 여유(margin, wear margin 등)는 고려하지 않는다.

② 복수펌프는 하절기의 full condensing 운전을 감당할 수 있도록 용량이 결정되며, 운영 중 펌프의 고장에 대비하여 stand-by 펌프를 설치한다.

③ 응축수는 복수기 온수기(hotwell)에서 주복수펌프에 의해 복수예열기(condensate preheater)에서 예열이 되어 탈기기로 보내지며, 복수펌프의 최소유량 재순환배관은 복수기로 연결된다. 재순환계통의 적절한 운전압력을 유지할 수 있도록 복수기 입구에 수축 오리피스(restriction orifice)를 설치하도록 설계한다.

④

(2) 복수기

① 보일러의 잉여증기에 따라 고압증기 복수기와 저압증기 복수기로 구별하여 선정한다.

② 복수기의 냉각제어 방식은 팬의 각도조절(pitch control)에 의한 제어방식과 팬의 회전수를 조절하는 제어(VVVF Control) 및 루버에 의한 제어 방식 등을 적용한다.

③ 복수기의 정하중과 동하중을 산출하며, 하중조합을 고려하여 패드사이즈와 고정앙카의 크기를 결정한다.

④ 복수기는 증기가 저압터빈으로부터 배기될 때 또는 우회통로 운전 시 증기의 충돌로 격막(baffle) 혹은 튜브(tube)가 손상을 받지 않도록 설계한다.

⑤ 공랭식으로 건물 내부에 설치 시 냉각공기의 재순환으로 냉각효율이 저하될 우려가 있으므로 적절한 배치계획을 세워야 한다.

⑥ 복수기 튜브(tube)와 튜브시트(tube sheet) 사이에 누수가 발생되지 않도록 튜브(tube) 말단부를 확관한 후 튜브시트(tube sheet)에 밀봉 용접(seal welding)하여 부착한다.

⑦ 복수기는 two(2) flow 구조로 제작하여 필요한 경우 50% 부하로도 운전이 가능하여야 한다. 또한 좁은 부지의 활용을 위하여 tube의 배열은 two(2) pass로 구성 한다.

⑧ 복수기는 저압터빈 배기증기와 응축기 쉘로 유입된 각종 배출수(또는 drain water)를 튜브(tube)측에 흐르는 냉각수와 열교환에 의해 응축시켜 온수조(hotwell)에 모은 후 급수계통에 회수한다.

⑨ 복수기의 열팽창량에 대한 보상방법은 터빈 제작사에 따라서 방법이 상이하므로 향후 선정된 제작사가 제시하는 방법을 채택한다.

(3) 고압 또는 저압 측의 밸브시트(valve seat), 배관 등에서 배출수 (또는 drain water) 중에서 재사용이 가능한 것은 보조 복수탱크(Auxiliary condensate tank)로 집수하고, 보조 복수펌프(Aux. condensate pump)에 의해 주 복수펌프(Main condensate pump)의 토출배관에 연결하여 회수한다.

(4) 복수기 온수조(Hotwell)의 수위조절(level control)은 다음과 같은 계통으로 유지한다.

① 재순환 회로(Recirculating circuit): 온수기 레벨(Hotwell level)과 주 응축 펌프(main condensate pump) 흐름 신호

② 보충수(Make-up water) 펌프에 의한 계통수 보충(초기 및 정상운전 시)

③

(5) 복수기 및 복수배관은 겨울철 운전시 또는 시설 정지시 동파가 되지 않도록 대책을 세운다.

(1) 냉각용량 산정 냉각용량은 터빈 윤활유 냉각, 발전기 냉각, 복수기 공급량, 기타 냉각수 필요량을 모두 더하고 안전율을 10~15% 합산하여 산정한다.

(2) 냉각탑

① 냉각탑은 산정된 냉각용량을 냉각톤(CRT, cooling refrigeration ton) 단위로 반영하되 공급업체의 제작사양을 기준으로 용량을 선정한다.

② 냉각탑의 형식은 아래와 같이 구분하며 현장의 상황 및 시설 용량에 따라 선정한다.

가. 냉각탑의 형태 : 원형과 각형

나. 접촉 유수 방향 : 직교류형, 대향류형, 병류형

다. 통풍방식 : 자연통풍식, 강제통풍식

라. 접촉방식 : 분무식, 압입송풍식

③ 냉각탑의 쿨링 레인지는 5~7 ℃로 하되 공급업체의 시방을 참고한다.

④ 냉각탑에는 냉각수 입구, 출구, 배수, 보충수 급수를 위한 노즐을 설치한다.

(3) 냉각수 저장탱크

①

② 냉각수 저장탱크의 운전시 수위는

③ 냉각수 저장탱크의 용량은 냉각수 배관 유지관리 시 냉각수배관 내부의 냉각수를 모두 회수하여 저장할 수 있어야 한다.

(4) 냉각수 펌프

① 냉각수 펌프는 냉각수 공급펌프와 냉각수 순환펌프로 구분한다.

② 냉각수 공급펌프의 유량은 냉각되는 설비의 노즐 입출구 조건(유량, 온도)를 기준으로 하여 모든 필요유량의 합을 기준으로 한다.

③ 냉각수 공급펌프의 양정은 냉각되는 설비의 노즐 입출구 조건(압력, 위치)를 기준으로 하여 노즐 필요압력과 배관마찰손실의 합이 가장 높은 노즐을 기준으로 한다.

④ 냉각수 순환펌프의 유량은 쿨링 레인지를 감안한 필요 순환유량을 기준으로 한다.

⑤ 냉각수 순환펌프의 양정은 냉각수탱크의 수위와 냉각탑의 유입노즐의 높이차, 관 내 압력손실, 냉각탑 노즐의 토출압력을 합하여 산정한다.

(1) 설계기준

① 지역난방 열교환기는 증기터빈의 배기 또는 추기증기로 65 ℃(각 사업장별로 설계값 변경)의 지역 난방회수를 120 ℃로 가열하기 위한 설비로 1차와 2차 지역난방 열교환기로 구성되어 있으며, 저온용은 1차 가열 지역난방 열교환기(DH 1 Heater), 고온용은 2차 가열 지역난방 열교환기(DH 2 Heater)로 호칭한다.

② 2차 가열 지역난방 열교환기(DH 2 Heater)에서의 출구 지역난방 순환수는 하절기 급탕공급을 위해 최저 80 ℃에서 운전이 가능하고 동절기 최대온도가 120 ℃를 초과하지 않도록 하고, 1차 가열 지역난방 열교환기(DH 1 Heater) 입구의 지역난방 순환수는 하절기 급탕 부하 시 50 ℃로 떨어질 수 있으므로 이때에도 증기터빈 운전에 지장이 없도록 설계한다.

③ 지역난방 계통의 정지(trip) 시 열교환기 쉘 side 과압 발생에 대비하여 파열판(rupture disc)를 설치한다.

④ 1차 가열 지역난방 열교환기(DH 1 Heater)의 응축수는 DH 1 응축수 펌프에 의해서 2차 가열 지역난방 열교환기(DH 2 Heater)로 이송되어 2차 가열 지역난방 열교환기(DH 2 Heater) 응축수와 혼합되어 DH 2 응축수펌프에 의해서 탈기기로 이송된다.

⑤ 2차 가열 지역난방 열교환기(DH 2 Heater) 온수기(hotwell)에는 계통효율 향상을 위하여 2차 가열 지역난방 열교환기(DH 2 Heater) 인입증기 일부를 우회 증기가 가열용으로 공급되도록 구성한다.

⑥ 터빈 우회 열교환기(Peak DH Heater(s))는 지역난방운전모드(배압운전, Mode Ⅰ)에서 1차 가열 지역난방 열교환기(DH 1 Heater)와 2차 가열 지역난방 열교환기(DH 2 Heater)를 통과한 지역난방수가 흐르도록 되어있으며, 가열증기측은 터빈 우회 밸브의 누설증기로 상시 예열되므로 터빈의 운전부하와 무관하게 지역난방열을 공급할 수 있도록 한다.

⑦ 주기기 제작사의 계통설계에 따라 Peak DH Heater(s) 또는 1차 및 2차 가열 지역난방 열교환기(DH 1 & 2 Heater)는 동절기(12 ℃) 가스터빈 최대부하 (100% Base Load Rating)로 지역난방 열공급운전(배압운전, MODE I)중 증기터빈 정지(trip) 시 배열 회수보일러에서 생산되는 증기 전량을 증기터빈 우회 계통을 통하여 수용할 수 있도록 설계한다. 또한 지역난방 추가 열생산 (Mode 1 + Mode Ⅳ 혼합운전)운전 및 최대 열공급(배열회수보일러에서 생산된 증기 전량을 증기터빈 우회 운전, Mode Ⅳ)운전이 가능하게 설계한다.

⑧ 다른 규정이 없는 한 모든 열교환기는 연속적으로 운전되도록 설계한다. 또한, 갑작스런 부하변동 등 여러 운전조건에서 열교환기의 손상과 수명에 영향을 끼치지 않고 운전될 수 있게 한다.

⑨ 여러 종류의 열교환기가 같은 열교환의 목적으로 설치되었다면 동일하게 설계하여 상호 호환성이 있게 한다.

⑩ DH 1 & 2 Heater, Peak DH Heater(s)의 온수기를 Drain Level Control 및 현장설치의 편의성을 고려하여 분리형으로 구성한다.

⑪ 열교환기를 설치하거나 보수하는데 어려움이 없도록 하고 리프팅러그(lifting lug), 아이볼트(eye bolt) 그리고 열교환기와 부속품들의 조작이 용이하도록 설치한다.

⑫ 열교환기는 그 사용목적에 부합토록 주 배관과 압력, 온도 및 수위 등 필요한 계기류를 설치할 수 있도록 배관 및 계기의 배치를 고려하여 연결부를 설치한다. 또한 기기의 안전을 고려하여 국제 규격이나, 압력 용기 제작에 대한 국내 법규를 적용한 안전변을 설치한다.

⑬ 열교환기는 관이 10%까지 막혀 있어도 정격용량으로 연속적인 운전이 가능하도록 설계 시 고려한다.

⑭ 열교환기는 필요하면 가장 높은 부분과 낮은 부분에 적당한 개수의 공기구멍(air vents), 배수관(water drain), 빈 포트(emptying port)를 설치한다. 대기압 보다 낮은 압력에서 열교환기가 운전될 때는 공기 흡입측의 설계와 배열 시 에어포켓(air pocket)이 발생치 않도록 주의한다.

⑮ 종단 온도차(Terminal Temperature Difference) 및 DH 1 & 2 Heater 의 열용량 분배는 터빈의 최적 출력에 따라 설계한다.

(2) 설계 조건

① 수평, 원통형 쉘 앤 튜브(shell & tube) 형식으로 실내에 설치되도록 설계한다.

② 온수기 형(hotwell type) 이어야 하며, 응축수 수위는 항상 일정하게 유지될 수 있어야 한다.

③ 열교환기 튜브측(온수)은 지역난방 공급/회수 온도가 120 ℃/65 ℃(각 사업장별로 설계 값 변경)일 때뿐만 아니라, 모든 운전 가능 온도 범위 내에서 만족스러운 운전이 되도록 설계한다.

④ 부분부하 시에도 원활하게 운전되도록 설계 한다.

⑤ 튜브(tube)의 진동을 방지하고 가열증기의 균등분배를 위하여 배플(baffle)과 스팀레인(steam lane)을 설치되도록 설계한다.

⑥ 동체측에는 불응축성 가스를 제거하는 배기설비를 갖추어야 하며, 이 배기설비는 증기의 공급을 원활하게 하기 위해 비응축성 가스 포켓이 발생하지 않도록 적절한 위치에 설치한다. 또한 DH 1 & 2 Heater 및 Peak DH Heater(s)의 몸통측(shell side)은 진공펌프(vacuum pump)에 의해 적절하게 진공이 형성될 수 있도록 구성한다.

⑦ 튜브의 보수유지가 쉽도록 인발과 청소 재조립 등의 제반보수 유지업무가 쉽게 이루어 질수 있는 구조이어야 하며, 튜브파손 시 튜브를 막을 수 있도록 하며 10% 정도의 플러그(plug) 여유를 고려하여 설계한다.

⑧ 튜브내의 유체속도는 정상운전 상태에서 1.5 m/s 이상으로 2.5 m/s를 초과하지 말아야 한다.

(1) 보일러 주요시방

① 형 식 : 자연순환, 수관식

② 통풍방식 : 압입통풍식

③ 턴다운비 : 5 : 1

④ 최소 안정부하(MCL) : 정격부하의 20%

⑤ 블로우 다운 : 2%

⑥ 효율 (MCR운전, HHV기준) : (ASME PTC4.1 기준)

가. 중유(LSWR) : 88% 이상

나. 도시가스(LNG) : 84% 이상

(2) 설계기준

① 보일러는 최저부하(정격부하의 20%) 이상에서도 완전 자동운전할 수 있어야 한다.

② 보일러는 기저 부하용으로 운전되며 최저허용부하 변동율은 시간기준으로 운전부하의 10%/분 이상이고 단계적 부하변화는 10%/MCR 이어야 한다.

③ 부하변동 시 증기온도 및 압력변동 범위는 각기 ±5 ℃ 및 ±0.15 MPa이어야 한다.

④ 보일러 각부의 부식여유는 드럼 3 mm, 헤더 1 mm, 튜브 0.5 mm 이다.

⑤ 연소실 내외압에 대한 설계압력은 NFPA 8502을 참조하여 설계한다.

⑥

⑦ 보일러는 충분한 보온을 하며, 보일러가 운전되는 동안 보온 표면이나 외장에서 1 m 떨어진 곳에서 측정한 온도가 대기 온도 보다 20 ℃ 이상 초과하지 않도록 설계한다.

⑧ 내화재(refractory), 연와조(brickwork), 타일(tile), 피팅(fitting), 고정용씰(bonded seals), clay, cement, packing, 보온 및 기타 자재들은 ASTM 규격을 참조한다.

(1) 보일러는 최저부하 및 갑작스런 증기부하 변동 시에도 안전운전이 되도록 설계한다.

(2) 보일러는 자연 순환식의 두개의 드럼으로 구성되며 하부지지 형식으로 설계한다.

(3) 보일러는 설비진동이 발생되지 않도록 방진구조로 설계한다.

(4) 설계 및 제작은 ASME의 보일러와 압력용기 기준을 참조한다.

(1) 공기압축기(air compressor)는 최대 압축공기 소요량과 연평균 압축공기 소요량을 구분하여 계장용 공기량과 공정용 공기량을 산정하여 설계한다.

(2) 공기 저장탱크(air receiver)는 형식, 수량, 재질, 설계압력, 맨홀을 산정하여 설계한다.

(3) 공기 건조기(air dryer)는 형식, 수량, 흡착제, 재생시간, 재생방법, 노점, 설계압력 등을 산정하여 설계한다.

(4) 기타설비로는 중간냉각기(inter cooler), 후부냉각기(after cooler), 계장용 공기 여과용 마이크로필터(micro filter), 작업용 공기 여과용 파인필터(fine filter) 가 있다.

(1) 설계 압력

① 내압을 받는 배관 계통의 설계 압력은 다음 가~다 중 최댓값, 또는 라로 결정한다.

가. 배관이 연결된 기기의 설계압력

나. 배관 또는 기기 계통의 안전밸브의 고정 압력(set pressure)

다. 안전밸브가 없는 원심 펌프의 토출측 배관은 차단 압력(최대 흡입 압력 + 1.2 <토출 압력 - 흡입 압력>)과 같은 압력

라. 진공 상태하에 있는 배관 계통은 절대 진공에 상당하는 압력

② 이상과 같이 규정한 설계 압력은 고압기기에서 저압으로 설계된 기기의 흡입측 마지막 차단밸브까지 설치된 모든 배관에 적용하여 설계한다.

③ 제어밸브 및 우회통로가 있는 배관에서는 차단밸브와 우회 밸브가 있는 곳까지 흡입측(upstream) 설계압력을 적용하여 설계한다.

(2) 설계 온도

① 배관 내 유체의 설계온도는 관련 배관에 유체를 이송하는 기기, 장치 및 배관 내 유체의 최대 온도로 한다.

② 최대 유체온도에 대한 정확한 자료가 없을 때는 정상 가동 상태 온도(normal operating temperature)에 20℃를 더한 값을 설계온도로 한다.

③ 다음과 같은 경우는 배관 자재의 설계온도를 유체의 온도와 같은 온도로 한다.

가. 외부에 보온을 한 배관

나. ANSI B16.5에 규정되지 않은 플랜지를 이용 연결한 곳

④ 설계온도는 관련 ANSI 규격에서 허용한 감쇄 계수를 적용한 설계온도로 설계한다.

⑤ 배관의 운전 온도는 정상 가동 상태에 있는 유체의 온도에 상당하는 온도로 설계한다.

(3) 배관 배열 설계

① 기기 배치는 배관 비용을 최소화 할 수 있도록 설치하며, 공정, 안전성 또는 운전상의 요구조건과 일치하게 설치되도록 한다. 각 기기 배치의 위치는 국내 공업규격에서 규제한 최소 안전거리에 일치하게 한다.

가. 열교환기는 정비에 필요한 충분한 간격을 두고 설치하며, 두 개의 인접 물체가 있을 시: 0.8 m

나. 튜브번들(tube bundle) 교환 시: 번들 길이 + 1 m

다. 커버(cover)를 조작할 경우: 커버 앞에서 1 m를 유지하도록 설계한다.

② 펌프는 구동부분이 통로에 접하게 설치되며 펌프가 2열로 설치될시 펌프간의 간격이 3 m를 유지하여 지게차가 통행할 수 있도록 설계한다.

③ 모든 배관과 부속장치는 최소한 펌프-

④ 펌프의 베이스플레이트(base plate)의 높이는 최종 그라우팅(grouting)을 포함하여 250 mm를 기준으로 설계한다.

⑤ 배관의 지관은 보통 액체인 경우는 주 배관의 하부나 측면에, 가스나 증기인 경우는 상부에서 연결하며 지관의 길이가 길 경우는 연결지점 가까이에 차단밸브를 설치하도록 설계한다.

⑥ 통기와 배수 배관을 포함한 모든 배관은 열팽창에 의해 발생한 응력을 받지 않도록 배열한다. 배관은 펌프나 기기의 노즐에 대한 하중이 최소가 되도록 지지하고 유지보수 및 접근이 용이하도록 설계한다.

⑦ 배관 주위의 간격은 설치 및 현장 용접 여건, 보온, 밸브, 계기 및 지지물의 설치 및 보수요건에 부합 하도록 배관을 배치하도록 설계한다.

⑧ 보 밑부분과 배관의 상부 또는 배관 보온재의 상부 사이에 최대 변위를 고려하여 전선 트레이 설치를 위한 공간이 마련되도록 배관을 배치하도록 설계한다.

(4) 고온 고압의 증기배관의 경우 온도와 압력 변동에 따른 열응력 검토를 하며, 배관에 응력이 발생하지 않도록 서포트 형식을 선정하여 반영한다.

(5) 냉각수 배관 등 외부 노출배관은 동계 및 시설 정지 시 외부 노출부에 대한 동파 방지를 위하여 대책을 갖추어야 한다.

(분야별 가나다순)