[화공안전기술사 제140회 4교시 6번] 플레어시스템(Flare System)의 녹아웃드럼(Knock-out dr… 답안 개요

4교시 6번 · 25점 · 6문제 중 4문제 선택 · 100분

플레어시스템(Flare System)의 녹아웃드럼(Knock-out drum) 설계와 관련된 다음 내용에 대하여 설명하시오.

중간 녹아웃드럼의 필요성과 설치 기준
직경 300～600㎛의 액체방울이 녹아웃드럼에서 수직으로 떨어져 기/액이 분리되는 액체방울의 강하속도(U_c) 산출식에서 g, D, ρ_L, ρ_V, C의 의미

$U_{c} = 1.15 \frac{g \times D ( ρ _{L} - ρ _{V} )}{ρ _{V} \times C}$

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답안 구조

개요
플레어시스템 녹아웃드럼의 기능
중간 녹아웃드럼의 필요성
중간 녹아웃드럼 설치 기준
액체방울 강하속도 산출식 의미
결론

용어 정의

플레어시스템(Flare System): 공정 이상 시 발생하는 과압 가스 및 액체를 안전하게 연소시켜 대기로 배출하는 시스템으로, 폭발 및 환경 오염 방지를 위한 핵심 안전 설비.
녹아웃드럼(Knock-out Drum): 플레어시스템으로 유입되는 가스 내에 포함된 액체 방울을 중력 침강 또는 관성 충돌을 이용하여 분리, 제거하는 장치.
강하속도(Settling Velocity): 중력의 영향으로 유체 내에서 액체 방울이나 고체 입자가 침강하는 최대 속도로, 유체의 저항력과 중력 평형 시의 속도.

핵심 내용

1)

플레어 스택 및 헤더 보호
불완전 연소 및 매연 발생 억제
인명 및 재산 피해 예방
환경 오염 물질 배출 최소화
액체 고임에 의한 플레어 작동 이상 방지
플레어 헤더의 배수 용이성 확보

풀이 순서: 플레어 헤더 내 응축 및 액적 생성 원인 → 액적 발생 시 플레어 시스템에 미치는 영향 → 주 녹아웃드럼의 기능 및 한계 → 중간 녹아웃드럼의 설치 목적 → 배관의 저지점에 설치 필요성 → 플레어 스택 전단 설치 기준 → 대구경 액적 및 슬러그 유입 방지

2)

액체 방울의 수직 강하 원리
중력과 유체 저항의 균형
녹아웃드럼 분리 효율 영향 인자
드럼 직경 및 체류 시간 설계 기준
액체 방울 크기 범위(300~600㎛)의 의미

공식: $U_c = 1.15 \sqrt{\frac{g \times D(\rho_L - \rho_V)}{\rho_V \times C}}$

풀이 순서: g: 중력 가속도 (gravitational acceleration) → D: 액체 방울의 직경 (diameter of liquid droplet) → \rho_L: 액체의 밀도 (density of liquid) → \rho_V: 증기/가스의 밀도 (density of vapor/gas) → C: 항력 계수 (drag coefficient) → 각 인자의 물리적 의미 및 단위 설명 → 각 인자가 U_c에 미치는 영향 분석 → 녹아웃드럼 설계 시 U_c의 활용 방안

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출처: 한국산업인력공단, Q-Net 자료실 · 공공누리 제1유형 · 원문(Q-Net)