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수증기표 (온도-압력-엔탈피-엔트로피)
Steam Table 소개
수증기표 레퍼런스는 물과 증기의 열역학적 물성을 체계적으로 정리한 검색 가능한 종합 자료집입니다. 온도 기준(0.01도 삼중점~374.14도 임계점)과 압력 기준(0.1~10 MPa)으로 정리된 포화수증기표를 포함하며, 각 조건에서 포화수와 포화증기의 비체적, 엔탈피, 엔트로피, 증발 잠열(hfg) 값을 제공합니다.
포화 데이터 외에도 4가지 주요 압력(0.1, 1.0, 5.0, 10.0 MPa)에서 포화온도부터 500~700도까지의 과열 증기 물성표를 제공합니다. 각 표에 비체적(v), 비엔탈피(h), 비엔트로피(s)가 수록되어 발전소 터빈 입구 설계, 공정 가열, 열교환기 사이징에 필요한 증기 상태를 쉽게 결정할 수 있습니다.
계산 예제 섹션에는 5가지 완전한 풀이가 포함되어 있습니다: 연료 소비량으로부터 보일러 증기 발생량 계산, 4개 상태점을 모두 포함한 랭킨 사이클 열효율, 등엔트로피 효율 보정이 적용된 증기 터빈 출력, 감압 밸브를 통한 플래시 증기 발생률, 열교환기용 스팀 트랩 용량 선정입니다. 건도, 몰리에르 선도, 상변화 에너지 등 기본 개념이 레퍼런스를 완성합니다.
주요 기능
- 온도 기준 포화수증기표: 0.01도(삼중점), 100도, 150도, 200도, 250도, 300도, 374.14도(임계점)의 v, h, s, hfg 값
- 압력 기준 포화수증기표: 0.1, 0.5, 1.0, 2.0, 5.0, 10.0 MPa에서의 포화온도와 전체 열역학적 물성
- 0.1, 1.0, 5.0, 10.0 MPa에서 발전소 운전 범위(최대 700도)를 다루는 과열 증기 물성표
- 4개 상태점, 등엔트로피 팽창, 터빈 출구 건도 결정을 포함한 랭킨 사이클 효율 계산 예제
- 연료 소비량, 발열량, 효율로부터 증기 발생량을 구하는 보일러 계산(LNG 연료 예제 포함)
- 감압 밸브를 통한 플래시 증기 발생률 계산과 에너지 회수 가능량 추정
- 등엔트로피 효율 보정과 증기 소비율(kg/kWh)을 포함한 증기 터빈 출력 계산
- 건도(x)와 습증기 물성 공식, 몰리에르(h-s) 선도 해석, 잠열과 현열의 에너지 비교 등 기본 개념 정리
자주 묻는 질문
물의 임계점은 어떤 조건인가요?
임계점은 374.14도, 22.089 MPa(220.89 bar)입니다. 이 지점에서 증발 잠열이 0이 되어 액체와 기체를 구분할 수 없게 됩니다. 임계점 이상에서 물은 초임계 유체 상태가 되며, 600도/30 MPa 이상에서 운전하는 초초임계 발전소에 활용됩니다.
포화수증기표는 어떻게 읽나요?
각 항목에 포화압력(또는 포화온도)이 있고, 포화수(f)와 포화증기(g)의 비체적(m3/kg), 비엔탈피(kJ/kg), 비엔트로피(kJ/kg-K), 증발 잠열 hfg가 제공됩니다. f와 g 사이의 습증기는 h = hf + x*hfg를 사용하며, x는 건도(0~1)입니다.
랭킨 사이클의 일반적인 효율은?
2.0 MPa/400도 과열증기와 10 kPa 복수기를 사용하는 기본 랭킨 사이클은 약 32.3%의 열효율을 달성합니다. 실제 발전소에서는 재열, 재생(급수가열기), 높은 증기 조건으로 이를 개선합니다. 최신 초임계 발전소는 45% 이상의 효율을 달성합니다.
응축수에서 플래시 증기는 어떻게 계산하나요?
플래시율 = (h_고압 - hf_저압) / hfg_저압입니다. h_고압은 고압 응축수의 엔탈피, hf_저압/hfg_저압은 저압에서의 포화수 엔탈피와 잠열입니다. 예를 들어 1.0 MPa 응축수가 0.2 MPa로 감압되면 11.72%의 플래시 증기가 발생합니다.
스팀 트랩 용량은 어떻게 선정하나요?
열부하에서 응축수량을 계산합니다: 증기량 = Q / hfg (Q는 필요 열전달량, hfg는 운전 압력에서의 잠열). 안전율 2~3배를 적용하고, 차압(증기압 - 배압)이 선정된 트랩 용량에 적합한지 확인합니다.
증기가 열전달 매체로 우수한 이유는?
증기는 1기압에서 2,257 kJ/kg의 매우 높은 잠열을 갖고 있으며, 이는 물을 0도에서 100도까지 가열하는 현열의 5.4배입니다. 적은 유량으로 많은 열을 전달할 수 있고, 일정 온도에서 열을 방출하여 균일한 가열이 가능하며, 응축수를 회수하여 재사용할 수 있습니다.
증기 터빈 출력은 어떻게 계산하나요?
먼저 이상적(등엔트로피) 엔탈피 강하를 구한 후 터빈 효율을 적용합니다: h_출구 = h_입구 - 효율*(h_입구 - h_출구_이상). 실제 엔탈피 강하에 질량유량을 곱하면 kW 단위의 출력입니다. 예를 들어 5.0 MPa/500도, 효율 88%, 유량 10 kg/s에서 출력은 10.76 MW, 증기소비율은 3.35 kg/kWh입니다.
과열도란 무엇인가요?
과열도는 실제 증기 온도와 같은 압력에서의 포화온도 사이의 차이입니다. 예를 들어 0.1 MPa에서 200도 증기의 과열도는 200 - 99.63 = 100.4도입니다. 과열증기는 더 높은 에너지 밀도를 가지며 터빈 블레이드에서의 응축을 방지합니다.