🌊 해수 응축기란? 그리고 LMTD 계산은 왜 중요한가?

 

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🔧 해수 응축기는 왜 필요한가?

증기터빈에서 배출된 증기를 대기로 직접 방출하면, 터빈 내부에 증기가 잔류하여 압력을 형성하게 됨.
이로 인해 다음과 같은 문제가 발생함:

• ✅ 터빈 출력이 저하됨
• ✅ 배기 손실이 발생함
• ✅ 과열로 인한 기계적 손상의 위험이 커짐

해수 응축기는 증기를 물로 응축시켜, 터빈 출구에 낮은 압력(진공 상태)을 형성하게 함.
이를 통해 증기 확장 범위가 넓어지고 터빈 출력이 증가함.

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📌 해수 응축기가 중요한 이유

1️⃣ 에너지 효율 측면에서 핵심 역할을 함

• 증기터빈은 일반적으로 고압 증기를 팽창시켜 기계적 일을 생성함
• 증기를 완전히 응축하면 가장 낮은 압력까지 팽창이 가능해지고,
• 결과적으로 터빈 효율이 크게 증가함

📈 같은 연료를 사용해도 응축기의 성능이 좋을수록 전력 생산 효율이 향상됨

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2️⃣ 자연 냉각원을 활용하여 경제성과 지속 가능성을 높임

• 해수 응축기는 냉각탑 없이 바닷물을 직접 활용함
  → 냉각탑 설치 비용, 펌프 유지비, 전력 소비가 없음
  → 바닷물은 연중 온도 변화가 적고 풍부하여 유지비가 매우 낮음

🌍 연안 발전소나 해양 구조물에서는 공랭 응축기보다 경제적이고 안정적인 선택이 됨

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3️⃣ 환경 보호 측면에서도 유리함

• 냉각된 해수를 방류할 때 수온 상승이 과도하지 않도록 설계해야 함
• 정확한 응축기 설계와 LMTD 계산을 통해 방류수 온도 상승을 제어할 수 있음

🌱 이를 통해 해양 생태계에 미치는 영향을 최소화할 수 있음

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📊 요약 정리

구분필요성 및 중요성

터빈 효율	낮은 압력 유지로 에너지 회수량이 증가함
경제성	냉각탑과 펌프 없이 안정적인 냉각이 가능함
지속 가능성	자연 해수를 활용해 친환경 냉각 시스템을 구축할 수 있음
환경 보호	해수 온도 상승 제어를 통해 생태계 보호에 기여함

 

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📏 설계자가 고려해야 할 요소

응축기의 성능을 해석하기 위해 다음과 같은 항목을 반드시 계산해야 함:

• 전달되는 열량: Q
• 열전달 면적: A
• 평균 온도차: LMTD 사용

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🔬 LMTD란 무엇인가?

LMTD(Logarithmic Mean Temperature Difference)는
냉각수 입출구 온도와 증기 온도 사이의 비선형적인 온도차 변화를 정확히 반영하는 평균 온도차 계산 방식임.

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📐 LMTD 계산 공식 (유니코드 형식)

LMTD = (ΔTₘₐₓ − ΔTₘᵢₙ) ÷ ln(ΔTₘₐₓ ÷ ΔTₘᵢₙ)

• ΔTₘₐₓ: 증기 온도 − 냉각수 유입 온도
• ΔTₘᵢₙ: 증기 온도 − 냉각수 유출 온도

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🧮 STP 기반 LMTD 계산 예시

조건

• 냉각수 유입 온도: Tᵢₙ = 0.0 °C
• 냉각수 유출 온도: Tₒᵤₜ = 8.0 °C
• 증기 포화 온도: Tₛₜₑₐₘ = 38.8 °C (702 mmHg 기준)

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온도차 계산
ΔTₘₐₓ = 38.8 °C − 0.0 °C = 38.8 °C
ΔTₘᵢₙ = 38.8 °C − 8.0 °C = 30.8 °C

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LMTD 계산
LMTD = (38.8 − 30.8) ÷ ln(38.8 ÷ 30.8)
   = 8.0 ÷ ln(1.2597)
   ≈ 8.0 ÷ 0.2307
   ≈ 34.7 °C

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✅ 최종 정답
LMTD ≈ 34.7 °C

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🧭 왜 중요한가?

항목설명

열교환기 설계	LMTD 값으로 열전달 면적 A를 산정함
터빈 효율 유지	응축기 성능이 낮으면 진공이 깨지고 효율이 급격히 저하됨
냉각수 사용량 최적화	정확한 LMTD로 열교환이 잘 이뤄지면 펌프 가동률과 전력 소비를 줄일 수 있음
해양 환경 보호	수온 상승 폭 제어를 통해 방류수의 환경 영향을 최소화할 수 있음

 

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✍ 정리함

해수 응축기는 터빈 출력의 안정성과 에너지 효율을 유지하는 데 필수적인 장치임.
이 장치를 정확히 설계하려면 반드시 LMTD 계산을 기반으로 한 열역학적 해석이 필요함.
LMTD는 단순한 평균이 아닌, 실제 열교환 효율을 좌우하는 핵심 지표임.