Ejector의 원리와 설계(Specification) 고려 사항

Ejector의 원리와 설계(Specification) 고려 사항

 

 

 

1. Ejector의 개요 및 원리

(1) 개요
  - Ejector는 유체를 이용한 흡입 장치로, 높은 압력의 작동 유체(주 유체, Primary Fluid)를 사용하여 저압 영역을 

    생성하고, 이를 통해 저압 유체(보조 유체, Secondary Fluid)를 흡입하여 혼합 및 방출하는 장치임
  - 주로 진공 시스템, 냉각 시스템, 가스 압축, 유체 이송 등에 사용되며, 전기적인 동력 없이 작동한다는 점에서

    경제적이며 신뢰성이 높음

 

(2) 작동 원리
  - 작동 유체(예: 증기, 공기, 물 등)가 노즐을 통과하면서 속도가 증가하고 압력이 감소하여 저압 영역을 형성함
  - 이 저압 영역으로 인해 보조 유체(예: 공기, 증기, 액체 등)가 흡입됨
  - 이후 혼합된 유체는 확산부(Diffuser)에서 속도가 감소하고 압력이 회복되면서 배출됨
  - 베르누이 방정식과 유체 역학 원리를 기반으로 설계됨

 

 

2. Ejector의 주요 구성 요소

(1) 노즐(Nozzle)
  - 작동 유체를 가속하여 저압을 생성하는 역할
  - 일반적으로 컨버전스-다이버전스 구조(De Laval Nozzle)를 가지며, 작동 유체가 초음속 속도로 분사될 수 있도록

    설계됨

 

(2) 혼합 챔버(Mixing Chamber)
  - 주 유체와 보조 유체가 혼합되는 공간
  - 유체가 혼합될 때 압력이 조정되며, 흡입 성능에 큰 영향을 미침

 

(3) 확산부(Diffuser)
  - 혼합된 유체의 속도를 낮추고 압력을 회복하여 배출하는 역할
  - 효율적인 압력 회복을 위해 점진적으로 확장되는 구조를 가짐

 

 

 

3. Ejector의 유형

 

(1) 증기 Ejector(Steam Ejector)
  - 증기를 작동 유체로 사용하는 Ejector로, 진공 시스템에서 널리 활용됨
  - 원자력 발전소, 화학 공정, 증류 공정 등에서 증기 응축 및 배기용으로 사용됨

 

(2) 공기 Ejector(Air Ejector)
  - 압축 공기를 작동 유체로 사용하여 진공을 형성하거나 가스를 이송하는 데 사용됨
  - 냉동 공조 시스템, 폐가스 제거 시스템 등에 활용됨

 

(3) 액체 Ejector(Liquid Ejector)
  - 물 또는 기타 액체를 작동 유체로 사용하여 액체 및 가스를 이송하는 데 사용됨
  - 폐수 처리, 냉각 시스템 등에 적용됨

 

 

 

4. Ejector의 장점 및 단점

(1) 장점
  - 전원이 불필요 : 전기 모터나 기계적 부품 없이 유체의 흐름만으로 작동하여 유지보수가 적음
  - 단순한 구조 : 이동하는 기계 부품이 없어 고장이 적고 내구성이 높음
  - 다양한 환경에서 사용 가능 : 높은 온도, 부식성 환경에서도 사용 가능
  - 연속 운전 가능 : 끊김 없이 지속적으로 작동 가능

 

(2) 단점
  - 효율 한계 : 작동 조건에 따라 에너지 효율이 낮아질 수 있음
  - 설계 최적화 필요 : 특정 운영 조건에 맞춰 설계해야 성능이 최대화됨
  - 압력 회복 제한 : 확산부에서 압력이 완전히 회복되지 않으면 추가적인 압축 장치가 필요할 수 있음

 

 

 

5. Ejector의 산업적 활용 사례

 

(1) 화학 공정
  - 진공 증류(Vacuum Distillation), 반응기 탈기(Degassing) 등의 공정에서 사용됨
  - 부식성 환경에서도 작동 가능하도록 특수 합금 재질로 제작됨

 

(2) 발전소 및 에너지 시스템
  - 증기 터빈의 응축기에서 공기를 제거하는 데 사용됨
  - 보일러의 가스 추출 및 냉각 시스템에서도 활용됨

 

(3) 폐수 처리 및 환경 공학
  - 폐수 내 가스를 제거하는 용도로 사용됨
  - 부유물 제거 및 슬러지 혼합에 적용됨

 

(4) 석유 및 가스 산업
  - 원유 탈가스(De-Gassing), 천연가스 정제 공정에서 활용됨
  - 가스 플레어링(Flare Gas Recovery) 시스템에 사용됨

 

 

 

6. Ejector 설계 시 고려해야 할 요소

 

(1) 작동 유체의 특성
  - 증기, 공기, 액체 등 작동 유체의 물리적 특성에 따라 설계가 달라짐
  - 점도, 온도, 압력 조건을 고려해야 함

 

(2) 압력비 및 유량
  - 작동 유체와 보조 유체의 압력 및 유량 비율이 Ejector의 성능에 직접적인 영향을 미침
  - 최적의 압력비를 설정하여 원하는 흡입 성능을 확보해야 함

 

(3) 환경적 요인
  - 고온, 부식성 유체, 외부 환경 조건 등을 고려하여 적절한 재질을 선택해야 함
  - 예를 들어, 부식성이 높은 환경에서는 스테인리스강, 티타늄 등의 재질이 사용됨

 

 

 

7. Ejector 제작 시 검토할 Specification

 

 

주제	내용
수량 (Quantity)	프로젝트 요구사항에 따른 Ejector의 총 수량 및 예비품(Spare Parts) 포함 여부 검토
	동일 사양의 Ejector가 여러 대 필요할 경우 일괄 제작 및 품질 일관성 유지 방안 고려
운전 조건 (Service Conditions)	유체의 유형: 액체(Liquid), 증기(Steam), 혼합 유체(Mixture)
	유량(Fluid Quantity): xx kg/hr 또는 m³/hr
설계 및 운전 조건	설계 압력(Design Pressure): 최대 압력 조건에 맞춰 설계
	운전 압력(Operating Pressure): 정상 운전 시 압력 범위
	설계 온도(Design Temperature): 최대 온도 조건에 맞춰 설계
	운전 온도(Operating Temperature): 정상 운전 시 온도 범위
	허용 압력 강하(Allowable Pressure Drop): 배관 시스템과의 연계를 고려하여 설정
	밀도(Density): 유체의 밀도에 따른 설계 고려
설치 위치 (Location)	실내(Indoor) 또는 실외(Outdoor) 여부 확인
	실외 설치 시 환경 조건(온도, 습도, 방진 및 방수 등급) 검토
	방폭 지역(Explosion Proof Area) 여부 및 관련 규격 준수 여부 검토
적용 설계 기준 및 표준  (Applied Design Code & Standard)	Ejector 본체: ASME (American Society of Mechanical Engineers)
	배관 설계: ASME B31.3 또는 프로젝트 요구사항에 맞는 코드 적용
	나사 연결(NPT, Thread): ANSI/ASME B1.20.1 적용
	용접 및 시험 기준: ASME Section VIII, Division 1 및 ASME Section IX 적용
구조 및 설치 방식  (Construction & Installation)	설치 방향: 수평형(Horizontal) 또는 수직형(Vertical)
	장착 방식: 스키드 장착(Skid Mounted) 또는 배관 직접 연결 방식 고려
	유지보수 편의성을 고려한 구조 설계 필요
검사 및 시험 (Test & Inspection)	외관 검사 및 치수 검사 (Visual & Dimension Inspection)   - 도면과 일치 여부 확인   - 용접 마감 및 치수 허용 오차 확인
	재료 시험 (Mill Certificates, PMI Check 포함)   - Positive Material Identification (PMI) 검사 시행   - 재료의 화학 성분 및 기계적 물성 확인
	재료 시험 (Mill Certificates, PMI Check 포함)   - Positive Material Identification (PMI) 검사 시행   - 재료의 화학 성분 및 기계적 물성 확인
	비파괴 검사 (Non-Destructive Examination, NDE)   - 방사선 검사(RT, Radiographic Test): 100% 적용 여부 확인   - 기 입자 검사(MT, Magnetic Particle Test) 또는 침투 탐상 검사(PT, Penetrant Test)   - 중요 용접부에 대한 초음파 검사(UT, Ultrasonic Test) 가능성 검토
	수압 시험 (Hydrostatic Test)   - 설계 압력의 1.5배 또는 코드 요구 사항에 따른 수압 시험 실시   - 시험 시 온도, 압력 유지 시간 및 허용 누설 기준 확인   - 수압 시험 후 건조 및 보존 처리 여부 검토
재질 (Material)	운전 유체 및 부식 가능성에 따라 적절한 재질 선정
	Carbon Steel (CS): 일반적인 비부식성 환경 적용
	Stainless Steel (SS316, SS304): 부식성 유체 또는 고온 환경 적용
	Duplex Stainless Steel: 염수 또는 고부식 환경에서 적용
	Titanium, Hastelloy, Monel: 강산, 강알칼리 환경에서 요구될 경우 적용
	내부 표면 처리 및 코팅 여부 검토 (Ex: PTFE 코팅, Nickel Coating 등)
문서 및 제출 자료  (Document & Submission)	도면 (Drawing): 제작 도면, 배관 연결 도면 포함
	데이터 시트 (Data Sheet): 설계 사양 및 성능 요구사항 기재
	계산서 (Calculation Sheet): 유동 해석 및 압력 강하 계산 포함
	검사 및 시험 계획서 (Inspection Test Plan, ITP): 단계별 검사 절차 및 기준 명시
	재료 시험 성적서 (Mill Certificates): 재질 및 화학 성분 검토 가능하도록 제출
	운전 및 유지보수 매뉴얼 (Operation & Maintenance Manual, O&M Manual): 운전 지침 및 유지보수 방법 기재
	용접 절차 사양서(Welding Procedure Specification, WPS) 및 용접 성능 검증서(PQR)
	코팅 및 도장 시험 보고서
	FAT(Factory Acceptance Test) 보고서 및 현장 설치 후 SAT(Site Acceptance Test) 계획
추가 요구 문서 (요구사항에 따라 적용)	소음 및 진동 (Noise & Vibration)   - 고속 유체가 흐를 경우 소음 및 진동 발생 가능성 검토   - 필요 시 소음 감쇠 장치(Silencer) 적용 검토
	유지보수 및 교체 용이성 (Maintenance & Spare Parts)   - 유지보수 주기 및 예비 부품(Spare Parts) 확보 여부 검토   - 주요 부품(노즐, 혼합 챔버, 확산부 등)의 교체 가능 여부 확인

 

 

 

8. 결론
  - Ejector는 유체 역학 원리를 이용하여 작동하는 장치로, 기계적 구동부 없이 진공 생성, 유체 이송, 가스 제거 등의

    다양한 용도로 활용됨
  - 구조가 단순하면서도 신뢰성이 높아 화학, 발전, 환경, 석유·가스 산업 등에서 광범위하게 사용되고 있음
  - 효율적인 설계를 위해 유체의 특성, 압력비, 재질 선택 등을 고려해야 하며, 특정 공정의 요구 조건에 맞춰

    최적화된 형태로 설계 및 운영해야 함