목차
1. 조수기의 필요성
선박에서 고온, 고압의 증기를 사용하게 되면서 보일러의 중요성이 증가하였다. 이러한 보일러 내부의 스케일(scale) 형성을 방지하기 위해 보일러수의 관리가 중요하게 되었다. 이와 더불어 승조 선원의 식수 확보등을 이유로 해수(海水, sea water)를 청수(淸水, fresh water)로 만들기 위한 조수장치가 사용되게 되었다.
2. 조수기의 분류
조수기는 형태 및 원리에 따라 아래와 같이 분류된다.
| 1 증발 조수장치 | 증발기 내 압력에 따른 분류 | 고압식 (대기압식) |
| 저압식 (진공식) | ||
| 증발기 형식에 따른 분류 | 플래시식 (Flash type) | |
| 침관식 (Submerged type) | ||
| 2 삼투압 조수장치 | ||
(1) 고압식 (대기압식) 조수기
- 전열면에 스케일 (scale) 부착이 다량 발생하므로 전열 불량
- 스케일 (scale) 형성이 잦기에 소제 작업 빈번
- 증기 (steam) 발생량이 적음. 대용량을 필요로 하는 곳에는 부적합.
(2) 저압식 (진공식) 조수기
- 일반적으로 상선에서는 디젤기관 (메인엔진 main engine, 主機)의 출구 냉각수 (jacket cooling water)를 해수 가열의 열원으로 사용하는 경우도 많다.
- 증발기 내는 약 630~700mmhg 정도의 진공을 형성하게 된다.
- 전열면에 스케일 (scale) 부착이 적고 제거하기 용이하다.
- 저압이므로 비교적 경량이며, 대용량을 필요로 하는 곳에 적합.
(3) 플래시식 (Flash type) 조수기
- 증발기 내를 이젝터 (ejector) 를 사용하여 높은 진공으로 유지하고, 해수를 분사시켜 해수가 보유한 열을 증발열로 이용하여 증발시키는 형식.
(4) 침관식 (Submerged type) 조수기
- 증발기 급수면 아래에 설치된 가열관에 증기 또는 디젤기관 출구 냉각수를 보낸다.
- 브라인 (brine. 해수등으로부터 나온 소금 등의 찌꺼기) 농도가 높음.
- 가열 열원 (증기 혹은 디젤기관 출구 냉각수) 의 조절을 통하여 증발량 (청수 생산량)을 조절할 수 있으므로 용량제어가 가능하다.
- 스케일 (scale)의 부착이 플래시식보다 많다.
* 고압식은 침관식, 저압식은 플래시식 혹은 침관식으로 구성이 된다.
* 일반적으로 LNGC를 제외한 상선에서는 저압식-침관식을 주로 사용하며 LNGC의 경우 (Turbine 추진 선박 제외) 삼투압식을 사용하는 경우도 잦다.
3. 조수기의 원리 (저압식 - 침관식)
(1) 조수기의 원리는 쉽게 이해하자면 바닷물을 끓이고, 끓어오른 증기를 다시 응축시키는 과정이라고 보면 된다.
단지 이러한 과정에서 몇몇 가지가 추가가 될 뿐이다. 한번 생각해보자, 집에서 누구나가 라면을 끓여본 경험이 있을 것이다. 스프가 먼저냐, 면이 먼저냐는 첨예하게 의견이 갈리는 주제이지만, 냄비에 물을 받고 끓일때 스프를 넣은채로 끓이게 된다면 물이 더 늦게 끓는 것을 볼 수 있다. H2O가 아닌 이물질 (염분 등)로 인하여 끓는 점이 상승하기에 발생한 일이다.
조수기에서 바닷물을 끓일 때도 마찬가지다. 바닷물에는 다양한 이물질이 포함되어 있기에 일반적인 H2O보다 끓는 점이 높아지게 된다. 여기에서 문제가 발생한다. 대부분의 상선은 메인엔진의 폐열 (jacket cooling water outlet)을 사용하기에 일반적으로 30~40℃의 열원을 공급해주게 된다. 100℃보다 끓는점이 높은데 가열원은 30~40℃이므로 순수한 물조차 증발시킬 수 없는 온도이다.
열원의 온도를 더욱 높일 수 없으니 가열 대상물의 끓는점을 낮추어 주어야 한다. 이를 위하여 조수기의 증발기 내부를 대기압보다 낮추어서 음압 (negative pressure)을 만들어 준다. 물 분자가 상호간에 쉽게 떨어질 수 있도록 대기압을 낮추어 주는 것이다. 조수기에서는 이젝터(ejector) 를 사용하여 조수기 증발기 내부의 압력을 음압으로 맞추어서 이를 해결한다.
(2) 이를 플로우 차트로 정리하면 아래와 같다.
| 1. 피드워터 펌프(Feed water pump)를 통하여 조수기 내부로 해수가 공급되며 이와 동시에 증발기 내부에 음압형성 |
| ↓ |
| 2. 음압 형성 이후 열원 (Main engine jacket cooling water outlet) 공급 |
| ↓ |
| 3. 사이트글라스 (Sightglass)를 통하여 증발이 이루어지는 것을 확인 |
| ↓ |
| 4. 염분계 (Salinometer) 를 통하여 설정 염분치 이하의 청수가 청수탱크로 이동 |
4. 조수기의 구조 ① Sea water & Fresh water systems
상기 드로잉은 일반적으로 상선에서 쓰이는 쉘 타입 (shell type, 저압-침관식) 조수기의 구조도이다. 각 계통을 알아보자.
(1) 해수 계통 (Sea water line)
①번 라인 : 해수 (Sea water)는 이젝터 펌프 (Ejector pump)를 통하여 이젝터 (Ejector)에 공급이 된다. 이젝터를 지나서 컨덴서 (Condenser)를 지난 뒤 선외 (Overboard) 로 배출이 된다.
②번 라인 : 컨덴서를 지나는 ①번 라인에서 분기되어 프리히터 (Pre-heater)로 가게 되는 라인이다. 프리히터를 지나 조수기 하부 히터 (Heater)로 보내져서 열원에 의해 가열되는 급수 (Feed water)가 되게 된다.
③번 라인 : 조수기 내에서 증발되고 남은 해수 및 브라인 (brine, 염분찌꺼기) 등을 이젝터에 형성된 음압으로 빨아들여서 선외로 배출시키기 위한 라인이다.
(2) 청수 계통 (Fresh water line)
①번 : 히터 내로 공급된 해수는 주기관의 출구 냉각수 폐열 (Jacket water)로 가열되고, 증발이 일어난다.
②번 : 증발된 수증기는 컨덴서를 지나는 해수 ①번 라인과 열교환이 일어나고 응축이 발생한다.
③번 라인 : 응축된 청수는 염분계 (Saliometer)와 청수 펌프 (증류수 펌프 Distillate pump)를 거쳐 청수탱크 (Fresh water TK)로 이동된다.
5. 조수기의 구조 ② Components
(1) 히터 Heater : 주기관 냉각수의 열을 이용하여 해수를 증발시킨다. 스케일 (scale) 부착으로 인한 오염이 심한 부분으로 주기적으로 약품을 사용하여 소제작업을 실시한다.
(2) 예열기 Pre-heater : 응축기를 통과한 해수는 어느정도 열을 지니고 있으므로, 응축기의 상부를 통과한 해수를 바로 선외로 배출하지 않고 급수(feed water)로 사용하여 열효율을 높이기 위한 장치.
(3) 응축기 Condenser : 히터에서 증발한 수증기를 해수와 열교환을 통해 냉각시키는 장치.
(4) 이젝터 Ejector : 조수기 챔버(chamber) 내부를 진공/음압으로 만들고 남은 브라인(brine)을 배출.
(5) 디플렉터 Deflector : 히터에서 과도하게 끓어올라 비등(沸騰)이 일어난 물방울과 수증기가 바로 응축기로 올라가지 않도록 분리시키는 역할. 분해 및 소제작업시 파손에 유의하여야 함.
(6) 기수 분리판 Mesh separator : 디플렉터에서 1차적으로 물과 수증기가 분리되고 응축기로 이동하는 수증기에서 2차적으로 다시 분리시키는 거름장치
(7) 염도계 Salinometer : 생성된 증류수를 증류수 펌프(distillate pump)를 통해 청수 탱크로 보내는 과정에서 만들어진 증류수의 염분을 측정하는 장치이다. 생성된 증류수의 염분이 기준치 이상일 경우 조수기 챔버 내로 되돌려 보내거나, 선내 빌지 (bilge) 탱크로 보낸다.
6. 조수기의 운용 - Operation
(1) 해수온도가 낮은 지역 항해시 - 청수 생산량을 줄일 것 (Feed water valve의 개도조절 or Vacuum braker를 crack open)
- 조수기 챔버 내의 온도가 낮아지므로 진공 형성이 비교적 좋아진다. (끓는점이 낮아진다) 따라서 발생 증기량이 많아진다. 반면에 생산되는 증류수의 순도가 떨어지고 salinity가 높아지게 된다.
- 정격 생산량보다 많이 생산되게 되는 경우 그만큼 brine이 다량 생성되므로 scale의 생성량도 많아지게 된다.
(2) 해수온도가 높은 지역 항해시 - 청수 생산량을 줄일 것 (Feed water valve의 개도조절 or Vacuum braker를 crack open)
- 해수온도가 높은 경우 챔버 내의 진공이 떨어진다. (끓는점이 높아진다) 비등점이 높아지므로 M/E J.C.F.W를 더욱 많이 조수기로 공급하여야 하며, 조수기 챔버 내의 온도가 높아지게 된다.
- Brine이 고온이므로 염분의 농도가 비교적 높아지게 되고 히터에 scale이 다량 발생되게 된다.