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“발전소 열성능 분석을 위한 시뮬레이션 : PEPSE 열교환기 기능 분석”

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왜 어떤 발전소는 20년이 지나도 효율이 안정적인데,

어떤 발전소는 3~5년만 지나도 설계 효율에서 크게 벗어날까요?

증기온도는 잡히지 않고, 응축기 진공은 불안정해지고, 보일러 연료 사용량은 점점 증가합니다.

현장 엔지니어들은 이렇게 말합니다. “도면상으로는 정상인데… 실제로는 뭔가가 잘 안 맞는다.”

특히 열교환기는 발전소 전체 사이클에서 수십 개가 연결된 핵심 설비이지만,

오염(Fouling), 스케일, 열전달 저하 같은 실제 현장의 문제들을 설계 데이터만으로 예측하기란 거의 불가능합니다.

실제 운전 조건, 오염 축적(Flooding), 재질 변화, 흐름 방향…

이 모든 요소를 반영할 수 있어야 비로소 ‘현실적인 발전소 모델링’이 가능합니다.

PEPSE는 바로 그 요구를 충족시키는 도구입니다.

이미지 출처 : alfalaval

이미지 출처 : alfalaval

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Curtiss-Wright의 FAMOS는 발전소의 성능 분석과 최적화를 위한 통합 소프트웨어 제품군으로, 설계·운영·진단 전 과정에 걸쳐 발전소 전문 엔지니어들이 활용하는 대표적인 솔루션입니다.

그중에서도 PEPSE는 발전소의 열역학 사이클을 정밀하게 모델링하고, 다양한 운전 조건을 시뮬레이션할 수 있는 핵심 도구로 널리 사용되고 있습니다.

이번 뉴스레터에서는 PEPSE에 포함된 열교환기 모델링 기능을 중심으로, 실제 발전소 환경을 더욱 정확하게 반영할 수 있는 설계 기반 계산 방식과 Flooding 보정 기능을 소개합니다.

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🔥 발전 시스템에서 열교환기가 중요한 이유


발전소의 효율성과 안정성은 결국 열 에너지를 얼마나 효과적으로 전달하고 변환하느냐에 달려 있습니다.

이 과정의 중심 역할을 하는 장비가 바로 열교환기입니다.

그러나 장기간 운전 시 열교환기 내부에는 불순물이나 스케일이 축적되며, 이는 열전달 성능을 크게 저하시킵니다.

이 현상을 Flooding이라고 부르며, 실제 운전 조건을 반영하지 않으면 정확한 성능 예측이 어려워집니다.

PEPSE는 이러한 현실적 문제를 모델링 단계에서 반영할 수 있어, 엔지니어링 신뢰도를 크게 높여줍니다.

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🧮 PEPSE 열교환기 시뮬레이션의 두 가지 계산 방식


1) 성능 기반(Performance-Based) 계산 방식

가장 자주 사용되는 표준 성능 값을 기반으로 간단하고 빠르게 계산할 수 있는 방식입니다.

2) 설계 기반(Design-Based) 계산 방식

실제 열교환기의 물리적 구조와 재료, 운전 조건을 상세하게 입력하여 더욱 현실적이고 정확한 결과를 제공합니다.

설계 기반 방식에서는 다음과 같은 옵션 중 선택할 수 있습니다.


또한 다음과 같은 상세 설계 입력이 가능합니다.

설계 기반 방식은 "보유하고 있는 실제 장비의 상세 스펙을 그대로 넣어 정밀 시뮬레이션을 수행"해야 하는 상황에 가장 적합합니다.

이미지 출처 : springernature

이미지 출처 : springernature

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⚠️ Flooding 현상과 응축 구간 성능 저하 보정


열교환기는 시간이 지날수록 내부에 불순물(Flood)이 축적됩니다.

이로 인해 응축 성능이 저하되며, 실제 운전 효율과 시뮬레이션 결과가 달라질 수 있습니다.

PEPSE의 설계 기반 방식에는 이를 반영한 응축 구간 성능 저하 보정 기능이 포함되어 있습니다.

사용자는 다음 세 가지 옵션 중 선택하여 계산을 수행할 수 있습니다:

  1. Flooding 고려하지 않음
  2. Flooding 고려함
  3. PEPSE 이전 버전의 계산 방식 사용

※ 이 기능은 수평형 가열기(Heater)에만 적용 가능하며, 열교환기의 방향(Flow Direction) 설정과 함께 사용해야 합니다.

이미지 출처 : tpowertec

이미지 출처 : tpowertec

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