보일러 만들기 (2)

여러분의 보일러는 개념은 간단하지만, 종종 문제를 가장 많이 일으키는 장비가 되곤 한다. 그뿐만 아니라 위험 잠재치가 가장 높은 장비이기도 하다. 그러므로 보일러가 뜨겁거나 압력이 걸려 있을 땐 어떠한 장비 관리나 수리도 하면 안 된다.

보일러는 대개 불타는 연로에서 나온 열을 물로 전달하는 방법에 따라 종류를 구분한다. 종류를 크게 나누면 수관식(water tube), 화관식(fire tube), 그리고 무튜브 방식(tubeless) 등이 있고, 각 종류 별로 또 몇 가지 다른 구조가 존재한다.

물론 이 칼럼에서는 서로 다른 보일러의 특성이라든지 질의응답 같은 것을 다루지 않는다. 이 글의 목적은 보일러의 기본적인 구조와 작동 방식을 이해하는 데 있기 때문이다.

냄비에 물을 담아 난로 위에 올린 후 불꽃을 작게 만들고 가열한다. 그리고 물이 끓기 시작하면 냄비에 온도계를 담근다. 아마 당신의 위치가 해수면과 같다면, 온도계가 212℉를 표시하고 있을 것이다.

불을 가장 크게 키워 물이 더 강하게 끓고 있고 올라오는 수증기량이 늘어나고 있지만, 온도계는 여전히 212℉에서 움직이지 않는다. 물에서 올라오는 수증기는 대기 중에 퍼지면서 이렇다 할 일을 하지 못하게 된다. 물론 그 위에 찜기를 올려 채소를 찐다면 일을 하는 것이지만 말이다.

만일 이 냄비에 수증기가 빠져나오지 못할 정도가 밀폐하는 뚜껑을 덮는다면 냄비 안의 압력이 올라갈 것이다. 이렇게 올라간 압력이 끓고 있는 물을 억누르기 때문에 물이 증기가 되는데 더 많은 열에너지가 필요하다. 이렇게 늘어난 열에너지 필요량은 물과 증기 혼합물의 온도를 상승시킨다. 냄비 안의 압력이 높아질수록 물이 끓어서 증기가 되는 온도가 높아진다.

증기, 즉 스팀의 압력과 온도는 직접적이고 불변의 관계를 갖는다. 이것이 물의 특성 중 하나이기 때문이다. 그러므로 드라이클리닝 프레스는 80파운드 스팀(324℉)을 사용하고, 론드리 프레스는 100파운드 스팀(337℉)을 사용하는 것이다. 이 온도의 스팀으로 채소를 찐다면 순식간에 죽이 될 것이다.

자, 이렇게 냄비 내 압력이 상승하면 이게 바로 압력솥이고, 그 안에선 끓는 물의 온도가 212℉보다 훨씬 높게 올라간다. 또한, 수면과 뚜껑 사이의 공간은 만들어진 스팀이 저장되는 공간이 된다. 만일 계속 만들어지는 스팀을 방출하거나, 불을 끄지 않는다면, 아무리 튼튼하게 만든 냄비라도 폭발하고 만다. 그래서 모든 압력솥에는 무거운 추가 스프링이 달린 압력 방출 밸브가 내부 압력이 위험 수준까지 올라가지 못하게 한다. 자, 그럼 압력솥에 적용되는 원칙이 스팀 보일러를 만들 때 어떻게 사용되는지 알아보자.

지금부터 압력솥에 필요한 부품을 붙여 가스 보일러를 만든다. 다음 목록의 알파벳 글자는 곧 도면의 부품 표시와 일치한다.

A. 먼저 가스 공급라인에 전기 솔레노이드 밸브를 달아 가스를 켜고 끌 수 있게 한다; 그리고 이 가스 공급 시스템 끝에는 압력솥에 고르게 열을 분배할 수 있는 버너가 달려있다.

B. 가스의 폭발 위력을 생각하면, 솔레노이드 밸브가 열렸을 때 공급되는 가스가 제대로 타고 있는지 알아야 한다. 이 컨트롤이 바로 점화 모니터링 시스템이다.

C. 전에 말했듯, 솥 안에 물이 있는 한 온도가 물의 비등점 이상으로 오를 수 없다. 하지만 물이 다 끓어 없어졌으면 불타는 가스가 공급하는 열에너지를 흡수할 물질이 없어, 솥이 빨갛게 달궈질 것이다. 이게 보일러였다면 보일러가 파손된다. 따라서 보일러 안의 물양을 감시하는 감지장치가 필요하다. 만일 물의 양이 너무 적다면, 버너로 가는 가스 공급을 차단해야 한다. 이 감지장치가 바로 보일러의 로우 워터 레벨 컨트롤(low water level control) 안전장치이다.

D. 감시해야 하 또 하나의 변수는 바로 스팀 압력이다. 스팀 압력 관리는 작업 압력 컨트롤(operating pressure control) 맡는다. 이 장치는 사전에 설정한 압력에 도달하면 버너로 가는 스팀 공급을 차단한다. 대개 추가의 안전 압력 컨트롤(safety pressure control)이 하나 더 설치돼 있다. 안전 압력 컨트롤 장치는 보일러가 작업할 수 있는 최고 압력치에 도달했을 때 가스 밸브를 닫는다. 안전 압력 컨트롤 일단 작동하면 보일러에 문제가 있다는 걸 상기시키기 위해 반드시 사람이 리셋을 해야 한다.

보일러가 터지면 엄청난 파괴력을 내므로, 압력 초과로 인한 사고를 막기 위해 또 하나 안전장치를 설치한다. 이 안전장치가 바로 압력 방출 밸브(pressure relief valve)이다. 만일 다른 모든 안전장치가 작동하지 않았다면, 압력이 폭발 수준까지 오르기 전에 이 밸브가 열리면서 스팀을 대기로 방출해 내부 압력을 낮춘다.

압력솥으로 보일러 만들기는 앞으로 몇 회에 걸쳐 계속할 계획이며, 필요한 부품을 다 붙이고 나면 드라이클리닝과 론드리 플랜트에서 사용하는 스팀과 리턴 시스템이 완성될 것이다.