이 글의 목적은 현장에서 녹아웃드럼(Knock-Out Drum, KO 드럼) 설치 대상 여부를 신속하게 판단하고, 기본 설계·점검·운영에 바로 적용할 수 있는 실무 기준과 체크리스트를 제공하는 것이다.
1. 녹아웃드럼의 정의와 역할
녹아웃드럼은 가스 흐름에 동반된 액체(응축수, 용매, 오일, 슬러리 등)를 중력 침강과 기계적 보조수단으로 분리하여 하류 설비로의 액기동(Slugging)과 캐리오버를 방지하는 장치이다.
- 주요 목적: 액적 제거, 슬러그 완충, 하류 설비 보호, 플레어·벤트 배출의 안정화이다.
- 적용 영역: 플레어 헤더·스택 전단, 압축기 흡입·토출 배관, 응축성 미스트가 존재하는 가스라인, 저장탱크 브리딩, 반응기·증류 컬럼 오버헤드 등이 해당한다.
2. 설치 대상 판단 로직(현장용 빠른 점검)
다음 8문항 중 하나라도 “예”이면 설치 또는 보강 검토가 필요하다.
- 가스 중 응축성 성분이 0.5 mol% 이상이거나 정상 운전 범위에서 이슬점 접근 가능성이 있는가
- 공정 또는 배관에서 급격한 압력·온도 변화가 발생하여 순간 응축 또는 액상 전단 유입 가능성이 있는가
- 플레어·비상 배출 헤더로 다수의 기기·배관이 집합되는가
- 하류 설비가 압축기·터빈·연소기·계측기 등 액 유입에 취약한 장비인가
- 탱크 브리딩·급배기 라인에서 안개상 미스트 발생 조건(예: 탱크 교반, 기상 속도 증가)이 있는가
- 세정탑·스크러버·콘덴서 출구 등에서 액 미스트 동반 가능성이 있는가
- 과거 트립·플레어링 사례에서 액 캐리오버 또는 헤더 해머링이 확인되었는가
- 기존 드럼의 체류시간·기상허용속도가 설계 최대 유량 대비 부족하거나 내부 채움물·디미스터 효율 저하가 있는가
3. 설치가 특히 요구되는 대표 시나리오
- 플레어 시스템 전단: 비상 시 다종류 스트림이 동시 유입되어 슬러그·미스트가 발생하기 쉽기 때문에 고체류시간 드럼과 대용량 드레인이 필요하다.
- 압축기 흡입부: 소량의 액도 서지·임펠러 손상을 유발하므로 KO 드럼 또는 코얼레서의 설치가 권장된다.
- 응축 위험 라인: 냉각기·팽창밸브 후단, 장거리 야외 배관 등에서 온도 저하로 응축이 가능한 구간이다.
- 탱크 브리딩/증기 회수: 제품 미스트 동반으로 회수라인·연소설비·활성탄에 손상을 줄 수 있어 전처리 드럼이 요구된다.
- 세정·흡수 공정 출구: 미세액적 캐리오버가 빈번하여 드럼+디미스터 조합이 효과적이다.
4. 기본 분리 메커니즘과 설계 핵심식
녹아웃드럼은 중력 침강, 관성 충돌, 응집(coalescence)로 액적을 제거한다. 설계 시 체류시간, 기상 허용속도, 내부 구조가 핵심이다.
- 체류시간(Vertical/Horizontal KO Drum): 정상·비상 유입량 기준으로 액 체류시간을 확보하여 슬러그 흡수와 안정 분리를 달성한다. 실무에서는 공정 특성에 따라 수 초~수 분 범위를 선정한다.
- 기상 허용속도: 기상 최고 속도는 액적 재비산을 억제하도록 제한한다. 실무에서는 밀도차 기반 식을 사용하여 허용속도를 계산하고, 안전여유를 반영한다.
- 분리 입도 목표: 디미스터 없이 중력 분리는 일반적으로 수백 μm급, 디미스터/베인팩 적용 시 수십 μm급까지 저감이 가능하다.
설계 원칙: “최대 시나리오 유입조건에서 재비산 없는 기상속도와 충분한 체류시간을 동시에 만족하도록 체적과 단면을 잡는다.”
5. 수평형 vs 수직형 선택 기준
| 형식 | 장점 | 단점 | 권장 적용 |
|---|---|---|---|
| 수평형 | 큰 액 체적 확보 용이, 슬러그 흡수에 유리하다 | 설치면적 큼, 레벨 편차 관리 필요하다 | 플레어 KO 드럼, 다량 액 혼입 가능 라인 |
| 수직형 | 면적 절약, 미스트 제거에 유리하다 | 슬러그 완충 한계, 유지보수 접근성 제약 가능하다 | 설비 밀집 지역, 중소 유량 미스트 제거 |
6. 내부 구조와 부속 설비
- 인렛 디퓨저: 제트 확산과 난류 저감으로 재비산을 줄인다.
- 디미스터 패드/베인팩: 미세 액적 포집·응집 성능 향상을 위해 선택 적용한다.
- 버플·위어(Weir): 액 표면 안정화와 거품 억제를 돕는다.
- 드레인/블로우다운: 자동·수동 배출 라인을 이중화하고, 슬럽 캐치 포트를 둔다.
- 부식·침적 대응: 내부 코팅, 부식쿠폰, 침전 포켓 설계로 유지보수를 용이하게 한다.
7. 계측·보호 및 인터록
- 레벨: 연속 레벨계 1식, 포인트 레벨 스위치(LL, LLL, HH, HHH) 설치한다.
- 압력/온도: 정상·비상 운전 범위 감시와 알람을 설정한다.
- 인터록: HHH 레벨 시 하류 차단 또는 우회, 플레어 라인 비상 배출 전환을 구성한다.
- 역류 방지: 플레어 배관에는 역류·역화 방지 장치를 시스템 관점에서 검토한다.
8. 설치 위치·배관 배치 원칙
- 집합 헤더의 저지점에서 가급적 근거리 설치하여 액 회수를 용이하게 한다.
- 인렛·아웃렛 직관부 길이를 충분히 확보하고 급격한 유로변경을 피한다.
- 드레인은 동결·막힘 위험을 고려해 보온·트레이싱, 배출 밸브 접근성을 확보한다.
- 우천·침수·지반침하 등에 대한 기초 설계를 반영한다.
9. 플레어 KO 드럼 특별 고려사항
- 비상동시 유입 시나리오를 정의하여 최대 기상량·액량을 산정한다.
- 대형 수평형 드럼과 충분한 드레인 용량, 슬러그 저장 용적을 확보한다.
- 배출 오프가스가 연소기·스택으로 안정 유입되도록 기상 허용속도를 보수적으로 설계한다.
- 트립 복구 시 재시동 절차를 포함한 운전 절차서를 구비한다.
10. 최소 설계 데이터 시트(템플릿)
| 항목 | 내용 |
|---|---|
| 유입 조성/조건 | 가스 조성, 온도, 압력, 최대·정상 유량 |
| 액상 특성 | 밀도, 점도, 표면장력, 예상 입경 분포 |
| 목표 제거 효율 | 입도 기준 μm, 질량 또는 수분함량 기준 |
| 체류시간 기준 | 정상/비상 각각의 목표 체류시간 |
| 허용 기상속도 | 최대 설계 유량에서의 계산값 및 여유율 |
| 내부물 | 인렛 디퓨저, 디미스터, 버플 유무와 규격 |
| 드레인·블로우다운 | 밸브 구성, 트랩, 시각 레벨 게이지 |
| 재질·부식 | 재질 등급, 부식여유, 라이닝/코팅 |
| 계측·인터록 | 레벨, 압력, 온도, 알람·차단 논리 |
| 검사·시험 | 내압·기밀, NDT, 시운전 확인 항목 |
11. 설치 대상 확인 체크리스트(현장 점검용)
| 점검 항목 | 판단 기준 | 결과 | 조치 |
|---|---|---|---|
| 응축 가능성 | 이슬점 여유 ≥ 10℃ 미만이면 위험 | 예/아니오 | KO 드럼 신설·보강 검토 |
| 슬러그 위험 | 급격 압력변동·조합 스트림 존재 | 예/아니오 | 수평형·대용량 설계 |
| 하류 설비 민감도 | 압축기·터빈·계측기 유무 | 예/아니오 | 고효율 분리 단계 추가 |
| 플레어 헤더 | 다수 소스 집합·비상동시 유입 | 예/아니오 | 플레어 KO 드럼 필수 |
| 탱크 브리딩 | 교반·충전·고속 기상 흐름 | 예/아니오 | 드럼+디미스터 적용 |
| 기존 드럼 여유 | 최대 유량 대비 레벨 상승·Carryover | 예/아니오 | 용량 증설·내부 교체 |
| 배관 배치 | 인렛 제트·급격 굴곡 다수 | 예/아니오 | 디퓨저·직관부 확보 |
| 유지보수성 | 맨홀·드레인·트레이싱 접근성 | 양호/불량 | 개선 설계 반영 |
12. 용량 산정과 기초 치수 결정 절차
- 시나리오 정의: 정상, 비상, 플레어링, 스타트업·셔트다운 조건을 정의한다.
- 유체물성 수집: 온도·압력 범위에서 가스·액 밀도, 점도, 표면장력을 정리한다.
- 목표 제거입도 설정: 하류 허용 기준을 반영한다.
- 기상 허용속도 계산: 밀도차 기반 식으로 최고 속도를 산출하고 여유율을 둔다.
- 체류시간 설정: 시나리오별 체류시간을 적용하여 최소 체적을 계산한다.
- 형식 선택·치수화: 수평형/수직형 선택 후 직경·길이·노즐 크기를 산정한다.
- 내부물 선정: 인렛 디퓨저, 디미스터, 버플을 필요에 맞게 배치한다.
- 수력·압력강하 검토: 최대 유량에서 허용 압력강하를 확인한다.
13. 운영·점검 포인트
- 레벨 관리: 자동 드레인 밸브 주기 시험, 시각 게이지 이중 확인을 수행한다.
- 디미스터 관리: 차압 상승·효율 저하 시 세정·교체 주기를 준수한다.
- 슬러지 제거: 정기 배수와 내부 세정을 계획한다.
- 트립 대응: HHH 레벨 알람 발생 시 하류 보호 인터록 동작을 확인한다.
14. 흔한 설계·운전 오류와 예방
- 최대 시나리오 과소평가: 비상동시 유입을 과소 가정하면 재비산·캐리오버가 발생한다.
- 인렛 제트 미제어: 디퓨저 부재로 내부 교란이 커져 분리 효율이 저하된다.
- 드레인 병목: 배출밸브·트랩 용량 부족으로 레벨 상승과 캐리오버가 유발된다.
- 디미스터만 의존: 체적·속도 조건이 불충분하면 미스트패드 성능이 제한된다.
- 점검성 부족: 맨홀·노즐 접근 불량은 정지시간과 위험을 증가시킨다.
15. 규제·표준 관점에서의 고려
플레어·배출 시스템은 안전·환경 요구사항을 동시에 만족해야 한다. 따라서 녹아웃드럼 설치 판단 시 공정안전관리, 배출 규제, 압력설비 기준, 화학물질 관리 기준을 함께 검토하는 것이 실무적이다. 현장에서는 내부 기준서와 프로젝트 사양을 우선하고, 설계 검증 단계에서 관련 표준과 법적 요구를 대조하여 보수적으로 결정한다.
16. 사례 기반 적용 가이드
- 석유화학 플레어링: 프로세스 트립 시 다수 유틸리티·공정 스트림이 동시 유입되어 액 슬러그가 발생하므로, 대구경 수평형 드럼과 고용량 드레인을 적용한다.
- 냉동·탈수 가스라인: 온도 강하로 응축수 발생 가능성이 높아 소형 수직형 드럼+디미스터 조합이 유리하다.
- 탱크 VRU: 제품 손실·활성탄 포화 방지를 위해 브리딩 라인 전단에 드럼을 배치한다.
17. 빠른 의사결정을 위한 요약
- 응축·슬러그 가능성, 하류 민감 장비, 집합 헤더 여부가 1차 판단 변수이다.
- 플레어 전단은 기본적으로 설치 대상이며, 최대 시나리오로 치수를 결정한다.
- 체류시간과 기상속도 두 축을 동시에 만족하도록 체적·직경을 선정한다.
- 디퓨저·디미스터·드레인 용량은 분리성능과 신뢰성에 직접적이다.
FAQ
KO 드럼과 미스트 엘리미네이터의 차이는 무엇인가
KO 드럼은 체류시간·중력 분리에 기반한 벌크 액 제거에 중점을 두며, 미스트 엘리미네이터는 수십 μm급 미세 액적의 응집·포집에 중점을 둔다. 실무에서는 KO 드럼 본체에 디미스터를 조합하여 두 기능을 통합하는 경우가 많다.
플레어 KO 드럼의 최소 용량을 어떻게 정하나
비상동시 유입 시나리오에서 최대 유량과 예상 슬러그 부피를 정의하고, 목표 체류시간과 허용 기상속도를 만족하는 체적·직경을 산정한다. 이후 드레인 용량과 레벨 인터록을 포함한 운영 신뢰성을 검증한다.
수평형과 수직형 중 무엇을 선택해야 하나
슬러그 가능성과 설치 공간이 주요 결정 변수이다. 대량 슬러그 위험·플레어 전단은 수평형이 유리하고, 공간 제약·중소 유량 미스트 제거는 수직형이 유리하다.
기존 드럼 성능 저하 시 우선 조치는 무엇인가
레벨 제어와 드레인 용량을 점검하고, 디미스터 차압·오염 상태를 확인하여 세정 또는 교체를 수행한다. 최대 유량 시 재비산이 의심되면 기상속도 저감을 위한 바이패스·병렬 증설을 검토한다.
법적 요구와 표준을 어떻게 반영하나
내부 설계 기준과 프로젝트 사양을 기준으로 하고, 안전·환경 관련 요구사항을 대조하여 보수적 설계를 채택한다. 플레어·배출·압력설비 관련 규정과 공정안전 요구를 함께 검토한다.