화공기술사 기출 개념 — NPSHa·NPSHr
「NPSHa·NPSHr」은(는) 화공기술사에서 2011~2026년 5개 회차에 5문항 출제됐습니다. 마지막은 제139회(2026년)입니다. 평균 11회차(약 3.8년)마다 다시 나왔습니다.
출제된 문항 — 최근부터
- 2026아래 그림과 표는 감압증류탑(Vacuum Distillation Column) 하부 배관계 및 재비기 (Reboiler) 계통의 설계 조건을 나타낸 것이다. 감압 조건에서는 펌프 흡입측의 유효 수두(NPSHA) 확보가 공정 안정성의 핵심 요소가 된다. 주어진 조건을 바탕으로 다음 사항에 대하여 설명하시오. 항목 운전 조건 및 수치 비고 탑 하부 50mmHg(Abs.) 고진공 상태 운전 압력 탑 하부 280℃ 고온 조건 운전 온도 취급유체성상 감압 잔사유 점도 및 증기압 고려 필요 펌프설치위치 지면 - 탑 하부 액위 Skirt 상부로부터1.5m 유효수두의 기점 1) Tower Bottom Pump의 공동화(Cavitation) 발생 원인 2) 증류탑 Skirt 높이 결정 시 고려 사항 3) NPSHA 계산에 영향을 미치는 공정 변수 4) 운전 중 공동화 발생 시 조치 방안 5) 경제성과 안전성을 고려한 최적 설계 방향25점답안 쓰기 제139회(2026년) 모범답안 목차
- 2023현재 200 oC에서 운전되고 있는 펌프흡입드럼 운전온도를 230 oC로 상향하는 것을 검토하고 있다. 동일한 유체 및 질량유량에서 유체 온도 상향이 원심식 원료펌프(Feed Pump) 캐비테이션 측면에서 가능한지 검토하시오. (단, 원료펌프의 NPSHR=5.0 m이며, 해당 유체 증기압(Vapor Pressure)과 하이드로릭(Hydraulic) 정보는 아래와 같으며, 설계여유(Design Margin)는 NPSHA/NPSHR = 130%를 기준한다.) <유체 증기압 표> Temperature oC Vapor Pressure bar, g Density kg/m3 200 3.05 690.0 210 3.91 679.0 220 5.12 666.0 230 6.04 653.0 <230oC 유체 온도에서 하이드로릭 정보> 흡입드럼압력 = 6.04bar, g, 펌프 흡입높이 = 8m, 흡입배관손실 = 0.1bar, 흡입부 기타손실 = 0.05bar25점답안 쓰기 제130회(2023년)
- 2022유효흡입수두(NPSHa, Net Positive Suction Head available)와 필요흡입수두(NPSHr, Net Positive Suction Head required)를 설명하고, 두 값이 실제 펌프 설계에 어떻게 이용되는지 설명하시오.10점답안 쓰기 제127회(2022년)
- 2021증류탑 설치 시에 충분한 NPSHa가 고려되지 않으면 cavitation으로 펌프가 파손되고 위험물질 누출로 화재 등이 발생하여 공정 안전에 큰 문제가 발생할 수 있다. 증류탑 설계 시, 탑저 heavy 물질 중 소량을 이송 배출하고자 플런져 펌프(plunger pump)를 구입하려고 한다. 플런져 펌프는 원심펌프와 달리 NPSHr에서 액체가속에 따른 값이 더 고려되어야 한다. (1) 가속(acceleration) head에 대하여서 설명하시오. (2) 증류탑의 설치 높이(elevation)는 가능한 한 낮추는 것이 건설비 측면은 물론, 운전 및 유지보수 측면에도 이점이 있다. 증류탑의 설치 높이를 결정하는 데 있어서 상기의 가속 head의 영향을 거의 받지 않도록 하는 방법을 2가지 제시하시오. (단, 펌프의 인입 배관 루트(route)는 결정되었다고 가정함)25점답안 쓰기 제124회(2021년)
- 2011해발 1500피트(ft)의 장소에 설치된 개방된 액체 저장탱크에 펌프를 설치하려고 한다. 이곳에서의 대기압(Patm)은 13.92psia이다. 저장된 액체는 150℉ 의 물이며 이때 증기압(Pvp)은 3.718psia 이며, 비중(Sp. Gr.)은 0.982 이다. 탱크 내부의 액체 저장 레벨(level, S)은 펌프의 중심선 아래 12피트이며, 펌프의 마찰손실(hSL)은 액체 1.1피트의 수두(head)로 계산되었다고 할 때 이 펌프에 이용 가능한 NPSH(Net Positive Suction Head)를 구하시오.25점답안 쓰기 제94회(2011년)