정유공장을 처음 방문한 사람들은 이런 질문을 자주 한다.
"증기는 결국 공기 중으로 사라지는 것 아닌가?"
얼핏 맞는 말처럼 들린다.
하지만 실제 정유공장에서 가장 중요하게 관리하는 것은 증기(Steam)보다 응축수(Condensate)일 때가 많다.
왜냐하면 응축수는 단순한 물이 아니라,
이미 막대한 비용을 들여 만든 고온·고순도의 에너지이기 때문이다.
실제로 많은 정유사들은 응축수 회수율을 중요한 KPI로 관리하며, 회수율을 단 몇 %만 높여도 연간 수억~수십억 원의 비용을 절감할 수 있다.
오늘은 정유공장이 왜 응축수를 끝까지 회수하려고 하는지 알아보자.
Steam은 어디에서 사용할까?
정유공장은 하루에도 수천 톤의 Steam을 생산한다.
Steam은 공장 곳곳에서 사용된다.
대표적으로
- Reboiler 가열
- Stripping Steam
- 공정 예열
- Tank Heating
- Steam Turbine
- Heat Tracing
등 거의 모든 공정에 사용된다.
Steam은 열을 전달한 뒤 결국 물이 된다.
이 물이 바로 Condensate(응축수)이다.
응축수는 그냥 물이 아니다
많은 사람들이
"물인데 버리면 되지 않을까?"
라고 생각한다.
하지만 응축수는 일반 수돗물과 완전히 다르다.
응축수는
- 이미 탈염(Demineralized Water) 처리된 초순수이며
- Boiler에서 다시 한번 처리되었고
- 공정에서 사용된 후에도 약 60~90℃의 높은 온도를 유지하고 있다.
즉,
고순도의 물과 열에너지를 동시에 가지고 있는 자원이다.
응축수 1톤의 가치는 얼마나 될까?
실제 Fuel Gas 단가를 이용해 계산해 보자.
가정을 다음과 같이 두었다.
- Fuel Gas : 약 9만 원/EFO
- Boiler 효율 : 90%
- Demi Water 온도 : 15℃
- LP Condensate 온도 : 60~90℃
이 경우 응축수 1톤이 가지고 있는 열적 가치는 다음과 같다.
| 응축수 온도 | 연료 절감 가치 |
| 60℃ | 약 3,100원/톤 |
| 90℃ | 약 5,100원/톤 |
여기에는
- Demi Water 생산비
- Boiler 약품비
- Blowdown 감소
- 폐수 처리비
등은 포함되지 않았다.
즉,
실제 응축수의 가치는 이보다 더 크다.
정유사는 얼마나 회수할까?
실제 국내 정유사들의 사례를 보면
응축수 회수율은 대체로
40~60% 수준으로 알려져 있다.
회수가 불가능한 Steam을 제외하면
세계적인 정유사들은
90% 수준을 목표로 관리하기도 한다.
실제 국내 대형 정유공장의 Steam Balance를 분석한 사례에서는
- Steam 생산 : 약 2,400 ton/hr
- 응축수 회수 : 약 1,600 ton/hr
로 나타났다.
이를 기준으로 하면
공정용 Steam을 포함한 회수율은 약 67%이며,
회수가 구조적으로 가능한 Steam만 고려하면 약 80% 수준이었다.
즉,
생각보다 많은 응축수가 아직도 회수되지 못하고 있는 셈이다.
응축수는 어디에서 사라질까?
Steam을 사용했다고 해서 모두 응축수로 돌아오는 것은 아니다.
대표적인 손실은 다음과 같다.
- Steam Trap 불량
- Condensate Drum Vent
- Deaerator Vent
- Steam Vent
- Boiler Blowdown
- Stripping Steam
- Reforming Steam
- Ejector Steam
이 가운데
Stripping Steam이나 Reforming Steam처럼 공정 특성상 회수가 어려운 Steam도 있지만,
상당 부분은 설비 개선을 통해 줄일 수 있다.
에너지 관리 부서에서는 무엇을 먼저 개선할까?
많은 사람들은 새로운 Boiler를 설치하거나 Steam을 더 많이 생산하면 된다고 생각한다.
하지만 실제 현장에서는
기존 Steam을 얼마나 잘 회수하느냐가 더 중요하다.
예를 들어 Steam Balance를 구축해 분석한 결과
다음과 같은 개선 과제를 도출할 수 있었다.
- Boiler Blowdown 최적화
- Condensate Drum Vent 감소
- Steam Trap 개선
- Deaerator 운전 최적화
- Boiler 수질 기준 최적화
이러한 개선을 통해
약 50 ton/hr 수준의 Condensate 추가 회수 할 경우,
경제성은 약 100억 원/년
으로 평가된다.
Steam Trap 하나도 그냥 지나치지 않는다
Steam Trap은
증기는 통과시키지 않고
응축수만 배출하는 장치다.
겉보기에는 작은 밸브 하나에 불과하지만,
불량이 발생하면
- Steam이 그대로 새거나
- 응축수를 회수하지 못하는
문제가 발생한다.
실제로 Steam Trap 개선만으로도
수십 ton/hr 수준의 Condensate 회수가 가능한 사례가 보고되고 있다.
그래서 정유공장은 Steam Trap을 정기적으로 점검하고,
최근에는 초음파와 IoT를 이용한 온라인 모니터링 시스템도 도입하고 있다.
Boiler Blowdown도 자동으로 최적화한다
Boiler는 수질을 유지하기 위해 일정량의 물을 외부로 배출한다.
이를 Blowdown이라고 한다.
과거에는 운전원이 수동으로 Blowdown 양을 조절하는 경우가 많았다.
하지만 최근에는 Nalco Water의 BFW Blowdown Optimizer와 같은 시스템을 적용해,
실시간으로 Boiler 수질을 분석하고 Blowdown을 자동으로 최적화한다.
필요 이상으로 배출되는 고온의 Boiler Water를 줄이면
- 연료 절감
- 응축수 회수 증가
- Boiler 효율 향상
효과를 동시에 얻을 수 있다.
실제 개선 사례에서는 Blowdown을 약 6 ton/hr 줄여
연간 약 14억 원의 경제성이 기대되었다.
응축수 회수율 1%가 왜 중요할까?
응축수 회수율은 단순한 운영 지표가 아니다.
대형 정유공장의 Steam 규모에서는
회수율이 단 1%p만 향상되어도
열량 가치만으로도
연간 수억 원의 비용 절감 효과가 발생한다.
여기에
- Demi Water 생산 감소
- 약품비 절감
- Boiler 부하 감소
- 폐수 감소
까지 고려하면
실제 경제성은 더욱 커진다.
그래서 많은 정유사는 응축수 회수율을
에너지 KPI 중 하나로 관리하고 있다.
에너지 관리 부서가 보는 Condensate
Steam을 더 만드는 것은 어렵지 않다.
하지만 이미 만든 Steam을 다시 회수하는 것은 훨씬 어렵다.
응축수는 공장 곳곳에 흩어져 있고,
Steam Trap 하나,
Vent 하나,
배관 하나의 차이로 회수율이 크게 달라질 수 있기 때문이다.
그래서 실제 에너지관리팀은
새로운 Boiler를 설치하기 전에
먼저
- Steam Balance를 분석하고,
- Condensate Loss를 찾고,
- Steam Trap을 개선하며,
- Blowdown을 최적화한다.
이 과정은 눈에 잘 보이지 않지만,
정유공장의 생산비를 결정하는 중요한 경쟁력이 된다.
결론
증기는 열을 전달하면 사라지는 것처럼 보인다.
하지만 실제로는
열과 물이라는 두 가지 자산을 남긴다.
그래서 현대 정유공장은
응축수를 단순한 물이 아니라
다시 회수해야 할 에너지 자산으로 관리한다.
결국 응축수 회수율을 높인다는 것은
물을 아끼는 것이 아니라
연료를 절감하고, 탄소를 줄이며, 생산비를 낮추는 가장 경제적인 에너지 절감 활동 중 하나인 셈이다.
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