컴프레셔 용량을 조절하는 이유

컴프레셔 용량을 조절하는 이유

플랜트 산업에서 사용되는 공정용 대용량 컴프레셔의 경우 용량을 조절하는 경우가 있습니다. 이때 말하는 용량이란 컴프레셔로 유입되는 가스의 양 즉 유량을 말 합니다. 유량은 단위 시간당 질량이나 부피로 표기합니다. (아래 단위 예시)

• Mass flow = kg/hr 
• Volume flow = m3/hr

컴프레셔의 용량이 소형인 경우에는 용량 조절을 하는 경우가 드물지만, 대형인 경우에는 용량 조절을 합니다. 컴프레셔의 용량을 조절한다는 것은 무엇을 말하는 것이며 왜 조절하는 것일까요?

Compressor Package - 출처 위키미디어

 

컴프레셔 용량 조절의 목적

컴프레셔의 용량을 조절하는 목적은 크게 두 가지로 요약할 수 있습니다.

1. 공정에서 요구되는 흡입/배기 용량을 조절
2. 에너지의 절약

예를 들어 특정 혼합 가스를 이송하는 컴프레셔의 Rated volume flow 가 1,000 m3/hr 라고 가정해 보겠습니다. 컴프레셔는 Rated point 에서 시간당 1,000 m3 의 체적유량을 토출하게끔 운전되고 있으나 만약에 전 공정(Upstream)에서 Intake 되는 유량 값을 500 m3/hr 로 50% 가 감소했다면 컴프레셔를 통해서 토출되는 양 또한 50% 가 되어야 합니다. 따라서 Intake 되는 양과 Discharge 되는 양을 맞추기 위해서 컴프레셔의 용량을 조절해야 합니다. 

 

에너지 절약 측면에서 이야기하자면 고용량 컴프레셔를 가동할 때 역시 고용량의 모터 동력을 필요로 합니다. 예를 들어 150 kW 모터가 컴프레셔를 가동 하고 있습니다. Intake 되는 양이 많으면 많을 수록 컴프레셔의 BHP 또한 올라갑니다. 반대로 Intake 되는 양이 적을 수록 컴프레셔를 구동할 때 필요한 축동력 BHP 또한 내려갑니다. 이는 결국 모터를 구동할 때 필요한 전력 량으로 환산되고 전력 소모량은 결국 전력 소모비와 밀접한 관계가 있습니다. 다시 말해 Intake 양이 적고 BHP 값이 적다면 전력 비용을 절감할 수 있음을 말합니다. 

 

 

 

일반적으로 컴프레셔의 용량 제어는 배출단의 압력에 의해 결정 됩니다. 컴프레셔의 Intake 단에서의 흡입 압력이 너무 낮을 경우 이를 보호하기 위해서 Intake 단에서 용량을 제어하는 경우도 있습니다. 이를 위해서 계측기 (온도, 유량, 압력)와 컨트롤 밸브를 부착하여 제어를 하게 됩니다. 

 

용량 제어의 변수가 빈번하지 않은 경우 수동으로 하는 경우도 있으나 현대 플랜트 산업에서는 예측할 수 없는 변화에 대응하기 위해 자동 제어를 적용합니다. 

 

컴프레셔를 초기에 선정하는 단계에서 필요한 용량 범위를 설정하고 수요의 변화를 예측하여 이를 만족할 수 있는 컴프레셔의 선정이 필요합니다. 컴프레셔의 선정은 초기 Design 조건 및 Max flow rate 조건을 만족하는 것으로 하되, 필요에 따라 Design 용량의 75%, 50% 25%,의 조건을 만족할 수 있도록 설계되어야 한다는 부분을 기억해야 겠습니다. 컴프레셔 업체에서는 설계 공정 유량을 만족하면서 신뢰성과 효율성을 만족하는 컴프레셔를 선정(Selection) 해야 하는데 이러한 부분에서 노하우와 제조사의 기술력을 엿볼 수 있는 대목입니다. 

 

앞서 이야기 한 것처럼 컴프레셔의 용량 제어는 배출단의 압력 제어를 통해 수행하며 용량 제어 방법은 다음과 같습니다. 

• VFD Motor 의 사용 : 컴프레셔의 rpm 을 조절하여 유량 및 압력을 제어
• By-pass control : 가장 손쉽게 적용할 수 있는 방법입니다. 
• Inlet valve 유량 조절 

VFD 방식은 컴프레셔의 Speed 를 조절하여 유량을 조절하는 것이지만 고 용량의 모터로 갈 수록 VFD Motor 금액 또한 상승하기 때문에 경제적인 부분을 고려해야 합니다. By-pass control 방식은 대부분의 컴프레셔에 적용할 수 있습니다. 흡기 압력을 조절하는 경우는 컴프레셔에 걸리는 부하양을 조절하는 것으로 Intake 되는 가스의 압력, 유량을 조절합니다. 컴프레셔는 Intake 되는 압력에 따라 Discharge 되는 용량 또한 변동이 있기 때문에 설계 단계에서 면밀히 검토되어야 하는 부분임을 기억해야 합니다. 자칫 단위, 유량값의 실수는 컴프레셔 전체 용량 선정의 실수로 이어질 수 있기 때문입니다. Intake 가 0% 일 경우에는 흡입 밸브에 언로더 밸브를 장착해야 합니다.

마무리

컴프레셔 용량을 조절하는 목적은 요구되는 양에 변동사항이 생길때 대응하기 위한 것과 불필요한 컴프레셔의 동력 소모량을 줄여 에너지를 절약하는데 그 목적이 있습니다.

 

 

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