Compressor 시스템 설계시 용량 고려하기

 

플랜트 산업에서의 Compressor system 을 구매할 때 Compressor 만 단품으로 구매하는 경우는 드묿니다. 주요 공정에 들어가는 Compressor system 의 경우는 아래 그림과 같이 Package 형태로 구매하는데 주요 파트인 컴프레셔와, 이를 구동시켜주는 드라이브 모터, 냉각기, 각종 계기류를 하나의 Base (혹은 Common base) 에 얹힌 상태로 제작 품을 그대로 현장으로 이동한 후 설치, 운전진행 과정을 거치게 됩니다. 원가 절감을 위해서 Severe 한 Service 담당하지 않는 공정의 경우 컴프레셔만 개별적으로 구매해서 현장 설치 후 각종 계기류를 부착 할 수도 Compressor 에 대한 Performance 를 보증(Guarrantee) 하는데 신중해야 할 필요성이 있습니다. 고온 고압의 특정 Gas 를 취급하는 경우 성능이 보증된 engineering product 를 구매해야 합니다.

<Compressor Package - 출처 위키미디어>

Compressor System 의 주 목적은 Air 혹은 특정 유체를 안정적으로 지속적으로 공급하는데 있습니다. 우리가 흔히 알고 있는 압축공기 (Compressed Air) 를 발생하는 Compressor 는 가장 기본적인 형태로 써 플랜트 가동에 반드시 필요한 Maintenance Air 를 발생하는 것이 주 목적인데요. 현업에서는 Utility Air 라는 말을 더 많이 사용합니다. 혹은 Instrument Air 라고도 하고요. Utility Air 라는 곳이 항시적으로 일정한 양을 지속적으로 사용하는 것이 아니라 양이 들쑥날쑥 합니다. 무슨 얘기나면 얘를 들어서 한개의 배관 라인에 Control valve 가 10개가 있다고 가정해 보겠습니다. Pneumatic 을 이용해서 밸브를 개패하는 과정에서 Utility Air 가 소모되고, 각 개소당 0.01 Nm3/min. 의 공기를 소모한다고 했을 때 전체 수량 10개를 동시에 Air 를 소모한다면 0.01x10 = 0.1 Nm3/min. 이 되는 것이지요.

이를 단계별로 쪼개서 Normal 과 Maximum 소모량을 파악하게 됩니다. 예를 들어 Normal 운전시에는 0.05 Nm3/min 의 공기를 소모한다고 가정하면 Utility Air 의 소모량은 0.05~0.1 Nm3/min. 로 Range 를 설정할 수 있습니다. 다시 말해 공기의 소모량에는 변동이 있다는 것이지요. (공기소모량 변동량에 대처하기 위해서 Air compressor 의 경우 Receiverr Tank 를 부착합니다.)  최소, 최대 범위가 설정되어 있다고 하더라도 항시 예측하지 못한 상황에 대비하기 위해서 안전계수를 고려하는데 플랜트 전체 용량 특성을 파악하여 20% 내로 설정합니다. 이를 다시 설명하면 계산상에 필요한 공기 소모량이 10 Nm3/min. 일 때 용량계수를 적용해서 최대 12 Nm3/min (20% margin) 의 용량에 맞는 Compressor 를 선정하게 되는 것입니다.

Compressor 의 용량을 산정할 때 유지보수 및 초기 투자비용등 사전에 고려해야 할 것들이 많이 있습니다. 플랜트 Engineering 구매 과정에서 중요 Point 는 대용량 Compressor 1대가 소용량 Compressor 여러대 보다 가격도 저렴하고 유지보수 비용이나, 공간적인 면에서 더 경제적 효과가 크다는데 있습니다. 물론 비상상황 및 용량에 따라 Compressor 를 여러대로 분할해서 설치할 수 있으나 100% 용량을 기준으로 보았을 때 100% 용량 Compressor 1대가 50% 용량 2대 보다 경제적이라는 점에 주목할 필요가 있습니다. 이를 정리하면 다음과 같이 요약할 수 있습니다.

• 1x100% 의 Compressor 이 가장 금액적으로 경쟁력이 있음. 
• 2x50% 로 설계할 경우 Process 상의 Heat & Balance 를 고려해서 선정해야 함. 
• 1x200% 로 할 경우 비상상황 및 유지보수에 대응하기 좋지만 평상시에는 불필요하게장비 구입비용이 발생함. 

추가 내용) 장치류의 Operating condition 에 따라서 Spare 를 두는 것을 Sparing philosophies(예비사상) 이라고 정의 합니다. Process 의 용량을 100%일 때 이를 Cover 하는 장치류의 용량에 따라 Spare 를 두거나 분할로 동작하는 것을 말합니다. 

• 1x100% : 공정상에 필요한 용량 100% 에 맞는 기기 한대(1 unit) 을 말합니다.
• 2x100% : 100% 용량을 2대(2unit) 장치가 각각 50%, 50% 합계 100%를 구동하는 것을 말합니다. 
• 3x50% : 각각 50%의 용량을 가지고 있는 3대의 장치중에 두대를 돌릴 경우 100%를 만족하는 것이며 나머지 한대는 Sparing 개념입니다. 혹은 유지보수 목적.
• 4x33.3% : 각각 33.3% 용량을 가지고 있는 장치 3대를 구동하여 100%를 맞추는 것이며 나머지 한대는 Sparing.
• 5x25% : 각각 25%용량을 가지고 있는 장치 4대를 구동하여 100%를 맞추는 것이며 나머지 한대는 Sparing. 

2x100% 혹은 3x50%를 가장 많이 사용합니다.

첨부자료 Type of Compressor

Inside Insights Encyclopedia