공기 압축기 선정방법 2009 . 4 . 27 에너지 ㈜ 구미 발전본부 발전팀 최동식

목 차 1 2 4 5 6 개 요 Compressor의 선정방법 3 Compressor 증설시 산정방법 목 차 1 개 요 2 Compressor의 선정방법 3 Compressor 증설시 산정방법 4 Air Receiver 용량 산정 방법 5 부대 설비 6 결 언

공기 압축기는 발전 설비를 운영하는데 있어서 보일러 연소용 공기 , 수질관리 및 탈질 1. 개 요 공기 압축기는 발전 설비를 운영하는데 있어서 보일러 연소용 공기 , 수질관리 및 탈질 등 각종 설비의 제어 등에 없어서 안 되는 중요한 기기로 공기 압축기의 선정시 고려해 야 할 사항은 ▶필요한 공기량 ▶필요한 공기의 압력 ▶요구되는 공기의 질 ▶설치면적, 소음, 유지보수성 등 이며 공기압축기의 적정한 사양 및 용량 등에 관한 올바른 선정방법을 통해 용량 부족에 따 른 과부하 방지와 설비의 안정화 및 불필요한 에너지 낭비 등을 방지 하고자 함.

① 각 기기에 사용되는 평균 공기 사용량을 계산하여 합계 한다. 2. Compressor의 선정 방법 – 1 1) 공기 압축기 선정을 위한 주요 확인 항목 ① 필요한 공기량 (자유 공기량 으로 환산 : Free Air ) ② 필요한 공기의 압력 ③ 요구되는 공기의 질 ④ 공기 사용 빈도 (부하율 %) ⑤기타 : 설치환경, 적정수량 등 2) 필요한 공기량의 산출 ① 각 기기에 사용되는 평균 공기 사용량을 계산하여 합계 한다. ▶각 기기의 평균 사용량 = 각 기기의 공기 사용량 × 각 기기의 가동율 ▶ 각 기기의 가동율 = 각 기기의 사용시간 / ( 각 기기의 사용시간 + 각 기기의 휴지시간) ▶공기압 기기의 공기사용량은 기기 메이커의 기술자료 등 을 참조 ② 장래의 설비확장을 고려하여 그 공기 사용량을 사전에 산정 한다. ③ 공기 사용량의 산출 정도와 배관 등 에서의 유설을 감안하여 10~20%의 여유율을 준다.

① 각 기기의 효율적인 작동을 위해 필요한 최고 압력과 최저 압력의 정확한 파악. 2. Compressor의 선정 방법 - 2 3) 필요 압력의 산출 ① 각 기기의 효율적인 작동을 위해 필요한 최고 압력과 최저 압력의 정확한 파악. * 기기 메이커의 기술자료 참조* ② 배관 저항 및 Dryer, Filter류 등의 부대 설비에 의한 압력 강하를 감안. ③ 일부 기기에서만 고압을 필요로 하는 경우는 승압기를 채용하는 방식을 사용한다. * 각 기기 별로 요구되는 압력은 반드시 동일하지 않으므로 필요에 따라 압력별로 공기계통을 분산하여 고압의 공기가 필요한 계통에서 승압기로서 승압 시키는 방법이 경제적이다.

2. Compressor의 선정 방법 - 3 4) 공기의 질 4) 공기의 질 ① 오일 함유량에 의한 질 결정 ▶무급유식 콤프레샤 : 식품, 약품, 전자 등 ▶급유식 콤프레샤 : 일반 Plant Air ▶부분적으로 유분을 함유하지 않은 공기가 필요한 경우 해당 Line에 Oil Mist Separator와 Filter을 추가 설치하여 사용할 수 있다. ② 수분 함유량 결정 공기압 기기가 수분에 의한 악영향이 있을 경우 Dryer를 사용하여 수분을 제거하 여야 한다.

① 소음 방지와 진동 방지 대책 Compressor는 일종의 소음원 으로서 기종이 크게 되면 소음치도 커지게 되며 5) 설치환경 ① 소음 방지와 진동 방지 대책 Compressor는 일종의 소음원 으로서 기종이 크게 되면 소음치도 커지게 되며 설치되는 장소에 따라서도 소음치가 결정되게 된다. 특히 Compressor를 공기 가 필요한 장소에 근접시켜 분산 배치할 경우 저소음의 기종이 필요하다. ▶왕복동식 압축기는 특유의 저주파 진동, 소음을 발생 ▶회전 공기 압축기는 왕복동식에 비해 비교적 소음이 낮다. ② 설치장소 Space, Drain, 배출장소, 냉각수 관계, 배관 등 법규 규제, 보수관리 및 경제성, 설치환경 등의 영향을 검토하여야 한다.

현재 필요한 공기량과 차후 설비 증설을 고려하여 어떤 용량의 Compressor를 6) 적정수량의 선정 현재 필요한 공기량과 차후 설비 증설을 고려하여 어떤 용량의 Compressor를 몇 대 설치 하는 것이 좋은 것 인가를 선정. ① 소비 공기량의 변동 ② Compressor를 집중 설치 할 것인가, 분산설치 할 것인가. ③ Compressor실의 Space ④ 전원 용량 ⑤ Compressor가 운전중 Trip 발생 경우를 대비한 Stand-By 등.. 7) 공기 압력과 토출 공기량에서 기종 선택 ① Press 기계용, 도장 및 계장용 : 7 kgf/㎠ ② 공기압 Cylinder : 5 kgf/㎠ ③ 일반적 System :7 ~ 9 kgf/㎠

2. Compressor의 선정 방법 – 6 8) Compressor 기종 선정시 주요 체크 항목 ① Air의 소모량 ② Air의 소모 형태 ( 간헐적 소모 or 지속적 소모 ) ③ 요구되는 Air의 사용 압력 ④ 설치장소의 습도 및 온도 ⑤ 요구되는 Air의 질 ( Oil 함유량, 수분 함유량) ⑥ 사용전원 ( V/Hz/상 ) ⑦ Compressor의 냉각 방식 ⑧ 수냉식의 경우 냉각수량 및 냉각수 입구압력, 온도조건 ⑨ 부대설비의 설치 여부

2. Compressor의 선정 방법 – 7 9) Compressor의 종류 Piston type Screw type Blower type Vane type Diaphragm type

3. Air Compressor 증설시 산정방법 – 1 ① 증설을 위한 사용 공기량의 부족분 확인 방법 ▶Compressor에 부착된 Gauge 압력이 압축기의 실제 토출 압력보다 낮게 장시간 운전되고 있는지를 확인하여 부족 여부를 판단 . ▶ 부족 공기량 산출방법 (소내 총사용 공기유량+ 배관각부 저항 및 누설 예상 유량 + 증설 예상 유량)ㅡ(Compressor 용량×계수) ② 사용하는 공기 유량이 많으나 Compressor의 용량 부족과 압력이 낮은 상황에서 사용 압력을 적절하게 유지하고 싶을 경우 토출 공기 유량을 어느 정도 증설하면 좋은지 간단하게 계산하는 하고자 할 때 다음 식을 이용할 수 있으며 첨부 파일의 프로그램에 수치만 입력 하면 됨.

3. Air Compressor 증설시 산정방법 – 2 2) 오리피스 설치법에 의한 압축기 용량 측정 Description 기호 Unit Data Calculation Remark Discharge Capacity Q ㎥/min 26.0 아래 산출식 오리피스 입구온도 t1 ℃ 20.0 오리피스 온도계 압축기 흡입온도 t2 15.0 대기온도계 오리피스 입구 절대온도 T1 K 293 273+t1 압축기 흡입 절대온도 T2 288 273+t2 탱크의 게이지 압력 p1 ㎏/㎠G 8.0 오리피스 압력계 탱크의 절대압력 P1 ㎏/㎠abs 9.0332 게이지압력(p1)+1.0332 상온에서 흡입압력 B ㎜Hg 760 상수값 대기압 기준 오리피스 직경 D ㎜ 17.85 1 . 용량 산출( 적색 부분만 입력요) Q = 0.40811 x｛ T2 x D² x P1 / (√T1 x B) ｝ = 0.40811 x｛ 288 x 17.85² x 9.0332 / (√293 x 760 )｝= 26.0㎥/min 2.오리피스 산출 D(㎜) = √( Q x √T1 x B) / (0.40811 x T2 x P1) = 17.85 ㎜

3. Air Compressor 증설시 산정방법 - 3

3. Air Compressor 증설시 산정방법 – 4 용량 21㎥/min의 Compressor를 가동 할 때 5.5kgf/㎠ 압력을 유지한다 이때 라인압력을 8kgf/ ㎠ 이상으로 유지 하고 싶을 때 토출 공기량 얼마의 Compressor를 증설해야 하는가? Description 기호 Unit Data Calculation Remark Discharge Capacity Q ㎥/min 26.0 아래 산출식 오리피스 입구온도 t1 ℃ 20.0 오리피스 온도계 압축기 흡입온도 t2 15.0 대기온도계 오리피스 입구 절대온도 T1 K 293 273+t1 압축기 흡입 절대온도 T2 288 273+t2 탱크의 게이지 압력 p1 ㎏/㎠G 8.0 오리피스 압력계 탱크의 절대압력 P1 ㎏/㎠abs 9.0332 게이지압력(p1)+1.0332 상온에서 흡입압력 B ㎜Hg 760 상수값 대기압 기준 오리피스 직경 D ㎜ 19 1) Q = 0.40811 x｛ T2 x D² x P1 / (√T1 x B ) ｝ = 0.40811 x｛ 288 x 19² x 90332 / (√T1 x B) = 29.46 ㎥/min 2) 증설유량 = (29.46 - 21) = 8.46㎥/min 따라서 8.46 ㎥/min 이상 유량을 갖는 Compressor 증설이 필요 *오리피스 직경은 현재 운전압력 5.5kgf/㎠와 토출 유량 21㎥/min을 증설3의 표에 대입하여 구함.

일반 용적식 압축기(Piston Type)는 피스톤 왕복 운동에 따른 맥동 (공기의 진동)을 4. Air Receiver 용량 산정 – 1 1) 개 요 일반 용적식 압축기(Piston Type)는 피스톤 왕복 운동에 따른 맥동 (공기의 진동)을 흡수하거나 적정의 공기량을 저장을 위한 공기탱크가 필수적으로 필요하다. Screw Compressor는 토출 공기의 맥동이 거의 없고 내부 압축에 의해 압축된 공기 를 토출 하므로 공기탱크를 필요로 하지 않다. 압축기의 단위 시간당 토출 공기량 보다 일시적, 단속적으로 사용 공기량이 많거나 사용공기의 부하변동이 급격한 경우에는 별도의 Air Receiver를 설치하여 효율적 인 운전이 되도록 하여야 한다.

2) Air Receiver 용량 산정식은 다음과 같다 V = { P1 × (Ｑ1 -Ｑ2 ) × t } / ( P2 - P3 ) V : Air Receiver 용량 (m3) P1 : 압축기 흡입공기 압력 ( ㎏f/ ㎠) Ｑ1 : 사용처 필요한 공기량 (㎥) Ｑ2 : Compressor 토출 공기량 (㎥) t : 일시적으로 초과용량을 사용하는 시간 (min) P2 : Air Receiver내 압력 ( ㎏f/ ㎠) or Compressor 토출 압력 P3 : 사용처 필요한 압력 ( ㎏f/ ㎠) * 단 여기서 사용처의 요구 공기량(Ｑ1 : ㎥) 은 일시적으로 초과 용량을 사용하는 시 간에 소요되는 공기량을 표시하며 * 압축기 토출 공기량은 분당 토출 공기량을 일시적 초과용량을 사용하는 시간으로 나눈 값을 표시한다. * 일시적 초과 용량을 사용하는 시간이 2분 미만 일때 임.

4. Air Receiver 용량 산정 – 3 3) 예 제 Compressor 토출 압력이 8.5 ㎏f / ㎠ 이며 토출 공기량이 550ℓ/min 일때 5㎏f/㎠ 압력의 공기를 40초간 1500ℓ를 분출 시키고자 하는 경우 Air Receiver의 용량을 얼마로 해야 하는가? (단Air Receiver내 압력은 압축기 토출 압력과 동일하다고 본다.) 상기 식을 이용하면 여기서 P1: 1.03323 ㎏f/ ㎠ Ｑ1 : 1.5 ㎥ Ｑ2 : 0.55 ㎥×40sec/60sec≒0.37 ㎥ t : 0.67 min (40sec) P2 : 9.53323 ㎏f/ ㎠ P3 : 6.03323 ㎏f/ ㎠ V={1.0332 × (1.5 - 0.37 ) × 0.67 } / ( 9.5332 -6.0332 ) = 0.223 ( ㎥ ) ≒  230 ℓ ∴ 230ℓ 이상의 용적을 지닌 Air Receiver를 설치 한다. V = { P1 × (Ｑ1 -Ｑ2 ) × t } / ( P2 - P3 )

Compressor로 흡입되는 Air에는 다량의 수분과 먼지 기타 유해물질 및 압축 윤활유 5 . 부대설비 기준 – 1 1 ) 개 요 Compressor로 흡입되는 Air에는 다량의 수분과 먼지 기타 유해물질 및 압축 윤활유 등 이 혼입되어 압축되기 때문에 Air로 구동되는 각종 설비 및 제어장치에 악영향을 끼치게 되며 설비의 제어 이상과 Trip 또는 기기의 수명단축을 가져 오는 원인이 된다. 따라서 Air Dryer 와 Filter류 등 각종 부대 설비를 장착하여 수분과 먼지 그리고 유분 제거하여 압축 공기의 질을 향상 시키며 각종 부속기기 및 제어설비의 수명 단축과 설비의 제어 이상으로 인한 오동작을 방지하여 설비를 안정화를 시킨다.

5 . 부대설비 기준 – 2 Compressor Receiver Tank Main Filter Air Dryer (냉동식) Pre-Filter Fine- Filter ｏ수 분 : 96.7% 이상제거 ｏ유 분 : 80% 이상 제거 ｏ먼 지 : 1μ이상 고형물 제거 ｏ적용설비 : 일반자동제어, 공압공구 Line, Plant Air 2 ) 기본적인 Option의 구성방법 (예 1)

5 . 부대설비 기준 – 3 Screw Compressor Cylinder Main filter-A Main filter-B FINE FITER Receiver Dryer-A Dryer-B TK Pre filter-A Pre filter-B 냉동식 드라이어 Screw Compressor

5 . 부대설비 기준 – 4 3 ) 기본적인 Option의 구성방법 (예 2) Compressor Receiver Tank Air Dryer (냉동식) Line Filter Air Dryer (흡착식) Main Filter Pre-Filter Micro-Filter Line-filter ｏ수 분 : 96.7% 이상제거 ｏ유 분 : 99.9% 이상 제거(0.1PPM) ｏ먼 지 : 0.01μ이상 고형물 제거 ｏ적용설비 : 정밀자동제어, 계측도장 Line 반도체, 화학산업….

5 . 부대설비 기준 – 5 Cylinder Line filter Micro filter-A Micro filter-B Pre filter-A Pre filter-B Receiver TK HTR 냉동식 흡착식 Main filter-A Main filter-B Line filter-A Line filter-B

5 . 구미 발전소 – 6 FINE FITER Micro filter-A Micro filter-B Cylinder 5 . 구미 발전소 – 6 FINE FITER Micro filter-A Micro filter-B Cylinder Receiver HTR TK Dryer-A Dryer-B After filter-A After filter-B

1) 공기 압축기를 선정하고자 할 때 설치면적, 소음, 유지 보수성 등을 고려하여 적 6 . 결 언 1) 공기 압축기를 선정하고자 할 때 설치면적, 소음, 유지 보수성 등을 고려하여 적 정 용량 및 적정사양의 공기 압축기를 선정하여야 하며 용량 산정시 계산 오차, 부하율의 보정, 공기 청정기기 및 배관에서의 압력강하, 배관 접속 부위에서의 누설, 압축기의 수명에 따른 유지 보수 등을 고려 하여 설계 계산용량의 1.5 ∼2배 크기로 선정하는 것이 바람직하다. 2) 압축기의 단위 시간당 토출 공기량 보다 일시적 또는 단속적으로 사용 공기량이 많거나 또는 부하 변동이 급격한 경우 별도의 Air Receiver를 설치하여 효율적인 압축기의 운전이 되도록 해야 한다. 3) 압축 공기의 질을 향상 시키고 각종 부속기기 및 제어 설비에 미치는 악영향을 방지 하며 설비의 제어 이상으로 인한 오동작을 방지하고 설비의 안정화를 위한 방안으 로 Compressor 설치시 Air Dryer 및 Filter류 등 각종 부대 설비의 적절한 설계와 올 바른 장착이 필요 하다고 할 수 있다.

감사합니다