압축기 선정 가이드

압축기 선정 가이드(Compressor Selection Guide)는 공정의 요구 조건인 유량(Flow Rate, Q), 압축비(Compression Ratio, rₚ), 그리고 기체의 성상에 따라 최적의 형식을 결정하는 과정이다.

 

 

 

압축기 선정 가이드

주요 선정 변수 (Selection Parameters)

압축기를 선정하기 위해 검토해야 하는 핵심 물리량은 다음과 같다.

• 흡입 조건: 흡입 압력(Pᵢₙ), 흡입 온도(Tᵢₙ), 분자량(MW), 비열비(k)
• 토출 조건: 목표 토출 압력(Pₒᵤₜ), 허용 토출 온도(Tₒᵤₜ,ₘₐₓ)
• 유량 조건: 설계 유량(Q), 운전 범위(Turn-down Ratio)

압축기 운전 범위(Turn-down Ratio) 결정에 대한 세부 내용은 다음 링크 포스팅 자료 참조

https://sec-9070.tistory.com/1836

압축기의 운전 범위(Turn-down Ratio)

 

 

 

형식별 선정 기준 (Selection by Type)

공정의 유량과 압력 범위에 따라 적합한 압축기 형식이 결정된다.

구분	왕복동식 (Reciprocating)	스크류식 (Screw)	원심식 (Centrifugal)
압력 범위	초고압 (Pₒᵤₜ > 3 * 10⁷ Pa)	중압 (Pₒᵤₜ < 5 * 10⁶ Pa)	중/고압 (Pₒᵤₜ 가변적)
유량 범위	소용량 (Low Q)	중용량 (Medium Q)	대용량 (High Q)
특징	간헐적 유동, 고효율	연속 유동, 저진동	고속 회전, 대량 처리

 

 

 

기술적 검토 사항 (Technical Considerations)

1. 압축비와 단수 결정 (Stages and Compression Ratio)

• 단일 단(Stage)에서 압축비(rₚ)가 너무 높으면 토출 온도(Tₒᵤₜ)가 급격히 상승하여 씰(Seal)이나 윤활유의 탄화(Carbonization)를 유발한다.
• 보통 rₚ가 3.5를 초과하면 다단 압축(Multi-stage)과 중간 냉각(Inter-cooling)을 검토한다.

2. 중간 냉각기(Inter-cooler) 설치 효과

• 다단 압축 시 각 단 사이에 냉각기를 설치하면 다음 단의 흡입 온도(Tᵢₙ)를 낮추어 압축에 필요한 전체 소요 동력(W꜀ₒₘₚ)을 절감한다.
• W꜀ₒₘₚ = n * (k / (k-1)) * Pᵢₙ * Q * [(Pₒᵤₜ / Pᵢₙ) ^ ((k-1) / (n * k)) - 1] (단, n은 압축 단수를 의미한다.)

 

 

경제성 및 유지보수 검토 (Economic Evaluation)

• 에너지 효율: 전력 소비량(Pₑₗₑ꜀)은 운전 비용의 80% 이상을 차지하므로, 등엔트로피 효율(Isentropic Efficiency, ηₛ)이 높은 모델을 우선한다.
• 윤활 방식: 기체에 유분 혼입이 허용되지 않는 식품/반도체 공정의 경우 무급유식(Oil-free)을 선정하며, 일반 산업용은 급유식(Oil-injected)을 선정한다.
• 부하 조절: 인버터(VFD) 적용 여부에 따라 저부하 운전 시의 에너지 절감률이 결정된다.

 

 

선정 절차 요약 (Selection Procedure)

1. 공정 데이터 확정: Pᵢₙ, Pₒᵤₜ, Tᵢₙ, Qₘₐₓ 계산.
2. 압축 단수 결정: Tₒᵤₜ 제한치를 고려하여 단수(n) 산정.
3. 압축기 형식 가선정: 압력-유량 선도(Selection Map)에서 후보군 추출.
4. 효율 비교: 모델별 ηₚ 및 ηₛ 비교를 통한 소요 동력 산출.
5. 부대 설비 검토: 냉각수 계통, 수분 분리기(Separator), 드라이어 사양 결정.