압축기 선정

 

압축기 또는 컴프레서(compressor)는 기체의 부피 줄임으로써 기체의 압력을 증가시키는 기계식 장치이다. 공기 압축기는 기체 압축기의 일종이다.

 

 

압축기(Compressor) 선정

 

압축기는 펌프와 비슷한데, 펌프와 압축기 둘 다 유체의 압력을 증가시키고 둘 다 파이프를 통해 유체를 전달할 수 있기 때문이다. 기체 압축이 가능하므로 압축기는 기체의 부피 또한 감소시킨다. 유체는 상대적으로 압축이 불가능한데, 일부는 압축이 가능하지만 펌프의 주된 동작은 유체에 압력을 가한 다음 전달하는 것이다.

 

선정 시 고려사항

1) 낮은 건설 비용

2) 낮은 투자 비용

3) 낮은 동력 소모량

4) 낮은 운전비

5) 높은 신뢰성 (Little down time)

6) 정비 용이성

7) 적은 Spare parts

원심압축기는 왕복동 압축기에 비해 편하중이 적기 때문에 Wear나 Strain이 작아서 보수 횟수가 적으나 보수작업은 어렵다.

 

 

압축기의 종류

 

Source : https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%95%95%EC%B6%95%EA%B8%B0

 

<그림 1> 압축기의 종류

 

 

압축기 종류별 운전특성

 

운전특성을 나타내는 종류별 성능곡선은 다음 그림과 같고, 다음과 같이 요약할 수 있다.

1) 원심압축기 - 일정양정, 가변용량

2) 왕복압축기 - 일정용량, 가변양정

3) 축류압축기 - 저양정, 고유량

 

 <그림 2> 압축기 종류별 운전특성

 

 

사용목적에 따른 압축기 성능 요건

 

1) 원료 공급 압축기

장치의 물질 밸런스의 근원이 되는 유량제어 외에 압력 제어도 행하여야 하므로 양호한 제어성에 따르는 것이라야 한다.

용적식 압축기에서는 용량 자동제어는 스필 백 이외의 방법은 없고 이 경우에도 가스상태(PVT)의 제어는 곤란하므로 용적식은 이 목적에는 부적당하다. 원심식 또는 축류식이 적당하지만 이에 필요한 조건이 몇 가지 있다.

운전 가능한 범위는 가능한 한 넓어야 하고 서어징포인트는 가능한한 낮은 것이 좋다. 동일 회전에서의 서어징 포인트는 설계점 흡입 용량의 70% 이하가 아니면 안정된 제어는 기대하기 힘들다. 압축기로부터 반응 조건 또는 프로세스 조건이 존재하기까지의 유로 저항은 유량감소에 따라 감소하고, 압축기의 필요 해드도 감소한다. 따라서 가능하면 회전수 제어로 헤드 발생을 변화시킬 수 있는 형이 좋다. 압축기 차압으로 설계점과 동일한 회전수에서의 서어지 포인트의 차압과 그 설계점에서의 차압과의 비는 1.05와 1.10 사이에 있는 것이 좋다. 또 압축기는 그 운전 가능 범위를 넓게 하기 위해서 쵸오크 포인트는 가능한 한 설계점에서 떨어져 있는 것이 좋다. 쵸오크 포인트의 흡입 용량은 설계점에서의 흡입 용량의 1.1배 이상이 좋다. 이상의 조건을 도시하면 아래의 그림과 같다.

 

 

<그림 3> 압축기 설계 조건

 

2) 메이크업 압축기

보통 장치의 운전 압은 반응에 필요한 가스 공급원의 압력보다 어느 정도 높고 또 보충 가스의 양은 대용량이 아님이 보통이다. (그렇지 않으면 장치는 경제적으로 되지 않는다.) 따라서 소용량이고 차압이 큰 압축기가 되므로 터어보형은 적당하지 않다. 그러나 반응에 영향이 없는 한 무거운 가스를 넣어 가스 분자량을 증가하든가 공급가스 온도를 낮추거나 해서 필요한 헤드를 감소시켜 원심식을 사용할 수도 있다. 가장 일반적인 것은 왕복형 압축기이다. 이 경우도 보충 가스의 필요량이 변화하므로 용량제어를 할 필요가 있다. 미세조정은 스필 백에 의할 뿐이지만 3～4단 정도의 용량제어가 있어야 한다. 또 차압이 높은 것이 많으므로 흡입압 변동에 대비하여 피스톤 로드의 하중에 대해 어느 정도의 여유가 필요하다.

 

 

3) 순환 가스 압축기

순환계에 가스를 순환시킬 뿐임으로 양정은 계내의 유로 저항만 고려하면 된다. 유량의 증가는 보통 촉매에 좋은 영향을 주며 또 그다지 유틸리티의 증가도 초래하지 않는다. 따라서 유량제어는 그다지 하지 않는다. 소용량일 경우는 물론 폴리트로픽 효율로서 원심식보다 유리한 용적식이면 충분하지만 장치의 신뢰성에서 원심식이고 설계점 부근에서 안정된 운전을 할 수 있는 것이면 된다. 최근 장치는 대형화되는 추세여서 과대 용량 운전에 의한 동력손실도 제품 원가에 영향을 미치게 되므로 용량제어는 하지 않더라도 설계점과 실제 운전점 사이가 어느 정도 일치하도록 한다.

 

4) 오프가스 압축기

이 압축기는 장치에서 나오는 가스를 장치 밖으로 압송하는 압축기이므로 가스양에 변동이 있고 그 변동에 따른 운전 제어를 할 필요가 있다. 용적식을 사용할 때는 압축기의 운전이 과대해져 가스 발생점의 압력이 내려가지 않도록 압축기의 용량제어(예컨대, 스필 백, 자동언로우딩) 혹은 흡입구를 죄어야 한다. 이것은 당연히 피스톤의 부하 증가를 초래하므로 설계 시의 유의해야 한다. 원료의 성상, 외부조건(온도 변화 등)등의 변동에 따라 가스양은 어느 정도 증감이 있는 것이 보통이므로, 송입가스 토출압을 일정하게 유지할 필요가 있을 경우에는 원심식보다 용적식이 적합하다.

 

5) 냉동기용 압축기

냉매로서 프로세스 중의 가스를 쓰는 것은 냉동사이클 위치상 3)의 순환 가스 압축기라고 생각해도 좋으나 온도제어가 따르므로 요구되는 특성은 1)의 경우와 같다. 그러나 프로세스 가스와 관계없이 독자의 냉매를 폐쇄시스템에 순환시킬 경우는 다른 방법을 생각해도 된다. 온도제어를 하므로 용적식이라도 자동 용량제어가 팔요하다. 물론 터어보형도 1)과 동일 또는 그 이상의 운전 가능 범위가 필요하다. 폐쇄계내에서의 순환이므로 다른 경우와는 달리 샤프트 시일, 베어링 등에 쓰는 기름은 냉매와 함께 계내를 순환해도 계적인 문제가 없어야 한다. 그러므로 용적식이든 원심식이든 독특한 구조 -예컨대 왕복형의 크랭크케이스가 흡입측과 동압이고 디스턴스 피이스, 크로스헤드가 없는 구조, 스크루형에서는 타이밍 기어가 없는 것, 원심식에서는 베어링을 내장한 contact mechanical seal이 허용된다.

 

6) 진공펌프

진공을 필요한 수준으로 유지하는 목적이므로 용량 제어성보다도 규정 진공을 파괴하지 않는다고 하는 mechanical 한 조건이 중요하다. 따라서 능력은 필요 능력보다 가능한 한 큰 여유를 갖게 하고, 나머지 신경은 mechanical 한 점에 두어야 한다. 제지 프로세스에서는 대용량의 진공 압축기가 필요하므로 원심식이 쓰이는 예가 있으나 효율과 필요 용량면에서는 케니이, 스크류, 나슈, 로우터리 벤형 등이 많이 상용된다.