알루미늄 휠 생산공장 (下) :: Today

자료제공 : (주)한국유체

1989년부터 세계적인 콤프레셔 전문 메이커인 미국의 퀸시 콤프레서사의 제품을 국내에 수입, 판매 및 A/S를 전담해 오던 (주)한국유체는 2002년 1월 파주에 생산공장을 준공하고 콤프레셔를 생산, 국내 시장에 공급하기 시작하였다.

그리고 압축공기 라인의 효율성 제고를 위한 공압분석 지원사업을 통하여 올바른 콤프레셔의 선정과 최적의 에어시스템의 구성을 통하여 고비용 에너지원인 압축공기의 오남용을 줄여 30% 이상의 에너지 절감을 실현하도록 분석사례집 `공압시스템 분석과 개선사례`를 발간하였다.

이달부터 연재로 소개하고자 하는 `공압시스템 분석과 개선사례`는 2002년부터 (주)한국유체의 기술자문을 맡고 있는 강원대학교 기계메카트로닉스 공학부 장인배 교수의 지원으로 작성된 분석보고서들 중 일부를 발췌하여 요약한 내용으로, (주)한국유체는 본 분석사업을 통하여 공압 시스템 에너지 효율을 얼마나 높일 수 있는가를 직접 보여주고 있다.

<편집자 주>

3. 문제점 분석과 대응방안

알루미늄 휠 생산공장의 공압 시스템이 가지고 있는 문제점에 대해서 3절에서 분석을 수행하였다. 4절에서는 문제점에 대한 대응방안을 우선순위에 따라 살표보기로 하겠다.

전반적인 분석 결과, 현재의 공압 시스템은 공압 수요의 증가에 대응함에 있어 소극적으로 콤프레셔 증설만을 수행하였기 때문에 다수의 소용량 콤프레셔가 운영되는 상황에 처하게 되었다.

소용량 콤프레셔라고하여 마찰부위나 베어링 및 기타 손실요인이 대용량 콤프레셔보다 용량에 비례하여 줄어드는 것이 아니므로 근원적으로 효율이 떨어짐은 자명하다.

700HP 규모의 콤프레셔 시스템을 소용량의 콤프레셔로 운영함에 따라 효율저하에 따라 10% 이상의 손실이 발생하고 있다. 다라서 이에 대한 개선이 시급한 실정이다.

동일한 용량의 콤프레셔가 5대 이상 운영되는 시점부터가 콤프레셔의 대용량화를 고려할 시기이다.

각 콤프레셔들의 작동을 위한 압력계의 설치위치를 리저버 탱크 위치로 옮기거나 최소한 점검할 필요가 있다. 특히 3번 콤프레셔의 작동상태는 정상 작동상태가 아닌 것으로 판단된다.

궁극적인 해결방안은 대용량 콤프레셔로 교체하는 것이다. 일반적으로 대용량 고효율 콤프레셔들의 % Loss는 애프터쿨러의 소비전류를 포함한다 하여도 1.25 이하이므로 약 10% 정도의 전력비용 절감이가능할 것으로 예상된다.

현재 공압 시스템은 콤프레셔와 헤더 사이에 과도한 차압이 발생하고 있다. 3절에서의 통계적 기법인 T 검정법에 근거한 계산결과 95%이 신뢰도로헤더의 공기압은 70.3psi에서 88psi 사이를 요동하고 있다.

<그림 3>에서 설명하였듯이 콤프레셔 출구측은 설정압력인 7kg/㎠에 도달하여 3번 콤프레셔가 지속적으로 언로딩되고 있음을 알 수 있다.

그럼에도 불구하고 헤더 압력은 평균 79psi에 이를 뿐이다. 따라서, 콤프레셔출구측과 헤더 사이에 위치하고 있는 부속잡이들의 용량부족과 제습 때문에 과도한 차압이 발생하고 있다는 결론을 얻을 수 있다.

5㎥ 리저버 탱크이 입/출구측 피팅이 100mm 사이즈로 약 1800scfm(약 350 마력에 해당)의 유량밖에 감당하지 못한다. 따라서, 원활한 압축공기 이송에 방해를 주고 있다.이에 대한 시급한 개선이 필요하다.

리저버 탱크의 용량부족으로 인하여 공압수요의 변화에 따라 공압이 요동치고 있다. 일반적으로 100HP 당 3㎥의 리저버 용량이 필요하다. 따라서 12㎥의 리저버 용량 증설이 필요하다.

블로잉이나 각종 공압기기의 작동 등의 목적으로 1~5 미크론 등급의 필터만으로도 충분한데 너무 에쉬사이즈가 작은 필터를 사용하여 유로저항이 심하게 발생하고 있는 것으로 추측된다.

흡착식 드라이어는 동절기 수분의 응축에 의한 기기 파손을 방지하기 위해 설치한 것으로 판단된다. 그런데, 점차적으로 용량을 증설하면서도 드라이어의 증설을 병행하지 않아 드라이어의 용량 부족 현상이 발생하고 있다. 특히 의료나 식품건조와 같이 완벽한 수분제거가 필요한 경우가 아니라면 현재로서는 흡착식 드라이어의 기동을 중단하고 공기를 바이패스 시킬 것을 권고한다. 이를 통하여 13~15%의 공압 소비가 절감되며, 공압의 요동도 방지되어 헤더 평균압력이 상승할 것으로 판단된다.

저압주조라인과 도장라인의 지관 공압상태는 양호한 것으로 판단된다.

저압주조 라인의 공압은 헤더 압력과 거의 동일하므로 공압 수요와 관료 용량사이가 잘 매칭되어 있으며, 유지상태도 양호하다.

실버부스 도장라인은 헤더와 약 3psi의 차압이 발생하고 있지만 이는 허용할 수 있는 수준이다. 그러나 추가적인 공압수요의 증설을 위해서는 별도의 라인을 사용할 것을 권고한다.

블루워에 연결된 라인은 심각한 차압이 발생하고 있다.

통계적인 처리기법으로 블로워 작동시 평균 작동압력을 추산한 결과 평균 54psi 내외이며, 이는 헤더 압력과 25psi 차압이 발생하고 있음을 의미한다.

차압의 원인은 지과느이 관로용량 부족으로 추정되므로, 이에 대한 개선이 시급한 실정이다.

향후에도계속적으로용량 증설이 예상된다면 보다 적극적이고 계획적인 투자만이지속적으로발생하는 손실의 절감을 가능케 한다.

이 공장과 같이 저압 블로잉 등으로 다량의 공기를 소비하는 업체라면 별도의 저압 라인을 운영함으로써 획기적인 전력비용 절감이 가능하다.

저압전용 콤프레셔(토출압력 2.5kg/㎠ 내외)는 일반 콤프레셔(7kg/㎠ 내외)에 비해 67%의 전력비용만이 소요된다.(다시 말해서 동일 마력으로 50% 이상 많은 유량을 생산한다.)

향후 증설계획에 따라 콤프레셔 및 부속 시스템의 교체 및 공장 전체의 배관을 일제 정비하는 것은 궁극적으로 전력비용 절감을 통해 단시간에 소요자금 회수를 가능케 한다.
따라서 이에 대한 경영판단이 필요한 시점이다.