AIR COMPRESSOR SYSTEM에서의 환경대책과 에너지절약 방안 :: Today

연재순서
1. 지구환경 보존을 위하여
2. 공기압축기의 선택
3. 공기압축기의 분류
4. 압축공기 시스템의 에너지절약에 대하여
5. 관리방식의 차이에 의한 전력량 비교
6. 에너지절약의 사례
가. 낮은 공기압 유지를 실현
나. 오일 범용기의 도입
다. 오일 INJECTION 범용기 → OIL FREE INVERTER COMPRESSOR의 도입
라. 대수제어반의 도입
마. 범용기 → 인버터기의 도입
바. 엔진 COMPRESSOR의 도입
사. 배관 사이즈 변경에 의한 압손실 경감
7. AIR COMPRESSOR의 에너지절약 환경도 점검
8. 압축공기 에너지절약 및 환경제안 시스템
9. 공기압축기의 에너지절약 진단
가. 전력측정
나. 압력측정
다. 공기량 측정
10. 대수제어반
가. 대수 제어 시스템의 개요
나. 대수 제어에 의한 에너지 절약 효과

1987년 Pressed Air System 전문업체로 출범한 한국에어로는 공기압축기 분야에서 20년간 역사를 써오며 국내 공기압축기 시장의 주목을 받아왔다.

고유가 시대와 맞물려 지구환경까지 날로 악화되는 요즘, 한국에어로의 “Air Compressor System에서의 환경대책과 에너지 절약 방안”을 통해 에너지 절약사례 및 관리방식에 따른 전력량의 차이를 비교해 보았다. <편집자 주>

※자료제공 : 한국에어로(주)

사. 배관 사이즈 변경에 의한 압손실 경감

1) 공장내 메인배관 “1¼ → 3” 변경

1차측 압력 0.74MPa, 공기량 8㎥/min때의 값으로 직관시의 압손실과 기타 엘보 등의 압손실도 포함하고 있다.

배관사이즈를 변경하면 색 범위의 압력손실을 방지하게 되고, 동시에 콤프레셔 자체의 상용압력도 낮추는 일이 가능하게 된다.

<그림1> M사에 관한 배관사이즈로 인한 압손실의 차(배관연장:110m)

2) 배관 사이즈 변경에 의한 장점

AIR COMPRESSOR 상용압력을 0.14MPa(1.4kg/㎠) 내리면 약 10%의 소비전력을 절약할 수 있다.

즉, COMPRESSOR의 상용압력을 0.1MPa(1Kg/㎠)내리면 8%의 전력량을 절약하게 된다.

7. AIR COMPRESSOR의 에너지 절약·환경도 점검

에너지 절약 및 환경도 점검을 위해서는 <표1>과 같은 체크리스트를 활용할 수 있다.

<표1>에너지 절약 및 환경도 점검 체크리스트

순서	질문	Yes/No	대처방안
1	COMPRESSOR 토출압력은 적절합니까?	Yes/No	COMPRESSOR의 설정압력을 확인
2	공장배관의 사이즈는 적절합니까?	Yes/No	공기사용량의 재확인
3	배관, 크린기기의 압력손실은 크지 않습니까?	Yes/No	배관, 필터류의 눈막힘 점검
4	설비기기는 필요 최저압력으로 사용하고 있습니까?	Yes/No	기기마다 설정압력의 재확인
5	정기 점검정비는 충분히 행하고 있습니까?	Yes/No	COMPRESSOR마다 정비계획표 작성
6	배관, 설비기기에서의 에어누출은 없습니까?	Yes/No	에어누출의 최소화
7	국소별로 압력설정을 하고 있습니까?	Yes/No	배관루트 재검토
8	필요공기량에 따른 운전대수제어를 하고 있습니까?	Yes/No	부하변동에 대응하는 시스템으로 변경
9	COMPRESSOR는 중간부하로 운전하고 있지 않습니까?	Yes/No	COMPRESSOR의 크기, 성능 확인
10	COMPRESSOR의 연간전기요금을 파악하고 있습니까?	Yes/No	전기요금은 공장전체의 몇%인지 확인
11	COMPRESSOR의 폐유의 삭감을 생각하고 있습니까?	Yes/No	환경보호를 위하여 OIL FREE COMP 도입
12	필터류(소모품)의 삭감을 생각하고 있습니까?	Yes/No	COMPRESSOR의 주위공기, 환경개선으로 필터류의 조기 눈막힘을 방지
13	지구온난화 방지대책, 에너지절약을 생각하고 있습니까?	Yes/No	효율이 좋은 COMPRESSOR로 전력의 절감
14	COMPRESSOR의 흡입저항은 크지 않습니까?	Yes/No	650mmaQ의 흡입저항으로 약 6%의 공기량 감소
15	드레인처리는 전용배관으로 처리하고 있습니까?	Yes/No	드레인 분산장치로 청결한 배수
16	COMPRESSOR ROOM의 환기는 충분합니까?	Yes/No	주변 공기온도가 높으면 COMP효율은 저하 20℃와 40℃에서는 약10%의 공기량 감소
17	에너지절약형 COMP를 사용하고 있습니까?	Yes/No	신형 COMPRESSOR의 도입, 인버터타입
18	COMPRESSOR의 전기요금(월액)의 삭감을 생각하고 있습니까?	Yes/No	대수제어장치의 도입 적절한 공기탱크의 설치
19	COMPRESSOR의 전기요금(월액)의 삭감을 생각하고 있습니까?	Yes/No	계획적인 메인터넌스로 긴급정지의 배제
20	공장의 공기사용량을 측정하고 COMP의 효율을 파악하고 있습니까?	Yes/No	COMPRESSOR는 무부하운전으로도 65%~70%의 전력을 소비

●●TOTAL POINT

이상의 점검에서 No가 16개 이상이면 에너지절약을 무시하는 상태로 큰 손실을 입게 될지도 모르니 쉬운 에너지절약부터 꼭 시작해야한다.

No가 11-15개 사이라면 에너지절약도가 아직 낮은 상태로 먼저 할 수 있는 절약부터 실천해야한다.

No가 6-10개 사이라면 에너지 절약도가 만족스러운 정도, No가 5개 이하라면 에너지 절약도가 상당히 높은 상태다.

8. 압축공기 에너지절약 및 환경제안 시스템

먼저 현재의 상태를 정확하게 판단할 필요성이 있다.

압력손실 측정과 전력량 측정, 공기량 측정을 통해 정확한 진단을 내린다.

그리고 사용환경의 특징을 분석하고 계수분석을 하여 구체적 금액으로서의 시험계산을 하는 개선 시뮬레이션 과정이 필요하다.

마지막으로 개선의 구체적 방향을 제시하고, 상세한 견적을 제안하고, 5W1H에 의한 구체적인 돌파구 스케줄로 방법을 내 놓는다.

9. 공기압축기의 에너지절약 진단

가. 전력측정

1) 주요실시목적

콤프레셔가 어느 정도의 전력을 사용하고 있는 것인지 확인하고, 시기마다의 누적되는 전력과 콤프레셔의 운전 부하상태를 확인한다.

2) 주요 전력 측정계의 소개

① 크램프온 파워 하이 테스트(3168, 3168-01(HIOKI제))

- 5A~500A/1KW(단상2선) ~ 200KW(3상3선)와이드렌지

- 겨우 120(W)×170(H)×50(D)(mm)·600g의 콤팩트 사이즈

- 측정항목 데이터를 간격을 두고 PC카드로 자동보존

- 측정과 측정데이터 전송에 편리한 전용 퍼스널 컴퓨터 부속

- 1대의 퍼스널 컴퓨터로 최대 31계통의 전력관리가 가능

삼정정기 각 영업소에서 에너지 절약 제안에 사용되고 있는 전력계로 간이형이지만, 전원 자급형이기 때문에 장소를 불문하고 사용이 편리하다.

<그림2> 크램프온 파워 하이 테스트

② 크램프 전력계(CW140)

- 1대로 2계통 부하의 측정

- LCD화면으로 보기 쉬운 표시

- 일본어 표시에 의한 항목대응

- 충실한 데이터 관리

- 부하의 평준화

- 고주파 측정모드 표준장비

삼정정기 각 영업소에서 에너지 절약 제안에 사용하고 있는 전력계로 2대 동시에 측정하는 것이 가능하다.

또한, 순간·적산·누적 전력 등 다채로운 사용이 가능하다.

<그림3> 크램프 전력계

3) 콤프레셔와 전력계의 결선 방법

결선 연결은 브레카 측에서도 가능하고, <그림4>에서 확인할 수 있다.

<그림4> 3상3선의 결선방법

4) 전력계의 설정방법

① 전압·전류 레인지의 조정 : 200V or 400V의 확인, 전류(A)는 모터 출력×4(3000V 이상의 측정은 기본적으로 불가능)

② 측정 인터벌의 설정 : 부하측정이라면 1주일간으로 10분 간격이 최상(디맨드는 등)

③ 측정시간의 설정 : 깨끗한 데이터를 얻기 위해 타이머를 설정

<그림5> 에너지절약 효과 그래프

5) 기타

전류치에서 계산하여 공기량을 산출하는 방법은 <실측전류치÷정격 전류치=모터 부하율>로 모터 부하율에 의해 공기량을 구한다.

예) 부하경감 장치 부착

·모터 부하율이 90% 이상의 경우 : 에어 부하율=((모터부하율-65)/0.36)

·모터 부하율이 30% 이상의 경우 : 에어 부하율=((모터부하율-30)/0.86)

·모터 부하율이 30% 미만의 경우 : 0

모터 부하율 50%의 경우는 에어부하율=((50-30)/0.86)=23.2%

나. 압력측정

1) 중요한 압력 측정 장소

① 1차압 - 콤프레셔 내부 압력(콤프레셔의 부하상태 확인)

② 2차압 - 서비스 에어 배관 압력(사용압력 변동폭 확인)

<그림6>압력 측정 장소

2) 사용할 압력 센서

- 출력신호

① 전압(1~5V) : 내 노이즈에 뛰어나다.(사용실시 예 : ZV시리즈로 사용)

② 전류(4~20mA) : 원거리 측정에 뛰어나다.(사용실시 예 : Z-6형에서 사용)

<그림7>전압로그

3) 중요 데이터 로그의 소개

- 전압로그 3635-04/-05/-06

16,000개의 대량 데이터를 기록하고 본체 메모리의 데이터를 PC로 전송하여 데이터 처리가 용이(옵션의 3911을 사용)하다.

또한 3911부속의 전용 소프트웨어로 현재 시각, 기록간격, 기록개시, 기록종료, 기록방법, 코멘트 등의 설정이 가능하다.

삼정정기에서는 2004년부터 에너지절약 제안시의 측정에 사용할 예정이다.(1~5V용)

4) 콤프레셔와(압력센서 데이터 로그)의 결선방법

① 1~5V의 압력센서를 사용할 경우

<그림8> 1~5V의 압력센서를 사용할 경우

② 4~20mA의 압력센서를 사용할 경우

<그림9>4~20mA의 압력센서를 사용할 경우

다. 공기량 측정

1) 주요 측정방법

① 후로세루 유량계를 사용하여 측정한다.

후로세루 유량계는 오리피스 유량계와 면적식 유량계의 각각의 특성을 살려서 개발된 것으로 구조 및 취급이 용이하여 면적식 유량계와 똑같은 정밀도를 유지하고, 가격도 적당한 획기적인 유량계다.

※ 후로세루 유량계 설치 및 사용상의 주의사항

㉮ 기체에 사용할 경우 급격하게 밸브를 개폐하면 플루트가 헌팅을 일으켜 테이퍼관, 플루트, 스토퍼 등의 부품을 손상하기도 하고, 성능에 악영향을 미칠 수도 있다.

㉯ 테이퍼관에 급격한 온도변화를 주면 파손될 우려가 있다.

㉰ 동결의 우려가 있는 장소에서 가동하지 않을 경우 액체의 동결에 의한 테이퍼관 등의 파손 사고를 막기 위하여 유량 지시부 내의액체를 배출한다.

② 에어탱크의 충진 시간으로부터 역으로 계산한다.

※ 탱크 충진에 의한 간이 계산식 : (에어탱크 용량×(승압폭 1))÷충진 시간(분)=콤프레셔 공기량
예) 3㎥의 탱크를 5k→7k 승압했을 때 시간이 약 50초 걸린다. 이때 콤프레셔의 공기량은 얼마일까?

3×(2 1)÷0.83=10.8㎥/min

③ 노즐을 사용하여 측정한다.

오리피스를 설치한다→볼밸브를 완전히 연다→콤프레셔를 운전한다 →볼밸브를 한번 닫고, 다시 완전히 개폐한다→콤프레셔의 게이지 압력이 거의 상용압력 이상으로 되어 있는지 확인했을 때, 상용압력 이상이라면 공기량을 확보하고 있다고 판단할 수 있다.

(계산식 참조) 상용압력을 대폭 하회한다면 공기량을 확보할 수 없다고 판단할 수 있다.

(공기량 계산식)
Q=7.6×d²×(P＋1)
Q : 공기소비량(기준공기상태)
P : 공급 공기압력
d : 노즐 직경④ 흡입압력을 측정하고, 산출한다.

※ 기존에 설치된 콤프레셔의 실제 기계운전에 의한 확인방법

실제기계운전에 사용할 콤프레셔의 흡입조정밸브 다음의 흡입관에 진공압력계기를 연결한다→콤프레셔 단독운전을 실시하고, 에어라인에 토출 공기를 토출한다→콤프레셔는 에어량에 맞는 운전을 계속 한다→언로드 운전시의 흡입 압력(진공도)을 계측하고, 아래의 계산식에 의하여 부하율을 구하고, 공기량을 산출한다.

·부하율(%)=[Ps(무부하시)-Ps(측정값)] ÷[Ps(무부하시)-Ps(전부하시)]

- Ps : 흡입압력(진공압)mmHg 또는 KPa

- Ps(무부하시) 완전 무부하(0%) 운전시의 흡입압력

- Ps(전부하시) 전부하(100%) 운전시의 흡입압력

- Ps(측정값)운전시의 흡입압력

·공기량=정격 토출 공기량×부하율

(계산 예) Z375AS로의 실제 기계운전에 의한 공기량 진단 조사 예

Ps(무부하시) : -700mmHg(-93.4KPa)

Ps(전부하시) : -30mmHg(-4KPa)

Ps(측정값) : -500mmHg(66.5KPa)

·부하율=[(-700)-(-500)] ÷[(-700)-(-30)]=0.30 (약 30%)

·공기량=정격 토출 공기량 : 6.1㎥/min×0.3=1.83㎥/min