게시판 > 질답게시판 > Utility Consumption IA 양 산정

스테파노 Stefano

16-03-29 12:05

i) On-off Valve의 경우 단순히 Cylinder부피와 개폐 만으로 계산되는 것이 아니고 동작시 Valve Actuator작동압력돌 고려해야 합니다.
ii) On-off Valve가 Plant Upset(공장이상발생시)에만 동작하는지 정상운전중 항시 동작하고 있는지에 따라 달라집니다. 비정상시 발생하는 것은 Air Receiver Drum에서 공급되는 량으로 충분할 것으로 봅니다.
iii)그렇지않고 정상적으로 동작하는 On-Off Valve라고 하면 평균적으로 필요한 량으로 계산하고 여기에 20%~30%를 여유치로 가지고 있으면 될 것입니다.
iv) IA Receiver Drum으로 순간적인 수요를 충당할 수 있도록 해야 할것이고 Compressor 용량은 평균수요에다 여유치를 더한 값의 IA 용량으로 하고 IA만들기 위해 Dryer에서 소요되는 량을 고려해야 하며 공기의 습도가 가장 높았을 경우에 대비해야 하기 때문에 Air Compressor 설계를 위한 설계기준 대기조건도 확인해야 합니다.

기준이 없을 경우 유사 공장의 실제 IA부하를 조사해보는 것도 필요합니다.

장현수 jddast

16-04-03 01:43

저도 굉장히 이것에 대해 많이 고민을 했던 사항이라 제 의견 및 추가질문을 하겠습니다.

계산방법 1은 순간적인 max 유량 (5초만에 full close에서 full open)을 계산한 것으로 이것으로 IA consumption을 잡는다면 IA header는 엄청나게 커야할 것입니다. 예제에 대해서,,

0) 실제 actuator volume / opening time을 한것이므로 actual volumetric flowrate (m3/h, L/h..,)가 나올것입니다. Valve A가 7.2 Nm3/h가 아니고 7.2 m3/h가 됩니다. 이에 Nm3/h가 되려면 위 스테파노님 답변 i처럼 IA온도/압력을 고려하여 환산(보일-샤를법칙으로)해야 합니다.
1) plant에 valve가 4개만 있는 것도 아니고
2) actuator가 커지면 (물론 opening time도 길어지겠지만) 유량이 커질 수도 있고
3) 이 계산방법은 5초마다 반복적으로 Open하는 유량이 될 것입니다. 5초만에 open하고 5초만에 close를 무한반복한다고 하더라도 opening때만 IA가 필요하고 close시 빠지는 시간동안 consumption이 없을 것이니 계산된 유량의 1/2만 소요가 될 것입니다.
4) Logic 이나 startup/shutdown sequence를 보면 system적으로 동시에 열리는 또는 열리지 않는 grouping은 어느정도 가능하지만 Plant전체 수백개를 이처럼 정의할 수도 없습니다.

일반프로젝트에서는 그냥 스펙에 on/off valve한개당 x Nm3/h로 정의된 곳도 있었지만, 한 프로젝트에서는 10 min basis로 아래와 같이 정의를 했습니다.
- On/Off valve consumption is based on the quantity of valves entered storking (with air) every 10minutes.
이에 따라 아래와 같이 정의할 수가 있습니다.
V_actuator / 10 min * (P/1.013) / (273.15/T) *60 min/hr = xx Nm3/h per valve
where, V_actuator = Actuator Volume in m3
P = IA pressure at actuator in bara
T = IA temperature at actuator in C
압력은 IA header압력이 아닌 일반적으로 valve작동압력을 4.5-5.5 barg로 setting을 하기에 밸브최소작동디자인압력 또는 Valve actuator에 달린 regulator set point로 계산해야 합니다.

위처럼 계산하는 것은 10분당 한번정도 열리는 것으로 가정한 것으로 질문자님의 계산방법2번과 같은 맥락입니다. 단, 이처럼 계산은 IA header/subheader sizing에 적절하다고 개인적으로 판단이 되나 아래와 같은 여러가지 상황에서 의문이 있을 수 있습니다.

Each Branch라인은 대게 1/2", 3/4" air pipe로 끌고와서 1m근처에서 tubing 1/2",3/4", 3/8"등으로 valve에 연결이 됩니다.
1) Actuator가 아주 큰 경우 valve가 design opening time을 만족하지 않을 수가 있습니다. 최초 예제로 필요opening time이 5초라고 한다면, 3/4" pipe and tubing에서 pressure drop이 많이 걸려 min design valve operating pressure (5barg로 가정)를 만족하지 않을 수 있습니다. 특히 한 subheader에 이런 동시에 열려야 하는 큰 밸브를 같이 연결하고, subheader sizing은 10min basis로 했기때문에 부족한 air pressure로 인해 opening time이 5초가 (물론 big valve인 경우 5초가 아니라 그 이상일 것임) 아니라 그 이상일 수도 있을 것 같습니다. (예로 60" blower in/outlet on/off valve는 동시에 열려야함) 각 valve의 regulator가 5 barg언저리에서 valve를 닫을 것이고 다시 회복되면 다시 열리다가 적당한 유량에 맞게 천천히 air를 유입할것이기 때문입니다. Startup때에는 천천히 열려도 상관없겠지만 operation중 얼마나 천천히 열려도 되는지 verification하기가 어렵습니다. 이때문에 각 라인을 hydraulic 하여 비이상적인 size (1" 또는 그 이상으로) 해줘야 하는게 맞는 것인지 의문입니다.

2) Fast Opening이 필요한 경우 (Compressor Anti-surge valve, SIS가 걸린 Overpressure protection valve등)는 대게 valve부속품으로 Air volume tank 및 Booster가 설치되어 있겠지만 Air consumption을 위와 똑같이 잡아야 하는지 의문입니다. 예로, 24" 이상의 anti-surge valve가 2초만에 열려야 한다면 순간 필요유량이 너무 크게 되는데 valve 업체에서는 그냥 actuator volume 또는 test에 사용된 유량만 전달해줄 뿐이 었습니다.

제가 위처럼 생각하는 것에 오류가 있는지 의견 부탁 드립니다.

저도 굉장히 이것에 대해 많이 고민을 했던 사항이라 제 의견 및 추가질문을 하겠습니다.

계산방법 1은 순간적인 max 유량 (5초만에 full close에서 full open)을 계산한 것으로 이것으로 IA consumption을 잡는다면 IA header는 엄청나게 커야할 것입니다. 예제에 대해서,,

0) 실제 actuator volume / opening time을 한것이므로 actual volumetric flowrate (m3/h, L/h..,)가 나올것입니다. Valve A가 7.2 Nm3/h가 아니고 7.2 m3/h가 됩니다. 이에 Nm3/h가 되려면 위 스테파노님 답변 i처럼 IA온도/압력을 고려하여 환산(보일-샤를법칙으로)해야 합니다.
 1) plant에 valve가 4개만 있는 것도 아니고 
 2) actuator가 커지면 (물론 opening time도 길어지겠지만) 유량이 커질 수도 있고 
 3) 이 계산방법은 5초마다 반복적으로 Open하는 유량이 될 것입니다. 5초만에 open하고 5초만에 close를 무한반복한다고 하더라도 opening때만 IA가 필요하고 close시 빠지는 시간동안 consumption이 없을 것이니 계산된 유량의 1/2만 소요가 될 것입니다. 
 4) Logic 이나 startup/shutdown sequence를 보면 system적으로 동시에 열리는 또는 열리지 않는 grouping은 어느정도 가능하지만 Plant전체 수백개를 이처럼 정의할 수도 없습니다.

일반프로젝트에서는 그냥 스펙에 on/off valve한개당 x Nm3/h로 정의된 곳도 있었지만, 한 프로젝트에서는 10 min basis로 아래와 같이 정의를 했습니다.
 - On/Off valve consumption is based on the quantity of valves entered storking (with air) every 10minutes.
이에 따라 아래와 같이 정의할 수가 있습니다.
 V_actuator / 10 min * (P/1.013) / (273.15/T) *60 min/hr = xx Nm3/h per valve
 where, V_actuator = Actuator Volume in m3
            P = IA pressure at actuator in bara
            T = IA temperature at actuator in C
압력은 IA header압력이 아닌 일반적으로 valve작동압력을 4.5-5.5 barg로 setting을 하기에 밸브최소작동디자인압력 또는 Valve actuator에 달린 regulator set point로 계산해야 합니다.

위처럼 계산하는 것은 10분당 한번정도 열리는 것으로 가정한 것으로 질문자님의 계산방법2번과 같은 맥락입니다. 단, 이처럼 계산은 IA header/subheader sizing에 적절하다고 개인적으로 판단이 되나 아래와 같은 여러가지 상황에서 의문이 있을 수 있습니다.

Each Branch라인은 대게 1/2", 3/4" air pipe로 끌고와서 1m근처에서 tubing 1/2",3/4", 3/8"등으로 valve에 연결이 됩니다.
1) Actuator가 아주 큰 경우 valve가 design opening time을 만족하지 않을 수가 있습니다. 최초 예제로 필요opening time이 5초라고 한다면, 3/4" pipe and tubing에서 pressure drop이 많이 걸려 min design valve operating pressure (5barg로 가정)를 만족하지 않을 수 있습니다. 특히 한 subheader에 이런 동시에 열려야 하는 큰 밸브를 같이 연결하고, subheader sizing은 10min basis로 했기때문에 부족한 air pressure로 인해 opening time이 5초가 (물론 big valve인 경우 5초가 아니라 그 이상일 것임) 아니라 그 이상일 수도 있을 것 같습니다. (예로 60" blower in/outlet on/off valve는 동시에 열려야함) 각 valve의 regulator가 5 barg언저리에서 valve를 닫을 것이고 다시 회복되면 다시 열리다가 적당한 유량에 맞게 천천히 air를 유입할것이기 때문입니다. Startup때에는 천천히 열려도 상관없겠지만 operation중 얼마나 천천히 열려도 되는지 verification하기가 어렵습니다. 이때문에 각 라인을 hydraulic 하여 비이상적인 size (1" 또는 그 이상으로) 해줘야 하는게 맞는 것인지 의문입니다.

2) Fast Opening이 필요한 경우 (Compressor Anti-surge valve, SIS가 걸린 Overpressure protection valve등)는 대게 valve부속품으로 Air volume tank 및 Booster가 설치되어 있겠지만 Air consumption을 위와 똑같이 잡아야 하는지 의문입니다. 예로, 24" 이상의 anti-surge valve가 2초만에 열려야 한다면 순간 필요유량이 너무 크게 되는데 valve 업체에서는 그냥 actuator volume 또는 test에 사용된 유량만 전달해줄 뿐이 었습니다.

제가 위처럼 생각하는 것에 오류가 있는지 의견 부탁 드립니다.

스테파노 Stefano

16-04-04 14:52

(1) IA 사용량은 (1)개개 사용처의 유량과 (2) 동시 가동율 고려하고 (3)작동위한 최소 압력이 고려되어야 합니다. 개별수량에 개별 Maximum 유량으로 계산하면 과다설계용량이 됩니다.

i) 문제는 동시가동율인데 이미 설명한 바와 같이 대단위 공장의 경우 Unit 단위 혹은 Pant단위 IA 소요량이 대체로 Know-How로 알려져 있어서 이를 기준으로 하면 되므로 Licenser의 Reference Data를 이용할 수 있습니다.

ii) IA의 사용은 실온에서 주로 사용되는데 Nm3이냐 Am3이냐의 차이는 Site에 다르겠지만 차이는 대체로 10% 미만이고 온도보다는 습도의 영향이 더 클 수 있으므로 Air Compressor/Air Dryer 설계를 위한 설계기준(Design Basis)를 준수해야 하고 정상동작압력이 감안된 량이 산출되어야 합니다.

iii) 원래의 질문에서 5초만에 열리고 닫히는 것으로 되어있는데 이는 동작시간이라고 봐야하지 매 5초마다 밸브가 열리고 닽히는 것으로 인식하면 안될것입니다. 한시간에 혹은 하루에 몇번 열리고 닫히는냐의 빈도를 고려해야 겠지요.

(만일 5초만에 열리고 닫히는 밸브가 있다면 동력비 절감을 위해 유압식으로 하는 것이 경제적이겠고 대형 Cylinder형 Actuator를 사용하는 공압식 밸브를 사용한다고 해도 공구용 Air 사용하듯이 별도의 Compressor를 사용하고 건조공기를 사용할 필요없이 압축공기를 바로 사용할 수 있도록 하는 것이 현명할 것이라고 봅니다 . 특히 Response가 빨라야 되는 Valve는 공압밸브대신 유압식 밸브를 설치해야 합니다.)

(2) 원래의 질문에서의 방법 "2"로 계산하는 방법은 동작빈도(일 개폐횟수)와 동시가동율(20%) 는 고려하였지만 동작압력은 전혀 고려되지 않은채 씰린더 부피로만 계산하고 있는데 이는 잘못된 방법입니다. 실린데에 걸리는 압력을 고려하여 사용량이 계산되어야 하고 또한 열릴때와 닫힐때 필요한 IA도 동시에 고려해야 하므로 2배의 공기량이 필요할 수도 있는데 그리 계산된 량인지 불분명합니다. 이들이 모두 제대로 고려하여 계산되었다면 이 방법이 합리적 방법입니다.

(3) User 연결 Air Piping의 크기는 최대 공급량 기준으로 Sizing 해야 하므로 우선 Air 소요량과 공급압력으로부터 계산되었다면 안심입니다. Header에 많은 밸브가 연결되었다면 Header 관경을 키워 공급하고 Branch 관을 Tubing으로 연결할 수 있습니다. Tubing인 경우라고 해도 Air 순간공급량이 커서 압력손실이 문제되는 경우는 거의 없습니다.

(4) IA 순간적인 부하증감은 Header와 IA Receiver가 부담하는 것이기 때문에 Header의 Size가 문제되도록 해서는 안되겠지요. 만일 IA 공급처에서 멀리 떨어진 곳에 순간부하가 큰 User가 있다면 그 부분 가까운 곳에 Air Receiver가 놓이도록 하거나 별도의 IA Pot를 달아둠으로서 순간부하를 완충하여 해결하게 됩니다.

(5) Compressor Vendor 공급 Anti-surge Valve의 공기 소요량 정보만 제공받았다고 하면 그 Anti-Surge Valve의 설치경험에 바탕을 둔 밸브작동 방법과 동자계통에 대해 보다 자세한 실제 경험적 자료를 요청하여 받아 보도록 하여야 합니다. 정치(?)에도 반드시 유경험자의 지식이 꼭 필요하듯이...

(1) IA 사용량은 (1)개개 사용처의 유량과 (2) 동시 가동율 고려하고 (3)작동위한 최소 압력이 고려되어야 합니다.  개별수량에 개별 Maximum 유량으로 계산하면 과다설계용량이 됩니다.

i) 문제는 동시가동율인데 이미 설명한 바와 같이 대단위 공장의 경우 Unit 단위 혹은 Pant단위 IA 소요량이 대체로 Know-How로 알려져 있어서 이를 기준으로 하면 되므로 Licenser의 Reference Data를 이용할 수 있습니다.

ii) IA의 사용은 실온에서 주로 사용되는데 Nm3이냐 Am3이냐의 차이는 Site에 다르겠지만 차이는 대체로 10% 미만이고 온도보다는 습도의 영향이 더 클 수 있으므로 Air Compressor/Air Dryer 설계를 위한 설계기준(Design Basis)를 준수해야 하고 정상동작압력이 감안된 량이 산출되어야 합니다.

iii) 원래의 질문에서 5초만에 열리고 닫히는 것으로 되어있는데 이는 동작시간이라고 봐야하지 매 5초마다 밸브가 열리고 닽히는 것으로 인식하면 안될것입니다.    한시간에 혹은 하루에 몇번 열리고 닫히는냐의 빈도를 고려해야 겠지요.

(만일 5초만에 열리고 닫히는 밸브가 있다면 동력비 절감을 위해 유압식으로 하는 것이 경제적이겠고 대형 Cylinder형 Actuator를 사용하는 공압식 밸브를 사용한다고 해도 공구용 Air 사용하듯이 별도의 Compressor를 사용하고 건조공기를 사용할 필요없이 압축공기를 바로 사용할 수 있도록 하는 것이 현명할 것이라고 봅니다 . 특히  Response가 빨라야 되는 Valve는 공압밸브대신 유압식 밸브를 설치해야 합니다.)

(2) 원래의 질문에서의 방법 "2"로 계산하는 방법은 동작빈도(일 개폐횟수)와 동시가동율(20%) 는 고려하였지만 동작압력은 전혀 고려되지 않은채 씰린더 부피로만 계산하고 있는데 이는 잘못된 방법입니다.  실린데에 걸리는 압력을 고려하여 사용량이 계산되어야 하고 또한 열릴때와 닫힐때 필요한 IA도 동시에 고려해야 하므로 2배의 공기량이 필요할 수도 있는데 그리 계산된 량인지 불분명합니다.  이들이 모두 제대로 고려하여 계산되었다면 이 방법이 합리적 방법입니다.

(3) User 연결 Air Piping의 크기는 최대 공급량 기준으로 Sizing 해야 하므로 우선 Air 소요량과 공급압력으로부터 계산되었다면 안심입니다.   Header에 많은 밸브가 연결되었다면 Header 관경을 키워 공급하고 Branch 관을 Tubing으로 연결할 수 있습니다.  Tubing인 경우라고 해도 Air 순간공급량이 커서 압력손실이 문제되는 경우는 거의 없습니다.

(4) IA 순간적인 부하증감은 Header와 IA Receiver가 부담하는 것이기 때문에 Header의 Size가 문제되도록 해서는 안되겠지요.   만일 IA 공급처에서 멀리 떨어진 곳에 순간부하가 큰 User가 있다면 그 부분 가까운 곳에 Air Receiver가 놓이도록 하거나 별도의 IA Pot를 달아둠으로서 순간부하를 완충하여 해결하게 됩니다.

(5) Compressor Vendor 공급 Anti-surge Valve의 공기 소요량 정보만 제공받았다고 하면 그 Anti-Surge Valve의 설치경험에 바탕을 둔 밸브작동 방법과 동자계통에 대해 보다 자세한 실제 경험적 자료를 요청하여 받아 보도록 하여야 합니다.   정치(?)에도 반드시 유경험자의 지식이 꼭 필요하듯이...