자동로그인
컨텐츠 | contents
일반게시판
Q&A게시판
공학 S/W
스터디 | study
단위환산
농도계산
일반화학
화공일반
화공실무

   
  Compressor Capacity (Dry or Wet basis)
  글쓴이 : 장현수   고유ID : jddast     날짜 : 17-11-02 12:57     조회 : 1240    
Compressor API datasheet를 보면 Capacity를 Wet 또는 Dry를 표기하게 되어 있습니다. 이것이 어떤 의미를 가지고 어떻게 적용이 되는지 자세히 알고 싶습니다
.
우선 API code에는 이에 관련한 설명이 없는 것 같습니다. Wet은 water vapor를 포함한 수치이고 Dry는 water vapor를 포함하지 않은 수치라고 이해하고 있습니다. 

Air compressor의 경우 inlet과 outlet의 포화습도차이로 인해 응축수가 발생하게 됩니다. 이를 drain system(필요한 경우 유수분리기사용) 또는 IA를 생산하는 경우라면 dryer를 설치하여 제거하게 됩니다. 이에 따라 실제 process에서 필요한 air의 양보다는 많은 양의 공기를 compressor는 흡입해야만 합니다. 그래서 대부분 datasheet 작성시 system에서 필요한 required air량(dry basis), humidity를 기입하여 발주를 하게 될 것입니다.

제가 이해하고 있는 부분이 맞다면 여기서 2가지 질문이 발생합니다.
Q1) Air compressor system에서 Wet base로 적어주는 경우가 필요한지? 상상컨대 대기의 온도/압력/습도에 맞게 직접계산하여 datasheet에 N2, O2, H2O등의 함량을 직접 적어주는 (Wet base) 경우가 있는건지 이해가 안됩니다.

Q2) Air compressor는 API672를 적용받고, 일반 compressor (원심식이라면) API617을 적용받습니다. 일반 compressor에도 wet/dry를 구분하게 되어있는데, 여기에서는 도무지 구분하는 이유를 짐작조차 되지 않습니다. 일반 process의 경우 hydrocarbon과 water가 섞여 있는 경우라면, humidity에 영향과는 다르게 각 component의 조성을 적어주기 때문에 굳이 구분하는 이유는 무엇인지요?

스테파노 Stefano   17-11-02 13:44
(1) Wet Air Basis 혹은 Dry Air Basis를 구분하는 목적은 간단합니다.  정확한 용량 기준을 정하기 위함이지요.

(2) Air Compressor 발주 규격을 정해 주려면 우선  흡입되는 공기의 규격이 중요합니다.  공기의 규격이라고 한다면 온도, 습도, 압력, 분진함량 등을 언급해 주어야 할 것입니다.  이들의 규격은 계절마다 다르고 시간대에 따라 달라지며 날씨에 따라서도 달라집니다.  그러기 때문에 정확한 공기규격이 먼저 정해져야 하고 그리고 나서 습공기 기준인가 건공기 기준인가를 따져야 합니다.

예를들어  겨울철  5℃,  755 mmHg,  상대습도 40%  기준으로  공기를 압축할 수 있는 압축기를 구입하였는데  여름철 27도 750 mmHg,  상대습도 75%가 된다면 그 압축기는 여름철에 용량이 부족한 상태가 될 수도 있습니다. 

(3) 앞선 (2)항의 예와같이 공기의 규격이 정확히 정해지면  Dry Basis 유량은 Wet Basis 유량으로 환산이 가능합니다. 반대의 경우도 가능합니다.    그러나  공기규격을 정해두었더라도 Dry Basis인지 Wet Basis인지 명시하지 않으면 용량이 달라집니다.

그러기 때문에 Air Compress의 용량을 정함에 있어서는 i) 흡입 공기규격을 정함이 먼저이고 ii) Wet Basis인지 Dry Basis인지 명확히 구분하여야 하고 iii) 배출압력과 잔류부분량의 규격을 정하는 것이 중요합니다.  iii)의 경우는 압축후 냉각은 몇도까지 해야 원하는 압축공기가 얻어지는지 건조기를 필요하는지 그렇지 않은지 판단가능 합니다.

(4) 압축기가 설치되는 지역, 최악(최고의 온도, 최고의 습도, 최저의 압력일 때)의 가동조건, 등이 명시되지 않으면 성능보장을 논할 수 없습니다.   

온도 압력이 동일하여도 온도와 습도가 높은 경우에는 수증기 분압이 높아 건공기부피와 습공기 부피의 차가 큰데 이 질문에서의 핵심은  정확히 Wet 혹은 Dry를 구분하여 용량을 알려달라는 주문입니다.

평균 대기압이 750 mmHg인 고산지대에 설치될 압축기가 온도와 압력에 따른 습도차에 의한 건조공기와 습공기의 수증기 분압차이가  20 mmHg라고 한다면 Wet 공기와 습공기의 부피차는  (20/750)*100%= 2.67 %에 해당합니다.

온도는 동일하고 습도만 차이가 나는 경우  Wet Air 부피 100 Nm3/min라면 이를 Dry Air로 환산하면
100 Nm3/min * (750 mmHg-20mmHg)/750mmHg  = 97.33 Nm3/min, Dry Basis  가 됩니다. 

이와 마찬가지로 Dry Air 부피 100 Nm3/h를 Wet Air로 환산하면 102. 7 Nm3/min, Wet Bais.

결론적으로..  압축기 발주시 온도, 압력, 습도 명시하지 않고  100 m3/min라고만  했다면 Compressor Vendor는 그 부피의 조건을 반드시 문의해 올 것입니다.
장현수 jddast   17-11-02 14:26
답변 감사 드리며 추가 질문는 아래와 같습니다.

(1) 일반적으로 존재하는 대기의 공기는 불포화 습공기이고 습도라는 척도로 표현을 할 수 있습니다. 이에 (특수한 상황을 제외하고 : 어떤 경우인지 잘 모르겠으나) 습공기를 압축기는 흡입하게 됩니다. 이에 발주 시 무조건 Wet base로 공기규격을 적어주게 될 것이라 생각되나, Dry base로 굳이 환산해야 하는 경우나 이유가 있는 것인지요?

(2) IA (Instrument Air)를 생산하는 Air Compressor Package인 경우는 예로 Dew point 5도 (at 7 barg) 같은 규격이 있기에 Dryer의 출구 조건은 거의 건공기에 가깝다고 할 수 있습니다. 이런 경우는 대부분 Compressor의 능력을 capacity를 주기 보다는 Dryer를 거쳐 생산되어 질 건공기 IA의 양을 전달하게 됩니다. 단, 흡입공기 조건은 주어야 할 것입니다. 이런 경우는 Wet/Dry 구분이 필요없을 것입니다.

(3) 최초질문 Q2와 같이 Air Compressor가 아닌 경우에는 습도개념이 없기 때문에 Wet/Dry 구분이 필요없다고 이해하는 것인 맞는 것인지요?
스테파노 Stefano   17-11-06 14:40
(AA1) 공기압축기 발주시 흡입(압축)량을 Wet Basis로 정했다고 하면 습도를 반드시 명시해 주어야 하고, Dry Basis로 정해둔 경우라고 하더라도 습도를 명시하지 않으면 명확한 유량의 흡입량이라고 할 수 없기 때문에 반드시 어느 방법이건 구분해서 명확히 나타내 줄 필요가 있습니다.   

Dry Basis로 환산하는 것은 어렵지 않지만 흡입공기의 습도나 온도에 따라 압축기 용량이 변함을 이해하고 명확히 표시해 주면 됩니다.    Wet Basis로 나타내고 Dry Basis량을 추가로 환산해서 나타내는 것이 일반적인 것이 아니고,  Dry Basis 용량을 정확히 먼저 나타내고 동시에 흡입공기의 온도와 습도를 명시해 주는 것이 일반적 원칙이라고 이해하고 있으면 됩니다. 

따라서 Dry Basis 유량을 굳이 환산해야 하는 이유가 못마땅 한 일이 아니고 먼저 Dry Basis 유량을 나타내지 않고 Wet Basis로 나타내고 있는 것에 대해 못마땅하다고 봐야 합니다.  결론적으로.. 이들 중 어느 하나를 알고 있을 때 다른 기준으로 환산할 수 없는 경우가 있다면 이로 인하여 발생하는 성능이상은 보장받을 수 없다고 보면 됩니다.

(AA2)  IA 규격을 흔히 Dew Point로 규격을 정하여 공기의 요구 건조도를 규정하는데 운전압력에서의 Dew Point 인지 대기압 Dew Point 인지 분명히 명시하지 않는 경우가 아주 많은데 이는 아주 경우에 따라 아주 중대한 실수로 나타날 우려가 많습니다.   

질문에서와 같이 만일 7 bar에서 Dew Point 5도라고 정해서  IA의 규격을 정한경우  겨울철 -10℃되는 지역에서 사용되는 IA라고 한다면 겨울철에 IA Line에 얼음이 생겨 Controller등의 노즐이 막히거나 IA 공급 Line 어딘가에서 얼음이 누적되어 막힐 우려가 분명히 존재합니다.    따라서 운전압력에서 Dew Point는 겨울철 최저온도보다 낮도록 건조되어야 합니다

압력이 높아서 잔류수분이 거의 없어서 압축기 유량은 거의 차이가 없다고 하더라도 겨울철 응축수분이 빙결하여 누적되게되면 IA 공급계통에 문제가 발생하고 경우에 따라서는 공장이 정지될 수도 있으므로 잔류수분규격은 정확히 해두지 않으면 안됩니다.

압축후 공기냉각수 수분을 제거해도 많은 수분에 제거되어 건조기 효과를 내지만  After Cooler의 용량은 수분함량에 따라 지대한 용량차이를 보입니다.  물의 응축잠열이 커서 물 1kg의 공기를 응축하는 열량이 공기 1 kg을 20도 냉각하는 것의 100배 이상이 됩니다.     

따라서 압축공기의 경우 Wet/Dry Air의 부피차나 Dew Point에 따라 수분함량 아주 미미한 경우라고 하더라도 수분함량을 대충 정의해서는 안됩니다.  우리나라 지역에서는 IA 규격은 7 kg/cm2 g의 압력에서 빙결되지 않으려면 위도에 따라 Dew Point -15~-20도 정도로 정해야 문제가 발생되지 않습니다.  부피차이 문제가 아니라 공기관내에서 빙결하느냐 않느냐에 달려있습니다.

(AA3) <최초질문 Q2와 같이 Air Compressor가 아닌 경우에는 습도개념이 없기 때문에 Wet/Dry 구분이 필요없다고 이해하는 것인 맞는 것인지요?> 
==>일반적으로 맞지 않다고 보면 됩니다. 

그말이 맞으려면 Cooling Medium 최저온도에서 응축되는 Vapor 물질이 존재하지 않는 경우, 혹은 압축 후 혼합가스의 온도가 모두 각 성분의 임계온도보다 높은 경우 응축되는 물질이 없는 Non-condensable Gas로만 구성된 경우에만 맞는 말입니다.  이중 전자는  온도가 임계점보다는 낮지만 포화압력이상으로 "Vapor"성분을 압축하지 않는 경우에 해당하고 후자는 "Gas"를 압축하는경우에 해당합니다.
코멘트입력
   

Copyright 1999.07.10-Now ChemEng.co.kr & 3D System Engineering. (mail : ykjang@naver.com, call 010-4456-8090)