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  Gas compressor speed / Surge line과 gas mole weight 간의 관계
  글쓴이 : ICSSengine…   고유ID : phdyoun     날짜 : 19-01-25 08:45     조회 : 96    
안녕하십니까. 처음으로 글을 올립니다.
Gas compressor 시운전 중인데 (참고로 process engineer 가 아니고 Control 쪽입니다.), compressor running 전 단계서 process gas 를 sampling 한 결과 design data 값 보다 mole weight (MW) 가 더 낮다는, 즉 더 가벼운 process gas 가 들어온다는 결과를 얻었습니다. 따라서 이런 상태에서 compressor 를 running 하면 Surge 가 일어날 수 있어 running 을 못한다는 service engineer의 의견에 따라, Compressor maker 와 teleconference 를 해서 새로운 MW에 대한 Compressor parameter를 받아서 다시 test 예정입니다. Control 만 하다 보니 장비에 대해서는 혼자 study 를 하는 편인데,
- MW 의 변경에 따른 Surge 와의 상관 관계를 좀 간단하게 설명 부탁드려도 될까요? 즉 MW 가 낮아지면 동일 speed 에서 Surge line 으로 접근한다는데 잘 이해가 안됩니다.
- MW 가 더 작은 가스이므로 speed를 높여야 한다고 하는데, 즉 밀도가 낮으니, 출구 압력이 밀도 및 속도에 비례(?)하므로 동일 속도에서 출구압이 떨어질 것이고, 따라서 Compressor 회전 속도를 높여서 MW 손실분을 보상해야한다는 것으로 이해하면 되는지요?

위의 두 문의가 서로 연결되어 있다고 생각되는데 좀 가르쳐주십시오.

스테파노 Stefano   19-01-25 18:41
(0) Centrifugal Compressor는 펌프와 마찬가지로 Rotor를 사용하여 원심력을 만들어 압력을 높여주는 장치인데 펌프와는 달리 압력에 따라 밀도가 변하고 또한 역으로 밀도가 커짐에 의해 원심력이 늘어나 배출압력이 높아지는 현상을 나타냅니다. 

(A1)질문에서와 같이 밀도가 줄어들게 되면 같은 Suction압력으로 들어온 Gas의 압력을 목적하는 압축비로 쉽게 높여주지 못하기 때문에 같은 회전수에서도 처리량이 줄어들어 버리고 처리량이 줄어들게 되므로 운전조건이 Surging 이 나타나는 쪽으로 이동하므로 주의가 필요합니다.

반대로 밀도가 늘어나면 같은 Suction 압력가 같은 회전수라도 쉽게 압축비가 도달하여 배출할 수 있는데 이로 인하여 유량이 늘어나고 모터의 부하도 함께 늘어나게됩니다.  이때는 Surging 문제는 없고 회전수 조절모터라면 회전수를 조절하여 주면 됩니다.

따라서 Compressor 발주시에 운전범위의 분자량을 명확히 정의해 두어야 공장건설 후 정상 운전에 지장을 받지 않겠지요.
첫 질문에 대한 답이 되었으리라 봅니다.

(A2) 맞습니다. 배출압력이 떨어지면 회전수를 높여야 하는데 그리해야 하는 이유가 바로 밀도(분자량)가 낮아서 그런것이지요.  모두에 설명한 내용이 이런 내용이였습니다.  (이를 바로 앞 문제와 관련지어 보면 ..회전수만 늘었지 압력이 올라가지 않으면 배출량을 늘일 수가 없어서 처리량이 줄게되는 것이고 그러다 보니 Surging Point를 목전에 두게 된다는 것이지요. 결국 같이 연결되는 문제이지요 ^^)

MW가 낮아지면 같은 배출압력을 나타내도록 하기 위해 회전수를 높여야 하겠지요. 출구 압력은 정해진 압축비 이상으로만 올려주면 사용처에서 사용되면서 사용압력에 맞춰주는데 지장이 없는습니다.  만일 쓰임이 많아 배출량이 늘어나면 Compressor가 원하는 압축비로 압축했다하더라도 배출압력이 떨어지므로 압력밸런스가 유지가 되지 않지요.

(3) 압축비를 낮추어 (즉 배출압력을 낮추어) 유량을 늘이는 경우에도 문제가 발생합니다.  이는 주로 Compressor의 Shaft를 기준으로 배출측에서 흡입측으로 Rotor 면적과 배출압력의 곱으로 Suction 측으로 밀어내는 힘과 흡입측 Rotor 면적과 흡입압력의 곱으로 나타나는 힙의 균형이 깨져서 Thrust Bearing에서 소음이 증가되기 때문에 일어나는 것이지요.  원심압축기는 항상 주의깊게 운전해야 하는 회전기기임이 분명하고..개스터빈, 제트엔진, 터보 발전기, 미사일 추진로켓 등도 모두 한결같이 고도의 기술집약적 장치임에 틀림없습니다.  우리나라도 이런 기기의 기술을 축적해 두지 않으면  선진국과 대결할 수 없습니다. 

(4) 또 아주 특수한 경우에 해당하는 경우인데...
밀도변화에 의해 음속이 변화하여 Rotor 공간에서 공명현상이 나타나기도 한다고 합니다만 과연 그런경우도 있는지 궁금합니다.  혹시 이런 현상을 독자가 경험했었다면 이곳에 이를 소개해 주세요.
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