게시판 > 질답게시판 > 냉동기 냉동효과 저하에 관한 질문 드립니다.

스테파노 Stefano

21-08-03 01:09

(1) Freon 저압측 압력이 낮다는 경보가 나타난다면 (특히 부하가 낮은경우, 혹은 Brine 순환량이 낮은경우) Brine Chiller Tube의 MEG가 빙결되어 열전달 능력이 저하된 원인일 수 있습니다.
(MEG 농도가 낮아 빙결할 수도 있고 Freon 증발온도가 너무 낮아 빙결할 수도 있습니다. 모두 점검해 보세요.)

Brine측 세관을 했다고 해도 Brine이 Tube 내에 빙결되어 있다면 Tube 내부에 MEG가 빙결하여 전열능력을 크게 떨어뜨립니다.

(2) Expansion Valve의 상태를 점검해 보세요. Freon Expansion Valve의 정상 유량이 나타나지 않아 응축기 압력은 올라가고 증발기측 압력은 떨어질 수 있습니다.

(3) 하절기 부하가 크게 증가하여 냉동능력이 실제부하를 따라가지 못할 경우 나타나는 현상일 수도 있습니다.

미생 kroadcs

21-08-03 09:16

감사합니다. 한 가지씩 점검해보겠습니다.
한 가지 더 질문드리겠습니다. 여태 학부생으로서 냉동기는 단순히 사이클로 배웠습니다.
하절기 부하가 증가하게 되었을 때, 냉동사이클에서 제일 먼저 영향을 받는 곳이 어딘지 궁금합니다.
제 추측으로는, 부하 증가로 인해 우선 브라인 수의 리턴 온도가 높아지고, 이로 인해 증발기에서의 열교환량이 많아지게 되며,
따라서 압축기를 지나 응축기로 들어가는 냉매의 압력이 높아지고, expansion valve를 지나 증발기로 들어가는 압력도 높아지는게 아닌가 생각했습니다. 그런데 이러한 경우에 증발압 낮음은 어떻게 설명되는 건지 잘 모르겠습니다.
제가 뭔가 잘못 알고 있는게 있을 경우 짚어주시면 감사하겠습니다.

(3)의 이유일 경우, 단순히 브라인 수와 cooling water 유량을 증가시켜주는 것만으로도 해결이 가능할까요?

스테파노 Stefano

21-08-04 02:28

A1) 하절기 부하증가로 나타나는 냉동사이클에 대한 영향은 주로 Freon 응축기입니다. 냉각수온도가 높아져 충분히 Freon 잠열을 제거할 수가 없는 문제인데 하계절 공기중 습도가 높아 냉각수 온도가 높아져 LMTD 감소에 의한 전열량 부족에 기인합니다.

Freon Condenser는 하계절 최고 냉각수 온도를 기준으로 설계하고 여기에 설계여유치를 부여하게 되는데 이를 위해 냉동기 설치장소의 대기설계조건(온도,습도)이 정확히 반영되어 있어야 합니다. 냉각수 온도가 높다면 그만큼 냉매 응축기와 압축기 등 의 용량도 함께 여유치를 갖도록 해야합니다.

(A2-1) Brine 온도가 상승되어 있다고 하여도 동일유량에서 Brine의 Supply/Return 온도차가 동일하면 User측 열량은 동일하지만 User측 냉각기의 전열 온도차가 줄어들어 충분히 냉각하지 못합니다. 이는 User측 Process 상황이고,

냉매 압력이 상승함은 압축가스 유량에 비해 응축프레온의 유량이 줄어들에 System내 Freon이 HP측에 쌓이기 때문이지요.

또한 System 전체적으로 온도와 압력은 함께 상승하게 되는데 Freon Liquid Suction측의 압력이 낮아지는 이유는 Flashed Freon의 온도가 낮아져 Liquid Freon Valve가 Valve를 닫아주기 때문입니다.

(A2-2) LP Side 압력이 떨어진 이유를 추측하건데...
Evaporator 출구의 Freon 온도를 감지하여 Freon Expansion Valve를 작동하도록 하는데 부하와 관계없이 Freon Vapor 온도가 낮으면 Expansion Valve를 조여주는(닫아주는) 역할을 합니다. 순환 MEG온도와 관계없이 Evaporator 출구 Freon Vapor 온도가 낮으면 Expansion Valve는 닫아주는 상태로 놓이게 되고, 이로 인하여 Compressor Suction Pressure가 떨어지면 Compressor 출구의 고압 고온 Hot Gas Bypass를 열어주게 되는데 그리되면 부하크기 여부에 관계없이 냉동능력은 크게 떨어지게 됩니다.

(A3) 순환 Brine 유량이나은 (부하가 정해져 있다면 거의 정해져 있을 것이고), 냉각수 유량도 최대상태로 운전되고 있을 것이므로 이들 유량을 늘이는 것으로는 개선될 것 같지 않습니다.

LP Side Low Pressure상태가 유지된다면 Hot-vapor Bypass가 자동으로 열리게 되고나 Condenser Bypass가 자동으로 열리는 방법으로 대응하도록 되어 있을 터인데 이는 기기 보호 목적이지 정상운전시 조절기능으로 수시로 열리는 밸브들이 아닙니다.

다른 원인이 아니라면,,,앞선 설명과 같이 Freon 온도 저하로 인하여 MEG가 빙결되어 있을 우려가 있어보입니다.

A1) 하절기 부하증가로 나타나는 냉동사이클에 대한 영향은 주로 Freon 응축기입니다.   냉각수온도가 높아져 충분히 Freon 잠열을 제거할 수가 없는 문제인데  하계절 공기중 습도가 높아 냉각수 온도가 높아져 LMTD 감소에 의한 전열량 부족에 기인합니다.

Freon Condenser는 하계절 최고 냉각수 온도를 기준으로 설계하고 여기에 설계여유치를 부여하게 되는데  이를 위해 냉동기 설치장소의 대기설계조건(온도,습도)이 정확히 반영되어 있어야 합니다.  냉각수 온도가 높다면 그만큼 냉매 응축기와 압축기 등 의 용량도 함께 여유치를 갖도록 해야합니다.

(A2-1) Brine 온도가 상승되어 있다고 하여도 동일유량에서 Brine의 Supply/Return 온도차가 동일하면 User측 열량은 동일하지만 User측 냉각기의 전열 온도차가 줄어들어 충분히 냉각하지 못합니다.   이는 User측 Process 상황이고,

냉매 압력이 상승함은 압축가스 유량에 비해 응축프레온의 유량이 줄어들에 System내 Freon이 HP측에 쌓이기 때문이지요.

또한 System 전체적으로 온도와 압력은 함께 상승하게 되는데 Freon Liquid Suction측의 압력이 낮아지는 이유는 Flashed Freon의 온도가 낮아져 Liquid Freon Valve가 Valve를 닫아주기 때문입니다.
  
(A2-2) LP Side 압력이 떨어진 이유를 추측하건데...
Evaporator 출구의 Freon 온도를 감지하여 Freon Expansion Valve를 작동하도록 하는데 부하와 관계없이 Freon Vapor 온도가 낮으면 Expansion Valve를 조여주는(닫아주는) 역할을 합니다.  순환 MEG온도와 관계없이 Evaporator 출구 Freon Vapor 온도가 낮으면  Expansion Valve는 닫아주는 상태로 놓이게 되고,   이로 인하여 Compressor Suction Pressure가 떨어지면 Compressor 출구의 고압 고온 Hot Gas Bypass를 열어주게 되는데   그리되면  부하크기 여부에 관계없이 냉동능력은 크게 떨어지게 됩니다.

(A3) 순환 Brine 유량이나은 (부하가 정해져 있다면 거의 정해져 있을 것이고),  냉각수 유량도 최대상태로 운전되고 있을 것이므로 이들 유량을 늘이는 것으로는 개선될 것 같지 않습니다.

LP Side Low Pressure상태가 유지된다면 Hot-vapor Bypass가 자동으로 열리게 되고나 Condenser Bypass가 자동으로 열리는 방법으로 대응하도록 되어 있을 터인데 이는 기기 보호 목적이지 정상운전시 조절기능으로 수시로 열리는 밸브들이 아닙니다.

다른 원인이 아니라면,,,앞선 설명과 같이 Freon 온도 저하로 인하여 MEG가 빙결되어 있을 우려가 있어보입니다.

미생 kroadcs

21-08-04 09:40

자세한 답변 감사합니다. 죄송합니다만 답변하신 내용 중에 제 짧은 지식으로 잘 이해가 가지 않는 것이 있어 몇가지 질문드리겠습니다.

1. (A2-1)에 적어주신 Liquid Freon Valve 와 (A2-2)에 적어주신 Freon Expansion Valve가 같은 밸브인 것으로 이해했는데 올바르게 이해한 것이 맞나요?
2. 증발기 출구 온도가 낮으면 expansion valve가 닫히는 이유가 잘 이해가 가지 않습니다. 잠열에 의한 증발과정이라 온도 변화가 없을 것으로 생각되는데 증발기 압력에서의 끓는 점보다 증발기 출구 온도가 낮다는 것을 의미하는 것인가요? 증발기로 유입되는 유량을 줄여 충분한 잠열을 얻기 위한 것으로 이해했습니다.
3. Compressor suction pressure가 떨어졌을 때 compressor 출구의 고온 고압 hot gas bypass가 열리는 이유도 잘 이해가 가지 않습니다.... 좀 더 명확히 말씀드리자면 bypass 자체의 존재 의의에 대해 아직 제대로 이해하지 못한 것 같습니다. 제가 아는 bypass의 목적은 압력상승으로 인한 안전 목적으로 사용되는 것으로 알고 있습니다. Pressure가 떨어졌는데 오히려 bypass가 열리다니 잘 이해가 되지 않습니다.
4. 마지막으로 MEG의 빙결이 일어날 수 있다고 하셨던 부분입니다.
(4-1)Freon의 증발온도가 낮은 것과 MEG 빙결의 상관관계가 명확하게 이해되지 않습니다.
(4-2)또한, MEG의 어는 점이 상압에서 약 -13도인 것으로 알고 있는데 브라인 수의 빙결이 발생했다고 했을 때 MEG보다 물의 빙결이 일어나는 것이 아닌가요?
(4-3)Brine tube내 빙결이라면, 냉동효과를 받지 못해 온도가 높은 브라인 수의 흐름에 의해 tube내 빙결된 것들이 자연스럽게 녹을 수 있지 않나요?

이제 보니 공부가 부족하네요. 설비 내부 구조도 자세히 모르다보니 더욱 질문이 많아지는 것 같습니다. 모르는게 많아 부끄럽네요. 자꾸 질문드려 죄송합니다. 그래도 답변해주시는 덕에 많은 것을 배워가고 있습니다. 항상 감사합니다.

자세한 답변 감사합니다. 죄송합니다만 답변하신 내용 중에 제 짧은 지식으로 잘 이해가 가지 않는 것이 있어 몇가지 질문드리겠습니다.

1. (A2-1)에 적어주신 Liquid Freon Valve 와 (A2-2)에 적어주신 Freon Expansion Valve가 같은 밸브인 것으로 이해했는데 올바르게 이해한 것이 맞나요?
2. 증발기 출구 온도가 낮으면 expansion valve가 닫히는 이유가 잘 이해가 가지 않습니다. 잠열에 의한 증발과정이라 온도 변화가 없을 것으로 생각되는데 증발기 압력에서의 끓는 점보다 증발기 출구 온도가 낮다는 것을 의미하는 것인가요? 증발기로 유입되는 유량을 줄여 충분한 잠열을 얻기 위한 것으로 이해했습니다.
3. Compressor suction pressure가 떨어졌을 때 compressor 출구의 고온 고압 hot gas bypass가 열리는 이유도 잘 이해가 가지 않습니다.... 좀 더 명확히 말씀드리자면 bypass 자체의 존재 의의에 대해 아직 제대로 이해하지 못한 것 같습니다. 제가 아는 bypass의 목적은 압력상승으로 인한 안전 목적으로 사용되는 것으로 알고 있습니다. Pressure가 떨어졌는데 오히려 bypass가 열리다니 잘 이해가 되지 않습니다.
4. 마지막으로 MEG의 빙결이 일어날 수 있다고 하셨던 부분입니다. 
(4-1)Freon의 증발온도가 낮은 것과 MEG 빙결의 상관관계가 명확하게 이해되지 않습니다. 
(4-2)또한, MEG의 어는 점이 상압에서 약 -13도인 것으로 알고 있는데 브라인 수의 빙결이 발생했다고 했을 때 MEG보다 물의 빙결이 일어나는 것이 아닌가요? 
(4-3)Brine tube내 빙결이라면, 냉동효과를 받지 못해 온도가 높은 브라인 수의 흐름에 의해 tube내 빙결된 것들이 자연스럽게 녹을 수 있지 않나요?

이제 보니 공부가 부족하네요. 설비 내부 구조도 자세히 모르다보니 더욱 질문이 많아지는 것 같습니다. 모르는게 많아 부끄럽네요. 자꾸 질문드려 죄송합니다. 그래도 답변해주시는 덕에 많은 것을 배워가고 있습니다. 항상 감사합니다.

Stefano

21-08-06 13:52

A1) 맞습니다.

A2) Expansion Valve가 증발기 출구 온도를 감지하여 작동하기 때문입니다. 이 온도는 증발기 압력에 의해 정해집니다.
증발기 압력을 출구에서 조절하지 않는 경우 부하에 맞추어 증발기 온도를 감지하여 Freon 유량을 조절하는 방법이 일반적입니다.

A3) Compressor 입구의 압력이 너무 낮아지는 것을 방지하기 위한 것으로 고압의 가스가 저압측으로 흘러들어가 Suction Drum의 압력을 어느수준 이상으로 유지하기 위한 조절기능이고 정상상태에서는 Bypass가 거의 열릴일이 없습니다.
(저업측 압력이 떨어졌으니 고압측 가스를 받아들이도록 하기 위함이며 Suction이 대기압 이하로 떨어지면 Air 유입 가능성이 나타나고 특히 기계적 Balance가 무너짐을 방지하는 것이지요.)

A4-1) MEG Chiller Tube Wall의 온도가 MEG 빙결온도 이하로 떨어지면 MEG가 표면에 형성될 수 있음을 이야기 한 것입니다.
A4-2) MEG용액이 빙결한다는 것은 용액이 얼어붙는다는 것이고 MEG만 남고 물만 빙결하는 것이 아닙니다. 용액의 농도가 떨어지면 (용액의)빙결온도가 올라가 빙결될 수 있습니다 .

A4-3) 냉각된 Brine 온도가 -5도라고 해도 Freon 증발온도에 따라 Tube 표면의 온도는 -15도로 떨어져 운전되면서 Tube 벽에 항상 빙결 MEG용액결정이 쌓인 상태로 운전될 수도 있습니다. 만일 이런 상태라고 하면 제 용량을 나타낼 수 없습니다.

냉동기 시스템에 따라 Freon 증기 압축 단수효, 응축 Freon 액의 추가 냉각기 (이를 Economizer로 부르기도 함)의 포함여부, 부하조절 방법등이 약간씩 달랄질 수 있으므로 시스템 제어계통을 위주로 점검해 보면 진단할 수 있을 것입니다.

Stefano

21-08-22 23:32

(0) 원인 진단이 잘 이루어 졌는지 궁금합니다. 이전 설명에서 누락된 사항이 하나 있어서 추가로 설명드립니다.

(1) Liquid Freon의 온도는 고온의 액상 Freon을 일부 팽창시켜 액상 Freon의 온도를 낮추어 주도록 되어 있는 경우가 대부분일 터인데 이 액상프레온의 온도가 너무 낮아지면 이로 인해 액상 Freon Drum의 압력이 떨어지게 됩니다. (압력과 온도는 함께 올라가고 함께 내려가게 됩니다.)

만일 Cold Freon의 온도와 압력이 너무 낮아지면 이 액을 Chiller에 공급하여 냉열을 만들어 내도록 하기위한 Control Valve(Expansion Valve)의 차압이 크게 줄어들어 액상 Freon 공급유량이 부하에 비해 모자랄 수가 있습니다.

따라서 Liquid Freon의 온도가 왜 낮아져 있는지 점검해 보고 이로인해 팽창변 유량이 크게 줄어들었지나 않은지 확인해 보시기 바랍니다.

(2) 만일 Liquid Freon Chilling Line을 점검해 보고 수동조절밸브가 있다면 이를 수동으로 전환하여 운전해 보거나 액상 Freon 온도조절기의 설정치를 높여 보시기 바랍니다. 대개 이 발브는 Blind Control 방식인 액충전식 TCV 밸브로 되어 있어서 수동조절이 불가능하게 되어 있는 경우도 있습니다. 이런 경우 수동으로 밸브를 줄여주는 방법으로 액상프레온의 온도를 높일수 있겠지요.

(3) 냉동 시스템에 관해서는 냉동기 업체의 경헙많은 엔지니어가 정밀 점검해 주도록 하면 되지만 이미 이전글에서 설명했던 내용과 본 내용을 포함애서 다음 두가지를 확인해 보도록 해보시기 바랍니다.

(점검사항 1) Chilled Water로 사용하는 EG용액의 농도가 떨어졌거나 Chiller Tube 내 온도가 너무 낮아 EG용액이 부분적으로 Tube 내부에 부분적으로 빙결되어 운전되고 있지않나 확인

(점검사항2) Liquid Freon의 온도와 압력이 너무 낮아 Chiller로 공급되는 팽창 Freon의 유량조절밸브의 차아형성이 부족하여 필요로 하는 Freon의 유량이 낮은상태로 운전되고 있지나 않은지 확인

문제가 해결되었다면 그에 대한 답글 부탁합니다.

(0) 원인 진단이 잘 이루어 졌는지 궁금합니다.   이전 설명에서 누락된 사항이 하나 있어서 추가로 설명드립니다.

(1) Liquid Freon의 온도는 고온의 액상 Freon을 일부 팽창시켜 액상 Freon의 온도를 낮추어 주도록 되어 있는 경우가 대부분일 터인데  이 액상프레온의 온도가 너무 낮아지면 이로 인해 액상 Freon Drum의 압력이 떨어지게 됩니다.  (압력과 온도는 함께 올라가고 함께 내려가게 됩니다.)

만일 Cold Freon의 온도와 압력이 너무 낮아지면 이 액을 Chiller에 공급하여  냉열을 만들어 내도록 하기위한 Control Valve(Expansion Valve)의 차압이 크게 줄어들어 액상 Freon 공급유량이 부하에 비해 모자랄 수가 있습니다.

따라서 Liquid Freon의 온도가 왜 낮아져 있는지 점검해 보고 이로인해 팽창변 유량이 크게 줄어들었지나 않은지 확인해 보시기 바랍니다.

(2) 만일 Liquid Freon Chilling Line을 점검해 보고 수동조절밸브가 있다면 이를 수동으로 전환하여 운전해 보거나 액상 Freon 온도조절기의 설정치를 높여 보시기 바랍니다.    대개 이 발브는  Blind Control 방식인 액충전식 TCV 밸브로 되어 있어서 수동조절이 불가능하게 되어 있는 경우도 있습니다.  이런 경우 수동으로 밸브를 줄여주는 방법으로 액상프레온의 온도를 높일수 있겠지요.

(3) 냉동 시스템에 관해서는 냉동기 업체의 경헙많은 엔지니어가 정밀 점검해 주도록 하면 되지만 이미 이전글에서 설명했던 내용과 본 내용을 포함애서 다음 두가지를 확인해 보도록 해보시기 바랍니다.

(점검사항 1)  Chilled Water로 사용하는 EG용액의 농도가 떨어졌거나  Chiller  Tube 내 온도가 너무 낮아   EG용액이 부분적으로 Tube 내부에 부분적으로 빙결되어 운전되고 있지않나 확인

(점검사항2)  Liquid Freon의 온도와 압력이 너무 낮아 Chiller로 공급되는 팽창 Freon의 유량조절밸브의 차아형성이 부족하여 필요로 하는 Freon의 유량이 낮은상태로 운전되고 있지나 않은지 확인

문제가 해결되었다면  그에 대한 답글 부탁합니다.

미생 kroadcs

21-08-23 11:16

안녕하세요 스테파노님, 꼼꼼히 신경써주시고 답변해주셔서 정말 감사합니다.
8월 6일 이후, 증발압 낮음 알림이 더이상 뜨지 않고, 응축압 높음 알림의 빈도가 급격히 높아졌습니다. 브라인 온도도 20도이상까지 치솟는 현상이 발생하여 정상적인 공장가동이 불가능한 상황까지 도달했고 이와 관련한 원인에 대해 질문을 드리려했으나 당장 해결이 급하여 글을 쓰지 못하였습니다.

결론부터 말씀드리자면, 업체측에서 최종적으로 냉매에 불순물 혼입을 의심하여 냉동기 내부 냉매를 전부 제거한 뒤 교체했고, 문제가 해결되었습니다. 교체 후 응축기 내부 Liquid Freon의 유량이 현저히 증가했습니다. 이에 더이상 응축압이 과하게 높아지지 않으며, 브라인 온도도 설정값에 맞게 잘 유지되고 있습니다.

증발압 낮음 알림의 경우, 다시 확인 결과 마지막 알림이 6월 말~7월 초 쯤으로, 제가 시기를 착각했습니다. 브라인 내 EG 농도는 약 25% 정도인 것을 확인하였고, 빙결된 EG는 없는 것으로 보입니다.

응축압 높음 현상 발생으로 이에 포커스를 맞추어 몇가지 확인을 해봤으나 별 다른 문제점이 없었습니다. 정상적인 상태에서 냉매의 응축압만 높은 현상이 지속됐고 이에 냉매에 불순물 혼입을 의심한 것 같습니다. 응축수 수질, 응축수 펌프 양정과 유량 확인하였으나 이상 없었고 내부 불응축가스 존재 의심으로 가스 제거 일부 실시했으나 큰 변화는 없었습니다. 시스템 제어계통 부분에 대해서는 제가 직접 확인해보지는 못하였네요.
새롭게 교체한 냉매는 다른 냉동기에서 이상없이 순환되는 것을 확인하고 교체했습니다. 냉동기 시운전 당시에도 문제가 좀 있었다고 합니다만, 그때는 제가 없어서 정확한 상황에 대해서는 잘 모르겠네요.

제가 질문드리고 답변해주신 내용과는 다른, 다소 엉뚱한 부분에서 문제가 발생하였지만, 잘 해결돼서 다행입니다.
그리고 답변해주신 내용은 제가 냉동기를 이해하는데 많은 도움이 되었습니다. 다시 한번 감사드립니다.