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

   
  Aspen HYSYS에서 dynamic simulation 시, 압축기의 토출 압력 제어하는 방법에 대해 문의드립니다.
  글쓴이 : 공정연구   고유ID : yong2691     날짜 : 23-10-25 02:35     조회 : 810    
   20231025_023808.jpg (996.4K), Down : 9, 2023-10-25 02:38:28
안녕하세요.
Aspen HYSYS의 dynamic mode를 통해 동적모사를 하고 있는 중, 압축기 토출측 압력제어가 되지 않아 조언을 얻고자 문의드립니다.
먼저 현 상황을 설명 드리면,
저는 냉매사이클을 모사하려고 하고 있고, 냉매사이클에 사용되는 압축기는 centrifugal compressor입니다.
냉매사이클을 모사하기 전에, test로 원심식 압축기에 Electric motor를 통해 전력을 공급하여 speed를 조절하여 압축기의 후단 압력을 조절하고자 모델링을 하고 있습니다.
Aspen HYSYS 동적모사 중 스크린샷을 하나 찍어서 첨부하였는데요. 스크린샷을 참고하면서 설명을 드리겠습니다. 스크린샷을 참고하여 주시면 감사드리겠습니다.
압축기 k-100의 전단압력은 1.75bar -> 후단압력은 18bar까지 승압하려고 하고 있으며, 먼저 steady-state에서 초기값 setting을 하고 dynamic mode를 위해, control valve를 설치하였습니다. 압축기 후단의 압력을 18bar 혹은 원하는 압력으로 유지시키기 위해, Cascade 방식으로 설치를 했는데요. 상위 제어기인 PIC-101은 압축기 토출측 Pressure를 sensing하고 토출압력 18bar를 setting하기 위해, 하위 제어기인 IC-101에 Set point를 내려줍니다. 이후, 하위 제어기는 압축기의 power를 조절하여 speed를 제어하여 압축기 후단의 압력을 제어하려고 하는 것입니다.
그런데 문제는, 토출측 압력을 변화시키기 위해서는 압축기의 speed가 power에 의해 조절이 되어야 하는데, power가 초기setting한 값인 4479KW에서 controller에 의해 더 이상 변하지 않는다는 것입니다. IC-101을 보시면, 상위제어기에서 내려준 set point인 7544kw를 하위제어기인 IC-101에다가 설정을 해놓았는데, PV는 시작부터 끝까지 4479KW에서 변하지를 않는다는 것입니다.
Q1) 압축기에 초기 셋팅한 power(duty)는 변하지 않는건가요?
Q2) 압축기의 설정에서 Dynamics Tab - Dynamic Specifications 에서 두가지를 check box 하게 되어 있는데, 강제적으로 Duty와 Efficiency를 선택하도록 유도하더라구요. 그래서 저렇게 파란색 숫자로 표시된 2개의 값은 변하지 않는 것으로 보이는데, 이 수치를 변경하려면 또다른 설정을 해야 하나요?
Q3) 혹시, 제가 이러한 현상(power가 변하지 않는 현상)이 원심식 압축기의 특징인가요?
Q4) 제가 Electric motor use를 체크하여 power라는 전기에너지를 통해 압축기의 speed를 조절하고자 하는데, electric motor를 사용하지 않고 압축기 speed를 제어하는 또다른 방법이 있으면 제시해 주시면 감사드리겠습니다.

이를 해결하기 위해, 몇일동안 수십시간에 걸쳐서 다양한 시도를 해보았는데 너무 많은 실패를 하여 문의드립니다.
경험이 있으신 분들께서 도움을 주시면 감사드리겠습니다.
감사드립니다!

스테파노 Stefano   23-10-26 04:44
(0) Dynamic Mode로 시스템이 동작하는 것은 Steady State에서 동작하는 것과는 다르게 물질의 흐름이나 시간의 지연이 발생하게 되는데 이를 흡수할 수 있는 (Surge 현상을 막아주는 액체 혹은 기체 저장탱크나 시간지연 장치와 같은)완충장치가 필요합니다.  따라서 이를 위한 추가장치를 구상해 보시기 바랍니다.
예를들어  저장탱크에 유체가 흘러들어가 액면을 유지할 경우 정상상태에서는 유입밸브나 유출밸브에서 흐름이 균일하고 액면 변화도 없으며 온도, 압력이 변화하지 않지만 Dynamic Mode에서는 시간에 따라 모든 변수가 변화되며 특히 압력변화에 따라 유입되는 (인위적으로 설치된) Orifice 또는 제어밸브에서의 유량이 달라지고 마찬가지로 유출되는 양도 마찬가지로 달라집니다.

(A1) 모든 Dynamic Mode 동작의 초기 Setting치는 Run이 시작되면 자동적으로 변화하게 되는데 질문에서 언급하고 있는 Power가 고정상수값으로 지정되어 있다거나  (1)에서 언급한 완충장치가 없어서 시간지연이나 물질 누적의 장치가 마련되지 않아서 고정값을 유지할 수 밖에 없는데 이중 후자에 의한 원인일 가망성이 높습니다.

(A2) 계산과정에서 어느 변수가 결정되어야 다른 변수값이 정해지는 상호의존 변수의 경우 어느 하나를 지정해 주지 않으면 두개의 결과값을 풀어낼 수 없는 경우 고정값으로 정하기 위한 우선순위를 정해주는 과정에서 결정해 주는 요소이므로 이를 바꿔가면서 지정해 주고 결과가 어떻게 달라지는 가를 확인하기만 하면 될 것입니다.

(A3) 동력기기 내에서는 완충요소가 포함되어 있지 않을 것이므로 원심식 압축기이건 피스톤식 압축기이건 차이가 없을 것입니다.  어느 경우에나  흘러들어오는 유량과 압력조건에서 배출압력으로 높여주기위한 동력변화가 시간지연없이 구동되는 장치들입니다.

(A4) Motor에 부과되는 Power에서 Shaft의 회전수를 늘이게 되면 Torque가 줄어들지만 동력전달장치의 효율이 변하지 않는 한 전체 동력차이는 나타내지 않을 것입니다.  Inverter대신 사용하는 기계적 속도조절장치로는  자동차에서 많이 사용하는 유압식 Transmission과  과거 교반기 등에 사용했던 Cyclo-Driver 장치, 기계식 Clutch 접속장치 등이 있었습니다.  과거에는 반도체소자들의 값이 고가이어서 꼭 필요한 경우에만 아주 드물게 사용되어 오다가 요즘에는 값이 크게 낮아져 대부분 사용되고 있는 것 같습니다. 

사진으로 올려놓은 설정값 등 만으로는 원인을 진단하기 어려울 것 같습니다.  대신 Dynamic Mode에서 동작시키기 위한 Soft  Manual 상의  "Trouble Shooting"내용이나  Internet User Group Q&A 자료에서 먼저 찾아보면 도움이 될 것으로봅니다.
     
공정연구 yong2691   24-02-13 11:24
조언해주신 내용을 바탕으로 시도를 하여 어느정도 의문점들이 해소되었습니다.
친절하고 경험적인 답변 감사드립니다. 새해복 많이 받으십시오.
오잉민수 oingminsu   23-11-17 14:13
1. Electric motor를 사용해서 Compressor dynamic simulation을 하시는군요. 이 부분은 저도 해보지 않아서 큰 도움을 드릴 수는 없을 것 같습니다.

2. Dynamic spec.은 speed를 선택할 수 있습니다.

3/4. 저는 개인적으로 Elect. motor use를 체크하지 않았고, 단순히 Compressor는 Pressrure-speed control, Discharge valve로 mass flow-valve open% 진행했습니다.

5. 실례가 되지않는다면 oing221102@gmail.com으로 해당 simulation 파일을 전달 부탁드립니다. 스크린샷으로는 정보의 한계가 있어보여서 실제 파일을 가지고 구동해보고 싶네요.
   

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