산업용 압축기 특성

Atlas Copco Mfg. Co., Ltd

2006.03.23

CHARACTERISTICS

COMPRESSORCOMPRESSOR

공장운용 4대 핵심 Utility

전 기

물가 스

압축공기

압축공기: 에너지 소비 최대(기동부하 大)

Compressor 종류

압축기 사용추세

: 왕복동 → 스크류 → 터보 → VSD 스크류

Reciprocating Screw Turbo

주요 압축기

Piston Compressor

압축원리

실린더에 공기 흡입 후 피스톤으로

압축시킨 후 토출(맥동 발생)

적용분야

소용량의 Oil-Injection, Oil-Free공기를 필요로 하는 모든 산업분야

및 고온고압의 압축에 사용

스크류 압축기

압축원리

두 개의 회전자(Screw Rotor)를고속 회전시켜 공기를 압축

적용분야

소.중용량의 Oil-Injection, Oil-Free공기를 필요로 하는 모든 산업분야

-> 압축공기 부하용으로 최적(VSD)

Screw Compressor

As the rotors revolve, the air inlet is sealed off

The rotary motion produces a smooth compression, until each section reaches the beginning of the outlet port

The compressed air then flows smoothly out of the element

Working Principle

압축원리

Impeller의 고속회전에 의하여

압축된 공기는 Diffuser를 통과

하면서 압력이 상승하게 됨

적용분야

중.대용량의 Oil-Free 공기를

필요로 하는 모든 산업분야

-> 100% Load 운전용으로 최적

부하.무부하용으로는 부적합

Turbo Compressor

토출압력(bar)

토 출 유 량 (m3/hr)

압축기 종류별 운용영역

구 분

구조 및 부품수

압축기 제어방식

사 용 범 위

소 음

설 치 비 용

운 용 성

간단 및 적음

Auto-Dual/정압제어

4,500 m3/hr ↑

85dB(A)

大

우수

복잡 및 많음

부하.무부하 운전

~ 7,400 m3/hr

73dB(A) with canopy

小

우수

압축기 종류 Dynamic용적형

터보압축기스크류압축기

부 하 응 답 성 미흡매우 우수

최적사용마력 600HP 이상1250HP 이하

스크류압축기 vs 터보압축기 비교

CHARACTERISTICS

VSD SCREW

COMPRESSOR

VSD SCREW

COMPRESSOR

한 대의 압축기에서 비용 분석

에너지에너지

정비유지비용정비유지비용

> 70%

초기 투자 비용초기 투자 비용

VSD Screw Comprssor

MondayTuesdayWednesdayThursdayFridaySaturdaySunday

l/s

hour

50

100

150

200

250

전형적인 에어 소모량의 유형

VSD의 작동 원리

Frequency Converter

Elektronikon Mk IV

Pressure Sensor

Screw Element VSD Main Motor

Air Net Free Air Delivery

set point

VSD Comprssor 유량조절

0 100

Min.Mot

or s

peed

(RPM

)

유량 (FAD, % of max)

가변속도 영역(turndown zone)

Load/unload 영역

Max.

+/- 30

정해진 시간경과 후 정지

VSD Comprssor 유량조절

가변속도구간(turndown zone)에서

– 토출압이 설정압에 최대한 가깝도록 속도 조절

가변속도구간이하에서

– Unload level도달 시 unload

– Unload 후 정해진 시간 경과 -> 정지

– Load level도달 시 다시 Load

압력

시간

즉시정지레벨

실제압력

Unload 레벨

설정압

Load 레벨

VSD Comprssor 유량조절

기동

최소속도Load

속도조절

설정압

설정압 + 간접정지 Offset

기동시간

0 RPMUnload 시간

자동정지

VSD Comprssor 에저지절감 & 고객이익

VSD 장점:

1. Lower average net pressure

2. no-load 운전시간이 적다:압축기 용량의 30%이하로 유량이 줄어들 경우만un-load 되고 un-load 후 일정시간 경과 후

압축기 정지

3. no-load 운전 시 동력소모가 적다

4. load / no-load 전환 시 소요동력이 적다전환 횟수가 적다전환 시 에너지 소모가 적다

시간

Net Pressure

최소운전압력

Fixed speed machine

VSD

Savings

VSD 사용 시 비용이 절감 되는 이유

VSD Comprssor 에저지절감 & 고객이익

에너지 절감에 영향을 주는 요소• 압축기 용량 대비 공기 소모량 (%)• 공기소모량 변동 횟수와 크기• Air net 크기

절감 % 절감 %

+30

+20

+10

0

- 10

+30

+20

+10

0

- 10

압축기 용량 대비 공기 소모량 (%)0 % 100 %

유량변동이 작은 경우

유량변동이 큰 경우

VSD Comprssor 에너지절감 & 고객이익

1. VSD vs FIXED SCREW 시험

. 성능시험 장소: Laborelec in Belgium

. 성능시험 모델

- Fixed: ZR275-7.5-50 Load/Unload, 275 Kw, 765 l/S- VSD: ZR315 VSD-8.6-50, 315 Kw, 815 l/s

2. 시험조건

. 설정압력 : 7 bar

. Loading 압력 : 6.9 bar

. Unloading 압력 : 7.5 bar

. 시험기간 : 5 일 / 주

VSD Comprssor 에저지절감 & 고객이익

시험결과

Independent tests (*) have shown:

(*) Results from a comparative test between a ZR315 VSD and a ZR275 fixed speed carried out by Laborelec in Belgium

0

200

400

600

800

1 Monday Tuesday Wednesday Thursday Friday Saturday Sunday

0

200

400

600

800

1 1441Monday Tuesday Wednesday Thursday Friday Saturday Sunday0

200

400

600

800

1Monday Tuesday Wednesday Thursday Friday Saturday Sunday

- 18 % - 25 %

- 21 %

VSD Comprssor 에너지절감 & 고객이익

FAD ProfileFAD Profile 단위단위 11 22 33

공기 유량 m3 320,470 232,842 205,692

에너지 소모량 ZR275 Kwh 41,130 33,662 29,776

에너지 소모량 ZR315 VSD Kwh 33,676 25,202 23,520

절감량 Kwh 7,454 8,450 6,256

에너지절감 비욜 % 18.1 25.1 21

년간 절감금액 (kwh≒55원) 원 21,728,410 24,631,750 18,236,240

시험 결과: 1주일

VSD vs FIXED SCREW 비교

Description Fixed Drive VSD

효율 @ full speed High Low (-3%)

Starting torque High Low (정격 torque 에 근접함)Starting current High (DOL: 7배, Y-Δ:3배) Low (정격 전류에 근접함)

역율 Low (0.88) High (0.97)

Delivery of compressed air 불안정 안정(±0.1bar) => constant- Energy saving No Saved(-1 bar ≒ 7% savings)

평균 rpm High (1800 or 3600 rpm) Low (가변)

제어방식 Load(0%) – Unload(100%) Stepless speed control초기 투자비용 Low (고압인 경우 starter 필요) High (15 % 이상)에너지 절감 High Low

Motor Standard (2P or 4P) Special(Variable Speed Drive)

Converter No YesPressure band High(0.5-0.7 bar) 0.1 bar

투자비용 회수기간 - High (약 1~2 년)

압축기 기종별 유량제어 범위

Stable net pressure

압축기에 따라 압력진폭이 다르다

최소요구압력

VSD 압축기

터보압축기 (Turndown영역 또는 Blow off영역)일반 load-unload 운전하는 압축기

0,5 bar

정압을 요구하는 특수한 공정

– 예: 제약 산업 등

VSD SCREW vs TURBO 비교

Turbo압축기는 20°C 에서 15 ~ 35% 의 turndown

써어지 선

at 20ºC

flow

압력

65-85 %

여름철 유량 감소

at 35ºC

ZR VSD 장점 요약:

“turndown”이 더 크고 일정하다

써어지에 대한 위험이 없고 blow off 가 없다

압력조절 향상

낮은 기동전류

Top-load machine 으로서 ZR VSD 는 10-30 % 더 효율적이다

100 %

여름철

Turn down 감소

Blow-off

사용압

100 %30 %

ZR VSD는 날씨에 상관 없이 70 % turndown

Turbo가 blow off한다면 60%까지 더효율적

CHARACTERISTICS

AIR FLOW THEORYAIR FLOW THEORY

COMPRESSOR

Seal leakage

ICFM

AC

ICFM(Inlet volume flow rate): Im3/min or Icfm

ICFM 정의

COMPRESSOR

ACFM

AC

ACFM(Actual volume flow rate): Am3/min or Acfm

ACFM 정의

1. Standard air conditions: 14.7 psi, 60 Deg F, 0%(Scfm, Sm³/min)

2. Normal air conditions: 1 bar, 0 Deg C, 0%(Nm3/hr)

STANDARD or NORMAL

COMPRESSOR

Seal leakage

AC

Standard or Normal Flow 정의

COMPRESSOR

Seal leakages

AC

FAD

1 BAR (A)20 Deg.C0% RH

FAD 정의

QualityClass Dirt Water Oil

Max. particlesize

μ m

Max.concentration

mg/m³

Max. pressureDewpoint

°C

Max.concentration

mg/m³1 0,1 0,1 -70 0,01

2 1 1 -40 0,1

3 5 5 -20 1

4 15 8 +3 5

5 40 10 +7 25

6 - - +10 -

※ Class 2.4.2.의 의미: 먼지:1µm와 1mg/m³, 노점: + 3°C PDP, 오일: 0,1mg/m³

The ISO 8573-1 Quality Classes

Solids Water Oil

Air agiation 3 5 2

Boot & shoe machines 4 6 5

Breathing air 1 4 1

Brick & glass machines 4 6 3 - 5

Cleaning of machine parts 4 4 - 6 4

Conveying

granular products 3 4 - 6 2

power products 2 3 1

Foundry machine 4 6 5

Handling of food or beverages 2 4 - 6 1

Instrumentation 3 3 - 4 1

Machine tools/hand tools 4 3 2 - 5

Mining 4 5 5

Textile machines 4 3 - 5 2

Photographic film processing 1 1 1

Public work, construction 4 5 5

Rockdrills 4 5 - 2 5

Sand blasting 3 3

Spray painting 3 3 - 2 1

Welding machine 4 6 5

ApplicationTypical Quality Classes

Recommended air quality classes for some typical application

STAGING

INSTALLATIONINSTALLATION

Compressor Room Layout

Compressor Room Layout

General requirements to prevent problems(see AIB section2.4)

Recommended maxima -mg/l

Chloride (Cl*)Sulfate (SO4*)Total solidsSuspended solids (as SiO2)Free chlorine (Cl2)Ammonia (NH4

+)CopperIronManganeseOxygenCarbonate hardness (as CaCo3)Organics (KMnO4 Consumption)

Recirculatingsystem

< 600< 400< 3000< 10< 4< 0.5< 0.5< 0.2< 0.1< 350-1000< 25

Open system

< 150< 250< 750< 10< 2< 0.5< 0.5< 0.2< 0.1< 350-500< 10

Remarks:- No algae nor oil* Chloride & sulfate are interactive. In open systems the sum of the squares of these

values must not exceed 85,000.For recirculating systems with proper controls and treatment, the sum of the squares may be up to 520,000. Note that the sulfate value must include any sulfite present.

Cooling Water Requirements

Configuration – Plant Distribution

일반적으로 압축공기의 배관은 정비 유지, 부식 방지, 응축수의

영향을 고려하여 Overhead piping를 한다

Your pipe inner diametershould be

When your free airdelivery(FAD) is

10

13 5 0.3

19

25

32

40

125

150

200

50

65

80

100

330 20

500 30

10

200 12

mm l/s m3/min

3 0.2

7

0.6

17 1

34 2

2000 120

900 54

1500 90

50 3

115

Recommended Pipe Size

압축기 : 8000 h/yr.전력비 : 60원/kWh

MODEL : 900HP x 3

Press. Drop

Power lost

Cost per Year

[bar] [kW] [KRW]1.5 48 x 3 69,120,0001.0 31 x 3 44,640,0000.5 15 x 3 21,600,000

Pressure Drop

높은 흡입 온도

- 표준 온도보다 10°C 상승할 때마다 유량은 약 3% 감소

- 압축기나 모터에 과열이 발생할 우려가 있고 가동에 영향을

미칠 수 있다.

NdT

공냉식

1.05 xQv =N

dT Qv = 0.1 x

수냉식

압축실의 환기

총 비용은 다음의 사양을 고려하여 결정

– 적정한 압축기 설정

(효율, 압력, 용량)

– 높은 에어의 품질: dry and clean

– 적정한 설치(Professional installation)

•파이프

•압축기 룸의 환기

•냉각수

Installation Guideline

1% - excellent

4% - acceptable

노후된 설비에서는 약 30% 에어 누설

압축공기의 누설

Eq. Holediameter

cost perYear

[mm] [l/s] [cfm] [kW] [hp] (KRW)1.0 0.9 1.9 0.3 0.4 144,0002.0 3.6 7.6 1.3 1.8 624,0005.0 22.5 48.0 8.1 11.0 3,888,600

10.0 88.0 186.0 32.0 44.0 15,360,000

Air leakage at7 bar

CompressorPower req.

압축공기의 누설에 따른 에너지 소모율

Load/unload

Load/unload

ES1000

VSD

ES2000

Turbo

ES3000LAN

ES3000-XES3000-XX

ES – Product Overview

Thank You!