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펌프성능(에너지)진단

펌프 에너지 절감의 시작은 정확한 진단이 최우선!!

현재 사용중인 펌프를 측정하여 시스템 최적화 및 낭비되는 에너지 모두 회수가능!!

수용가측의 간단한 지원(게이트밸브 부착)으로 가동중인 펌프의 성능 및 에너지진단가능!!

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목 차

▶ 그린에너텍 회사소개

▶ 펌프 성능진단 목적

▶ 펌프 성능진단 대상

▶ 펌프 성능진단 방법

-열역학적 방법(Secure meter)

-수력학적 방법(초음파 유량계)

▶ 성능진단 절차

▶ 펌프 소비전력 절감방안

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그린에너텍 회사소개

▶ 주사업 분야 - 산업용 및 건물용 펌프 에너지진단 및 절감제안, 개선시공, 펌프판매 - 수자원공사 및 각 지자체의 펌프 효율진단, 성능진단 ▶ 주요 종목 - PUMP, 고효율인버터, 고효율전동기, 배관 외 ▶ 설립 일자 - 1999년 12월 23일 ▶ 회사 위치 - 강원도 홍천군 홍천읍 홍천로 334-1 2F ▶ 연 락 처 - 대표:033)433-1951 E-mail : energy3274@naver.com

▶ 주요 실적 - 삼성전자/기흥,온양,탕정,천안사업장, 금호석유화학 여수공장 삼성토탈/대산공장,LG화학/대산공장, 한화석유화학/울산공장 GS칼텍스/여수공장,삼성전기/수원,부산공장,정부통합전산센터 ㈜효성/구미, 울산공장, 한국철강/창원공장, SKC/수원, 천안공장, SK케미칼/수원공장, 코오롱/구미공장, KAC/목천공장, 바스프/울산 삼성코닝정밀소재/아산공장, 수자원공사 및 지자체/팔당, 군산, 해남취수장, 풍납, 구의, 영등포, 성남, 일산, 원주, 기흥, 용인정수장 대구시하수처리장, 서남/중랑물재생센터(이상 펌프류 진단 및 개선)

GM 대우/부평, 창원공장, SKC/수원, 천안공장, ㈜효성/구미공장, 삼성토탈/대산공장 외 (이상 인버터, 전동기, 조명 진단 및 개선)

전력에너지 관련 100 여 업체 진단 및 개선 시공 ▶ 기 타 - 영국 에너지절감 전문업체인 Secure meter 그룹과 제휴 및 진단장비판매

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펌프 성능진단 목적

▶ 에너지를 대량으로 소비하는 산업용 및 건물용 펌프의 경우,

설계된 유량, 양정이 최고 효율점에서 운전이 되도록 펌프와 현장 시스템을

최적화 하는 것이 중요하다.

설치된 펌프의 수명은 약 10~20년 정도로 운전되기 때문에 운전도중

현장상황 변화로 인한 유량,양정의 변화(5쪽 참조)와 노후화(6쪽 참조)로

펌프 자체의 성능도 저하되어 최고 효율점을 벗어나서 운전되는 경우가 많다.

▶ 이러한 경우 현장에서 실제로 운전되고 있는 펌프 개개의 성능과

운전 현황을 정확하게 진단,분석하여

사용중인 펌프가 현장조건에 적합한지와

펌프 최적화 및 효율개선을 실현하여 전력 에너지 낭비를 없애는 것이

성능진단의 목적이다.

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▶ 펌프는 옆의 그림과 같이

시스템 양정곡선과 Q-H

곡선이 만나는 지점이

운전 점이 되는데,

운전점에 따라 펌프 효율이

달라지게 된다.

따라서 현장에서 필요로

하는 유량,양정과 펌프

성능이 최적화 되어야

효율 저하에 따른 에너지

손실이 없게 된다.

시스템 양정곡선

양정

H

Q-H 곡선

H3 H2

H1

손실수두

Eff

토출량 Q

Q3 Q2 Q1

실양정 최고 효율점

E3 E2 E1

펌프 성능진단 목적

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▶ 10년 운전시 항목별 예상손실

*펌프 노후에 의한 손실(5~17%)

Wearing링 간격 : 4~8%

축과 베어링 : 3%

케이싱 손상 : 3%

임펠러 손상 : 3~5%

*비효율적인 운전(8%)

*비효율적인 관로 시스템(3%)

*밸브 교축에 의한 손실(2%)

*시스템에 맞는 펌프선택(5%)

운전시간 경과에 따른

일반적인 효율저하

펌프 성능진단 목적

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*펌프는 A위치의 유체를 어떤 목적을 가지고

B위치까지 운반을 하는데,

이 경우 반드시 전력 (KW)이 필요하다.

*A에서 B까지 유체 1,000㎥/hr 를 이송하는데

1) 전력이 100KW면 되는데 120KW가 소비된다면?

2) 가동시간이 1시간이면 되는데 1시간20분이 걸린다면?

*만약 위와 같이 운전된다면 이 펌프는 에너지

낭비가 심한 경우이므로 어떤 형태든 대책이

필요한데, 가장 먼저 해야 할 사항은 펌프의

성능 파악이다.

B

A

펌프 성능진단 목적

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출력 :110KW

1.전동기 1-1.전동기 110KW는 출력기준인데 효율이 90%면 입력전력(전기요금 기준이 됨)은 122KW이다.

*110/0.9=122KW

1-2.전동기 효율이 95%면 입력은 115.8KW 이다.

*110/0.95=115.8KW

입력 : 122KW

2.PUMP 2-1.펌프의 유량,양정이 동일하다면 펌프 축동력의 변수는 효율이다. 2-2.효율이 올라가면 축동력은 떨어지고 효율이 내려가면 축동력은 높아진다.

▶ 효율의 중요성

(P:축동력)

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펌프 성능진단 목적

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성능진단 대상

1.진단대상 펌프의 선정

▶ 펌프를 진단 할 경우 전체를 대상으로 하는 것이 바람 직 하지만,

펌프 수량이 많은 경우에는 가장 큰 효과가 기대되는

펌프를 선정하는 것이 우선이다.

▶ 주로 다음과 같은 펌프가 성능진단 (에너지 절감 및 성능향상)

검토 대상이다.

◆ 노후화된 펌프

◆ 전동기 출력이 비교적 큰 펌프

(*출력이 큰 만큼 에너지 절감 효과가 크다)

◆ 년 간 운전 시간이 많은 펌프

(*냉수,냉각수,용수, 취수 및 급수, 각종 건물용,산업용 펌프 등)

◆ 유량, 압력 등의 부하 변동 폭이 큰 펌프

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성능진단 대상

2.수자원공사 및 각 지자체 펌프

▶ 취수,송수,가압 펌프외 효율진단 및 성능진단

▶ 정부 방침에 따른 에너지 다소비 업체의 펌프부문 의무진단

▶ 공공기관의 펌프부문 환경진단

▶ ESCO 업체 및 진단 전문업체의 펌프부문 진단대행

▶ 성능개선 및 에너지 절감이 필요한 펌프부문 진단 및 컨설팅

▶ 펌프 예방보전 진단

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펌프의 소비전력 증가(낭비)원인

▶ 생산 및 냉난방의 필수적인 기계 요소 : 장시간 운전 필요

▶ 운전 조건에 따라 효율이 30% ~ 90% 까지 변화 :

- 장시간 운전에 따른 갱년 변화 (회전차 / 케이싱 침식, 웨어링 링의 마모 등)

- 시스템의 요구에 따른 펌프의 운전 조건 변화 (필요에 따른 밸브의 교축운전)

▶ 펌프 시스템 설계 시 문제점 :

- 시스템 설계 시 과도한 안전율 산정 (20% ~ 30%)

- 검토 과정에서 안전율 추가 (10% ~ 20%)

- 제조업체에서 시방점보다 크게 제작 (약 5%)

※펌프 성능 측정의 중요성 : “현재 운전상태 파악이 에너지절감의 시작”

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설치,보수비용과 운전비용 비교

5%8%

87%

24%

8%

63%

5%

1%4%

95%

Capital Cost

Man powerCostRunning Cost

MaintenamceCost

Water pump

Waste Water pump Process pump

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성능진단 방법(열역학적 방법/Secure meter)

▶ 진단장비 : 펌프 성능진단 분석계(Secure meter) 및 Power meter 외

▶ 측 정 값 : 펌프 흡 / 토출 온도 및 양정, 유량, 효율, 전동기입력(KW)

성능진단 분석계 성능진단 분석계 설치

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성능측정 시스템 상세구성도

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▶ Secure meter 측정 원리

ISO 5198 precision class, Testing Class A (열역학적 측정방법)

펌프내부 통과 액체의 엔탈피 변화량 측정에 의한 에너지 손실량 직접 평가

▶ 에너지 손실량과 측정된 양정으로부터 펌프 효율 평가

▶ 펌프 효율, 양정 및 전동기 입력 / 효율로 부터 펌프 토출량 산출

성능측정 원리

Losseso

Wi

W gHQo

W TQCLosses p

gH

TCi

Wo

W

pp

1

1

pmmPgHQo

W gH

PQ

pmm

WO-수동력 Wi-축동력 △T-흡/토출온도차 Pm-전동기입력 ηm-전동기효율ηp-펌프효율 ρ-밀도 g-중력가속도 Cp-정압비열

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성능측정 장점(열역학적 측정방법)

▶ 효율, 양정, 소비전력 및 토출량 등 실시간 현장 측정

▶ 직접적인 손실량 평가에 따른 고정도 효율 측정 (±2.0% 이내)

▶ 연합 운전중인 시스템에서 개별 펌프의 성능 실시간 정밀측정

▶ 초음파 유량계 설치 시 요구되는 배관의 일정거리 직관부 불필요

▶ 설치 및 측정 시 기존 펌프시스템의 운전조건 및 관로 변경 불필요

▶ 기존 유량계 검,교정 기준 정도의 정밀 유량 측정 (±2.0% 이내)

▶ 현재 운전조건과 동일상태에서 측정 및 분석 적용가능

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Gate Valve 부착(온도, 압력센서 삽입용)

▶ 온도 및 압력 측정을 위해 흡,토출 배관에 1/2인치 게이트밸브를 부착한다.

▶ 부착 위치는 펌프 배관 내부 장애요소, 곡관, 밸브 위치 등을

고려하여 선정한다. (*그린에너텍 Marking)

▶ 흡,토출 배관의 탭핑은 펌프 플랜지와 흡,토출배관 사이에 위치해야 한다.

▶ 펌프 플랜지에 부착되어 있는 밸브 및 볼 밸브는 사용 불가 하다.

▶ 15A,5cm 단관을 배관에 용접하고 15mm

드릴을 사용하여 수평으로 탭핑한다.

▶ 단관 부착후 15mm 탭핑시 용접기로

불어서 하는것은 지양한다.

▶ 홀의 센터가 정확하지 않으면 측정장비를

삽입할수 없음으로 주의해야 한다.

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온도 Probe와 압력센서/설치사진

온도 Probe와 압력센서 온도 Probe와 압력센서 설치

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▶ 진단장비 : 초음파 유량계 및 전력분석계

▶ 측 정 값 : 펌프 흡/토출 압력, 유량, 효율, 전동기 kw 외

▶ 측정원리

-KSB 6301(수력학적 측정방법)

-펌프의 양정, 유량, 전동기 입력전력의 측정

-수동력 평가에 의한 에너지 전달량 평가

-평가된 수동력과 전동기 출력으로부터 펌프효율 계산

▶ 수력학적 측정방법의 특성

-기존의 측정 센서를 이용하여 측정할 수 있는 간편한 방법

-토출량, 양정 및 전력 측정으로 직접적인 수동력 측정에 의한 현장효율

측정 (배관의 직관부 길이에 따라 측정 오차가 큼 ±5~30%)

-초음파 유량계 설치를 위한 일정거리 직관부 필요

-측정시 기존의 운전조건 및 관로 변경 불필요

-유량계 설치조건에 따라 측정 정밀도 결정(±5~30%)

성능진단 방법(수력학적 방법/초음파유량계)

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성능진단 방법(수력학적 방법/초음파유량계)

▶ 측정 파라메터

- 유량 : 배관에 초음파유량계를 설치하여 측정 (하단 사진 참조)

정확한 측정을 위해서는 유량계 전/후단에 10D 이상의 직관이

확보 되어야 한다.

- 전력 : 전력분석계로 측정

- 흡․토출 압력 : 펌프 흡입관과 토출관에 압력센서를 설치하여 측정

- 전양정 : 흡․토출 압력값을 사용하여 수학적으로 계산함

- 펌프 효율 : 위 값을 기준으로 계산함

▶ 측정 방법

- 펌프 흡, 토출 배관에 설치된 측정용 탭에

압력센서를 설치한다.

- 펌프 배관 직관부에 유량계를 설치한다.

- 펌프 전동기에 전력계를 설치한다.

- 측정된 양정, 유량과 동력을 이용하여

펌프의 효율과 성능을 평가한다.

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성능진단 절차

▶ 펌프설비 운전현황 실사 및 진단 대상 선정--------- (by 수용가 / G.E)

▶ 진단제안서 제출 ------------------------------------ (by G.E)

▶ 진단 여부 결정 및 Gate Valve 부착 ---------------- (by 수용가)

▶ 펌프설비 정밀 성능측정 실행 -----------------------(by G.E / 수용가)

▶ Log Date(측정데이터) Simulation 및 분석, 정리-- (by G.E)

▶ 진단보고서 제출 및 제안설명회 실시 -------------- (by G.E)

▶ 제안 타당성 검토 및 개선 여부 결정 --------------- (by 수용가)

▶ 개선작업(자재납품 및 시공 외) 실행 --------------- (by G.E)

▶ 시운전(성능 파악) 및 투자경제성 검증 ------------ (by G.E / 수용가)

▶ 완료 보고 --------------------------------------------(by G.E)

※소요기간 : 약 15 일(자제납품 및 시공기간은 제외)

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추가 진단항목

진동 측정 ( ~ )

전동기 및 펌프 부하, 반부하 측 베어링 온도측정 ( ~ )

펌프 Impeller 및 Casing 내부 내시경 촬영

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소비전력 절감방안

▶ 최고효율점(Best Efficiency Pont)에서 운전(시방점 최적화)

▶ 고효율 펌프설치

▶ 회전수 제어운전(인버터, 유체 C/P)및 Impeller 개체

▶ 친환경 세정제로 녹,스케일을 제거하여 효율 및 성능개선

▶ Casing 내부 및 Impeller 코팅

▶ 절감 대책 분류

▶ 펌프 본체의 대책

▶ 유량변화(부하변동)설비의 펌프 운전대책

▶ 설비 계획상의 대책

▶ 설치형 효율계 설치 : 펌프 스테이션 운전효율 향상(Scheduling)

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소비전력 절감방안

◆ 펌프 설계, 제작 최적화

◆ 펌프와 부하시스템 최적화

(설계점과 운전점의 조화)

◆ 병렬운전 시스템 효율화

◆ 펌프 개개 효율 관리

◆ 소음 / 진동 최소화

(캐비테이션 관리)

▶ 최고효율점 (B.E.P)부근에서 운전 High temp rise

Low flow cavitation

Low bearing/seal life

Reduced impeller life

Suction recirculation

Discharge recirculation

High flow cavitation

BEP

Flow(m3/h)

Head(m

)

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소비전력 절감방안

◆ 같은 용량의 펌프라 하더라도 수력학적 설계나 제조방법에 따라 효율 차이가 날 수 있다.

가격이 다소 고가이더라도 고효율펌프를 설치 할 필요가 있다.

이때에는 펌프의 회전수, 단수, 구경, 회전차 형상 및 진동, 소음 등에 대하여 함께 고려하여야 한다.

사례에서는 같은 용량의 고효율펌프와 일반펌프의 사용사례를 보여 주고 있다.

그림에서처럼 고효율펌프를 사용하면 전력량 48.1 kW 절감이 가능하다. (기존 일반펌프 사용량의 8.7% 절감)

▶ 고효율 펌프 설치

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소비전력 절감방안

▶ 회전수 제어운전(인버터,유체 C/P) 및 Impeller 개체

◆ 사용유량의 변화에 따라 펌프 회전수를

변화시켜 성능을 설비의 필요한 유량,

압력에 맞도록 하고 펌프의 축동력을

절감한다.

이 경우 회전수 변화와 펌프의 토출량

양정, 축동력의 관계는 다음의 식으로

표시되며, 특히 축동력은 회전수 변화의

3승에 비례하여 대폭적으로 감소한다.

성능곡선상의 변화는 그림과 같다.

토출량

전양정

축동력 회전수 변화에 따른 펌프특성 변화

1

1

22 Q

N

NQ

1

2

1

22 H

N

NH

1

3

1

22 P

N

NP

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소비전력 절감방안

◆ 오른쪽 그림은 임펠러 외경 D2를

D2’로 가공했을 경우 임펠러의

출구폭이 변하지 않는 범위에서

유량,양정,소비전력의 일반적인

변화식 과 성능곡선이다.

그림에서 임펠러 외경 D2일때의

성능곡선상의 임의의 점 B와 좌표의

원점을 직선으로 연결하여 식(1),(2)

로부터 구한 Hc, Qa에서 직선상의

C점을 정한다.이러한 방법으로

임펠러 외경 D2’의 성능곡선상의

점을 구해 곡선으로 연결하면 외경

D2’경우의 양정을 작성할 수 있다.

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▶ Impeller 외경가공 전후 비교

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임펠러와 CASING 내부가 심하게 마모되거나 파손된 상태에서 계속 운전하게

되면 효율이 저하되어 에너지 손실이 크게 된다.

소비전력 절감방안

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▶ 임펠러 마모

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소비전력 절감방안(참고)

전동기 부하에 따른 효율 인버터와 유체 C/P의 효율

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▶ 전동기 부하에 따른 효율 및 인버터와 유체 C/P 적용 효율비교

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소비전력 절감방안

◆ 무해,무독 세정제로 펌프 Casing 내벽이나 임펠러 상태를 손상없이 녹과 스케일을

제거하여 펌프 효율 및 성능을 향상시켜 에너지 절감을 실현함.

◆ Casing 내벽이나 임펠러의 녹,스케일을 제거하기 위해 기존에는 사상이나 Sanding후

특수재료 코팅을 했는데 세정제 이용 방법은 Casing 내벽,임펠러 상태가 손상 없이

가능하며 코팅비용보다 훨씬 저렴하며 효율개선은 거의 같은 수준으로 가능함.

◆ 별도의 펌프 반입,반출이 필요하지 않아 운반비용 등이 들지 않으며 개선공사 시간을

단축하여 효과적인 절약이 가능함.

◆ 펌프 내부 상태를 손상없이 개선하여 펌프 수명에 영향을 주지 않음.

◆ 시공은 세정제로 작업하기 때문에 먼지나 소음이 발생하지 않으므로 청결한 작업이

가능하고 작업성도 우수함.

◆ 시공방법은 먼저 세정제로 녹과 스케일을 제거 후 부식방지용 프라이머등 도료로

도포하고 베어링이나 씰, 웨어링 링 등 펌프부품 상태를 점검 후 설치함.

개선전,후 검증은 펌프 열역학적 진단방법으로 시행함.

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▶ 친환경 세정제로 녹,스케일을 제거하여 효율 및 성능개선

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소비전력 절감방안

▶ Casing 내부 및 Impeller 코팅

◆ 특수 화학도료로 펌프 내면과 임펠러를 코팅 처리하면 효율은 3~8% 정도

향상되며, 펌프 수명도 5~10년 정도 연장 시킬 수 있다.

◆ 펌프의 내부에 Polymeric Coating System을 적용시킨다.

◆ 펌프의 운영에 있어서 가장 중요하고 필수적인 요소 중의 하나인 에너지의

사용을 감소시키고 그에 따른 비용절감을 가져올 수 있으며, 더 나아가서는

초기 투자비용 까지도 회수할 수 있다.

◆ 0.5mm의 얇은 두께로 시공되는 코팅제는 윤활성분에 내마모성을 첨가하여

혼합한 피낭체(Encapsulated) 로 되어 있으며, 유입된 이물질이 높은 유속에 의해 주게

되는 충격과 캐비테이션에 대한 내성이 우수한 것으로 알려져 있다.

또한, 다음에서 보듯이 매우 매끄럽고 반짝이며 소수성(疏水性)을 지니는 특성을

가지고 있으므로 마찰 손실을 감소시켜준다.

◆ 시공은 브러쉬나 airless spray 작업이 가능하여 작업성이 우수하다.

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소비전력 절감방안

코팅 시공 전, 후 표면의 비교 코팅 시공 전, 후 성능 비교

코팅 시공 전 케이싱 코팅 시공 후 케이싱

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소비전력 절감 종합대책

펌프설비의 소비전력 절감 대책으로는 펌프 자체의 개선안 외에 시스템

상의 개선 등 다양한 방법이 있지만, 대 용량 및 중, 소 용량 출력의 펌프를

대상으로 그 방법을 분류하면 대표적인 것은 다음과 같다.

◆ 펌프 본체의 대책

- 효율의 향상

- 적정한 운전

- 수리 및 코팅

- 임펠러 교체 및 외경 가공

◆ 유량변화(부하변동)설비의 펌프 운전대책 - 속도제어 운전

- 병렬 운전시스템 조정(대수제어 운전)

- 대, 소형 교체 운전

- 극수 변환 운전

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▶ 절감 대책 분류

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소비전력 절감 종합대책

◆ 설비계획상의 대책

- 적정한 펌프 사양의 결정

- 배관, 부속 기기의 적절한 선정

◆ 설치형 효율계 설치 : 펌프 스테이션 운전효율 향상(Scheduling)

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