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공기압축기에 물이 있는 이유

압축공기 내 응축수

압축공기 시스템의 물에 대해 불평하는 사람을 본 적이 있거나, 사용 중인 공기압축기에서 물이 새어나오나요? 그런 현상은 매우 일반적이지만, 압축공기 시스템에 피해를 주어 최종 제품의 품질을 훼손할 수 있으므로 무시하거나 방치해서는 안 됩니다. 압축공기 시스템에 물이 존재하는 이유와 잠재적 위험을 방지하기 위한 올바른 처리 방법에 대해 자세히 살펴보겠습니다. 

공기압축기 시스템에서 물이 새어나오는 이유

응축수는 공기를 압축할 때 자연스럽게 발생하는 부산물입니다. 공기압축기에서 생성되는 물의 양은 주로 흡입구 상태, 주어진 환경의 외부 공기 질, 압력 등에 따라 다릅니다. 간단히 말해서 공기 온도, 습도, 공기압축기 크기, 필요한 압력 등에 따라 장치에서 압축공기 배관으로 새어나오는 수분 함량이 결정됩니다. 당연히 습하고 더운 공기가 차가운 공기보다 수분 함량이 더 높습니다. 따라서 공기압축기에서 더 많은 물이 새어나옵니다. 예를 들어, 75% 상대 습도의 24°C(75°F) 대기 온도에서 작동하는 55kW(75HP) 로터리 스크류 공기압축기는 하루에 280리터(75갤런)의 물을 생성합니다. 아래 그림은 압축공기 시스템에서 수분을 제거하는 과정을 보여줍니다. 

애프터쿨러, 응축수 분리기, 냉동식 드라이어, 흡착식 드라이어 등과 같은 부속품을 사용하여 수분을 분리할 수 있습니다. 7bar의 과압으로 작동하는 공기압축기는 공기를 부피의 7/8까지 압축하고, 공기의 수증기 함유량을 7/8까지 낮춥니다. 또한 상당한 양의 수분을 배출합니다. 예를 들어, 20°C에서 60% 상대 습도로 공기를 빨아들이는 100kW 공기압축기는 8시간 가동 중에 약 85리터의 물을 배출합니다. 결과적으로 분리되는 수분의 양은 압축공기의 응용 분야에 따라 다릅니다. 이에 따라 적합한 쿨러와 드라이어가 결정됩니다.

외기 온도, 유량(공기압축기의 크기), 입구 압력, 입구 온도, 원하는 압력하 이슬점(PDP) 등과 같은 매개변수가 공기압축 시스템의 건조 과정과 잠재적 수분 함량에 미치는 영향에 대해 자세히 살펴보겠습니다.

선택 매개변수

유량 또는 공기압축기 크기 높은 유량(CFM 또는 l/s)이 필요한 응용 분야일수록 시스템의 수분 함량이 높아집니다. 외기 온도/수분 함량 외기 온도가 높고 습한 환경에서 작동하는 공기압축기는 압축공기 시스템 내에서 많은 양의 수분이 생성됩니다. 입구 온도 드라이어로 연결되는 입구 온도가 높을수록 압축공기 내 수분 함량이 높으므로 공기를 처리하고 수분을 응축하여 배출하는 데 더 큰 드라이어가 필요합니다. 압력 흐름, 온도 또는 습도와 달리 압력은 반대로 작용합니다. 즉, 압력이 높을수록 압축공기에 포함된 수분이 적어서 더 쉽게 건조할 수 있습니다. 스폰지로 물을 빨아 내려는 경우 스폰지를 짜는 데 어려운 반면에 포함된 수분은 더 적습니다. 압력하 이슬점(PDP) 압력하 이슬점은 압축공기 내 수분 함량을 측정하는 일반적인 방법입니다. PDP는 공기 또는 가스에 수분이 포화 상태가 되어 응축되거나 액체 상태로 전환되기 시작하는 온도점을 말합니다. 또한 공기에 수증기를 더 이상 함유할 수 없는 지점을 의미하기도 합니다. 압축공기 내 수분 함량을 최소화하려면 낮은 수준의 PDP가 필요합니다. PDP 값이 높을수록 시스템 내 수증기의 양이 많아집니다. 드라이어의 크기에 따라 압축공기 내 PDP 및 응축수 수준이 결정됩니다.

각 공기 압축 단계의 선택 매개변수

수분이 압축공기 시스템에 어떤 피해를 줄 수 있나요?

압축공기 내에 수분이 과도하게 많을 경우 시설에 심각한 피해를 주고 작업 효율을 훼손할 수 있습니다. 압축공기 내의 처리되지 않은 응축수는 공압 시스템, 에어 모터, 밸브, 시스템에 연결된 구성품 또는 기계 등에 피해를 주어 문제를 발생할 뿐 아니라 최종 제품 공정 또는 제조 과정에서 오염이 발생할 수 있습니다. 다음은 수분의 부작용을 설명하는 목록입니다.

  • 배관 시스템 및 장비(예: CNC 및 기타 제조 기계) 부식
  • 공압 제어 장치 손상으로 가동 중단이 발생하여 높은 처리 비용 발생
  • 윤활유가 씻겨 내려가서 생상 장비에 녹 및 높은 마모 발생
  • 변색 위험, 품질 저하, 페인트 점착 등으로 인한 품질 문제
  • 추운 환경에서 작동할 경우 결빙으로 인해 제어 라인 손상 가능
  • 과도한 공기압축기 유지보수 및 장비 수명 단축
압축공기 시스템 내의 수분은 플랜트 에어, 계장용 공기, 밸브 및 실린더, 공압 도구 등에 심각한 피해를 줄 수 있습니다. 과도하고 불필요한 유지보수 비용과 잠재적 생산 중단을 방지하려면 압축공기를 건조하고 깨끗하며 주어진 공정 및/또는 응용 분야에 적합한 상태로 유지하는 데 필요한 조치를 사전 예방적으로 수행하는 것이 좋습니다.

압축공기 건조 방법

압축공기에 적절한 건조 방법은 공정 및 최종 제품을 훼손하지 않기 위해 충족해야 하는 특정 요구 사항에 따라 달라집니다. 수분 분리기 또는 애프터쿨러에서 수증기의 40-60%를 제거할 수 있으므로, 압축공기에서 수분을 제거하는 첫 번째 단계는 공기압축기 내에서 발생합니다.

압축공기가 애프터쿨러를 벗어나면 물로 포화 상태가 되어 처리되지 않은 상태로 둘 경우 전체 시스템에 심각한 영향을 줄 수 있습니다. 리시버 탱크의 외기 온도가 공기압축기에서 빠져 나오는 압축공기보다 훨신 낮으므로 리시버 탱크를 활용하는 것도 압축공기의 수분 함량을 낮추는 데 도움이 됩니다. 습한 탱크는 과도한 수분을 포집하므로 부식 및 과도한 마모 방지를 위해 매일 배출해야 합니다.

응용 분야에서 수분 제거가 필요할 경우 내부 또는 외부(일체형) 드라이어를 도입할 필요가 있습니다. 원하는 이슬점에 따라 냉동식흡착식 드라이어의 두 가지 드라이어 옵션을 선택할 수 있습니다. 냉장식 드라이어에서는 공기 온도가 섭시 3도(화씨 37도)로 하락하여 압축공기에서 새어나오는 수증기가 응축됩니다. 냉장식 드라이어 이슬점으로 부족한 경우 원하는 결과를 얻으려면 흡착식 에어 드라이어를 사용해야 합니다. 흡착식 드라이어에서는 이슬점이 -40도(섭씨/화씨)로 하락하여 분무 도장 작업에 필요한 무수(bone dry) 공기가 생성됩니다.

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