압축기 주변기기 - 제습장치(AIR DRYER)

   압축 공기 드라이어의 필요성


     공기압축기에서 토출되는 압축공기 속에는 대기중의 수분과 먼지, 공해 물질 및 압축기의 윤활유
     등이 농축,혼합되어 있어 이러한 상태의 공기를 그대로 사용하게 되면 압축공기 시스템에 다음과
     같은 여러 가지 문제를 일으킬 수 있습니다.

    ① 파이프내의 수분에 의해 파이프가 부식되고, 스케일이 발생해서 배관의 수명을 감소시킵니다.
        또한 추운 겨울철 응축수로 인한 동파의 위험도 따릅니다.
    ② 부식등에 의해 발생된 스케일 및 이물질은 각종 공압기기의 고장원인이 되며 수명을 단축시킵니다.
    ③ 제어계통에 문제를 발생시킬 수 있고, CONTROL AIR 라인의 막힘이나 압력강하 등으로 대형 플랜트,
        선박항공기, 보일러 등의 제어에 문제를 일으킬 수 있습니다.
    ④ 생산제품의 불량
        ― 도    장 : 마지막처리로 PAINTING할 때 포함된 수분은 수포를 형성하여 면이 곱지 못하고 재처리를
           해야 하므로 막대한 경비가 소비됩니다.
       ― 식품공업 : 식품 가공시 수분에 의해 음식물을 변질시킵니다.
       ― 화학공업 : 수분에 의해 이상반응을 초래하고, 원료손실을 초래합니다.
       ― 주물 및 정밀기계제작 : 모래 HOPPER등이 막히거나 솔레노이드 밸브 및 AIR TOOLS의 비정상적
                                          작동으로 정밀기계 제작이 어렵습니다.
        ― SAND BLASTING : 수분에 의해 부식 및 표면손상을 초래합니다.
    ⑤ 잦은 고장으로 보수 및 유지비용이 증가합니다.  
 

    수분발생 과정 및 제거 방법


    우리나라의 기후는 상대습도가 최대 99%에서 20%까지 기록되는데 여름철은 습도가 70∼90% 정도가
    됩니다. 대기압 상태에서 70%의 상대습도를 가진 대기가 압축기에 의해 계기압력 7kg/㎠로 압축되면
    상대 습도는 70×8=560%의 상대습도가 됩니다. 그러나 실제 수증기 상태로 존재하는 수분량은 100%
    상대습도에 해당하는 포화수증기량 뿐이고 나머지 460%의 상대습도에 해당하는 수분량은 물로 존재
    하게 됩니다. 압축된 공기가 포화 할 수 있는 포화 수증기량은 단위 m  당 표와 같이 포함되어 있습니다.     아래 표에서 알 수 있듯이 압축공기는 약 11℃ 온도가 하강함에 따라 포화수증기량은 약 50%정도
    감소하게 됩니다.

    이러한 효과를 이용해서 공기를 냉각시켜 공기중의 수분을 물로 응축, 제거하는 것이 냉동식 에어
    드라이어입니다.
    에어 드라이어는 크게 냉동식과 흡착식으로 나눌 수 있고 압축공기의 일반적 사용에서는 경제적인
    냉동식을 사용하고 극히 건조한 공기를 필요로 하는 곳은 흡착식을 사용하여 수분을 제거합니다.  
    냉동식은 냉동기와 냉매를 사용, 입구공기를 낮은 이슬점(DEWPOINT)까지 냉각하여 공기 중에 포함된
    수증기를 응축시켜 수분을 제거하고 흡착식은 건조탑과 흡착제를 사용하여 수분을 물리적으로 흡착
    함으로써 완벽하게 제거합니다.

    <표10> 온도에 따른 포화 수증기량의 변화  

 온도(℃)

50

48

45

40

38

35

32

30

27

25

22

20

16

13

10

9

4

2

0

-5

포화수증기량 (g/m)

10.7

9.5

8.2

6.5

5.9

5.0

4.3

3.8

3.3

2.9

2.4

2.2

1.75

1.42

1.17

1.1

0.82

0.69

0.6

0.4

    압축공기 건조

    먼지나 미세한 녹 따위의 고형물은 필터로 완전히 제거가 가능하나 화학약품(특히 부식성 가스)은
    간단하게 처리할 수 없으므로 원료공기의 흡입구를 깨끗한 곳에 설치하는 것이 압축공기를 사용할 때
    최고 먼저 고려해야 할 사항입니다. 공기중의 습기는 압축기로 압축한 다음 드레인 세퍼레이터 또는
    미세한 필터 등을 사용하여 분리하는 것으로는 포화상태 이하의 습도를 얻을 수 없습니다.
    응축수는 배관이나 계기 등을 부식시켜 녹을 발생시킴은 물론, 노점 이하로 주위온도가 내려가는 경우
    다량의 응축수가 발생되어 배관이나 계기류를 폐쇄시키거나 겨울철에는 드레인이 동결되어 계기류의
    파손, 성능저하를 일으키는 등 트러블의 원인이 되므로 계장용 공기 및 공정용 공기의 제진 및 탈습
    장치는 압축공기를 사용하기 전에 반드시 드라이어를 설치해야만 합니다.

    건조정제장치(Dryer)의 종류


    건조정제장치는 압축기체의 종류 및 건조정도에 따라 아래와 같이 분류할 수 있습니다.

    ① 흡착식 : 실리카겔, 활성 알루미나, 모큘러시브 등의 흡착제를 충진한 원통 속으로 압축공기를 유입
        시켜 공기 속의 수분을 흡착제가 흡착하도록 함으로써 건조공기를 얻는 방법으로 산업용으로 가장
        많이 사용됩니다. 일단 수분을 흡착시켜 포화된 흡착제는 흡착된 수분을 추방하는 재생공정을
        통하여 반복 사용됩니다. 흡착제의 재생(건조)을 전기히터나 증기로 가열하거나 열풍을 사용하여
        대기속으로 수증기를 제거하는 것을 가열 재생형이라 하고, 건조된 공기 일부를 감압하여 수분을
        방출시키는 것을 비가 열 재생형이라 합니다. (일반적으로 노점 -40℃이하 생산)
 
    ② 흡수식: 염화리튬, 브롬화리툼 등 액상의 수용성흡수제를 이용 수분을 흡수하는 방식으로 부식성이
        강한 미스트의 발생과 노점이 높은 관계로 현재는 거의 사용되지 않고 있습니다.
 
    ③ 냉동식 : 압축한 공기를 냉매나 브라인에 의해 열교환하여  압축공기의 온도를 낮추어 낮은 온도까지
        냉각시켜 응축된 수분을 제거하는 건조방법으로 공기온도를 빙결(氷結)온도 이하로는 할 수 없으며
        최고노점은 7 kg/㎠G 상태에서  2℃(대기압 -24℃정도)가 한계로써 주위조건과 용도를 고려하여야
        합니다.

    ④ 화학식 : 공기 속의 수분과 화학 반응을 일으키는 흡수제를 사용하는 특수한 방법입니다.
 

    노점(이슬점) : DEW POINT

    압축공기에서 습기응축을 막는 방법은 에어라인이나 설비가 놓여있는 곳의 가장 낮은 온도보다 더
    낮은 온도까지 압축공기의 가압노점을 낮추어 주는 것입니다.  여기서 말하는  가압노점은 사용중인
    배관내에 공기가 압축된 상태에서 습기가 응축하기 시작하는 온도이며, 이 온도는 대기압에서의
    노점보다 훨씬 높은 온도입니다.  노점은 앞서 언급한 바와 같이 배관라인이 노출된 곳 중에서 가장
    낮은 온도를 계측함으로써 결정되어지거나, 최저 수분량을 규정함으로써 결정됩니다. 주의할 점은
    대기압노점과 가압노점의 구별이 반드시 이루어져야 합니다. 대기압 노점이란 대기압하에서의 응축
    온도이지만, 가압노점은 실제 시스템 압력하에서의 응축 온도입니다. 모든 에어시스템이 가압상태에서
    작동하기 때문에 대기압 노점 기준으로 드라이어를 선정할 때는 대기압 노점을 압력노점으로 환산해
    주어야 합니다.

 대기압하의 노점℃

-17

-43

7 kg/㎠G압력하의 노점℃

10

-20

    계장 및 공정용 탈습장치에 고려할 사항


    ① 압축기가 급유식인 경우 흡착식 입구에서 필히 오일을 제거하는 장치를 부착하여야 하고 가급적
        냉동식과 필터를 직렬 배치하여 주십시오,

    ② 처리공기의 입구온도를 낮게 유지하십시오.(온도조건, 냉각수 온도)

    ③ 물리적 드레인을 최대한 활용하십시오.(일일점검사항-드레인 트랩은 각종 이물질이 집결 되므로
        주1회 이상 분해 청소하십시오)
        수분배출을 철저히 할 필요가 있는 곳에는 노치(Notch) valve를 사용 하십시오.

    ④ 흡착제의 양과 질이 흡착능력을 좌우하고 흡착제의 재생조건이 탈습장치의 수명을 결정합니다.

    ⑤ 가열 재생식의 경우 완전재생을 위해 처리 유량의 8% 소모공기가 소비되며 비가열식의 경우 출구
        노점에 따라 7∼20%의 건조공기 소모가 발생합니다.
        압축기 용량 선정 시 고려하십시오

    ⑥ 사계절의 온도, 습도 변화에 따라 사용주기를 간편하게 변경할 수 있는 타이머를 사용하며 건조
        시간을 조정하십시오.

    ⑦ 노점은 외기 최저온도보다 5∼10℃정도 낮게 생산되도록 계획하십시오.

    ⑧ 연속(24시간)사용 또는 일시사용조건에 따라 기종을 결정하십시오.

        가열 재생식 : 24시간 연속사용조건
        비가열 재생식 : 10분 이상 일시사용 및 연속사용조건

    ⑨ 사용장소의 건조도 조건에 따라 차등 탈습장치를 설치 활용하십시오.

    ⑩ 드레인 배출구의 감시를 철저히 하여 응축수의 배출이 원활하도록 하십시오.
 

    압축공기 제습용 드라이어 선정

    드라이어 선정시에는 필요한 가압노점, 입구공기온도, 시스템 작동압력, 처리유량 및 비용등 5가지
    인자를 반드시 고려해야 합니다. 에어 드라이어 제조사의 사양서에 있는 운전압력과 입구공기온도,
    사용노점을 고려한 선정 표를 참고하시기 바랍니다.

    고객의 현장조건에 따라 유량에 보정 값을 곱하면 적합한 모델을 선정하실 수 있습니다.

    1) 유량
       유량은 압축공기 시스템의 공기 소비량을 합함으로써 간단히 결정됩니다.
       그러면 필요한 유량을 처리하기 위한 압축공기 드라이어의 사이즈가 결정됩니다.

    2) 입구공기 온도
 
       드라이어로 유입되는 입구에서의 압축공기의 온도는 드라이어 선정에 중요한 영향을 미칩니다.
       공기의 수분함유량은 온도에 따라 좌우되기 때문에 높은 입구공기 온도는 보다 많은 수분이 제거
       되어야 하므로, 더 크고 비싼 드라이어가 사용되어야 한다는 것을 의미합니다. 그러므로 입구공기
       온도를 낮추는 것은 초기 투자비와 운전비용을 최소화하는 것입니다.

       입구공기 온도가 50℃를 초과해서는 안됩니다. 높은 입구공기 온도는 냉동식 드라이어의 냉각부하를
       커지게 하고, 흡착식 드라이어의 건조제 흡착효율을 크게 감소시키므로, 입구공기 온도가 높은 공압
       시스템에서는 공냉식/ 수냉식 애프터 쿨러가 반드시 드라이어 앞에 설치되어야 합니다.
       경험에 의하면, 38℃의 입구공기 온도일 때 드라이어 비용은 최적입니다. 38℃이상에서는 드라이어
       용량(비용)이 급격히 증가하고, 38℃이하에서는 애프터쿨러 사이즈와 비용이 증가합니다.
 
    3) 시스템 작동압력
 
      정확한 드라이어 선정을 위해, 드라이어가 사용될 작동압력이 결정되어야 합니다. 설계압력보다 낮은
      압력에서 드라이어가 작동할 경우, 유속이 빨라져 접촉시간이 줄어들므로 높은 압력노점과 응축수가
      배관으로 넘어가는 현상이 발생하고 드라이어의 응축 및 흡착 성능이 저하됩니다. 일반적으로 압력이
      높을수록 유속이 늦어 단위 면적당 효율이 증가하므로 드라이어의 크기는 작아집니다.
 
    4) 비용

      비용은 드라이어 선정시 최종 고려사항 입니다.
      압력노점이 낮을수록 비용은 증가하는데, 가장 경제적인 초기 투자비와 운전비용을 달성하기 위해서는
      공압 시스템에서 필요로 하는 가압노점과 연관시켜 드라이어를 선정하여야 하며, 입구공기 온도 또한
      현실적으로 가능한 낮춰야 합니다.
      필터, 세퍼레이터 등을 전처리 또는 후처리 용으로 선정할 때에도 유체의 특성, 제거 시킬 이물질의
      종류에 따라 점진적으로 미세하고 정밀한 여과입자 혹은 흡착 엘리멘트를 사용하는 필터를 설치하는
      것이 가장 우수한 압축공기를 얻을 수 있는 방법입니다.