KR101578827B1

KR101578827B1 - 복수 공기압축기의 에너지효율 최적화 운전방법

Info

Publication number: KR101578827B1
Application number: KR1020150129731A
Authority: KR
Inventors: 이정림
Original assignee: 에스피앤지 주식회사
Priority date: 2015-09-14
Filing date: 2015-09-14
Publication date: 2015-12-18

Abstract

본 발명은 복수 공기압축기의 유량, 압력, 전력 등을 모니터링하여 산출한 효율값을 표준효율값과 대비, 분석하고 또 소모전력량과 비교, 분석하여 최적으로 공기압축기를 유지, 관리하여 에너지절감 효과 등을 도모할 수 있도록 한 공기압축기의 운전효율 최적화 시스템에 관한 것이다.
본 발명은, 복수 공기압축기를 구성하는 개별 공기압축기 별로 유속, 유량, 누적유량, 전력(량), 전압, 전류, 압력, 효율, 온도, 노점 등의 운전정보를 실시간으로 모니터링, 수집하는 단계; 상기 수집된 운전정보를 바탕으로 복수 공기압축기의 개별 및 평균 효율값과 개별 SER값 및 평균 SER값을 산출하는 단계; 상기 공기압축기의 개별 효율값과 평균 효율값을 개별 표준값 및 평균 표준값과 비교,분석하고 상기 공기압축기의 개별 SER값과 평균 SER값을 비교, 분석하는 단계; 상기 비교분석한 개별/ 평균 효율값과 표준값 및 개별/ 평균 SER값을 바탕으로 각 공기압축기의 문제원인을 찾고 이를 해결하는 단계; 상기 공기압축기의 효율값과 SER값의 비교, 분석한 내용을 바탕으로 각 공기압축기의 문제해결 및 운전효율에 영향을 미치는 원인 및 외부 요인과의 상관관계를 분석,도출하고 수집된 운전정보와 운전패턴 등을 빅데이터화하는 단계;로 이루어진다.

Description

복수 공기압축기의 에너지효율 최적화 운전방법{ENERGY EFFICIENCY OPTIMIZATION CONTROL METHOD FOR THE PLURALITY AIR COMPRESSORS}

본 발명은 복수 공기압축기의 에너지효율 최적화 운전방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수 공기압축기의 유량, 압력, 전력 등을 모니터링하여 산출한 효율값을 표준효율값과 대비, 분석하고 또 소모전력량과 비교, 분석하여 최적으로 공기압축기를 유지, 관리하여 에너지절감 효과 등을 도모할 수 있도록 한 복수 공기압축기의 에너지효율 최적화 운전방법에 관한 것이다.

공기압축기는 각종 산업현장에서 다양한 목적과 용도로 사용되고 있으며, 이러한 공기압축기를 보다 효율적이고 생산적으로 관리하기 위해 적지않은 기술개발이 이루어지고 있다. 대표적인 예를 참고문헌을 통해 살펴본다.

참고문헌1에; 압축공기를 생성하는 복수의 공기압축기, 압축공기의 압력을 계측하는 압력계측수단, 현재 전력의 소비량을 계측된 전력의 소비량으로부터 전력 한계치의 잔여용량을 산출하는 전력잔여용량 산출수단, 그리고 압력계측 수단 및 전력잔여용량 산출수단으로부터 산출된 압축공기의 압력값과 전력한계치의 잔여용량에 근거해 공기압축기의 운전수량을 제어하는 제어수단이 게재되어 있다.

참고문헌2에; 공기압축기, 압력센서로부터 검출된 토출압력에 관한 데이터를 아날로그/디지털로 변환하여 시간당 토출압력변화량을 계산하고 이를 설정 압력값과 비교하여 압축기에 입력되는 전력을 공급 또는 차단하여 압축기의 구동을 제어하는 제어기로 이루어진 공기압축기 제어방법 및 장치가 게재되어 있다.

참고문헌3에; 복수의 공기압축기, 복수의 공기 압축기의 파라미터를 설정 및 입력하고 연동 순서를 결정한 후 공급압력과 로우압력을 비교하여 복수의 공기압축기를 온/오프 제어하는 중앙관리시스템으로 이루어진 복수 공기압축기의 연동 제어방법에 관해 게재되어 있다.

상기 참고문헌들에서 살펴본 공기압축기의 제어, 운전 기술은 단순히 토출압력 변화량 만을 기준 압력과 비교하는 등으로 공기압축기를 제어하는 것으로 스크류식, 터보식 등 다양한 종류(異種)의 다수 공기압축기를 하나의 통합제어기로 제어하기가 곤란하였다.

이에 본 출원인은 각종 산업현장에서 사용되는 하나 이상의 복수 공기압축기를 연결하고 설정된 제어값이 입력된 통합제어기로 통합, 제어할 수 있게 하며, 또 복수 공기압축기를 최소 수로 기동시켜 최적치 사용량과 사용 공기압력을 충족시켜 생산할 수 있게 하고, 구동대기시간/압력/온도/전류에 관한 데이터의 수집/분석으로 복수 공기압축기의 운전효율을 극대화하여 에너지효율성을 높인 복수 공기압축기의 통합제어시스템을 선 발명한 바 있다.(참고문헌4)

한편, 산업현장에서 많이 사용되고 있는 공기압축기는 전체 산업용 전기에너지 사용량 중 약 20%정도를 차지하고 있는 만큼 공기압축기의 에너지효율화와 이에 따른 절감 대책은 매우 시급하고 필수적이라 하겠다.

그러나 산업현장에서는 공기압축기의 적절한 유지관리가 제대로 이루어지지 못하고 있고 공기압축기의 비효율적인 운용으로 에너지효율화와 절감 효과 등을 달성하지 못하고 있다.

이하에는 공기압축기 에너지효율화와 절감을 위한 종래 기술에 관하여 참고문헌을 통해 살펴본다.

참고문헌5에; 개별 공기압축기의 순간 유량을 수집하는 단계, 상기 수집된 공기압축기의 실시간 가동대수와 실시간 필요 가동대수를 비교하는 단계, 상기 비교 결과를 제시하는 단계로 이루어져 압축공기의 출력 측 및 유량 또는 압력에 따라 가동능력을 자동 제어하는 공기압축기 운전시스템이 게재되어 있다.

또, 참고문헌6에; 압축공기를 사용하는 수요측 설비의 공정관리 정보를 기본으로 공기압축기의 기동에 필요한 시간 이상의 예측시간 경과시 예측 압축공기 유량을 산출하고, 상기 예측 압축공기 유량의 압축공기를 공급하는데 필요한 공기압축기의 예측 대수를 산출하여 현재 기동 상태의 공기압축기 대수가 예측 대수 보다 적은 경우에는 부족분 만큼 기동시키고, 많은 경우에는 과잉분 만큼 정지시켜 제어토록 한 공기압축기 제어방법이 게재되어 있다.

또, 참고문헌7에; 복수의 공기압축기를 병열로 접속해 동시에 운전하고 있는 사용자에게 운전정보를 진단한 결과를 제공함으로써 공기압축기의 에너지절약을 도모한 공기압축기 에너지절약 진단방법이 개시되어 있다.

그 외 참고문헌8에; 공압시스템에 사용되는 단일 또는 복수 공기압축기의 작동상태를 실시간 감시, 관리하는 공압장치 모니터링 시스템이 개시되어 있다.

상기에서와 같이 공기압축기의 에너지효율을 위한 종래의 제어방법 등은 참고문헌5에서와 같이 공기압축기의 부하율에 근거하거나 참고문헌6에서와 같이 수요측 설비의 기동 및 정지 대수에 기반한 데이터베이스를 바탕으로 공기압축기의 필요 대수를 산출하는 방법으로 복수 공기압축기의 효율성을 도모한 것이다.

그러나 실제 산업현장에서의 대용량 공기압축기는 부하용량에 대폭적인 변동이 혼재하고 있고 외부 요인에 많은 영향을 받고 있기 때문에 용량변동과 외부요인과의 상관관계 등에 대해 유기적으로 대응하지 못하여 공기압축기를 효율적으로 운용, 관리하지 못하고 있다.

(참고문헌1) 일본 공개특허공보 제2010-053733호, 2010.03.11. (참고문헌2) 일본 공개특허공보 제1993-164057호, 1993.06.29. (참고문헌3) 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0134409호, 2010.12.23. (참고문헌4) 대한민국 발명특허공보 제10-01337234호, 2013.12.05. (참고문헌5) 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0067320호, 2010.06.21. (참고문헌6) 일본 공개특허공보 제2013-194628호, 2013.09.30. (참고문헌7) 일본 공개특허공보 제2008-185036호, 2008.08.14. (참고문헌8) 대한민국 공개특허공보 제10-2005-0107234호, 2005.11.11.

본 발명은, 복수 공기압축기의 효율적인 유지, 관리를 위해 각 공기압축기의 유량, 압력, 전력 등의 운전정보를 개별적으로 모니터링하여 각 공기압축기의 효율값[1kw 전력으로 생산가능한 유량; 이하 효율값이라 함.] 및 복수 공기압축기 전체의 평균 효율값을 산출하고 이를 표준효율값[공기압축기에 부착된 명판(名板)에 표기되어 있는 효율값, 이하 표준값이라 함.]과 비교, 분석하고, 또 소모전력량[SER(kwh/㎥): 1㎥의 공기를 생산하는 데 소모되는 전력량, 이하 SER값이라 함.]을 산출하여 이를 효율값과 대비, 분석하는 등으로 공기압축기를 최적으로 유지, 관리할 수 있게 하고자 한다.

주로 소규모 사업장에서 분산 설치되어 있는 공기압축기는 사업장 특수성 등에 따라 운전패턴 및 효율의 차이가 발생되므로 본 발명은, 각 공기압축기의 효율값과 SER값 등을 수집, 분석한 데이터베이스를 구축하고 이를 이용하여 운전패턴 및 유형의 정보를 제공함으로써 전체 공기압축기의 에너지효율 최적화를 달성 하고자 한다.

상기 과제해결을 위한 본 발명은;

[청구항1]에 기재된 발명에 따르면; 복수 공기압축기를 구성하는 개별 공기압축기 별로 유속, 유량, 누적유량, 전력량, 전압, 전류, 압력, 효율, 온도, 노점의 운전정보를 실시간으로 모니터링, 수집하는 단계; 상기 수집된 운전정보를 바탕으로 복수 공기압축기의 개별 효율값과 개별 SER값(1㎥공기의 생산에 소모되는 전력량)을 산출하고 상기 개별 효율값과 상기 개별 SER값을 각각 합산하여 평균 효율값과 평균 SER값을 산출하는 단계; 상기 공기압축기의 개별 효율값과 평균 효율값을 개별 표준값(공기압축기에 부착되어 있는 명판에 표시되어 있는 효율값) 및 상기 개별 표준값을 모두 합산하여 산출한 평균 표준값과 비교, 분석하는 단계; 상기 공기압축기의 개별 SER값과 평균 SER값을 비교, 분석하는 단계; 상기 공기압축기의 개별 및 평균 효율값을 표준값과 비교, 분석한 내용, 개별 SER값과 평균 SER값을 비교, 분석한 내용을 바탕으로 각 공기압축기의 문제 원인을 찾고 이를 해결하는 단계; 상기 공기압축기의 효율값과 SER값의 비교, 분석한 내용을 바탕으로 각 공기압축기의 문제해결 및 운전효율에 영향을 미치는 원인 및 외부 요인과의 상관관계를 분석, 도출하고 수집된 운전정보와 운전패턴을 빅데이터화하는 단계; 로 이루어진 것을 특징으로 한다.

[청구항2]에 기재된 발명에 따르면; 복수 공기압축기의 각 공기압축기 별로 유속, 유량, 누적유량, 전력량, 전압, 전류, 압력, 효율, 온도, 노점의 운전정보를 실시간으로 모니터링, 수집하는 단계; 상기 수집된 운전정보를 바탕으로 공기압축기의 개별 효율값 및 개별 SER값(1㎥공기의 생산에 소모되는 전력량)을 산출하고, 상기 전체 공기압축기의 개별 효율값과 개별 SER값을 각각 합산하여 평균 효율값 및 평균 SER값을 산출하는 단계; 상기 산출한 공기압축기의 개별 효율값과 평균 효율값, 개별 표준값(공기압축기에 부착되어 있는 명판에 표시되어 있는 효율값)과 상기 개별 표준값을 모두 합산하여 산출한 평균 표준값을 실시간으로 서로 비교, 분석하여 상기 공기압축기의 평균 효율값이 평균 표준값 보다 낮은 경우에 개별 공기압축기의 효율값과 개별 표준값을 서로 비교하여 개별 효율값이 개별 표준값 보다 낮은 공기압축기를 찾아내고 그 원인을 분석, 제거하여 문제를 해결하는 단계; 상기 산출한 공기압축기의 개별 SER값과, 상기 개별 SER값을 합산하여 산출한 평균 SER값을 실시간으로 서로 비교하여 공기압축기의 개별 SER값이 평균 SER값 보다 높은 공기압축기를 찾아내고 그 원인을 분석,제거하여 문제를 해결하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.

[청구항3]에 기재된 발명에 따르면; 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 개별 공기압축기의 산출된 효율값과 개별 SER값을 서로 비교, 분석하여 공기압축기의 효율값은 정상 범위이나 SER값이 높은 경우와, 개별 및 전체 SER값은 정상 범위이나 개별 효율값이 떨어지는 경우에 효율값이 떨어진 공기압축기를 찾아내고 그 원인을 분석하여 문제를 해결하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

[청구항4]에 기재된 발명에 따르면; 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 공기압축기의 효율값은; 1[kW]의 전력으로 생산가능한 유량으로, 아래 수학식에 의해 산출하는 것을 특징으로 한다.
효율값[ℓ/s/kW] = 유량[ℓ/s] ÷ 소비전력[kW]
유량[ℓ/s] = 생산 유량[㎥/min] x 1,000(ℓ)÷ 60(초)

[청구항5]에 기재된 발명에 따르면; 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 공기압축기의 SER값은; 1㎥공기의 생산에 소모되는 전력량으로, 아래 수학식에 의해 산출하는 것을 특징으로 한다.
SER값(kWh/㎥) = 소비전력량[kWh] ÷ 생산 유량[㎥/min] ÷ 60(분)

본 발명은 복수 공기압축기의 효율값과 SER값의 수집, 관리를 통해 복수의 공기압축기가 분산 배치되어 있는 산업 현장에서 전체 공기압축기의 효율성과 개별 공기압축기의 효율성을 동시에 제고할 수 있으며, 이로부터 전체 공기사용량 등이 변동하여도 용량 변동 등에 따른 전체 공기압축기의 효율성은 저하되지 않도록 공기압축기의 운전효율을 최적으로 관리, 운용할 수 있는 이익이 있다.

본 발명의 복수 공기압축기 및 개별 공기압축기를 최적으로 유지, 관리함으로써 공기압축기의 운전에 필요한 에너지절감효과와 함께 생산성 향상 등의 여러 이익을 기대할 수 있다.

본 발명은, 공기압축기 효율최적화 시스템의 구축을 통해 IT기반 융합기술 산업 활성화, 에너지 절감 및 최적화 서비스제공, 차별화된 유지관리 의사결정 제공 등의 최적화된 기술을 제공할 수 있다.

도 1, 1a는 본 발명의 일실시예를 보인 개요도.
도 2는 본 발명 중 실시간 모니터링 화면의 예시도.
도 3은 본 발명 중 모니터링 분석화면 예시도.
도 4, 4a는 본 발명 중 에너지소비량 분석화면 예시도.
도 5는 본 발명 중 외부요인상관계 예시도.

본 발명은 복수 공기압축기를 이루는 각 공기압축기 개별로 유속, 유량, 누적유량, 전력(량), 전압, 전류, 압력, 효율, 온도, 노점 등의 운전정보를 실시간으로 모니터링하고 수집한다.

또, 이들 운전정보를 기반으로 복수 공기압축기의 개별 효율값과 전체 평균효율값 및 SER값을 실시간으로 산출하고 표준값과 비교, 분석하는 등으로 복수 공기압축기를 최적으로 운전, 관리할 수 있도록 함에 특징이 있다.

또, 본 발명은 상기 효율값과 SER값 등을 바탕으로 산업현장에 설치되어 있는 공기압축기의 유량, 압력, 전력, 유지관리 의사결정, 운전효율에 영향을 미치는 원인 및 외부요인과의 상관관계를 수집, 분석하여 공기압축기의 운전효율 최적화 시스템을 구성한 것에 특징이 있다.

본 발명을 달성하기 위한 시스템 구성은 복수 공기압축기를 구성하는 각 공기압축기의 유속, 유량, 누적유량, 전력(량), 전압, 전류, 압력, 온도, 노점 등의 운전정보를 실시간으로 모니터링하여 수집, 저장하는 데이터저장부와, 상기 수집되는 운전정보를 바탕으로 개별 공기압축기와 전체 공기압축기의 효율값 및 SER값 등을 산출, 분석하는 연산부와, 이들 정보를 사용자에게 출력, 표시하는 정보출력표시부로 이루어진다.

또, 본 발명은 상기 효율값, SER값을 바탕으로 각 공기압축기의 효율에 영향을 미치는 원인 및 외부요인과의 상관관계를 수집, 분석, 도출하고 이들을 빅데이터화한다.

먼저, 본 발명의 개요를 단계별로 살펴보고 본 발명의 구체적인 실시내용에 대해 살펴본다.

본 발명은, 복수 공기압축기를 구성하는 개별 공기압축기 별로 유속, 유량, 누적유량, 전력(량), 전압, 전류, 압력, 효율, 온도, 노점 등의 운전정보를 실시간으로 모니터링, 수집하는 단계;

상기 수집된 운전정보를 바탕으로 복수 공기압축기의 개별 및 평균 효율값과 개별 SER값 및 평균 SER값을 산출하는 단계;

상기 공기압축기의 효율값과 표준값 및 SER값을 실시간 모니터링을 통해 비교, 분석하고, 복수 공기압축기의 평균 효율값과 복수 공기압축기의 평균 표준값을 비교, 분석하는 단계;

상기 공기압축기의 효율값과 SER값의 비교, 분석한 내용을 바탕으로 각 공기압축기의 문제해결 및 운전효율에 영향을 미치는 원인 및 외부 요인과의 상관관계를 분석, 도출하고 수집된 운전정보와 운전패턴 등을 빅데이터화하는 단계; 로 이루어진다.

이와 같이 본 발명은 복수 공기압축기의 개별 운전정보를 실시간으로 모니터링하여 수집, 분석하고 이를 바탕으로 효율값과 SER값을 산출하여 표준값과 비교, 분석하는 방법 등으로 복수 공기압축기를 최적으로 운전, 관리할 수 있는 복수 공기압축기의 에너지효율 최적화 운전방법을 제공한다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시내용을 살펴본다.

도 1, 1a는 본 발명의 일실시예를 보인 개요도, 도 2는 본 발명 중 실시간 모니터링 화면의 예시도, 도 3은 본 발명 중 모밑링 분석화면 예시도, 도 4, 4a는 본 발명 중 에너지소비량 분석화면 예시도, 도 5는 본 발명 중 외부요인상관계 예시도이다.

본 발명은, 복수 공기압축기를 구성하는 각 공기압축기에 유량센서(CS-400; 모델명, 이하 같다.), 노점센서(CS-216), 압력센서, 적산전력계(Accura 2300), CT(Accura 2350), 데이터 기록계(CS-550) 등을 설치하고 서버 컴퓨터에 연동되게 네트워크로 연결하여 개별 공기압축기로부터 '공기압축기 전력사용량(kW), 누적전력사용량(kWh), 전류(A), 역률(%), 생산 유량(㎥/min), 누적생산유량(㎥), 배관압력(bar), 탱크압력(bar), 공기압축기 운전상태, 공기압축기 알람상태, 유지보수상태, 흡기온도(℃), 실내온도(℃), 실외온도(℃), 습도(%) 등'의 운전정보를 실시간으로 모니터링하고 각 측정값을 서버 컴퓨터의 데이터저장부에 수집, 저장한다.

즉, 공기압축기의 출력 측 수평 직선 구간에 유량센서, 압력센서 등을 설치하여 이들로부터 계측된 유량/유속/누적유량 등을 도출하고, 배전반에 전력미터기, 적산전력계 등을 설치하여 역률, 소비 전력량, 예측 소비 전력량, 부하 전류량, 예측 부하 전류량 값을 도출하는 등으로 실시간 운전정보를 모니터링하고 수집한다.

상기 운전정보의 수집을 위한 여러 측정장비의 설치는 다양한 계측장비 등으로 실시할 수 있으며, 또, 각 공기압축기로부터 도출값은 무선AP 등 네트워크로 서버 컴퓨터와 연결하여 실시간으로 운전정보를 데이터저장부로 수집, 저장하고, 수집된 운전정보를 이용하여 연산부에서 효율값과 SER값을 산출, 비교, 분석하고, 비교, 분석한 결과를 정보표시부를 통해 출력한다.

본 발명의 실시를 위한 상기한 하드웨어 구성은 다양한 등가의 계측수단과 무선 네트워크, 서버 컴퓨터 시스템 등으로 실시가 이루어지는 것으로, 이러한 하드웨어 구성은 이하에서와 같이 공지의 여러 수단으로 실시할 수 있으며 당 업계에서 용이하게 실시할 수 있는 수준이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

이하에 공기압축기의 효율값 및 SER값 산출 및 분석 등의 본 발명의 실시내용을 단계별로 구체적으로 살펴본다.

1. 복수 공기압축기의 각 공기압축기 별로 유속, 유량, 누적유량, 전력(량), 전압, 전류, 압력, 효율, 온도, 노점 등의 운전정보를 실시간으로 모니터링, 수집하는 단계;

복수 공기압축기를 구성하는 개별 공기압축기의 출력 측 수평 직선 구간에 유량센서, 압력센서 등을 설치하여 계측된 유량/유속/누적유량 등을 도출하고, 또 배전반에는 전력미터기, 적산전력계 등을 설치하여 역률, 소비 전력량, 예측 소비 전력량, 부하 전류량, 예측부하 전류량 값을 도출하는 등, 각 공기압축기에 설치한 계측장비로부터 실시간으로 유속, 유량, 누적유량, 전력(량), 전압, 전류, 압력, 효율, 온도, 노점 등의 운전정보를 수집하여 데이터저장부에 저장한다.

2. 상기 수집된 운전정보를 바탕으로 공기압축기의 개별 효율값 및 SER값을 산출하고, 전체 공기압축기의 평균 효율값 및 평균 SER값을 산출하는 단계;

아래와 같이 상기 운전정보를 바탕으로 개별 공기압축기의 효율값 및 SER값을 산출하고, 개별 공기압축기의 효율값 및 SER값을 모두 합산하여 전체 공기압축기의 평균 효율값 및 평균 SER값을 산출한다.

1). 개별 공기압축기의 효율값 산출.

효율값은 1[kW]의 전력으로 생산가능한 유량으로 아래 수학식1과 같이 산출한다.

[수학식1]

효율값[ℓ/s/kW] = 유량[ℓ/s]÷소비전력[kW]

유량[ℓ/s] = 생산유량[㎥/min] x 1,000(ℓ)÷60(초) 이다.

2). 개별 공기압축기의 SER값 산출.

SER값은 1㎥공기의 생산에 소모되는 전력량으로, 아래 수학식2와 같이 산출한다.

[수학식 2]

SER값(kWh/㎥)= 소비전력량[kWh]÷생산유량[㎥/min]÷60(분) 이다.

3). 전체 공기압축기의 평균 효율값 및 평균 SER값은 아래 수학식3과 같이 산출한다.

[수학식 3]

평균 효율값[ℓ/s/kW] = 개별 효율값[ℓ/s]÷α(공기압축기 대수)

평균 SER값 = 개별 효율값[ℓ/s]÷α(공기압축기 대수) 이다.

4). SER를 활용한 전력 비용 분석

생산비용(1㎥ 공기 생산 비용) = SER값 x 전력단가[원/kWh] 이다.

3. 공기압축기의 효율값과 표준값과 비교, 분석하는 단계.

상기에서 산출한 공기압축기의 평균 효율값과, 공기압축기에 부착된 명판에 표시되어 있는 표준값을 모두 합산하여 산출한 평균 표준값을 실시간으로 서로 비교, 분석하여 상기 평균 효율값이 평균 표준값 보다 낮을 경우에는 개별 공기압축기의 효율값과 표준값을 서로 비교하여 원인을 분석한다.

먼저, 공기압축기의 평균 효율값이 공기압축기의 평균 표준값 보다 같거나 높은 경우에는 전체 공기압축기의 효율성이 정상적인 운전패턴을 보여주는 상태이므로 이 경우에는 각 공기압축기의 개별 효율값을 개별 표준값과 비교하고 실시간 수집되는 운전정보를 통해 운전패턴을 분석함으로써 개별적으로 효율성이 저하되거나 저하될 우려가 있는 공기압축기를 실시간으로 모니터링한다.

예로, 정상범위내의 운전 상태에서 유속, 유량 등의 변동이 심하거나 불규칙한 등의 운전패턴을 시간 별로, 또는 실내/ 온도 별 등으로 분석하여 운전패턴을 수집하고, 분석한다.

그리고, 공기압축기의 평균 효율값이 공기압축기의 평균 표준값 보다 낮은 경우는;

1). 복수 공기압축기를 이루고 있는 각 공기압축기의 개별 효율값을 명판에 표기되어 있는 개별 표준값과 모두 비교, 확인하여 효율이 낮은 공기압축기를 찾아낸다.

즉, 개별 효율값이 낮아 전체 평균 효율값을 떨어뜨리는 문제의 공기압축기를 실시간으로 모니터링되는 운전정보를 통해 찾아내고 해당 공기압축기를 점검하여 원인을 제거하고 문제를 해결한다.

2). 상기에서 확인된 낮은 효율의 공기압축기 [효율값이 표준값 보다 낮은 공기압축기]는 실시간 수집되는 운전정보를 바탕으로 효율성 저하의 원인, 문제 등을 점검한다.

즉, 유량센서, 압력계 등을 통해 실시간 수집되는 운전정보 중 생산유량, 배관압력 등이 정상범위를 벗어하는 이상이 있을 경우에는 에어밸브나 실린더 등에서 누설 발생의 우려가 높으므로 누설탐지장비(Leak Detector)로 누설 여부를 탐지하여 원인을 찾아내서 문제를 해결한다.

상기 원인확인, 문제해결 등에 대해서는 후술에서 더욱 상세히 살펴본다.

4. 공기압축기의 SER값을 비교, 분석하는 단계.

상기에서 산출한 공기압축기의 평균 SER값과, 개별 SER값을 모두 합산하여 산출한 평균 SER값을 실시간으로 서로 비교하여 원인을 분석한다. (SER값은 적을수록 에너지효율이 우수하다.)

상기 효율값의 경우와 같이 먼저, 공기압축기의 개별 SER값이 평균 SER값 보다 낮은 경우에는 전체 공기압축기의 에너지효율성이 정상적인 운전 패턴을 보여주는 상태이므로 이 경우에는 각 공기압축기의 개별 SER값을 평균 SER값과 비교하고 실시간 수집되는 운전정보를 통해 운전패턴을 분석함으로써 개별적으로 효율성이 저하되거나 저하 우려가 있는 공기압축기를 예측할 수 있도록 실시간으로 모니터링한다.

그리고, 공기압축기의 개별 SER값이 평균 SER값 보다 높은 경우는;

확인된 (높은) SER값의 공기압축기의 운전정보, 즉 전력계측장치로부터 수집되는 전력 품질(역률, 소비 전력량, 예측 소비 전력량, 부하 전류량, 예측 부하 전류량)에 문제가 있을 가능성이 높은 경우이므로 배전반 등 전력공급 장비에서 원인을 점검하고 문제를 해결한다.

즉, 개별 SER값이 높아 전체 평균 SER값을 높이는 문제의 공기압축기를 실시간으로 모니터링되는 운전정보를 통해 찾아내고 해당 공기압축기를 점검함으로써 원인을 제거하고 문제를 해결한다.

EX). 메인 배관, 주 장비 등에 누설(LEAK)가 발생하고 있는 공기압축기의 효율값[ℓ/s/kW] 및 SER값[kWh/㎥] 분석 결과를 통한 설비 개선 효율 예상.

-문제해결 전;1.97[ℓ/s/kW](효율값)=335[ℓ/s](유량)÷170[kW](소비전력)

-문제해결 후;2.83[ℓ/s/kW](효율값)=475[ℓ/s](유량)÷168[kW](소비전력)

-효율 향상율 = 1 - (1.972 ÷ 2.83) = 30.3[%]

5. 개별 공기압축기의 산출된 효율값과 SER값을 비교, 분석하는 단계.

1). 공기압축기의 개별 효율값이 표준값 보다 높고 개별 SER값이 평균 SER값 보다 적은 경우, 즉 개별 효율값과 SER값이 모두 정상적인 범위 내에서 운전되고 있는 경우에는 운전정보를 수집하면서 지속적으로 모니터링한다.

2). 공기압축기의 효율값은 정상 범위이나 SER값이 높은 경우 또는 개별 및 전체 SER값은 정상 범위이나 개별 효율값이 떨어지는 경우에는,

즉, 공기압축기의 개별 및 전체 효율값은 정상범위이지만 특정 공기압축기의 개별 SER값이 평균 SER값 보다 높은 경우 또는 SER값은 모두 정상이나 개별 효율값이 낮은 공기압축기는; 전력공급선로 등의 점검과 배전시설의 장비불량이나 노후화 등을 점검, 생산된 압축공기를 공급하는 공급관로의 점검, 공기압축기가 설치된 룸 내부 온도 및 습도 및 외부 기후조건 등의 외부 요인을 점검하여 문제를 해결하고 이들 외부 요인의 영향 인자들을 모니터링하여 운전패턴 및 상관관계를 분석하고 데이터로 저장한다.

이하에는 공기압축기를 실시간으로 모니터링되는 운전정보를 통해 문제의 공기압축기를 점검하여 원인을 제거, 문제를 해결하는 과정/방법 등을 그 예시를 통해 살펴본다.

기동시 기동안됨

원인, 문제	해결	비고
마그네틱 불량으로 콤프레샤가 기동하지 않음	마그네틱 교체	인의적으로 K23 및 K21,K22를 접촉시켜 마그네틱 파손 => 비용증가 손, 드라이버로 접점을 붙이는 위험한 행동 반드시 금지
START 버튼을 누르면 기동되지 않고 K22 마그네트에서 스파크 발생되며 F2 FUSE 단락	K21 라인 CONDUCTOR 교체	Y기동시 K21과 K22가 붙어서 모터를 돌려야 하는데, 초기기동시 많은 전류를 필요로하는Y-델타기동법에서는 K21이 붙지않아 K22 마그네트 하나로 기동할려니 큰부하가 걸려 스파크발생
초기 기동이 되지 않음	K22 마그네트 접점 불량이므로 K22 마그네트 교체
초기 기동시 Y 에서 델타 마그네트가 작동하지 않음	마그네트 노후화 또는 접점 문제 이므로 마그네트 교체	SIMENS 마그네트가 작동할때는 메인 접점 상태 확인 및 작동 깊이 확인 요망

메인모터문제

원인,문제	해결	비고
모터가 기동하지 않음 => 전압을 CHECK 하면 한상이 들어오지 않음	N.F.B 1차측 CHECK 요망	N.F.B 를 외부에 노출시켜 빗물로 인한 N.F.B 의 잦은 고장 발
DELAYED MOTOR STOPPING이 안됨=>K2(TIME RELAY)접점불량	P.C.B 기판 교환	P.C.B 기판 교환시 잭과 콘넥트 유의
메인모터 권선 파괴 및 모터 발열 (벨트 타입)	모터 풀리 교환	모터풀리의 상태불량과 모터축과의 밸런스가 맞질않아 모터3상중 2상의 전류치가 높음

모듈 문제

원인,문제	해결	비고
모듈 내부 릴레이 접점 소손	모듈 교체	잦은 전압강하로 인해 모듈 내부 릴레이 접점 소손 => 스포트 용접시 빈번함
모듈화면에 아무것도 나타나지 않음	모듈 컨넥터 및 T/R 전원상태 체크, 모듈에 들어가는 입력 전원부위에 전원을 넣어볼 것
모듈화면상에 전원은 들어오나, START 버튼을 누르면 기동안됨 - SYSTEM FAILURE 뜸	OIL INJECTION PRESS SENSOR 교체 OIL INJECTION PRESS SENSOR 압력이 높게 걸려있는 경우임	각종 SENSOR 압력 숙지 요망

안전변 문제

원인,문제	해결	비고
장비 가동시 안전변 터짐	압력 밸브내의 체크 밸브 제거후 이물질 제거 (정기적인 소제 작업 요망)
오일찬바쪽의 안전변이 터지면서 콤프레셔 정지(벨트타입)	모이스쳐 트랩 내부의 임팰러가 상단부위쪽의 배출구를 막은 경우이므로 콤프레샤 기동시 AIR 배출상태 불량으로 이어짐 따라서 모이스쳐 트랩 교환품을 교환요망
콤프레셔 가동후 20초후 안전변이 터지면서 자동 TRIP 됨	모이스쳐트랩 밸브의 고장(겨울철에 얼어붙었음)으로 내부에 수분이 고임 모이스쳐트랩 분해 소재작업

인버터 에러메세지

원인,문제	해결	비고
CONVERTER FAIL ERROR 20	압력 SET POINT를 지정을 하고 INDIRECT STOP 과 DIRECT STOP 압력을 0.3 BAR에서 변경=> 1BAR에서 변경 (기본 0.3 BAR, 1BAR로 세팅되어 나옴)
ERROW 23	INVERTER 내부 온도상승 요인찾아 해결(COOLING FAN, 흡입구, 배출구등) 특히, 흡입구는 PAPER로 되어있어 탈거후 AIR 로 소제 요망	내부 분진과 기름때 성분이 많은곳에서 장비 가동시 특히 유의 요망됨
CONVERTER FAIL ERROR 36 (180 VSD 경우)	INVERTER 내부 온도 상승으로 온도 SENSOR 접점이 변경되면서 FAULT 됨 흡입구와 배출구를 탈거 소재 및 SENSOR온도를 떨어뜨림

콤프레셔 정지

원인,문제	해결	비고
OVERHAUL 후 시운전시 압력이 6 BAR 일때 콤프레샤 정, TIME RELAY(DELAY M`TOR STOPPING) K2에서 압력스위치로 연결된 접점중 X1-21 한 접점을 오버로드 릴레이의 접점에 연결하여 로딩시 전류치 상승에 의한 정지	잘못 연결한 접점(X1-21)을` 재결선
장비 가동후 Y-델타 시 콤프 레샤 정지됨	메인 전압 CHECK. 모든 마그네트 접점 확인	전압강하로 인해 마그네트 접점이 떨어짐 순간적인 써어징(맥동현상) 발생
콤프레셔 가동후 10분 정도후 TRIP 됨 (토출측 온도가 230 F 를 가리킴 - 정상치 175 F)	SCREW 내부에 원활한 오일 공급이 안됨. 분해후 카본 제거 및 내부 피스톤 표면 연삭
내부 온도 상승으로 정지	오일 쿨러 청결 상태 확인 BY PASS 밸브 상태 확인 FAN 상태 확인
START 후 1~2 분 이내에 TRIP 되는 현상	P.C.B 기판내 T.R의 한선이 진동으로 끊어진 것이 원인임 T.R 아래 부분을 잘 살펴 보아야 함 P.C.B 기판 교체(납땜후 사용해도 무방함)
로딩시 콤프레셔 정지(벨트타입)	V-BELT 노후화 또는 장력 미조정으로 소손 되었기 때문임, V-BELT 교체요망됨

일반 에러 메세지

원인, 문제	해결	비고
PRESSURE SENSOR ERROR 발생시	1. SOL 밸브 분리후 작동 시험 2. 언로딩 밸브 작동상태 확인 3. V-BELT 텐션 확인 4. 진공계 제위치 부착후 작동시험 5. 압력 SENSOR 교환

기타

원인,문제	해결	비고
오일 참바쪽 MIN'PRESS 밸브 나비 가스켓 오일 누유	1. 나비 가스켓 교체 및 오일 세퍼레인터 고정볼트 확인 2. 오일 회수 라인 확인 (회수라인의 막힘으로 오일 참바에 내압 발생 => 누유)
초기 기동시 언로딩 상태에서 모터에 부하로 인한 과잉 전류 유입으로 콤프레셔 진동	언로딩 밸브 교체 ; 모듈에서는 언로딩 상태인데, 실제 밸브는 개방되어 있는 경우임
내부 온도 상승	TEMP'SENSOR 작동 불능이므로 분해후 수평으로 조립 만약, 수평조립인데도 같은 현상 발생시 교체 요망
정상 압력치로 가동되지 않음	PRESSURE SENSOR 작동불량이므로 교체
쇼트 발생 : 점검차 판넬 모터 A 체크 위해 여는 순간 K23 3상중 2상이 이물질로 쇼트	K23 마그네트 및 메인 N.F.B 교체	콤프레셔 룸의 조건을 최대한 좋은조건으로 만들도록 담당자에게 권유. 내부 청결 유지 및 메인 판넬에 이물질이 들어가지 않도록 문 고정
토출구 쪽으로 오일이 새어나옴	오일 회수 라인 점검 회수라인의 막힘 원인은 세퍼레이터 접합부위 불량으로 쇳가루가 회수 라인을 막음, 깨끗하게 소재후 사용요망
콤프레셔 화재 발생, 에어필터 진공계 부착 및 오일레벨 게이지가 비정상 작동 =>오일량 및 온도상태 체크 안됨=>내부 기열 =>화재발생 흡입 필터쪽에 발화성 인화물질 유입 및 주위 온도가 높을시 내부 열로 발화 => 화재	정확한 시방대로 콤프레셔 설치 요망됨 수시로 콤프레셔 내부 청결 상태 확인 요망됨 오일 누유되는 부분은 미리 점검후 조치 요망됨 오일 세퍼레이트 교환시 반드시 오일 회수라인 및 노즐을 확인하여 오일이 현장으로 넘어가는 경우를 방지해야 함
텐션풀리 베어링 파손 (벨트타입)	벨트 장력 조정은 필히 시간대별로 재 조정 필요함 특히, 100시리즈는 벨트 교환후 25시간 가동후 필히 장력을 재조정해야 함

정비지침서

원인, 문제	해결	비고
1.토글 S/W 를 로딩시켰는데, 1로딩이 되지 않은 상태 2.SOL밸브와 판넬사이 연결 케이블 불량(겉케이블 피복은 양호한데, 내부동선 단선됨):	케이블 교체	로딩이 되지 않을 때 (GA 11~22)는 아래 내용 모두 확인 요망, SOL 밸브 작동 확인과 밴트 밸브 청소 및 교체. 언로딩 밸브 고착부위 청소 그리고 케이블 확인
3. UNLOADING 에서 LOADING 으로 전환되지 않음	단자대에서 점핑LINE이 있을시 LINE 제거( 29번과 30번 ) - GA55,75 구형 (MKII 모델)	업체에서 판넬을 제작하여 교체한 경우 발생 (사제업체에서는 판넬을 도면대로 29번과 30번을 점핑시켜 놓음
4. 로딩시 과전류 유입	겨울철에는 언로딩상태를 평상시 보다 조금 길게 사용하여 로딩 시킴	겨울철에 외부에 노출되어 있는 콤프레샤 해당
5. 콤프레샤 가동시 로딩, 언로딩이 안됨=>에어 생산 안됨	PRESS SWICH 접점 확인 언로딩 밸브 작동상태 점검
6. 언로딩 상태에서 로딩 상태로 전환시키는 순간 F3 FUSE 단락됨	SOL 밸브 교체	1.보통 SOL밸브 체크시 +,-접지단자에 테스터기를 저항치에 놓고 저항수치로 체크, 2.직접 220V 내지 24V 를 SOL 밸브에 연결시켜 작동유무를 관찰하여 체크.
7.콤프레셔 가동시 SOL 밸브 작동하지 않고, Y-델타로 넘어감, 언로딩 밸브 열리지 않은 상태에서 가동	SOL밸브 콘넥터접속상태확인 언로딩 밸브 키트 청소	SOL 밸브 콘넥터 접속불량시 Y-델타로 가동시 안전변 열림 주의
8. SOL 밸브에 반전압(저전압)이 걸림	모듈 교체	잦은 전압강하를 하는 곳에 생김(예.스포트 용접)
9.콤프레셔 기동시 로딩이 안됨으로써 에어생산이 안됨	SOL 밸브 교환	SOL 밸브 내부의 철심과 에어 통로의 접합부위 상태 불량(잦은 철심 이동으로 피로도 누적)
10. 로딩이 되지 않음	언로딩 밸브CAP 파손=>교체
11.언로딩상태일때 정상적인 상태로 가동중에 로딩시 5~8초사이 소음발생(벨트타입)	텐션조정 및 V-BELT 장력 조정
12. 로딩시 굉음 및 쇠소리가 남 (벨트타입)	TENSIONER PULLEY 교환
13. 초기 가동시 모듈상으로는 언로딩에서 로딩으로 전환이 되나, 언로더 밸브에서는 밸브가 열리지 않고 40초경후 밸브가 열려 압축을 시작함: SOL밸브의 플린저가 스프링 힘에 의해 원할히 에어가 언로더밸브로 공급되어야하나, 이물질에 의해 많이 막혀서 원활하게 작동하지 못함	1.SOL밸브에서 신호를 받아 언로더 밸브를 작동시키는 호스를 풀어 에어가 일정하게 나오는지 확인 2.에어 필터에서 언로더 밸브로 가는 호스를 풀어 육안으로 언로더 밸브가 잘 닫히고 열리는지 확인 3.SOL밸브를 점검하여 작동유무 확인

이와 같이 본 발명은 공기압축기의 효율값과 SER값을 바탕으로 복수의 공기압축기를 이루는 여러 대의 공기압축기 중 문제 공기압축기를 실시간으로 신속, 정확하게 확인, 점검할 수 있으므로 개별 장비 및 전체 장비의 설비효율성 향상 등으로 최적화된 운전효율을 달성함으로써 관련 인력과 시간은 물론 에너지절감효과를 크게 기대할 수 있다.

또, 본 발명에 따른 상기 공기압축기 에너지효율 최적화 운전방법은, 공기압축기 유량, 압력, 전력, 효율, 영향 인자들을 모니터링하여 복수 공기압축기의 운전패턴 분석을 하고, 최적 유지관리 데이터베이스를 통해 복수 공기압축기의 유지관리를 위한 유형별 의사결정이 가능하도록 최적화된 통합제어 시스템을 구축, 제공할 수 있다.

또, 본 발명에 따르면, 통계 데이터 비교분석기능을 부가하면 소비전력, 생산유량을 일별, 월별, 연도별 분석할 수 있으며, 분석 일자와 항목을 지정하여 상세분석이 가능하고, 소비전력의 당일 소비량, 전일 소비량, 평균 소비량, 당월 소비량, 작년 동월 소비량 등을 비교/분석하여 통계 데이터 비교분석이 가능하다.

또한, 현장에 설치되어 있는 공기압축기의 소비전력 점유율, 생산유량 점유율, 시간대별 최대/최소/평균값 등을 통해 전력대비 유량, 온도의 영향 등을 고려한 공기압축기의 상태를 파악할 수 있으므로 수요/공급 매칭을 통한 공기압축기의 운전 최적화 방안을 제시할 수 있다.

그리고, 현장의 상황과 각각의 모듈 상태를 감시할 수 있으므로 성능 파악은 물론 공기압축기의 정보, 오류, 경고에 대한 기록을 확인과 고장/진단 주기 등을 설정하여 고장 및 유지관리를 효과적으로 할 수 있으며, 이러한 운전패턴과 유형별 유지관리 방안의 데이터베스 구축과 빅데이터화를 통해 담당자가 직접 고장현황, 확인요소, 고장 예상원인을 파악하여 유형별 실시사항을 쉽게 파악하고 스스로 유지관리 의사결정을 가능하게 하도록 하는 기능을 제공할 수 있다.

Claims

복수 공기압축기를 구성하는 개별 공기압축기 별로 유속, 유량, 누적유량, 전력량, 전압, 전류, 압력, 효율, 온도, 노점의 운전정보를 실시간으로 모니터링, 수집하는 단계;
상기 수집된 운전정보를 바탕으로 복수 공기압축기의 개별 효율값과 개별 SER값(1㎥공기의 생산에 소모되는 전력량)을 산출하고 상기 개별 효율값과 상기 개별 SER값을 각각 합산하여 평균 효율값과 평균 SER값을 산출하는 단계;
상기 공기압축기의 개별 효율값과 평균 효율값을 개별 표준값(공기압축기에 부착되어 있는 명판에 표시되어 있는 효율값) 및 상기 개별 표준값을 모두 합산하여 산출한 평균 표준값과 비교, 분석하는 단계;
상기 공기압축기의 개별 SER값과 평균 SER값을 비교, 분석하는 단계;
상기 공기압축기의 개별 및 평균 효율값을 표준값과 비교, 분석한 내용, 개별 SER값과 평균 SER값을 비교, 분석한 내용을 바탕으로 각 공기압축기의 문제 원인을 찾고 이를 해결하는 단계;
상기 공기압축기의 효율값과 SER값의 비교, 분석한 내용을 바탕으로 각 공기압축기의 문제해결 및 운전효율에 영향을 미치는 원인 및 외부 요인과의 상관관계를 분석, 도출하고 수집된 운전정보와 운전패턴을 빅데이터화하는 단계; 로 이루어진 것을 특징으로 하는 복수 공기압축기의 에너지효율 최적화 운전방법.
복수 공기압축기의 각 공기압축기 별로 유속, 유량, 누적유량, 전력량, 전압, 전류, 압력, 효율, 온도, 노점의 운전정보를 실시간으로 모니터링, 수집하는 단계;
상기 수집된 운전정보를 바탕으로 공기압축기의 개별 효율값 및 개별 SER값(1㎥공기의 생산에 소모되는 전력량)을 산출하고, 상기 전체 공기압축기의 개별 효율값과 개별 SER값을 각각 합산하여 평균 효율값 및 평균 SER값을 산출하는 단계;
상기 산출한 공기압축기의 개별 효율값과 평균 효율값, 개별 표준값(공기압축기에 부착되어 있는 명판에 표시되어 있는 효율값)과 상기 개별 표준값을 모두 합산하여 산출한 평균 표준값을 실시간으로 서로 비교, 분석하여 상기 공기압축기의 평균 효율값이 평균 표준값 보다 낮은 경우에 개별 공기압축기의 효율값과 개별 표준값을 서로 비교하여 개별 효율값이 개별 표준값 보다 낮은 공기압축기를 찾아내고 그 원인을 분석, 제거하여 문제를 해결하는 단계;
상기 산출한 공기압축기의 개별 SER값과, 상기 개별 SER값을 합산하여 산출한 평균 SER값을 실시간으로 서로 비교하여 공기압축기의 개별 SER값이 평균 SER값 보다 높은 공기압축기를 찾아내고 그 원인을 분석,제거하여 문제를 해결하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 복수 공기압축기의 에너지효율 최적화 운전방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 개별 공기압축기의 산출된 효율값과 개별 SER값을 서로 비교, 분석하여 공기압축기의 효율값은 정상 범위이나 SER값이 높은 경우와,
개별 및 전체 SER값은 정상 범위이나 개별 효율값이 떨어지는 경우에 효율값이 떨어진 공기압축기를 찾아내고 그 원인을 분석하여 문제를 해결하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복수 공기압축기의 에너지효율 최적화 운전방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 공기압축기의 효율값은; 1[kW]의 전력으로 생산가능한 유량으로, 아래 수학식에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 복수 공기압축기의 에너지효율 최적화 운전방법.
효율값[ℓ/s/kW] = 유량[ℓ/s] ÷ 소비전력[kW]
유량[ℓ/s] = 생산 유량[㎥/min] x 1,000(ℓ)÷ 60(초)
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 공기압축기의 SER값은; 1㎥공기의 생산에 소모되는 전력량으로, 아래 수학식에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 복수 공기압축기의 에너지효율 최적화 운전방법.
SER값(kWh/㎥) = 소비전력량[kWh] ÷ 생산 유량[㎥/min] ÷ 60(분)