KR102198069B1 - 병렬식 가스 압축기 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 병렬식 가스 압축기 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 가스 압축기의 서지 현상 발생시 빠른 시간 내에 정상의 상태로 회복할 수 있도록 운전의 안정성을 향상시킨 병렬식 가스 압축기 시스템에 관한 것이다.
이를 위해, 복수개의 가스 압축기가 병렬 구조로 이루어진 병렬식 가스 압축기 시스템에 있어서, 각각의 개별적인 가스 압축기는, 가스가 유입되는 흡입관에 설치되고 흡입관으로 흡입되어 이송된 가스의 유량을 제어하기 위한 흡입밸브를 포함하는 흡입부; 상기 흡입부에서 이송되는 가스를 압축하기 위한 압축부; 상기 압축부에서 이송된 가스를 가스 수요처로 배출하기 위한 배출부; 가스 압축기에서 서지 현상 발생 시 가스 압력을 재순환시켜 정상 압력을 유지하도록 하여 서지 현상으로부터 회복시키기 위한 안티서지부; 상기 배출부를 통해 배출되어 수요처로 이송되는 가스의 압력을 측정 후 수요처에서 요구하는 요구 압력과 비교하여 압력값을 보상하기 위해 제어하는 압력보상부; 및 상기 압축부를 거쳐 토출되는 토출 유량을 측정하여 토출 유량을 제어하는 유량제어부;를 포함하는 병렬식 가스 압축기 시스템을 제공한다.

Description

병렬식 가스 압축기 시스템{Multi gas Compressor Systems}

본 발명은 병렬식 가스 압축기 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 가스 압축기의 서지 현상 발생시 빠른 시간 내에 정상의 상태로 회복할 수 있도록 운전의 안정성을 향상시킨 병렬식 가스 압축기 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 가스나 공기의 압력을 높이는 기계로써, 연결 장치의 저항에 대하여 밀도가 높은 가스를 내보내어 압축 공기 기구, 착암기 따위를 운전하거나 공기 구동 장치의 압력 원천으로 한다.

가스 압축기의 종류에는 왕복동, 원심형, 축류, 기어식, 스크류 방식이 있다.

이러한 가스 압축기는 운전 상황에 따라, 서지(Surge) 현상이 발생하게 된다.

서지(Surge) 현상이란 압축기를 통과하는 불안정 공기 흐름의 상태를 의미하는 것으로, 정격유량의 범위보다 낮은 흐름이 유지될 경우 압축기의 토출압(Discharge Pressure)이 부 배관 내의 압력보다 상대적으로 감소하게 되어 압축기 내로 역 흐름(reverse Flow)이 형성되고, 시간이 지남에 따라 배출부의 흐름 양이 감소하게 되어 다시 흐름이 정 방향으로 흐르게 되는 순서가 빠른 속도록 반복하게 되며, 이로 인해 소음 및 진동이 발생하게 되고 압축기에 기계적 손상을 가져오게 되는 현상을 말한다.

따라서, 상기와 같이 가스 압축기의 기계적 손상을 방지하기 위해 가스 압축기 시스템에는 서지 현상을 방지하기 위한 서지 방지 시스템을 구비하고 있다.

한편, 가스 압축기에 있어 복수개의 가스 압축기를 병렬 배치하여 효율성을 향상시킨 병렬식 가스 압축기가 널리 사용되고 있다.

도 1은 종래의 병렬식 가스 압축기 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 개략도이다.

도 1을 참조하여 설명하면, 종래의 병렬식 가스 압축기 시스템은 복수개의 가스 압축기가 병렬 구조로 배치되고 복수개의 가스 압축기 중 어느 하나는 마스터 가스 압축기(1)로 구성하고, 나머지 가스 압축기들은 슬레이브 가스 압축기(2)로 구성된다.

이러한 종래의 병렬식 가스 압축기 시스템은 크게, 흡입부(10), 압축부(20), 배출부(30), 안티서지부(40)를 포함한다.

상기 흡입부(10)는 공급 가스가 유입되는 흡입관(11), 상기 흡입관(11)에 설치된 제1차단밸브(12), 흡입관(11)으로부터 유입된 가스의 유량을 제어하기 위한 흡입밸브(13)를 포함하여 구성된다.

다음으로, 압축부(20)는 상기 흡입부(10)에서 이송된 가스가 이송하는 압축관(21), 상기 압축관(21)으로 이송하는 가스를 압축하는 압축기(22)를 포함하여 구성된다.

다음으로, 배출부(30)는 상기 압축부(20)에서 압축되어 배출된 가스를 사용처로 이송하기 위한 배출관(31), 상기 배출관(31)에서 이송되는 가스가 역류하는 것을 방지하기 위한 체크밸브(32), 상기 배출관(31)에 설치되는 제2차단밸브(33)를 포함하여 구성된다.

다음으로, 안티서지부(40)는 서지현상 발생 시 압축부(20)에서 압축된 가스를 재순환시키기 위해 압축관(21)에 설치되는 순환관(41), 상기 순환관(41)으로 유입되어 이송하는 가스의 흐름을 제어하는 안티서지밸브(42)를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 종래의 가스 압축기 시스템은 기본적으로 흡입부(10)를 통해 가스를 공급받아 가스의 유량을 제어한 뒤 압축부(20)로 보내 가스를 압축하여 수요처로 배출하는 구조로 형성된다.

이때, 가스 압축기의 운전 시 서지 현상이 발생하게 되면, 안티서지부(40)의 안티서지밸브(42)가 작동하여 압축가스를 다시 흡입부(10)로 재순환되도록 시스템을 구성하여 서지 현상에 대응하고 있다.

한편, 병렬 구조로 이루어진 병렬식 가스 압축기 시스템에 있어, 마스터 가스 압축기(1)는 피드백 제어를 통해 압력 오차를 보정함으로써 토출 압력을 제어하고, 슬레이브 가스 압축기(2)는 기설정된 로드 시그널을 통해 피드포워드 제어로 시스템이 운용되는 구조로 이루어진다.

하지만, 종래의 병렬식 가스 압축기 시스템은 서지 현상이 발생하게 되면 슬레이브 가스 압축기(2)에서 안티서지밸브(42)를 열리면서 토출부의 압력이 순간적으로 낮아지고 토출 압력을 제어하기 위해 마스터 가스 압축기(1)의 흡입밸브(13)가 개방되게 되는데, 이때, 토출 압력 제어는 마스터 가스 압축기(1)에서만 수행하기 때문에 슬레이브 가스 압축기(2)는 기설정된 로드에 따라 흡입밸브(13)의 오프닝을 유지하게 된다.

이에 따라, 슬레이브 가스 압축기(2)의 부피 유량을 늘리기 위해 안티서지밸브(42)가 개방되더라도 마스터 가스 압축기(1)의 유량이 늘어나게 됨으로써 로드 불균형 현상이 발생하고, 이때, 슬레이브 가스 압축기(2)는 서지에서 벗어나기 위해 계속해서 안티서지밸브(42)를 열게되어 결국 Full opening 상태까지 도달하게 되어 모든 유량을 마스터 가스 압축기(1)에 전가하게 되는 문제가 발생한다. 이는 압축기의 효율 저하를 가져 오며 최악의 경우 마스터 가스 압축기(1)의 제어 불가 상태가 되는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 가스 압축기의 서지 현상 발생 시 빠른 시간 내에 정상의 운전 상태로 회복할 수 있도록 하고, 복수개의 가스 압축기로 구성되는 병렬식 가스 압축기에서 각 가스 압축기 간의 로드 불균형을 방지하여 안정적인 로드 분배가 가능한 병렬식 가스 압축기 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상으로는, 복수개의 가스 압축기가 병렬 구조로 이루어진 병렬식 가스 압축기 시스템에 있어서, 각각의 개별적인 가스 압축기는, 가스가 유입되는 흡입관에 설치되고 흡입관으로 흡입되어 이송된 가스의 유량을 제어하기 위한 흡입밸브를 포함하는 흡입부; 상기 흡입부에서 이송되는 가스를 압축하기 위한 압축부; 상기 압축부에서 이송된 가스를 가스 수요처로 배출하기 위한 배출부; 가스 압축기에서 서지 현상 발생 시 가스 압력을 재순환시켜 정상 압력을 유지하도록 하여 서지 현상으로부터 회복시키기 위한 안티서지부; 상기 배출부를 통해 배출되어 수요처로 이송되는 가스의 압력을 측정 후 수요처에서 요구하는 요구 압력과 비교하여 압력값을 보상하기 위해 제어하는 압력보상부; 및 상기 압축부를 거쳐 토출되는 토출 유량을 측정하여 토출 유량을 제어하는 유량제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 압력보상부는, 상기 배출부에서 수요처로 이송하는 배관에 연결되도록 설치되는 압력제어기; 상기 압력제어기로부터 가스의 압력신호를 전달받고 수요처의 요구 압력값을 전달받는 신호입력부; 및 상기 신호입력부에서 전달받은 가스의 압력신호와 수요처로부터 전달받은 요구 압력값을 이용하여 수요처에서 요구하는 가스 압력상태의 압력값을 계산한 후 상기 흡입밸브 및 안티서지밸브로 신호를 전달하는 제1신호계산부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유량제어부는, 상기 압축부에서 토출되는 토출 유량을 측정하는 유량제어기; 및 상기 압축기에서 토출되는 토출 유량을 제어하기 위해 상기 유량제어기가 측정한 토출 유량 신호를 전달받아 상기 흡입밸브로 신호를 전달하는 제2신호계산부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유량제어부는, 상기 압축부에서 토출되는 토출 유량 신호를 이용하여 흡입밸브를 제어하여 압축기로 유입되는 가스의 유량을 제어할 수도 있다.

또한, 상기 압력보상부와 상기 유량제어부는 복수개의 가스 압축기 전체에 각각 설치되되, 상기 압력보상부와 상기 유량제어부는 각각 복수개의 가스 압축기 중 서로 다른 어느 하나의 가스 압축기에서 독립적으로 동작할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 압력보상부와 상기 유량제어부는 각각 복수개의 가스 압축기 중 어느 하나의 가스 압축기에 독립적으로 설치될 수도 있다.

한편, 복수개의 가스 압축기 중 어느 하나는 마스터 가스 압축기로 구성하고, 나머지 가스 압축기는 슬레이브 가스 압축기와 비상 상황 시 즉각적인 대처를 위한 스탠바이 가스 압축기로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따른 병렬식 가스 압축기 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.

마스터 가스 압축기에서 압력제어기를 통해 토출되는 가스의 압력을 실시간으로 감지하여 압력을 보상하고, 슬레이브 가스 압축기의 유량제어기를 통해 압축기에서 압축되어 이송하는 압축가스의 유량을 실시간으로 감지하여 로드 시그널과 비교 판단하여 흡입밸브의 개방여부를 판단하여 제어함으로써 안정적인 로드 분배가 가능하게 된다.

이에 따라, 서지 상황 발생 시 또는 수요처의 급격한 로드 변경 상황 발생 시 슬레이브 가스 압축기에서 안티서지제어가 진행될 때, 안정적인 로드 분배를 통해 마스터 가스 압축기와 슬레이브 가스 압축기 간의 로드 불균형을 방지하여 안정적인 운전을 가능하게 하고 동시에 서지 현상에서 정상의 운전 상태로 빠르게 회복할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 병렬식 가스 압축기 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 병렬식 가스 압축기 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 개략도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 병렬식 가스 압축기 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 개략도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 병렬식 가스 압축기 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 개략도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 병렬식 가스 압축기 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 개략도, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 병렬식 가스 압축기 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 개략도, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 병렬식 가스 압축기 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 개략도이다.

도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 병렬식 가스 압축기 시스템은 복수개의 가스 압축기로 구성되되 어느 하나는 마스터 가스 압축기(100)로 구성되고, 나머지 가스 압축기는 슬레이브 가스 압축기(200)로 구성된다.

상기 본 발명에 따른 병렬식 가스 압축기 시스템은 크게, 흡입부(110, 210), 압축부(120, 220), 배출부(130, 230), 안티서지부(140, 240), 압력보상부(150, 250), 유량제어부(160, 260)를 포함한다.

이러한 본 발명에 따른 병렬식 가스 압축기 시스템은 가스 압축기의 서지 현상 발생 시 빠른 시간 내에 정상의 운전 상태로 회복할 수 있도록 하고, 복수개의 가스 압축기로 구성되는 병렬식 가스 압축기에서 각 가스 압축기 간의 로드 불균형을 방지하여 안정적인 로드 분배가 가능하도록 한 병렬식 가스 압축기 시스템에 관한 것이다.

먼저, 흡입부(110, 210)는 가스 압축기의 작동유체로 사용되는 LNG, CO2, N2, H2S 등의 가스를 공급받는 부분이다.

상기 흡입부(110, 210)는 가스공급원(미도시)으로부터 상기 가스들을 공급받는 흡입관(111, 211)이 구성된다.

상기 흡입부(110, 210)는 흡입관(111, 211) 상에 제1차단밸브(112, 212), 흡입밸브(113, 213) 순으로 배치되어 설치될 수 있다.

이때, 상기 흡입관(111, 211)에는 흡입관(111, 211)으로 가스가 유입되는 것을 차단하기 위해 제1차단밸브(112, 212)가 설치되는데, 후술하는 제2차단밸브(133, 233)와 연동하여 가스 압축기 내로 가스가 유입되거나 배출되지 못하도록 차단하는 역할을 하며, 이는 일시적으로 가스 압축기의 작동을 멈춰 유지보수 작업을 수행하기 위해 가스 압축기로 가스가 유입되거나 배출되지 못하도록 하기 위함이다.

또한, 상기 제1차단밸브(112, 212)는 솔레노이드 방식의 밸브로 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 필요에 따라 상기 흡입관(111, 211)에는 제1차단밸브(112, 212) 다음으로 흡입 가스의 압력을 조절하기 위한 압력조절밸브(미도시), 상기 압력조절밸브(미도시)를 거쳐 이송된 가스를 응축하는 응축기(미도시)가 더 설치될 수도 있다.

상기 흡입밸브(113, 213)는 제1차단밸브(112, 212) 다음으로 흡입관(111, 211)에 설치된다.

상기 흡입밸브(113, 213)는 상기 제1차단밸브(112, 212)에서 이송된 가스가 흡입되는 부분으로, 흡입관(111, 211)으로 이송되는 가스의 유량을 제어하기 위한 것이다.

이러한 상기 흡입밸브(113, 213)는 밸브의 개방 정도에 따라 흡입밸브(113, 213)를 통과하는 가스의 양을 설정하는 석션 스토틀링 밸브(STV; Suction Throttling Valve)로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 석션 스토틀링 밸브(Suction Throttling Valve)를 대체하여 압축기 Vane의 각도를 조절하여 흡입부(110, 210) 유량을 조절하는 인렛 가이드 베인(IGV; Inlet Guide Vane) 또는 압축기의 스피드를 조절하여 흡입부(110, 210) 유량을 조절하는 가변 속도 구동기(VSD; Variable Speed Driven)로 구성할 수도 있다.

이렇게 상기 흡입부(110, 210)는 가스를 공급받아 압력을 조절하거나 유량을 제어하여 후술하는 압축부(120, 220)로 보내는 역할을 수행한다.

다음으로, 압축부(120, 230)는 상기 흡입부(110, 210)에서 이송되는 가스를 압축하기 위한 부분이다.

상기 압축부(120, 220)는 흡입부(110, 210)의 흡입관(111, 211) 끝단에 연결되도록 압축관(121, 221)이 설치된다.

상기 압축관(121, 221)에는 압축기(122, 222)가 설치된다.

상기 압축기(122, 222)는 흡입밸브(113, 213)를 통해 유량이 제어된 가스를 고압의 상태로 압축하기 위한 부분이다.

상기 압축기(122, 222)는 압축관(121, 221)을 통해 이송된 가스를 압축하는 것으로, 기계적 에너지를 통해 가스를 고압으로 생성하여 공급하기 위한 것이다.

상기 압축기(122, 222)의 작동 방식에 따라 왕복동, 원심형, 축류, 스크류 방식이 적용될 수 있다.

한편, 상기 압축기(122, 222)를 통해 압축된 가스를 저온으로 냉각시기키 위해 압축관(121, 221)에는 별도의 쿨러(미도시)가 설치될 수도 있다.

다음으로, 배출부(130, 230)는 압축부(120, 220)에서 압축된 가스가 이송되어 수요처로 배출되기 위한 부분이다.

상기 배출부(130, 230)는 상기 압축관(121, 221)과 연결되도록 배출관(131, 231)이 설치된다.

또한, 상기 배출관(131, 231)에는 가스 압축기 시스템에서 과도한 압력이 발생할 경우 가스를 외부로 배출시키기 위해 릴리프밸브(미도시)가 설치될 수도 있다.

그 다음, 상기 배출관(132, 232)에는 배출관(131, 231)으로 이송되는 가스가 압력차에 의해 역류하는 것을 방지하기 위해 체크밸브(132, 232)가 설치된다.

상기 체크밸브(132, 232)는 서지 현상 발생시 배출관(132, 232) 내의 압력의 변화에 따라 압축관(121, 221)이 위치된 역방향으로 가스가 역류하여 흐르는 것을 방지한다.

한편, 상기 배출관(132, 232)에는 체크밸브(132, 232) 다음으로 제2차단밸브(133, 233)가 설치된다.

상기 제2차단밸브(133, 233)는 상기 설명한 흡입부(110, 210)의 제1차단밸브(112, 212)와 연동하여 흡입관(111, 211)으로부터 배출관(131, 231)까지 가스가 유입되거나 배출되지 못하도록 차단하기 위한 역할을 한다.

즉, 가스가 유입되는 입구에 해당하는 흡입관(111, 211)과 가스가 배출되는 배출관(131, 231) 사이를 차단함으로써 복수개의 가스 압축기 중 어느 하나의 유지보수 작업이 필요로 할 때 상기 제1차단밸브(112, 212)와 제2차단밸브(133, 233)를 통해 가스의 유입 및 배출을 차단할 수 있게 된다.

다음으로, 안티서지부(140, 240)는 가스 압축기 시스템에서 서지 현상 발생 시 이를 정상의 운전 상태로 회복시키기 위한 부분으로, 가스 압력을 재순환시켜 정상 압력을 유지하도록 하는 역할을 한다.

상기 안티서지부(140, 240)는 크게, 순환관(141, 241), 안티서지밸브(142, 242), 안티서지 컨트롤러(143, 243), 신호선택부(144, 244)를 포함하여 구성된다.

상기 순환관(141, 241)은 일측이 압축부(120, 220)와 배출부(130, 230) 사이에 배치된 압축관(121, 221)과 연결되도록 설치되고, 타측은 상기 흡입부(110, 210)의 흡입밸브(113, 213) 후단(後段), 즉 유체가 흐르는 진행방향을 기준으로 흡입밸브(113, 213) 뒤쪽에 해당하는 위치에 연결되도록 설치된다.

상기 순환관(141, 241)은 압축부(120, 220)에서 이송된 압축가스를 흡입부(110, 210)와 압축부(120, 220) 사이에 배치된 압축관(121, 221)으로 재순환시키는 역할을 한다.

이때, 상기 순환관(141, 241)에는 순환관(141, 241)으로 이송되는 가스의 흐름을 제어하기 위해 안티서지밸브(142, 242)가 설치된다.

즉, 상기 순환관(141, 241)을 통해 유입되어 이송되는 가스가 안티서지밸브(142, 242)의 개폐에 따라 흡입부(110, 210)와 압축부(120, 220) 사이에 배치된 압축관(121, 221)으로 재순환될 수 있는 것이다.

이와 같이, 상기 순환관(141, 241)을 통해 압축관(121, 221)으로 가스를 재순환시킴으로써, 압축관(121, 221)으로 이송하는 가스의 압력을 일정 수준으로 올릴 수 있게 되는 것이다.

한편, 상기 흡입밸브(113, 213)과 압축기(122, 222) 사이의 흡입관(111, 211)에는 상기 안티서지밸브(142, 242)를 제어하기 위한 안티서지 컨트롤러(143, 243)가 설치되고, 상기 안티서지 컨트롤러(143, 243)가 연결되도록 신호선택부(144, 244)가 설치된다.

여기서, 상기 안티서지 컨트롤러(143, 243)는 상기 흡입밸브(113, 213)을 통해 유입된 가스의 유량 또는 압력을 측정하여 안티서지밸브(142, 242)를 제어하기 위한 부분이다.

상기 안티서지 컨트롤러(143, 243)를 통해 측정된 신호는 상기 신호선택부(144, 244)로 보내지고, 상기 신호선택부(144, 244)를 거쳐 안티서지밸브(142, 242)의 개방 여부를 결정하여 제어하게 된다.

즉, 안티서지 컨트롤러(143, 243)를 통해 수집된 유량 정보는 신호선택부(144, 244)를 거쳐 안티서지밸브(142, 242)를 제어하여 수요처에서 요구하는 각각의 가스 압축기에 할당된 로드 신호에 대응할 수 있게 된다.

여기서, 상기 신호선택부(144, 244)는 소프트웨어적으로 적용되는 시스템 로직일 수도 있다.

이와 같이, 상기 안티서지밸브(142, 242)를 통해 일반 운전시 압축 성능을 향상시킬 수 있고, 서지 현상 발생 시에는 서지 현상을 빠른 시간 내에 벗어나 정상 압력 상태를 유지할 수 있도록 한다.

즉, 서지 현상 발생시에는 안티서지밸브(142, 242)를 개방하여 가스가 순환되도록 하고, 일반 운전시 가스의 압축 성능 향상이 필요로 할 경우에는 상기 안티서지밸브(142, 242)를 개방하여 가스가 순환되도록 할 수 있다.

다음으로, 압력보상부(150, 250)는 수요처에서 요구하는 요구 압력에 대응하여 토출 압력을 보상하기 위한 부분이다.

상기 압력보상부(150, 250)는 토출 압력을 측정하고 이를 수요처에서 요구하는 요구 압력과 비교하여 압력값을 보상하는 과정을 거친다.

상기 압력보상부(150, 250)는 크게, 압력제어기(151, 251), 신호입력부(152, 252), 제1신호계산부(144, 244)를 포함한다.

상기 압력제어기(151, 251)는 상기 배출부(130, 230)에서 수요처로 이송하는 배출관(131, 231)에 연결되도록 설치된다.

이러한 상기 압력제어기(151, 251)는 제2차단밸브(133, 233)를 거쳐 배출되는 가스의 압력을 측정하기 위한 것으로, 배출부(130, 230)를 통해 수요처로 이송하는 토출 압력을 측정하게 된다.

상기 신호입력부(152, 252)는 상기 압력제어기(151, 251)로부터 가스의 압력신호를 전달받는 부분이다.

또한, 상기 신호입력부(152, 252)는 압력제어기(151, 251)로부터 가스의 압력신호와 더불어 수요처의 요구 압력값을 동시에 전달받는다.

상기 제1신호계산부(153, 253)는 상기 신호입력부(152, 252)로부터 가스의 토출 압력신호와 수요처의 요구 압력값을 전달받아 수요처에서 요구하는 가스 압력상태의 압력값을 계산하는 역할을 한다.

즉, 제1신호계산부(153, 253)는 가스의 토출 압력신호와 수요처로부터 전달받은 요구 압력값을 이용하여 수요처에서 요구하는 가스 압력상태의 압력값을 계산한 후 상기 흡입밸브(113, 213) 및 안티서지밸브(142, 242)로 신호를 전달하여 흡입밸브(113, 213) 및 안티서지밸브(142, 242)를 제어하고, 이때, 상기 신호선택부(144, 244)와 흡입밸브(113, 213)로 각각 신호를 보내 흡입밸브(113, 213)과 안티서지밸브(142, 242)를 제어하게 된다.

따라서, 상기 제1신호계산부(153, 253)를 통해 흡입밸브(113, 213) 및 안티서지밸브(142, 242)를 개별적으로 제어할 수 있게 된다.

여기서, 상기 제1신호계산부(153, 253)는 소프트웨어적으로 적용되는 시스템 로직일 수도 있다.

이와 같이, 상기 압력보상부(150, 250)를 통해 토출 가스의 압력과 수요처의 요구 압력을 비교하여 안티서지 상황 발생을 방지할 수 있게 된다.

다음으로, 유량제어부(160, 260)는 상기 압축부(120, 220)를 거쳐 토출되는 토출 유량을 측정하여 수요처로 보내지는 토출 유량을 제어하는 역할을 한다.

상기 유량제어부(160, 260)는 크게, 유량제어기(161, 261) 및 제2신호계산부(162, 262)를 포함한다.

상기 유량제어기(161, 261)는 상기 압축기(122, 222)와 배출부(130, 230)의 체크밸브(132, 232) 사이의 배출관(131, 231)에 설치되어, 상기 압축부(120, 220)에서 토출되는 토출 유량을 측정한다.

즉, 상기 압축기(122, 222)에서 토출된 압축가스의 유량을 측정한 후 정상의 유량에 대응하지 못할 경우 유량을 제어하기 위한 부분이다.

한편, 상기 유량제어기(161, 261)와 연계되도록 제2신호계산부(162, 262)가 구비된다.

상기 제2신호계산부(162, 262)는 유량제어기(161, 261)로부터 토출 유량 신호를 전달받아 흡기밸브(113, 213)로 신호를 전달하여 흡기밸브(113, 213)를 제어한다.

이때, 상기 압력보상부(150, 250)의 제1신호계산부(153, 253)로부터 전달되는 압력신호도 함께 전달받아 이를 고려한 상태에서 흡기밸브(113, 213)를 제어할 수 있게 된다.

이에 따라, 유량제어부(160, 260)는 상기 압축부(120, 220)에서 토출되는 토출 유량 신호를 이용하여 흡입밸브(113, 213)를 제어하여 압축기(122, 222)로 유입되는 가스의 유량을 제어할 수 있게 된다.

한편, 복수개의 가스 압축기에 있어 마스터 가스 압축기(100)와 슬레이브 가스 압축기(200)에 있어 신호입력부(152, 252)에서 제1신호계산부(153, 253)으로 전달되는 신호는 마스터 가스 압축기(100)의 경우 압력제어기(151, 251)로부터 전달받은 압력신호와 수요처 요구 압력신호가 전달되고, 슬레이브 가스 압축기(200)의 경우 수요처 요구 압력신호만 전달받는 피드 포워드 시그널(Feed Forward Signal)일 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 병렬식 가스 압축기 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 개략도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 압력보상부(150, 250)와 상기 유량제어부(160, 260)는 복수개의 가스 압축기 전체에 각각 설치될 수 있으며, 이때, 상기 압력보상부(150, 250)와 상기 유량제어부(160, 260)는 각각 복수개의 가스 압축기 중 서로 다른 어느 하나의 가스 압축기에서 독립적으로 동작할 수 있도록 구성될 수 있다.

예컨대, 마스터 가스 압축기(100)와 슬레이브 가스 압축기(200)에 각각 압력보상부(150, 250)와 상기 유량제어부(160, 260)가 설치되되, 어느 하나의 가스 압축기에 동작되도록 개별제어 로직을 구성할 수도 있는 것이다.

또한, 복수개의 가스 압축기 중 상기 마스터 가스 압축기(100)와 슬레이브 가스 압축기(200)를 특정하여 정해지는 것은 아니며, 경우에 따라 마스터 가스 압축기(100)와 슬레이브 가스 압축기(200) 서로 그 역할을 대체하여 동작되도록 설계될 수 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 병렬식 가스 압축기 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 개략도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 복수개의 가스 압축기 중 어느 하나는 마스터 가스 압축기(100)로 구성하고, 나머지 가스 압축기는 슬레이브 가스 압축기(200)와 비상 상황 시 즉각적인 대처를 위한 스탠바이 가스 압축기(300)로 구성될 수 있다.

즉, 복수개로 병렬 배치되어 구성되되, 스탠바이 가스 압축기(300)는 평상시에는 동작하지 않고 준비된 상태를 유지하다가 비상 상황이 발생하면 마스터 가스 압축기(100) 또는 슬레이브 가스 압축기(200)의 역할을 대신하도록 구성될 수 있다.

이하에서는 도 2를 참조하여 상기 설명한 병렬식 가스 압축기 시스템의 작용에 대하여 설명한다.

먼저, 일반 운전 상황 시 가스 흐름을 알아보면, 흡입관(111, 211)을 통해 작동유체로 사용되는 가스가 유입되고, 유입된 가스는 1차단밸브(112, 212)을 거쳐 흡입밸브(113, 213)로 보내지고, 흡입밸브(113, 213)로 이송된 가스는 압축관(121, 221)을 통해 이송되어 압축기(122, 222)로 이송되어 고압으로 압축된 후 압축관(121, 221)을 통해 배출부(130, 230)의 배출관(131, 231)으로 이송된다.

그 다음, 배출관(131, 231)으로 이송되는 가스는 체크밸브(132, 232)를 거치고 제2차단밸브(133, 233)을 통해 수요처로 배출되게 된다.

한편, 가스 압축기 시스템에서 서지 현상 발생 시 가스 흐름을 보면, 압축부(120, 220)를 통해 압축된 가스가 순환관(141, 241)으로 순환되어 안티서지밸브(143, 243)가 개방됨에 따라 흡입밸브(113, 213)의 후단(後段)으로 압축가스가 재순환되게 된다.

이때, 압력보상부(150, 250)의 압력제어기(151, 251)를 통해 수요처로 보내지는 토출 압력을 측정하고, 측정된 신호는 신호입력부(152, 252)로 보내진 후 제1신호계산부(153, 253)에 의해 각각 신호선택부(144, 244) 및 흡입밸브(113, 213)로 신호가 전달되어 흡입밸브(113, 213) 및 안티서지밸브(143, 243)을 제어하게 된다.

또한, 유량제어부(160, 260)의 유량제어기(161, 261)를 통해 토출 유량을 측정한 후 그 신호를 제2신호계산부(162, 262)로 전달하여 흡입밸브(113, 213)을 제어하여 마스터 가스 압축기(100)와 슬레이브 가스 압축기(200) 간의 유량 및 압력 불균형을 방지할 수 있게 된다.

즉, 로드 변경 등 급격한 운전 변화로 인해 슬레이브 가스 압축기(200)에서 안티서지 상황이 발생할 때 안정적인 로드 분배를 함으로써 안정적인 운전 및 서지 현상으로부터 신속히 벗어날 수 있게 된다.

한편, 압축기(122, 220)의 고장 또는 유지 보수를 할 경우, 흡입부(110, 210)의 제1차단밸브(112, 212)와 배출부(130, 230)의 제2차단밸브(133, 233)를 폐쇄하여 가스가 유입되거나 배출되지 못하도록 제어할 수 있게 된다.

상기 설명한 바와 같이, 마스터 가스 압축기(100)에서 압력제어기(151, 251)를 통해 토출되는 가스의 압력을 실시간으로 감지하여 압력을 보상하고, 슬레이브 가스 압축기(200)의 유량제어기(160, 260)를 통해 압축기(122, 222)에서 압축되어 이송하는 압축가스의 유량을 실시간으로 감지하여 로드 시그널과 비교 판단하여 흡입밸브(113, 213)의 개방여부를 판단하여 제어함으로써 안정적인 로드 분배가 가능하게 된다.

이에 따라, 서지 상황 발생 시 또는 수요처의 급격한 로드 변경 상황 발생 시 슬레이브 가스 압축기(200)에서 안티서지제어가 진행될 때, 안정적인 로드 분배를 통해 마스터 가스 압축기(100)와 슬레이브 가스 압축기(200) 간의 로드 불균형을 방지하여 안정적인 운전을 가능하게 하고 동시에 서지 현상에서 정상의 운전 상태로 빠르게 회복할 수 있는 특징이 있는 것이다.

한편, 본 발명은 앞서 설명한 실시예로 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 것도 본 발명의 기술적 사상에 속하는 것으로 보아야 한다.

100: 마스터 가스 압축기 200: 슬레이브 가스 압축기
300: 스탠바이 가스 압축기 110, 210: 흡입부
111, 211: 흡입관 112, 212: 제1차단밸브
113, 213: 흡입밸브 120, 220: 압축부
121, 221: 압축관 122, 222: 압축기
130, 230: 배출부 131, 231: 배출관
132, 232: 체크밸브 133, 233: 제2차단밸브
140, 240: 안티서지부 141, 241: 순환관
142, 242: 안티서지밸브 143, 243: 안티서지 컨트롤러
144, 244: 신호선택부 150, 250: 압력보상부
151, 251: 압력제어기 152, 252: 신호입력부
153, 253: 제1신호계산부 160, 260: 유량제어부
161, 261: 유량제어기 162, 262: 제2신호계산부

Claims (7)

1. 복수개의 가스 압축기가 병렬 구조로 이루어진 병렬식 가스 압축기 시스템에 있어서,
   각각의 개별적인 가스 압축기는,
   가스가 유입되는 흡입관에 설치되고 흡입관으로 흡입되어 이송된 가스의 유량을 제어하기 위한 흡입밸브를 포함하는 흡입부;
   상기 흡입부에서 이송되는 가스를 압축하기 위한 압축부;
   상기 압축부에서 이송된 가스를 가스 수요처로 배출하기 위한 배출부;
   가스 압축기에서 서지 현상 발생 시 가스 압력을 재순환시켜 정상 압력을 유지하도록 하여 서지 현상으로부터 회복시키기 위한 안티서지부;
   상기 배출부를 통해 배출되어 수요처로 이송되는 가스의 압력을 측정 후 수요처에서 요구하는 요구 압력과 비교하여 압력값을 보상하기 위해 제어하는 압력보상부; 및
   상기 압축부를 거쳐 토출되는 토출 유량을 측정하여 토출 유량을 제어하는 유량제어부를 포함하며,
   상기 안티서지부는,
   상기 가스 압축기에서 토출된 가스를 상기 흡입밸브의 상류로 재순환시키는 순환관; 및
   상기 순환관 상에 마련되어 재순환되는 가스의 유량을 제어하는 안티서지밸브를 포함하며,
   상기 압력보상부는,
   상기 배출부에서 수요처로 이송하는 배관의 압력신호와 수요처로부터 전달받은 요구 압력값을 이용하여 수요처에서 요구하는 가스 압력 상태의 압력값을 계산한 후 상기 흡입밸브 및 상기 안티서지밸브로 신호를 전달하는 제1신호계산부를 포함하며,
   상기 유량제어부는,
   상기 압축기에서 토출되는 토출 유량신호를 전달받아 상기 흡입밸브로 신호를 전달하는 제2신호계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬식 가스 압축기 시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 압력보상부는,
   상기 배출부에서 수요처로 이송하는 배관에 연결되도록 설치되는 압력제어기; 및
   상기 압력제어기로부터 가스의 압력신호를 전달받고 수요처의 요구 압력값을 전달받는 신호입력부를 더 포함하며,
   상기 제1신호계산부는,
   상기 신호입력부에서 전달받은 가스의 압력신호와 수요처로부터 전달받은 요구 압력값을 이용하여 수요처에서 요구하는 가스 압력상태의 압력값을 계산한 후 상기 흡입밸브 및 상기 안티서지밸브로 신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 병렬식 가스 압축기 시스템.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 유량제어부는,
   상기 압축부에서 토출되는 토출 유량을 측정하는 유량제어기를 더 포함하며,
   상기 제2신호계산부는,
   상기 압축기에서 토출되는 토출 유량을 제어하기 위해 상기 유량제어기가 측정한 토출 유량 신호를 전달받아 상기 흡입밸브로 신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 병렬식 가스 압축기 시스템.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 유량제어부는,
   상기 압축부에서 토출되는 토출 유량 신호를 이용하여 흡입밸브를 제어하여 압축기로 유입되는 가스의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 병렬식 가스 압축기 시스템.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 압력보상부와 상기 유량제어부는 복수개의 가스 압축기 전체에 각각 설치되되,
   상기 압력보상부와 상기 유량제어부는 각각 복수개의 가스 압축기 중 서로 다른 어느 하나의 가스 압축기에서 독립적으로 동작할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬식 가스 압축기 시스템.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 압력보상부와 상기 유량제어부는 각각 복수개의 가스 압축기 중 어느 하나의 가스 압축기에 독립적으로 설치되는 것을 특징으로 하는 병렬식 가스 압축기 시스템.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
   복수개의 가스 압축기 중 어느 하나는 마스터 가스 압축기로 구성하고,
   나머지 가스 압축기는 슬레이브 가스 압축기와 비상 상황 시 즉각적인 대처를 위한 스탠바이 가스 압축기로 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬식 가스 압축기 시스템.

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