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시설관리/설비 운영

건물 냉방장비 점검을 통해 여름철 에너지소비를 절감하자

벌써 낮에는 날씨가 더워지는 것을 보니 이제 곧 여름이 다가오고 있는 것 같습니다. 건물관리를 할 때 여름철 가장 큰 고민은 냉방 문제이지요. 여름철 냉방문제를 잘 해결 하려면 지금부터 냉방장비에 대한 정비가 필수입니다. 지난해 가동했던 냉방 장비에는 문제가 없었는지, 있었다면 어떤 문제점이 있었는지 꼼꼼히 체크해 두었다가 지금 정비를 해야 합니다. 많은 사람들이 겨울이면 따뜻하고 여름이면 시원한 건물을 찾아 무더위를 피하곤 합니다. 건물은 그냥 시원해 지는 것이 아닙니다. 그렇게 되기까지의 노고를 아끼지 않는 사람들이 꼭 필요하지요. 그렇다면 어떻게 냉방장비를 효율적 관리해야 하는지 냉방장비 관리에 대해 살펴볼까요?

1. 냉방장비의 관리

1) 열교환기의 장애
- 일반적으로 운전 중인 열교환기는 여러 부식성 물질이 포함된 탄화수소 화학약품을 비롯하여 냉각수 수증기 등의 유체에 직접 접촉하고 있기 때문에 화학적 또는 물리적 인자 및 이들의 조합된 것에 의한 열화, 손상을 피할 수 없습니다.
- 온도, 압력, 유속, 진동을 포함한 피로, 충격과 같은 가속인자에 의해 크게 영향을 받습니다.
- 부식 및 손상 속도는 항상 일정하지 않으며 원료의 변경, 운전조건의 변화에 따라 영향을 받습니다.

2) 튜브의 장애
- 열교환기의 튜브에서 발생하는 주된 손상은 부식, 마모에 의한 두께 감소, 천공, 스케일 등에 의한 폐쇄, 열변형, 진동 등에 의한 확관부의 누설, 부삭매체 및 응력에 의한 균열 등이 있습니다.
- 전면적으로 두께가 감소하는 경우에는 정기 수리시 검사에서 두께를 관리함으로써 잔여 수명을 추정할 수 있습니다. 또한 전면 부식이 높은 경우에는 재질 개선을 해야 합니다.
- 국부 부식은 전면부식과 달리 수명 예측과 발견이 상당히 어렵습니다. 최근 통계적 방법을 이용하여 극치 해석법이 잔여 수명추정법으로 널리 채택이 되고 있습니다. 이 부식은 일반적으로 퇴적물에 기인하여 이들 퇴적물을 적게 하기위해 사이크론 및 필터설치, 유속증대, 운전 중 제거 세정법 및 약품 주입을 사용합니다.

3) 확관부의 누설
- 확관 이음구조로 되어 있는 전열관의 관 끝단부의 느슨해짐은 주로 열 추역, 진동, 정비작업 불량에 의해 발생합니다. - 운전 개시시 열 유체를 급격하게 통과하게 한다든가, 반대로 정지시 서냉에 대한 배려없이 급냉하면 온도 변동의 급변으로 확관부 뿐만 아니라 볼트가 느슨해져 누설로 연결됩니다.
- 펌프, 압축기 등에 직접 배관으로 연결되어 진동에 의한 손상이 문제될 가능성이 있는 것은 유체 이송의 맥동대책, 배관의 지지방법, 관속의 방해판 배열 등 진동 방지를 충분히 고려해야 합니다.

4) 균열
- 균열은 잔류응력(굽힘가공, 용접공작등에 수반되는 잔류응력)의 존재하에서의 부식작용에 기인하는 것이 많습니다.
- 일반 강재에서 황화수소에 의한 황화물 응력부식균열, 알카리취화에 의한 균열, 오스테나이트계 스테인레스강의 염화물, 폴리티온산에 의한 응력부식균열 또한 황동계 재료에서 발생하는 암모니아에 의한 응력 부식균열 등이 있습니다.
- 균열을 방지하기 위해서는 열처리에 의한 잔류응력 제거, 적정재료 선정 등을 고려해야 합니다.

5) 온도 미 상승
- 증기 등 가열매체이 공급량이 적은 경우
- 피가열체의 순환량이 과대할 경우
- 트랩의 크기가 적정용량보다 적거나 작동이 불량한 경우
- 배관 연결이 잘못되어 있는 경우
- 전열관의 파손이나 확관부에 누수가 발생하는 경우

2. 냉방장비의 관리대책

1) 정기적인 점검
- 적정 증기공급 배관 크기로 배관을 교체해야 하며 증기공급 라인상에 문제가 없는지 점검합니다.
- 피가열체 공급관의 크기가 크거나 순환펌프 용량이 큰 경우는 배관상의 밸브를 조작하여 순환량을 줄이거나 적정용량의 순환펌프로 교체하여야 합니다.
- 적정용량의 트랩으로 교체하거나 작동불량인 경우는 수리하여 사용합니다.
- 유체의 흐름에 지장을 주는 배관연결이 없는지 확인하고 유체 순환계통이 잘못되어 있는 경우는 배관을 수정해야 합니다.
- 파손된 전열관을 교체하거나 누수부위를 확관하거나 용접하여 누수를 방지 해야 합니다.

2) 누수원인
- 전열판 파손
- 확관부위 불량
- 용접불량
- 플랜지부 가스켓 불량 등이 있습니다.

3) 대책
- 전열관의 파손은 재료의 결함으로 발생할 수 있으며, 운전시 온도가 올라가면서 누수가 되는 경우에도 발생할 수 있습니다. 누수가 확인되면 제조자의 지원을 받아 전열관을 교체해야 합니다.
- 확관부위 누수는 운전시 신축 등으로 누수가 발생되는 수가 있습니다. 누수가 확인되면 제조자에게 교체를 요구하여 확관하면 됩니다.
- 용접부 누수는 거의 발생되지 않지만, 용접불량 등으로 발생하는 수가 있습니다. 이 경우는 열교환기 내부의 물을 완전히 배수시키고 누수부위를 다시 용접해야 합니다. 재 용접 부분은 비파괴시험을 실시하여 용접부의 결함 유.무를 확인해야 하며, 필요한 경우 후열처리를 해야 합니다.
- 가스켓 불량으로 누수가 발생한 경우는 가열측 및 피가열측의 밸브를 모두 잠그고 플랜지를 분해하여 가스켓을 교체하면 됩니다.

4) 세관
- 열교환기 오염으로서는 열교환기 자체 부식에 의한 것 이외에 유체에 의하여 운반되어 오는 부식 생성물 계통 내의 반응생성물(석유정제등에서는 암모니아에 의하여 염화암모니아 생성) 변질생성물질 및 유체 중에 포함되어 있는 고형물 등에 의한 것이 있습니다.
- 이들에 의하여 총괄전열계수의 저하, 퇴적물 침식, 폐쇄에 기인한 국부가열에 의한 전열관 변형, 계통 내의 흐름 전해에 의한 압력손실증대, 불순물 혼입에 의한 품질저하 등이 일어나기 때문에 정기적인 세관 작업이 요구됩니다.
- 세관시 오염의 본질을 잘 파악한 후 효과적이고 경제적인 세관 방법을 선택하면 효율이 10% 이상 높아지고 이에 따른 에너지 절감 효과와 장비 수명도 연장 시킬 수 있습니다.

5) 다음은 세관에 대한 사진들입니다.

판형 열교환기

판형 열교환기 세관 작업


열교환기 세관 전후 비교

열교환기

열교환기 화학세관


응축기 세관 후

응축기 세관 전



3. 열교환기의 점검 및 보수

1) 일상점검
점검 매뉴얼에 따라 사용시 일정 시간 간격을 정하여 점검하는 것이 매우 중요합니다. 압력용기 본체 및 부속기기의 사용 상태를 파악하여 안전하고 효율적인 관리가 요구됩니다.

<일상점검 항목>
- 본체 점검항목
외부손상, 맨홀, 뚜껑판 체결의 볼트 손상 여부, 증기밸브, 배출밸브, 안전밸브, 압력계 등
- 자동제어장치 점검항목
압력조정기, 온도계, 온도제어기 및 기타 제어장치
- 기능시험 항목
이상경보 램프 테스트, 주요 조작벨 등
- 계측항목
증기. 촉매의 압력, 유량, 온도, 자동제어기기 실측지, 부속기기 작동 실측지 등
- 정기점검
일상점검 항목을 포함하여 월 1회 정밀점검을 매뉴얼에 따라 실시하고 정비, 부품, 기타 장비에 대한 상태를 기록 유지하여 정기적인 세관 작업시 정비해야 합니다. 압력용기는 정기 점검표를 작성하여 주 1회 정밀점검을 시행해야 합니다.

4. 열교환기의 사고의 종류와 대책

1. 사고의 종류

1) 파열
압력 용기중 내부에 포화액을 가지고 있는 이음부등에 결함이 발생하여 증기가 대량으로 분출하면 순간적인 압력이 급강합니다. 그 결과 기화시의 용적 팽창(포화수의 경우 대기압, 373K {100℃ }에 약 1700배)에 의하여 기계적 파괴력이 발생하여 용기가 파괴되며, 이것이 파열입니다. 파열은 포화액의 존재하에서 일어나는 물리적 현상으로 뚜껑판이 체결되어 있는 용기는 사용중에 뚜껑판이 압력에 견디지 못하고 벗겨저 날아가고 동시에 엄청난 파열음과 동시에 내용물이 파편으로 작용하여 인명피해가 발생합니다.

2) 팽출
동체, 경판 등에 내압을 받는 부분이 견디지 못하고 바깥쪽으로 부풀어 오르는 현상을 팽출이라고 합니다. 팽출이 진행되면 균열등의 파손이 발생하여 파열로 이어집니다.

3) 압괴
가스켓부의 안쪽 동체와 같이 외력을 받는 부분은 국부적으로 변형이 생기면 그 부위가 크게 발전하여 안쪽으로 찌그러지는데, 이것을 압괴라고 합니다. 염새기 등과 같이 동체판 두께가 얇은 용기에서는 내부가 진공을 되기 때문에 대기압의 힘으로도 압괴가 발생할 수 있습니다.

4) 균열
압력 용기의 본체, 내압 부분에 균열이 발생하기 쉽습니다. 특히 균열이 생기기 쉬운 곳은 아래와 같습니다.
- 용접부 및 그 부근
- 스테이 및 스테이로 지지되고 있는 부분 또는 볼트 체결부
- 제작시 절단 및 절취부 부위
- 노즐 부착부 등과 같이 응력이 집중 되는 부위 등


2. 사고의 원인

1) 설계불량
- 부적당한 재료선정
- 과도한 탄성 및 연성의 변형
- 균열
- 소성 불안정
- 탄성 불안정
- 응력 집중
- 피로
- 인성파괴 등

2) 제작상의 결함
- 공작 불량 또은 결함
- 용접 불량

3) 설치공사의 결함
- 난폭한 운반
- 설치공사의 불량
- 시공자의 기술력 부재
- 설치위치 부적당
- 밸브 및 안전장치 미 시공
- 부적격 시공업체
- 저가의 공사금액 등

4) 운전의 부주의
- 부식 및 노후
- 운영자의 기술력 및 자격 미비
- 정밀점검 및 유지보수 미비
- 정기적인 세관 및 정비 미 시행
- 계측기 및 자동제어장치 정비 미 시행

3. 사고방지 대책

- 에너지 이용 합리화법에 의한 제조검사기관으로부터 설치검사, 안전검사를 받고 사용해야 합니다.
- 최고사용압력을 초과하지 않아도록 정기적인 정밀점검과 그 결과를 기록, 유지해야 합니다.
- 열교환기는 동파예방에 주의하고 온도는 영하로 내려가지 않도록 철저히 안전관리를 유지해야 합니다.
- 빙축열 냉동기를 사용할 경우는 1차 냉수 순환펌프의 가동여부를 수시로 확인해야 합니다.
- 자동제어 및 안전밸브가 정상적으로 작동할 수 있도록 그 기능을 잘 유지해야 하며, 년1회 정기적인 정 비를 시행하여 모든 사고를 미연에 방지할 수 있고 효율적인 장비운영과 에너지 절감을 통해 비용을 절감 할 수 있습니다.

지금까지 장비의 결함과 장애, 그리고 관리시 가장 중요한 정기적인 점검과 일상점검에 대한 문제점과 대책에 대해 살펴보았습니다. 더불어 사고의 종류와 방지대책까지 살펴보았습니다. 건물관리를 하면서 특히 냉방장비를 관리하는 엔지니어들은 여름철이 다가오면서 고민이 깊어질 수 밖에 없습니다. 지금까지 살펴본 것들을 잘 숙지하여 고객에게 쾌적한 환경을 제공하여 건강한 시즌을 맞이 할 수 있기를 바랍니다. 특히 장비의 효율적 관리를 통해 추가적으로 에너지 절감이라는 시너지 효과도 거둘 수 있기를 고대하는 마음에서 글을 쓰게 되었습니다.



정우용 | 한화63시티 63운영팀 과장
안녕하십니까? 63운영팀 정우용 과장입니다. 저는 63빌딩 내 기계설비 운영 업무를 20년간 수행하면서 축적된 노하우를 바탕으로 기계설비 공사, 에너지 진단 및 에너지 절감 TF팀을 운영하고 있습니다. 현장에서 도움이 될 수 있는 기계 관련 지식과 정보를 함께 공유하려고 합니다.