<그림3>에서는 리저버 탱크 공기압 변화와 Disa조형라인 리저버 압력변화 양상을 비교하여 보여주고 있다.
전용 통계처리 프로그램인 SPSS를 사용한 분석결과에 따르면 리저버 탱크 (<압력2>)내의 평균 
<그림2> 100HP 컴프레서 4기의 시간대별 소비전류 변화 양상
압력은 91.1psi인 반면 Disa 라인 리저버 탱크 내의 압력(<압력3>)은 84.1psi로 평균 차압이 7psi 정도 발생하고 있음을 알 수 있다.
이를 더 상세하게 분석해 보면 ①과 같이 공압 수요가 작은 경우 차압은 약 4psi 정도 발생하고 이는대부분 드라이어와 필터에 의한 것이다.
그러나 ②와 같이 공압수요가 증가한 경우에는 차압이 14psi까지 증가한다.
여기서 드라이어와 필터에 의한 차압 손실인 4psi를 뺀 10psi가 배관의 용량부족에 의한 차압손실이다.
일반적으로 4인치(100mm)관은 1440scfm 이상의 유량에 대해서는 난류 유동이 발생하면서 공기의 유동을 방해하여 압력손실을 유발한다.
100HP당 약 500scfm을 생산하므로 공압 라인은 약 2,500scfm 이상의 용량이 되어야만 한다.
6인치 배관의 용량은 3,240scfm이므로, 500HP 규모의 공압 라인에 적합한 배관이다.
따라서 현재의 공압수요 부족을 해결하기 위해서 단순히 콤프레셔를 증설하면 유로저항에 의한 손실을 증대시킬 뿐이므로 우선적으로 주배관라인을 증설할 것을 강력히 추천한다.
현재 설치된 배관을 사용하기 위해서는 별도의 4인치 배관을 병렬로 설치하는 것도 생각해 볼 수 있다.
이 또한 500HP 규모의 공압 시스템까지는 수용할 수 있다. 하지만 두 배관에 대한 공압기기의 분배 등에서 다양한 문제가 유발될 것으로 예상된다.
<압력2>와 <압력3>의 압력 요동 현상이 거의 유사한 것으로 보아 현재 설치되어 있는 0.5㎥규모의 리저버 탱크 용량은 적절한 것으로 판단된다.
<그림4>에서는 리저버 탱크 공기압 변화(<압력2>)와 벤토나이트 사일로 입구측 압력(<압력4>) 변화 양상을 비교하여 보여주고 있다. 그림에서 대체적인 차압의 발생 경향은 <그림3>에서와 매우 유사하게 나타나지만, 최저 압력이 62psi까지 떨어지며 ①의 경우 리저버 탱크와의 차압이 28psi까지 벌어짐을 확인할 수 있다.
이는 일시적인 공압수요 증가 시 배관 라인의 용량부족으로 인하여 충분한 유량을 제때 공급하지 못하여 발생한 현상이다.
따라서, ¾인치로 설치된 지관의 증설이 필요하며 다른 배관라인에서와 마찬가지로 0.5㎥의 리저버 탱크를 설치하여 일시적인 유량 부족에 의한 압력의 강하 현상을 보완해 주어야 한다.
이외에 <압력5>, <압력6> 및 <압력7>은 <압력3>과 거의 유사한 경향을 보이고 있으므로 이들에 대한 별도의 설명은 생략한다.
현재 공압시스템은 공압수요가 심하게 변화하기 때문에 콤프레셔의 압력 조절능력 만으로는 현재와 같은 공압의 요동현상을 피할 수 없다.
이런 경우 능동형 유량조절 시스템을 사용하면 헤어 공압의 안정화와 더불어 에너지 소비를 획지적으로 절감할 수 있다.
3. 문제점 분석과 대응방안
마그네트 공장의 공압시스템이 가지고 있는 문제점에 대해서 3절에서 분석을 수행하였다. 4절에서는 문제점에 대한 대응방안을 우선순위에 따라 살펴보기로 한다.
현재 공압시스템은 배관과 리저버 탱크의 용량부족으로 인하여 심각한 에너지 손실을 감수하고 있다. 무엇보다도 이에 대한 개선이 시급한 실정이다.
<그림2>의 ①에서 설명하였듯이 콤프레셔실 내의 배관 용량이 부족하여 공압수요가 증가하여 리저버 탱크 압력이 떨어져도 4번 콤프레셔가 제때 로딩되지 못한다.
헤더 없이 콤프레셔들 간을 직접 연결하여 출력 용량이 약한 콤프레셔들이 상대적으로 출력 용량이 큰 콤프레셔들에 밀려 원활하게 작동하지 못하고 있다.
콤프레셔 출구측과 리저버 탱크 사이에 위치하고 있는 배간의 용량부족과 헤더의 부재 때문에 심각한 에너지 손실을 감수하고 있다.
이를 개선하기 위하여 콤프레셔 출구측에 8인치 헤더를 설치하고 연결재관은 6인치로 증설할 것을 추천한다.
<그림3> 리저버 탱크 공기압 변화와 Disa 조형라인 리저버 압력 비교
리저버 탱크의 용량부족으로 인하여 공압수요의 변화에 따라 공압이 요동치고 있다. 일반적으로 100HP당 3㎥의 리저버 탱크 용량이 필요하다.
따라서 콤프레셔 용량을 500HP로 증설한다면 15㎥으로의 리저버 용량 증설이 필요하다.
입구밸브 모듈레이션 방식의 콤프레셔는 자체 용량조절 능력이 있기 때문에 로딩/언로딩 방식에 비하여 리저버 용량을 30% 이상 적게 설치할 수 있다.
<그림5>에 도시된 것과 같은 능동형 유량조절 시스템을 사용하면 헤더 압력의 요동폭을 2psi 이내로 안정화시킬 수 있으며 항상 필요 최소한의 압축공기만을 공압 시스템에 공급할 수 있어 제품이 품질 향상과 전력수요 절감에 크게 기여할 수 있다.
이러한 ar적으로는 QSPC 4×6이 적합하다.
주배관과 일부 지관의 용량부족에 따른 차압손실로 인하여 에너지 낭비가 발생하고 있다.
500HP 규모의 콤프레셔 시스템에 적합한 주배관 용량은 6인치이다. 6인치 배관은 약 580HP용량의 공압 시스템까지 수용이 가능하다.
현재의 4인치 배관을 사용하려 한다면 이와 병렬로 4인치 배관을 증설하는 것도 가능하다. 이 경우 520HP용량의 공압 시스템까지 수용할 수 있다.
그러나 공압 시스템의 분배 문제에서 많은 어려움이 발생할 것으로 예상된다.
벤토나이트 사일로 측으로 연결괴는 ¾인치 지관의 용량부족이 발생하고 있다.
2인치 배관으로 교체한 후 다른 라인ㅇ서와 같이 0.5㎥ 용량의 리저버 탱크를 설치할 것을 권고하는 바이다.
전반적인 분석 결과, 배관 및 리저버 탱크의 증설과 더불어 100HP 용량의 콤프레셔 1기를 신규로 도입하는 것이 최소한의 투자이나, 현재의 공압 시스템은 공압 수요의 증가에 대응함에 있어, 소극적으로 콤프레셔 증설만을 수행하였기 때문에 다수의 소용량 콤프레셔가 운영되는 상황에 처하게 되었다.
소용량 콤프레셔라고 하여 마찰부위나 베어링 및 기타 손실요인이 대용량 콤프레셔보다 용량에 비례하여 줄어드는 것이 아니므로 근원적으로 효율이 떨어짐은 자명하다.
400HP 규모의 콤프레서 시스템을 소용량의 콤프레셔로 운영함에 따라 효율저하에 따라 10% 이상의 손실이 발생하고 있다.
따라서, 이에 대한 개선이 시급한 실정이다.
동일한 용량의 콤프레셔가 5대 이상 운영되는 시점부터가 콤프레셔의 대용량화를 고려할 시기이다.
궁극적인 해결방안은 대용량 콤프레셔로 교체하는 것이다.
일반적으로 300HP 급 대용량 고효율 콤프레셔들의 % Loss는 애프터 쿨러의 소비전류를 포함한다 하여도 1.28 내외이므로 약 10% 이상의 전력비용 절감이 가능할 것으로 예상된다.
콤프레셔 및 부속 시스템의 대용량화 및 공장 전체의 배관을 일제 정비하는 것은 궁극적으로 전력비용 절감을 통해 단시간에 소요자금 회수를 가능케 한다. 따라서 이에 대한 경영판단이 필요한 시점이다.
공압 시스템의 일시적인 용량부족 현상을 방지하기 위하여 4기의 콤프레셔들을 지속적으로 켜 놓아야만 하기 때문에 4번 콤프레셔가 지속적으로 언로딩 상태에서 공회전 하면서 막대한 전력 낭비를 감수하고 있다.
공압 시스템의 수요 변화에 따라 즉각적으로 콤프레셔들을 기동 및 정지시킬 수 있는 콤프레셔 네트웍 제어 시스템을 설치한다면 콤프레셔들이 언로딩 후 공회전을 하면서 낭비하는 전력을 절감할 수 있다.
이러한 목적으로 CAA-6-2 시스템이 적합하다.
이 시스템은 운전 중인 콤프레셔 시스템이 다운된 경우에도 15초 이내로 자동적으로 백업 콤프레셔를 기동시키 공장의 조업중단을 막아준다.
또한 콤프레셔 전담 관리자를 두지 않고 일간 점검만 하여도 공압 시스템의 안정적인 관리가 가능하다.
마지막으로, 백업 시스템의 중요성을 간과해서는 안된다. 일반적으로 콤프레셔 시스템이 다운된다면 장기간 공장의 조업 중단을 피할 수 없기 때문에 백업 시스템은 필수적이고도 중요한 사항이다.
그러므로, 신규로 300HP 콤프레셔를 도입하여 기저 부하용으로 운영하면서 상대적으로 효율이 떨어지는 100HP 콤프레셔들을 백업용으로 전환하는 것이 최대의 전력효율과 최소의 비용을 투자하는 길인 것으로 판단된다.
<그림4> 리저버 탱크 공기압 변화오 벤토나이트 사일로 입구측 압력 비교>
