시간 지연 특성을 고려한 압축기 서지 방지 시스템 재순환 밸브 사이징 도식화 방법론

Abstract

90년대 중반부터 재순환 밸브(안티 서지 밸브, 핫 가스 바이패스 밸브)의 특성이 서지의 발생에 미치는 영향에 대한 연구들이 많이 이루어졌다. 하지만 대부분의 과거 연구들에는 재순환 밸브를 사이징 하는 과정에서 밸브의 시간 지연, 개폐방식과 같은 특성들이 어떻게 반영되었는지에 대한 구체적인 설명이 부족하다. 이 논문의 목적은 밸브의 시간 지연 특성을 반영하여 서지나 초크가 일어나지 않도록 하는 적절한 재순환 밸브를 사이징하는 방법을 개발하는 것이다. 서지는 압축기 자체의 기계적인 손상뿐만 아니라 전체적인 프로세스 시스템에도 피해를 입힐 수 있다. 따라서 서지를 방지하는 것은 압축 시스템의 설계에 있어서 가장 중요하게 고려해야 할 요소 중에 하나이다. 우선 안티 서지 제어 시스템에 관한 이론 조사를 수행을 통해 이해도를 높였으며, 서지가 발생할 수 있는 시나리오를 구분하여 각각의 경우 어떠한 과정으로 서지의 방지가 이루어 지는지를 동적 시뮬레이션을 통해서 확인하였다. 마지막으로 밸브의 시간 지연 특성을 구체적으로 반영하여 밸브의 사이즈를 계산을 할 수 있는 도식화 방법론을 개발하였다. 개발한 도식화 방법론을 적용하여 압축 시스템의 설계를 수행하였고, 서지와 초크의 발생유무를 동적 시뮬레이션을 이용하여 검증하였다. 그 결과 서지와 초크현상 모두 잘 방지되는 것을 확인할 수 있었다. 이 논문에서 제시하고 있는 도식화 방법론은 기존의 방법들보다 빠르고 쉽게 밸브의 시간 지연 특성을 반영할 수 있으며 복잡한 반복수행 없이 계산이 가능하다는 특징이 있다. 추가적으로 핫 가스 바이패스 밸브가 설치되어 재순환 밸브의 수가 하나 이상이 되었을 경우에도 사용할 수 있다는 장점이 있다.