압축기 주변기기 - 공기저장 탱크

   압축 공기 드라이어의 필요성


     공기 압축기의 주변기기로는 공기 저장 탱크(
Air Receiver Tank), 압축공기나 가스 속의 수분을
     제거하기 위한 드라이어(
Dryer), 이물질을 제거하기 위한 여과기(Filter)와 응축수 제거를 위한 드레인
     트랩, 급유식 압축기의 응축수 처리를 위한 유수분리기 등이 있습니다.

     이중에서 저장탱크는 내용적으로 그 크기가 표시되고, 드라이어나 필터 같은 경우에는 처리 가능한
     유량범위를 사양서에 명기하고 있습니다. 각각의 기기 세부 사양에 대해서는 해당 사양서를 참조하시고
     여기서는 각 기기의 개략적이 부분만 살펴보도록 하겠습니다.
 

   공기저장 탱크의 중요한 기능


     ① 맥동을 감소시켜 탱크 후단 배관내 압력과 유속을 항상 일정하게 유지시켜 줍니다.
         그러나, 스크류 압축기나 원심식 압축기의 경우 토출 공기의 맥동이 거의 없기 때문에 맥동을 고려한 
         공기저장 탱크의 설계는 필요하지 않습니다.
     ② 공기 압축기의 용량을 초과한 공기가 필요 할 때를 대비합니다.
     ③ 공기 압축기가 너무 자주 load-unload를 반복하는 것을 막아줍니다.
     ④ 공기 압축기나 애프터 쿨러에서 나오는 수분을 배출시킬 수 있게 합니다.
 
     적용되는 탱크용량은 보통 압축기의 부하-무부하 운전주기를 기준으로 하거나 최소유지시간을 기준
     으로 하는 두 가지 방법 중 하나를 사용하여 크기를 결정합니다.  
 

   공기저장 탱크의 용량선정 계산식


     계산식1) 공기탱크의 저장용량으로 라인에서 요구하는 최저압력까지 하강하는데 걸리는 시간

         T = V X ( P1 - P2 ) / ( C X P0 )   
         T  : 저장유지 시간     (  min )
         V  : 공기저장탱크의 내용적  (㎥)
         P1 : 탱크 내부압력     (KG/㎠G)
         P2 : 최저유지 한계압력 (KG/㎠G)
         C :  분당 공기사용량  (㎥/min)
         P0 : 대기압력        (KG/㎠A)

     계산식2) 공기저장탱크의 내용적으로 공기압축기의 부하/ 무부하 주기를 검토하기 위한 계산식
 
         T =  △P  X  T1  X  60V  X  1       
                P1  X  T2  X  Q X M(1-M)

         △P  : 압력스위치의 차압설정범위 ( KG/㎠ )
          P1  : 대기압  ( KG/㎠A )
          T1  : 공기탱크 입구절대온도 (273+섭씨온도)
          T2  : 공기탱크 출구절대온도 (273+섭씨온도)
          T   : 압축기 부하/ 무부하 운전주기 ( sec )
          V   : 공기저장탱크 내용적         (㎥)
          Q   : 압축기 유량              (㎥/min)
          M  : 공기 사용율로서 사용 공기량을 압축기 유량으로 나눈 값 ( 0 ≤  M  ≤ 1 의 조건이어야 한다.)

     위의 계산식 분석해 보면 사용 공기량이 압축기에서 공기를 생산하는 양의 50% 즉, M 값이 0.5일 때
     주기가 가장 짧습니다.
     용적형 압축기에서 부하/무부하 운전주기는 1분 이상이 되도록 설계하는 것이 바람직합니다.
     압축기의 최단 한계 주기는 45초 정도이므로 탱크의 용량결정시 참고하여 주십시오. 주기가 너무
     짧으면 베어링과 조작부 및 솔레노이드 밸브 같은 전장품의 수명이 단축됩니다.

     계산식3) 공기생산량/ 공기사용량/ 허용압력강하시간으로 용량을 계산하는 식

          V =   C X (( 1- (C/Q)) X T X PO
                       P1  - P2

     * 현장점검을 통한 계산 검토 예
 
       조사된  Data   V  : 공기저장 탱크 용량                        ?    ㎥
                          PO : 대기압                                 1.0332  KG/㎠A
                          P1  : 토출 압력                                 9     KG/㎠G
                          P2  : USER가 제시하는 최소압력         8     KG/㎠G
                            Q : FAD : 토출 공기량                   20.51    ㎥/min
                            C : 사용자측 사용 공기량               16.818  ㎥/min
                            T : 허용압력 강하시간                    0.75    min

     ① 토출 공기량(FAD)

         공기 압축기 모델 :                      AL-150H
         공기 압축기 대당 토출 공기량 :     20.51 ㎥/mi
         공기 압축기 수량 :                     1 SET

         ∴ FAD = 20.51 × 1 = 20.51 ㎥/min

     ② 사용자측 공기량을 82%로 가정할 때 사용 공기량( C )

         ∴ C = 20.51× 0.82 = 16.82 ㎥/min
 
     ③ 공기저장 탱크 용량( V )
  
         위의 공식을 이용하여 계산하여 보면, V = 2.27㎥
        그러나 일반적으로 공기저장 탱크의 용량은 여유율을 고려하여 계산치의 15% 정도로 선정 합니다.
 
        ∴  V = 2.27 × 1.15 = 2.61102555㎥
 
      결론> 당사에서는 3.0 ㎥의 용량을 가진 공기저장 탱크를 추천합니다.
 

   안전밸브의 선정


     안전밸브는 한국산업안전공단의 인증 품을 장착하고 탱크에 명기된 작동압력 이상의 것으로 설치
     되어서는 안됩니다
. 안전밸브는 압력용기의 실제 사용압력보다 110% 압력에서 작동되도록 설정합니다.
 

   공기 저장 탱크의 설치


     공기저장 탱크는 압축공기 건조 시스템인 드라이어의 전단 또는 후단에 설치될 수 있으며 각각 나름
     대로의 장점이 있으므로 압축공기가 사용되는 조건을 고려하여 전·후단 설치위치를 검토해야 할 필요
     가 있습니다.

     공기 저장 탱크를 에어 드라이어 전단에 설치하였을 때, 저장탱크는 압축기의 맥동을 부드럽게 하고
     완충작용을 하는 공간의 역할을 합니다. 또한 부가적으로 공기 흐름으로부터 애프터 쿨러의 드레인
     세퍼레이터에 의해 제거되지 않은 고체 미립자 물질과 오일, 액체를 제거할 수 있는 세퍼레이터의
     역할도 병행 합니다.

     공기저장탱크가 드라이어 전단에 설치 되었을 때, 토출 공기의 냉각과 응축수 전처리, 흡착제 보호 등
     많은 장점이 있으나 드라이어를 통과한 공기의 유량이 드라이어의 설계용량을 초과하는 일이 없도록
     주의해야 합니다. 만약 사용 공기량이 드라이어의 설계용량보다 많거나 간헐적으로 사용 공기량이
     많아져 드라이어의 처리능력을 넘어서는 압축공기가 드라이어로 유입되면, 제대로 처리되지 않은
     압축공기가 드라이어를 통과함으로써 응축수 발생, 높은 노점, 건조제의 손상과 같은 문제를 야기할
     수 있습니다.

     드라이어 후단에 공기 저장탱크를 설치했을 경우에는 드라이어를 통과하는 유량이 압축기의 용량을
     넘어 설 수 없기 때문에 위와 같은 문제는 발생하지 않습니다. 이러한 배치는 건조하고 깨끗한 공기를
     저장탱크에 저장시켜 순간적인 최대부하가 요구될 때 사용할 수 있습니다.