터보 압축기 유지관리

[Kim byoungil]

【 터보 냉동기의 유지보수 】

1.개요

  터보(원심식)냉동기의 기능과 성능을 유지하고 장비의 수명을 유지하려면 냉동기상태를 관찰해서 얻어진 각종 정보에 따라 적절한 조치를 해야한다.무인운전이나 원격운전이 가능해도 일상적인 운전관리나 정기적인 보수작업까지 불필요하다고 생각하는 것은 잘못된 것이다.

  터보냉동기 발전의 큰 원동력이 된 후레온가스가 오존층파괴에 영향을 미치는 것으로 확인된이후 터보냉동기의 가장 큰 문제는 기존 냉동기의 운전관리,보수정비방법이다. 이런 상황속에 터보냉동기의 운전관리나 보수관리는 종래 냉동기의 기능,성능,안전,수명유지 목적 이외에 냉매가스의 대기중 방출억제,특정 후레온의 생산중단에 따른 냉매의 장기적인 이용,효율적 운전등 오존층보호와 지구온난화 방지를 염두해두고 해야할 필요가 있다.

2.운전관리

  터보냉동기의 일상 운전관리는 안정된 운전과 에너지 절감을 위해서 필요하다.

1)안정된 운전유지

  안정된 운전은 냉동기를 필요로 한는 기간동안 고장없이 공조에 지장을 주지않고 가동하는 것이다.이것은 주로 보수작업시 부품의 정기교환과 청소로 달성할 수 있지만,다음번 보수정비시에 무엇을 정비할까하는 것은 단순히 운전시간으로 결정되는 것과 운전상황의 평가에 따라 결정될 수 있는 것이 있다.

  시즌중에 기밀상태나 튜브 오염상태에 관한 데이터는 다음번 보수정비를 위해 중요한 자료가 되고 윤활유 온도,유압,냉동기의 자동운전/정지,냉수나 냉각수의 온도,콘트롤등 상황에 따라 이상을 발견하는 즉시 조사하여 정상상태로 조치할 필요가 있다.이상이 있으면 서비스 전문업체나 메이커 서비스에 상담하는등 될 수 있는데로 빨리 개선토록 한다,바로 개선할 수 없는 사항은 다음 정비시에 정비하도록 준비할 필요가 있다.이상과 같이 터보냉동기의 에너지절감과 안정을 위해서 적어도 1일 2회이상 운전상태를 감시하고,이상 또는 이상징후를 발견하면 신속히 조치한다.【표 1】은 저압냉매를 사용하는 터보냉동기의 운전관리 점검항목을 나타낸 것이다.

2)효율적인 운전관리

  일반적으로 터보냉동기는 주어진 설계 운전조건에서 최고효율이 되도록 설계되었지만 공조용냉동기는 실제 운전조건에서 축열조가 있는 빙축열시스템 경우를 제외하고는 설계조건에서 운전되는 것은 적고 기동/정지를 포함한 부분부하로 운전되는 경우가 많다.

  일상 운전관리는 효율적 운전의 키포인트로써, 증발기 압력과 응축기압력 차이를 될 수 있는대로 적게하는 것, 즉 냉매의 증발온도(증발압력)를 조금이라도 높게하고, 응축온도(응축압력) 는될수 있는대로 낮게하는 것이다. 증발온도를 높게 유지하기 위해서 필요이상으로 냉수출구온도를 낮게하지말고,증발기튜브의 오염에 따라 전열능력이 떨어지지 않았는지,냉매충진량은 적정한가 확인한다.

   또 응축온도(응축기압력)을 유지하기 위해서 냉각수온도를 냉동기에서 필요로하는 온도범위 내로 될 수 있는데로 낮게 하거나,응축기튜브의 오염에 따라 전열능력이 떨어지지 않았는지,공기등 불응축가스의 축적은 없는지 하는 것을 일상점검을 통해 관찰 기록해 둔다.

3.유지 보수관리

   보수관리 목적은 냉동기의 본래기능과 성능을 유지하고,안정되고 효율적인 운전과 냉동기수명을 연장하는데 있다.일반적으로 보수관리에 문제가 생겼을때 고장난 부분을 수리하는 방법과 사전에 보수관리항목을 정해 계획적으로 대응하여 문제발생을 사전에 예방하는 방법이 있는데 전자를 "사후보전(事後保全)",후자를 "예방보전(豫防保全)"이라부른다.

   사후보전은 비용을 절약할 수 있을 것 같이 생각될 수 있지만 결과적으로 냉방시즌 최성수기에 불시에 문제가 발생하여 냉동기를 가동할 수 없게 되던가 치명적인 손상을 입는 경우가 많고 복구비용등 2차적인 피해를 고려하면 오히려 비경제적이다.터보냉동기의 일반적인 예방정비계획표와 고장원인과대책을【표 3, 4】에 나타냈다.일정한 계획에 따른 예방정비는 냉동기의 고장을 방지하며 수명을 길게한다.

   다음과 같이 예방정비계획표에 따라 정기적으로 정검하고 운전일지를 반드시 작성 보관하도록 한다,주요 구성품의 보수시 점검사항은 다음과 같다.

 1) 압축기,압축기모터

  압축기는 밀폐형 직결구동 저속회전 방식과 증속기어를 사용한 고속회전방식으로 나누어 볼수있으며 일반적으로 메이커의 권장주기에 따라 분해 정비한다. 가스켓, 오-링교환,내부세척,베어링조립부의 크리어런스 측정,그외 다른 주요부의 칼라체크(CT)나 자분탐상검사(MT),사용년수에 따라 회전체 밸런스 검사를 한다.압축기 모타에 대해서는 각부의 변색,코일 절연시험을 하고 필요에따라서 코일의 열화도시험(Tanδ시험, PI시험등)을 한다.특히 고속회전방식 압축기는 기어,베어링등 고속회전부품에 대한 점검이 필요하다.

 2) 열교환기

증발기와 응축기등 열교환기는 전열관(튜브)내벽에 물때(Scale)가 부착되던가,이물질이 혼입되어 전열관이 막히게되면 열교환능력이 저하되게 된다.열교환기를 최상의 상태로 유지하기 위해서 이런 물때와 이물질이 혼입되는 것을 방지해야 한다.전열관을 청소하는 방법은 중성약품을 순환시켜서 청소하는 화학식방법과 황동브러쉬를 사용하는기계식 청소방법이 있다.

◎기계식 청소방법

워터박스를 떼어내고 제관용 20 게이지 황동브러쉬(Brush)를 긴 막대나 줄 끝에 매달아 전열관내의 녹이나 물때를 제거하고 물로 세척한다.워터박스를 재 조립할 때 필요하다면 고무가스켓을 새것으로 교환한다.

◎화학식 청소방법

화학식 청소방법은 녹이나 물때를 제거하는데 가장 효과적인 방법이다.화학약품을 용수에 용해순환시켜 세관하는 방법으로 전열관의 부식을 고려하여 적당하고 안전한 청관제를 선정 사용해야한다.

?응축기 전열관은 년1회 검사와 청소

?증발기 전열관은 2년 1회 검사와 청소

3) 오일펌프

통상 압축기 분해정비시 개방해서 점검,정비하거나 교환한다.

4) 추기회수장치

후로트밸브의 작동을 확인하고 필터 드라이어를 교환한다.통상 1년에 1회 점검한다.

5)필터(냉매,오일필터)

냉매계통과 윤활계통에 설치된 필터「엘레멘트」와 「가스켓」은 통상 1년에 1회 신품으로 교환한다.특히 필터「에레멘트」교환시 「엘레멘트」에 걸려있는 이물질의 종류를 조사하여 먼지,쇠녹가루,금속분말등 그 성분에 따라 냉동기내의 상황을 추정할 수 있다.

6) 제어판넬, 기동반

전기계통은 사용환경에 따라 큰 영향을 받지만 회로의 절연상태점검이 중요하다.단자 접속부와 같은 전기 노출부분은 먼지를 청소하고 배선 각 부분의 이상변색이나 단자의 조임상태를 확인한다.또 기동반의 고압차단기 접촉부등 개방점검이 가능한 부분은 접점마모,아아크 오염성태를 점검하여 접점손상이 심한 경우 해당부분을 교환한다.단순히 수명이 경과해서 열화된 것으로 판단된 것은 그 원인을 찿아 없애야 한다.또 타이머나 써모릴레이 ,온도,전류,콘트롤라등도 초기설정 상태가 유지되고 있는지 점검한다.

7) 보안장치, 센서

써모스타트,압력스위치와 각종 센사는 안정된 운전을 위한 중요한 부분이다.적어도 년 1회는 작동점을 확인 교정하고, 조정할 수 없는 상태의 것은 새것으로 교환한다.

8) 냉매,윤활유

냉매는 냉동기에서 사용중에 자연열화되는 경우는 없지만 수분침투, 냉동기내 녹 발생,윤활유 다량 혼입등으로 사용할 수 없을 경우가 있다.종전에는 냉동기 정기정비를 위해 냉매를 일차 기외로 전량 추출하고 그때 냉매속에 수분이나 오일성분의 유무 및 오염상태를 육안으로 확인했다.현재는 후레온가스 배출을 억제하기위해 정기정비시 냉매를 반드시 추출할 필요는 없다.다음 방법으로 냉매의 품질이상유무를 확인하여 이상이 확인되었을 때는 냉동기 메이커나 서어비스회사와 상담하고 필요하면 추가로 냉매분석을하여 교환여부를 판단한다.

▼수분 : 냉동기운전중에 추기장치 사이트그라스로 수분의 유무를 확인하여 과도하게 수분이 축적 되었을 경우

▼유분(油分) : 냉매를 신규 충진한 후 윤활유의 추가 보충량이 냉매충진량의 10WT%를 초과할 때

▼고형 이물(固形 異物) : 정비시 냉매필터 엘레멘트가 전에 없이 심하게 오염되었을 때

▼이상한냄새 : 정비시 냉매필타 엘레멘트를 교환할 때 이상한 냄새가 날 때

윤활유는 1년에 1회 정비시 전량 신품으로 교환하고 있지만,윤활유에 용해되어있는 냉매량는 후레온 배출억제 관점에서 무시하지 말고,윤활유의 교환횟수를 줄이도록 하고, 교환하는 경우 냉동기 내에서 충분히 증발시켜 배출하는등 주의한다.

단,일차 기외로 추출한 윤활유는 재사용하지 않는다.또,보수작업을 할때 냉동기 본체에 기밀을 파괴할 필요가 있을 경우,냉매를 방출하지 않는 방법을 사용하고 냉매회수장치를 이용하여 기내의 잔류가스도 충분히 회수한 뒤 개방작업을 한다.최근의 냉동기는 정기정비시 냉매추출을 하지않고도 필터교환작업을 할 수 있도록 고려되어 있다.

9) 냉동기 고장의 원인과 대책

냉동기의 고장은 다양하기 때문에 터보냉동기는 공조계통의 일부 기기로써 고장이 발생할 경우, 다른공조기기의 고장여부도 함께 확인,정비 조정하는세심함이 필요하다.                               

4. 기존 터보냉동기의 후레온 규제대응  

기존 저압 터보냉동기는 냉매를 대부분 후레온-11를 사용하고 있으므로 기존 냉동기의 유지보수용 냉매를 확보,관리하는 것이 필요하다.이런 상황속에서 기존 냉동기의 현재 사용중인 냉매를 대기로 방출하지 않도록하고, 노후되어 폐기되는 냉동기의 냉매를 회수해서 재 이용해야한다. 기존 냉동기를 대체냉매 사용 가능토록 개조하든지 또는 대체냉매 전용 신형냉동기로 대체하는 것은 장비상태,사용 가능여부를 검토하여 사용자가 제일 좋은 방법을 선택해야 한다.  한편 우리나라는 1994년10월에 개최된 몬트리올의정서 가입국 회의에서 개발도상국 조항의 적용을 받게 됨으로서 CFC-11냉매를 향후 10년간 일정 범위내에서 사용 가능하게 되었다.

1) 특정 후레온의 배출억제

냉동기에 사용되는 후레온냉매는 냉동기에서 밀폐된상태로 사용됨으로 다음 경우를 제외하고는 대기중으로 방출되는 일은 없다.

① 기밀불량의 경우 : 냉동기 고압부에 기밀불량이 있으면 냉매가 운전중 조금씩 대기중으로 방출되고 저압부에 기밀불량이 있으면,공기가 기내로 침입되어 추기장치에서 불응축가스가 기외로 방출될 때 냉매가스도 극소량이 방출될 수 있지만 한꺼번에 대기중으로 방출되는 일은 없다.

② 정비 ,개방작업시 : 필터,압력스위치,압력게이지 등을 교정 또는 교환할 때 약간의 냉매가 대기중으로 방출되는 일이 있다.

③ 냉매 주입 , 배출시 : 냉매를 기외로 추출할 경우 ,종래에는 기내를 건조 질소가스로 가압하고 액냉매를 회수하는 방법을 많이 사용했다.이런 경우 냉동기내부에 구조적으로 액냉매가 잔류하는 부분이 있어 , 일반적으로 소요충진량의 10%정도가 기내에 잔류하여 회수할 수 없는 경우가 있다.

④ 윤활유 교환시 : 압력과 온도조건에 따라 윤활유중의 오일의 5 ∼ 15WT% 정도의 냉매가 용존해 있을수 있다.따라서 후레온가스 대기방출을 억제하기 위해서 양호한 기밀상태를 유지하고 정비시 개방할 필요가 있는 부분은 밸브를 설치하는등 구분한다.냉매추출 횟수를 줄이고 ,냉매회수시 냉매회수장치를 이용 잔류가스를 철저히 회수할 필요가 있다.다만 냉매추출 횟수를 줄이기 위해서 시즌 오프시에도 냉매를 냉동기에 봉입한채 관리하되 ,다음과 같은 경우는 예외로 한다.

?냉동기 설치장소가 고온이 되어 기내압력이 상승 파열판(Repture Disk)이 파괴될 가능성이 있는 경우

?시즌오프중에 냉동기에 온수가 통수될 가능성이 있는 경우

2) 특정 후레온 이외 냉매로 변경

사용년수가 15년 미만의 잔여수명이 충분히있는 냉동기는 사용 냉매를 특정 후레온 이외의 대체냉매로 전환하는 것도 검토할 필요가 있다.CFC-11을 사용하는 저압 터보냉동기는 대체냉매로 HCFC-123이 사용될 수 있다.그러나 HCFC-123은 CFC-11에 비해 모터 절연재료나 오-링,가스켓에 대해 용해성, 팽윤성이 강하다.이 때문에 일부 부품재료를 내구성이 높은 물질로 바꿀 필요가 있으며 주요 부품교환은 [표 6]에 표시된 것과같다.

냉매변경을 위한 개조는 냉동기 오버홀 시기에 맞추어 실시한다.또 HCFC-123 냉매의 비체적은 CFC-11 비해 약 10% 크고, 물성이 다르기 때문에 10% 내외의 냉동능력 저하를 예상할 필요가 있다.      

 [ 표 1] 터보냉동기의 운전관리 점검항목

부 위	항 목	점검방법	정상치(예)	이상시의 조치 (예)
압축기   전동기	유압(油壓)	유압과저압의압력차	저압+1.4∼1.9㎏/㎠	오일중의 냉매제거
	유온(油溫)	오일 온도계	무부하시50∼60℃ 정격부하시40∼60℃	오일히터,오일쿨러정비
	유량(油量)	유면계(SightGlass)	유면계의 ½이상	오일의 냉매분리,보충
	베어링 온도	온도계	90℃이하	오일쿨러정비,서비스업체에상담
	진동,이상소음	진동계,이상음청취		제작,서비스업체에 상담
	전류	전류계	정격전류치 이하	"
	압축기기동횟수	기동횟수계	1일 6회이하	부하상태점검
증발기	냉수입구온도	온도계	SP+정격온도차이하	냉수 순환량점검
	냉수출구온도	"	SP온도가깝게안정	"
	증발기온도     (압 력)	냉수출구 온도 와 냉매온도의 차	3℃이하	튜브청소 또는 냉매보충
응축기	냉각수        입구온도	온도계	20∼30℃	냉각수의 온도제어 상태점검
	냉각수        출구온도	온도계	27∼37℃	냉각수펌프,냉각탑 점검
	응축기 온도	응축기온도와 냉각수출구온도의  차	4℃이하	튜브청소
	응축기압력	응축온도에 대한   포화압력의 차	0.05㎏/㎠	추기장치작동
	냉수와 냉각수의 출구온도 차	쌍방의 온도차	14℃이상	냉각수량조정
추기   장치	추기작동횟수	작동횟수계	3회/시간이하	기밀확인
	수분의 유무	사이트 그라스의   수분 유무확인	30㏄/주 이하	"
	플로트밸브     사이트그라스 액면  충만하지않은 상태  추기장치점검

[ 표 2 ] 밀폐형 터보냉동기 냉매를 CFC-11에서 HCFC-123으로 변경하는 경우 주요 교환   부품

부        위	부       품       명	변 경 내 용
압  축   기	가스켓	재 질 변 경
	오-링
	써모스타트
압축기 모터	모터권선(고정자)
	축단 오일링
열 교 환 기	플랜지가스켓
추 기 장 치	솔레노이드밸브
오 일 펌 프	가스켓
필       터	오-링
파   열  판	가스켓
압력스위치	증발기저압스위치	사 양 변 경

[표 3]터보냉동기의 예방정비 계획

항목	일일점검	냉동기   시운전    2주후 점검	매월     점검	냉동기 동계 운전    중지 점검(매년)	하계  시동시점검	매2년    마다     점검	비고
압축기	▼오일압력 ▼오일온도 ▼오일레벨 ▼전류,전압 ▼진동,소음			▼오일교환 ▼베인콘트롤작동점검 ▼절연저항점검 ▼오일필터교환			▼오일은시운전후 6월경과후 교한
증발기 응축기	▼냉수 ▼냉각수유량 ▼냉수,냉각수입,출구온도 ▼증발기,응축기 압력 ▼냉매액면		▼냉수,냉각수의 수질검사	▼누설시험 ▼응축기세관 ▼열교환기점검 ▼냉매필터교환		▼증발기세관
제어 및 안전회로검사			▼안전회로검사	▼각종계기점검	▼전기결선점검	▼안전장치의 설정치확인
제어판넬   및    기동반				▼먼지청소 ▼차단기,접속기 점검 ▼제어판넬램프점검
기타	*운전일지 각   항목을 점검   기록한다	▼필터,드라이어교환 ▼가스켓  접합부분의 점검

[표4]냉동기의 고장원인과 대책

지 시	증    상	원          인	대          책
냉각이 않됨	냉동기가 시동되지 않는다.	1.단로기(Disconnect SW)의 열림	1.단로기가 열린 원인을 확인한후 단로기를 닫는다.
		2.전원의 단선	2.퓨즈와  스타터의 과부하를 점검한다.
		3.저전압	3.전압계점검,전력회사와 상담
		4.냉동기 스타터의 결함	4.코일의 소손이나접속기의고장점검
		5.제어회로의 열림(고압,과냉,고유온,모터과열)	5.고장의 원인을 확인하고 수리한다.
		6.시동지연 타이머의작동	6.시간이 될 때까지 기다린다.
		7.용량제어모듈이 정지동작에  아직 작동중이다.	7.부하가 증대될 때까지 기다린다.
		8.안전장치나 인터록장치가 열려있다.	8.관련장치를 점검한다.
		9.용량제어센서의 설정치가 높은상태로 조정되어 있다	9.설정치를 조정한다
		1.냉동기 스타터가 트립이 됨	1.스타터코일을 점검한다.
		2.저전압	2.전압계점검,전력회사와 상담

	냉동기가 기동은   되나   계속운전되지 않는다	3.외부공조계통의 써모스타트가 높게조정되어 있다	3.기준온도로 정확히 조정한다.
		4.냉각수온도가 너무 낮다.	4.냉각수 유량을 감소시킨다   냉각탑 팬제어 T.C점검
응축기의 압력이 높다	높은토출압력	1.응축기 냉각수 유량이 부족하거나 온도가 높다	1.냉각수펌프의 스트레이나를 청소하거나 냉각탑팬제어 점검
		2.냉각수 계통에 공기가 있다	2.공기를제거한다.
		3.응축기내 튜브가 오염되었다	3.튜브를 크리닝한다
		4.냉각수펌프의 운전 불안정	4.수리하거나 교환
		5.냉매계통에 불응축가스의 존재	6.누설부분을 점검 수리후 추기
고압스위치 작동	장비에 써징(Sunging)이 있다	1.높은 토출압력	1.상기한「 높은 토출압력」의 대책방법을 따른다
		2.냉매의 부족	2.냉매량을 점검후 보충한다.
오일탱크온도가 높다	높은 오일온도	1.오일히터 써모스타트(OHT)의 부정확한 작동	1.OHT를 점검수리하거나 교환
		2.모터 냉각냉매의 부족	2.냉매필터밸브와 필터를 접검 또는 필터교환
오일탱크온도가 낮다	낮은 오일온도	1.오일히터의 결함	1.단자파손,풀림을점검 교환한다
		2.써모스타트의 작동의 부정확	2.수리 또는 교환
		3.온도계의 오동작	3.정밀도 점검
냉수온도의 상승	냉동용량 저하	1.냉매부족	1.누설량점검,냉매공급
		2.베인콘트롤 혹은 베인동작레버의 부정확한 동작	2.베인이나 베인레버를 점검하고수리 또는 교환
		3.압축기의 회전방향이 틀림	3.회전점검, 전원선 방향바꿈
		4.외부제어기가 잘못조정 되어있음	4.제어기들을 점검 수정
		5.냉매의 오염	5.냉매를 정재 또는 교환
		6.버터플라이밸브의 닫힘	6.개도 조정
		7.베인모터 또는 용량조절기의 고장	7.수리 또는 교환
		8.응축기나 증발기의 튜브오염	8.튜브를 세관
증발기의 압력이 낮음	낮은 흡입압력	1.냉매부족	1.누설량점검,냉매보충
		2.냉각수온도의 낮음	2.냉각수유량의 조정 또는         냉각탑 팬제어T.C점검
		3.버터프라이밸브를 잘못 조정	3.밸브를 재조정
		4.베인이 동작하지 않음	4.베인모터,용량조절기 수리,교환
		5.증발기튜브의 오염	5.튜브를 세관
모터온도모듈의 트립	모터 내부 권선의고온	1.모터를 냉각하는 냉매의 부족	1.필터밸브와 필터점검
		2.냉각수의 저온	2.냉각수유량을 높인다
		3.모터온도모듈 감온구의 단락	3.수리 또는 교환
오일압력의 저하	정상오일압력보다 낮다	1.오일펌프의 결함	1.수리 또는 교환
		2.내부 오일 배관의 구멍	2.오일탱크를 분해수리
		3.오일필터의 막힘	3.필터교환
		4.오일압력스위치의 조정불량	4.재조정
추기장치의 동작이 잦다		1.냉동기의 누설	1.누설검사실시후 수리
		2.추기장치로향하는 스트레이너,오리피스가 막힘	2.스트레이너와 오리피스교환