흡수식 냉온수기 유지관리

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흡수식 냉온수기 유지관리

흡수식 냉온수기 등은 그 어느 공조용 기기보다 유지, 관리에 세심한 주의가 필요하다. 또 수명에 영향을 받는 기계이므로 원리를 잘 이해하여야 하며, 또한 취급설명서 내용을 숙지한 상태에서 운전을 하여야 한다. 그리고 관리계획을 잘 세워 일상적이고 정기적인 점검 및 보수를 하는 예방관리가 중요하다.

Ⅰ.서론
흡수식 냉동기 중에서, 현재 국내에서 공조용으로 가장 널리 사용되고 있는 것이 가스흡수식 냉온수기이며, 또한 가열원에 따른 설비를 제외하고는 같은 원리, 같은 구조를 가지고 있으므로 여기서는 흡수식 냉온수기를 기준으로 설명하고자 한다.
흡수식 냉온수기는 일반적인 전기로 압축기를 돌려 냉동 효과를 만들어 내는 원심 냉동기에 비하여, 구동부가 없어 고장이 적고, CFC물질은 사용하지 않아 환경오염이 적으며, 가스를 직접 동력원으로 사용하므로 전기 소비가 적은 반면에 항상 대기압 이하의 진공상태에서 운전되어야 하고, 흡수제로 사용되는 리튬브로마이드 수용액이 큰 부식성을 가지므로, 유지관리에 세심한 주의가 요구되는 기계이다. 이하 유지관리 요령에 대하여 기술하여 본다.

Ⅱ. 예방관리
기계에 이상이 발생한 후 그제서야 취급설명서를 읽고, 대책을 검토한다는 것은 기계를 제대로 관리한다고 말할 수 없다. 매일 매일 기계가 어떤 상태로 운전되고 있는지를 이해하고 있는 것이 가장 중요하다. 이렇기 때문에 평소에 취급설명서를 숙지하고 있어야 하며, 원리 및 이론을 이해하여야 함은 물론 예방관리체계를 갖추어야 한다.
예방관리를 하기 위해서는 냉수, 냉각수, 용액 및 냉매의 각 지점에서의 온도, 압력, 농도, 레벨 및 배기가스 성분 등의 관리 허용범위를 정하고, 이 범위를 기록한 점검표에 매일 매일의 운전데이터를 기록하는 것이 중요하다. 운전일지의 모든 공란을 숫자만으로 채우는 방식은 기록자가 그 수치의 의미를 잘 알고 판단할 수 있을 때는 좋지만, 그렇지 못할 경우에는 관리자가 숫자만 나열된 일지만으로 기계의 상태를 파악하여 이상 유무를 판단한다는 것은 매우 어렵다. 이 경우 여러 명의 관리자가 눈을 멀쩡히 뜨고도 냉동기는 어떠한 관리도 받지 못한 상태에서 운전되다가 사고를 일으킬 수 있다.
냉수 입출구 온도, 냉각수 입구온도, 증기압력, 연료유량 등의 필요한 데이터를 그래프 등 으로 표시하면 공조부하의 상태나 기계의 성능을 일목요연하게 나타낼 수 있다.
<표 1>과 같이 취급설명서를 기초로 하여 장기적으로 구체적인 정기 점검표를 작성하고, 이 표를 기준으로 하여 예산편성, 자재확보 및 업체선정 등을 계획하여 실행하는 것이 필요하다.
최근에는 중앙제어실에서 컴퓨터를 이용하여 공조 기기의 원격운전을 요구하는 경우가 많이 있으나, 원격운전이 무인 운전을 뜻하는 것으로 생각하면 곤란하다. 흡수냉온수기와 같은 대형 냉동기는 혹서기나, 혹한기에 단 몇 시간이라도 고장이 나서 운전을 못하게 되면 그 영향이 매우 커지므로, 비록 컴퓨터 등에 의해 자동운전되고, 또 운전상태가 기록, 저장되어진다고 하여도 기계에 대한 매일 매일의 점검을 소홀히 하여서는 안된다.
특히 흡수식 냉온수기 등은 관리가 불충분할 경우 성능이 저하한다거나, 당장은 알 수 없지 만 기계의 수명이 현저히 단축될 우려가 있으며, 경우에 따라서는 짧은 기간 내에 엄청난 비용을 발생시키는 사고를 일으킬 수도 있다.

Ⅲ. 기밀도의 관리
흡수기에서의 흡수작용은 용액과 냉매의 포화증기 압력차에 의해 이루어진다. 흡수액의 평균 농도를 62％, 농도를 40℃, 냉매의 증발온도를 5℃라고 하면 증기 압력차는 1㎜Hg정도로 된다. 이 압력차를 구동력으로 하여 증발기에서 증발한 냉매증기가 흡수기로 이동하게 된다.
만약, 어떠한 이유로 공기가 기내로 침입하여, 그 양이 진공 마노미터로 1㎜Hg 정도 되면 냉동기는 냉동능력을 거의 발휘하지 못하게 된다. 운전중인 기계의 기밀성 여부를 마노미터로 점검한다는 것은 거의 불가능하다. 따라서, 제조공장에서는 최종 조립작업이 완료된 후, 기내를 0.05㎜Hg 이상의 고진공상태로 만들고 헬륨가스의 분위기를 만들어 헬륨검지기 (mass spectrometer)로 기내로 침입해 들어가는 헬륨의 양을 측정하여 합격치(2×10-5 std.cc/sec) 이내인 것을 확인한다. 이러한 시험방법 및 합격치는 제조메이커에 따라 다르다.
이렇게 엄격하게 제작, 검사된 냉동기이지만 설치 후에도 이 기밀성을 유지하기 위하여 취급에 주의하여야 한다. 기밀성 유지를 위한 검사항목을 보면 다음과 같다.
1) 장기간 시운전 대기 시에는 기내진공인 그 상태로 방치하여, 진공방치 시험을 실시한다.
2) 정기적으로 필요한 부품을 교환한다.
3) 플랜지, 나사이음부 등의 누설되기 쉬운 곳은 특히 관심을 가지고 점검한다.
4) 운전 중 추기가스량의 변화를 관찰한다.
5) 추기펌프의 운전빈도를 점검한다.
기밀이 나쁘면 기내에 공기가 침입하여, 강재 등과 반응하여 부식의 속도를 현저히 빠르게 하며, 기계의 수명을 크게 단축시킨다. 냉동기의 운전 중 기내의 불응축가스(약간의 침입공기와 내부의 발생가스로 구성되어 있다)를 외부로 추기하기 위하여 추기 장치가 설치되어 있다.
추기펌프의 취급시 주의하여할 사항은, 다음과 같다.
1) 밸브의 개폐를 확실히 하여 열리고 닫힘에 혼동이 없어야 한다.
2) 추기 횟수나 방법은 취급설명서에 따른다.
3) 추기 전에 진공펌프 자체의 진공 도달도를 점검한다.(최소한 0.5㎜Hg일 것)
4) 추기 운전시 진공펌프 오일 속에 수분이 흡입되므로 정기적으로 오일을 교환한다.
5) 진공펌프의 유면을 확인하고 V벨트의 장력을 점검한다.
6) 진공펌프의 오일은 지정된 것을 사용한다.
진공펌프의 오일이 기내로 들어가면 용액과 섞여 반응하여 고체가 되므로, 절대로 오일이 기내로 역류하지 않도록 하여야 하다.

Ⅳ. 흡수액의 관리

가. 흡수액의 성질
흡수식 냉온수기에 사용되는 리튬브로마이드 수용액은 흡수력이 강하여 흡수제로서 우수한 반면 알칼리금속(Li＋)과 할로겐족(Br-)의 화합물이므로 금속에 대한 부식성이 매우 강하다. 기밀도가 잘 유지되는 경우 기내는 완전 밀폐상태의 진공이므로 문제가 되지는 않지만, 보수작업시 기외로 흘러나오는 것에 주의하여야 한다.
리튬브로마이드 수용액이 기초면에 고이게 되면 기계의 베이스나 콘크리트의 철근이 급격히 부식하게 되므로, 주의하여야 한다.
일중효용과 이중효용을 비교하면 전자의 용액최고온도가 100℃ 정도인데 비하여, 후자의 경우 160℃정도이다. 용액 온도가 올라감에 따라 부식량도 증가하며, 특히 용액 온도가 160℃이상이 되면 부식량이 급격히 증가한다. 따라서 이중효용의 경우 용액관리가 더욱 중요함을 알 수 있다. 용액관리상 부식성의 측면에서만 보면(부하에 대응하는 다른 요소-냉각수입구 온도의 저하, 냉수출구 온도의 상승 등을 무시하면) 재생기의 용액온도는 가능한 낮은 상태로 운전하는 것이 좋다.

나. 흡수액 관리
<표 2>에 운전중인 기계에서 빼낸 흡수액의 분석결과의 몇가지 예를 나타내었다. 이중 1∼4의 샘플은 상당히 열화되어 있는 것을 알 수 있다. 관리가 되지 않은 용액에서는 부식 억제제의 감소, 알칼리도의 상승, 동 및 철이온의 증대, 염소이온의 존재가 발견되고 있다.
5의 샘플은 비교적 관리가 된 용액이라 할 수 있다. 샘플 1∼4의 용액은 커피색을 띠고 있고 샘플액을 비이커에 담아 방치하면, 바닥에 침전층이 수십㎜까지도 생긴다. 이러한 흡수액을 그대로 사용하는 경우 다음과 같은 사고를 일으키는 경우가 많다.
1) 기계 내부에서 발생하는 가스량이 현저하게 많아져 추기장치의 능력을 넘어서게 된다. 따라서 추기 펌프를 빈번하게 작동시켜야 한다.
2) 튜브의 용액측에 스케일이 부착됨에 따라서 열교환기 등의 열효율이 떨어지며 연료소비가 커지는 등 비경제적인 운전이 된다.
3) 용액펌프의 베어링 마모가 심해진다. 따라서 펌프의 운전불능 상태를 일으키고 보수비용이 증대된다.
4) 용액중의 불순물(철, 구리 등)이 부식억제제를 소모시키고 알칼리도를 증대시키므로 용액 관리작업이 큰 작업이 된다.
5) 국부적인 부식도 생기며 이에 의해 튜브 등에 구멍이 생기는 등의 사고가 발생하여 기계의 수명이 단축된다.
흡수액은 다음과 같이 관리한다.
1) 1년 1회이상 흡수액의 샘플을 빼내어 부식억제제의 양 및 알칼리도를 조정한다.
2) 능력증진제(옥틸 알콜, 헥사놀)를 보충한다.
3) 침전물이 많다고 판단되면 휠터 등을 사용하여 재생작업을 한다.
4) 용액의 오염이 심한 경우에는 샘플용액을 전문회사에 보내어 정밀분석을 하고, 필요하다 면 전량 교체한다.

1.부식억제제
흡수식 냉온수기의 주요 구성재료는 강과 동 등의 금속이다. 이러한 금속이 리튬브로마이드 수용액에 의해 부식되는 것을 방지하기 위하여 부식억제제를 첨가한다. 이러한 부식억제제는 냉동기의 운전과 함께 소모되어진다. 용액분석시 부식억제제의 농도를 측정하여 관리치에 미달될 때는 보충하여야 한다.
부식억제제의 종류와 관리치 및 알칼리도의 관리치는 메이커에 따라 다르다. 시방이 다른 용액의 혼용 사용은 정상적인 운전을 불가능하게 하는 수도 있으므로 피하여야 한다.
현재 사용되고 있는 대표적인 부식억제제는 크롬산리튬(Li2CrO4), 몰리브덴산튬(Li2MoO4), 질산리튬(LiNO3) 등이다. 이들의 특징을 <표 3>에 나타내었다. 이 부식억제제는 관리를 잘할 경우 부식방지에 매우 유익하지만, 관리를 소홀히 할 경우 국부적인 부식이 일어나거나, 용액의 흐름이 차단되는 등의 문제를 일으킬 수 있다.

2. 알칼리도
흡수액에는 강의 부식을 방지할 목적으로 LiOH가 첨가되었으며, 관리치를 알칼리도 (N)로 나타내고 있다. 그러나 알칼리도가 높으면, 구리가 흡수액으로 용출되므로 적정한 알칼리도를 유지하여야 한다. 용액의 분석결과 알칼리도가 규정치보다 낮으면 LiOH를, 높으면 HBr을 첨가하여 조정한다.

3. 불순물(철, 동이온, 먼지 등)
흡수액 속에 불순물이 계속 존재하면 흡수액 펌프의 토출배관에 10∼50㎛의 휠터를 설치 하여, 기계의 운전중에 용액을 여과 재생하는 것도 효과적인 방법이다. 이때 반드시 기계의 기밀테스트를 하여 누설이 되지 않음을 확인하여야 한다. 또한, 능력증진제는 휘발성이므로 추기작업 등에 의해 소모되어지므로, 기계의 능력이 능력증진제를 전혀 넣지 않은 경우와 비슷하게 낮아지면 반드시 보충해 주어야 한다.

Ⅴ. 냉매의 관리
흡수식은 냉매가 물이므로 자칫하면 관리가 소홀해지는 경우가 많다. 그러나 냉매 중에 불순물이 있으면 증발온도가 낮아져서 냉동능력이 저하하게 되므로, 흡수액이 혼입되지 않도록 하여야 하며, 불순물이 섞이지 않도록 하여야 한다. 기계정지시에 냉매희석 밸브를 자동적으로 열어서 재생운전을 하는 것이 좋으나, 수동으로 밸브를 열어서 재생운전을 하는 경우에는 이 희석 운전을 빠뜨리지 않도록 주의하여야 한다. 냉매의 보충 또는 재충전시 지정된 냉매가 아닌 수돗물 등을 사용해서는 안되며, 분석결과 불순물이 있다면 모두 교환하여야 한다.

Ⅵ. 연소설비의 관리
직화식 흡수식 냉온수기는 보일러와 같이 연소설비를 가지고 있으나, 대기압 이하에서 운전되므로 법적으로 유자격자가 필요하지는 않다. 따라서 안전우선으로 설계, 제작되도록 하고 있다. 가스식의 경우에는 가스의 누설여부를 점검하는 것이 중요하며, 안전차단 밸브의 내부누설시험을 정기적으로 실시한다. 안전차단밸브의 상류측에 최고 사용압력의 1.5배 이상의 압력을 걸고, 5분 동안에 10cc이상의 누설이 없음을 확인한다. 또한 가스배관, 배관내의 밸브 등의 기기로부터 가스배관 외부로 가스가 새어나오지 않는 것을 누설검지기나 누설탐지기용 비눗물을 사용하여 정기적으로 검사하여야 한다.

Ⅶ. 냉각수의 관리
스케일이나 녹 등이 전열관의 물측에 부착되면 흡수능력이 떨어지고, 응축온도가 높아져서 냉동능력이 감소하게 된다. 따라서 냉각수계의 스케일 등은 냉동기의 능력을 이중으로 떨어뜨리게 하며, 냉동능력의 저하와 함께 연료소비율도 상승시킨다. 냉각수 온도가 낮은 만큼 냉동능력도 증대되고 연료소비율도 향상되지만, 냉각수 입구온도가 낮아지면 냉매펌프가 정지하는 등의 불안정한 운전상태가 되므로 종래에는 냉각수 입구의 최저 온도가 22∼25℃로 제한되었지만, 최근에는 냉각수 입구온도가 15℃ 정도에서도 안정된 운전이 가능하여 공조용으로는 냉각수 입구 온도 제어가 필요 없는 경우도 있다. 냉각수 수질이 악화된 상태에서 운전을 계속하면, 흡수냉온수기는 다음과 같은 문제가 발생된다.
1) 스케일 발생
2) 슬라임(slime)의 부착
3) 부식의 발생
이러한 문제를 일으키는 수질악화를 냉각수의 블로우 관리와 화학적 수처리의 관리가 필요하다.
1) 블로우 관리
스케일이나 슬라임의 생성요인인 냉각수중의 부식생성물, 칼슘이나 마그네슘탈산염, 오염물질의 농축을 방지하기 위하여, 정기적으로 냉각수의 일부를 보급수로 교체하는 방법이다.
2) 화학적인 수처리
냉각수로 이용되는 물은 현장의 실정에 따라 수돗물, 공업용수, 지하수 등 여러 가지가 쓰이며, 블로우 관리만으로는 관리하기 어려운 경우가 있다. 이런 경우 화학적인 수처리제를 이용하여 냉각수를 관리한다. 자동블로우장치와 수처리제 주입장치를 사용하는 것이 좋다. 이때 수처리제는 용도에 맞는 것을 사용한다.

Ⅷ. 증기, 고온수의 수질관리
재생기에 동계통의 전열관을 사용하는 경우에는, 흡수냉동기의 열원으로 사용하는 증기에 첨가하는 탈산제, 또는 고온수에 첨가하는 부식억제제가 관재에 적합하지 않은 경우가 있다. 이렇게 되면 전열관에 부식 등이 발생하여 사고를 일으키는 경우가 생기므로 정기적으로 수질을 분석하여 관리하고, 재생기의 수실을 개방하여 검사하여야 한다.

Ⅸ. 겨울철의 관리
흡수식 냉온수기는 겨울철의 난방용으로도 이용되므로, 겨울철에는 다음과 같은 것에 주의하여야 한다.
1) 냉매계통의 동결방지대책을 강구한다.
2) 겨울철에 정지할 경우에는 온수계통의 물을 빼내던가, 순환펌프를 연속가동하여 동결을 방지한다.
3) 용액의 결정을 방지하기 위하여는 적당한 농도까지 농도를 낮추어준다.
실외에 설치된 흡수식 냉동기로 겨울철에도 사용하는 경우에는 운전 중에도 용액이 결정되기 쉬운 곳에는 수증기나 전열선을 이용하여 보온(heat trace)을 실시하여, 배관중의 용액 온도가 낮아지는 것을 방지한다.

Ⅹ. 원격운전
흡수식 냉온수기를 원격운전할 경우에는 다음과 같은 점에 주의하여야 한다.
1) 무인 운전을 하지 않는다.
2) 원격감시장치를 설치하고, 중앙제어실에 기계의 상태를 표시한다.
3) 가스누설검지기를 설치한다.
4) 가스 안전 차단밸브의 누설검지기를 설치하여, 전동 밸브를 직렬로 설치한다.
5) 매일 1회이상 기계를 직접 관찰하고, 운전데이터를 기록한다.
6) 감시실에 관리인을 상주시키고, 비상시 응급조치체제를 확립한다.
끝으로 흡수식 냉온수기 등은 그 어느 공조용 기기보다 유지, 관리에 세심한 주의가 필요하고, 수명에 영향을 받는 기계이므로, 원리를 잘 이해하고 또한 취급설명서 내용을 숙지한 상태에서 운전을 하여야 하며, 관리계획을 세워 일상적이고 정기적인 점검 및 보수를 하는 예방관리가 중요하다.