펌프 및 팬의 수명 연장

  • 스토리

    2016 8월 11, 10:00 CEST

    펌프나 팬의 수명 최적화는 업그레이드를 통해, 그리고 모니터링 기술을 사용하여 확보할 수 있다고 SKF의 수석 애플리케이션 전문가 Lars Kahlman은 밝히고 있습니다.

    펌프와 팬은 공정 산업의 기본 장치이지만 말 없이 작동하는 이들 장치를 소홀히 하는 경우가 많습니다.

    그러나 이로 인해 운영자에게 문제가 발생할 수 있습니다. 이들 구성품이 고장 나거나 최적 효율 미만으로 작동하면 전체 공정이 그 영향을 받기 때문입니다. 제조 및 공정 기업은 현재 엄청난 비용 압력을 받고 있으며, 이로 인해 자산의 활용도를 극대화하고 가동 시간을 유지해야 합니다.

    최근에 한 공정 산업 대기업은 냉각 시스템 중 하나에 오작동이 발생한 후 핀란드의 정유소를 70% 수준으로 가동할 수 밖에 없었습니다. 이 문제는 수천만 유로의 생산 손실을 초래할 것으로 예상되고 있으며, 이로 인해 단순한 팬이 전반적인 수익성에 미치는 중요성을 깨닫게 되었습니다.

    이 특정 정유소 문제는 최근 유지보수 시 설치한 새로운 에어 쿨러로 인해 초래되었으며, 이는 새 구성품도 문제를 초래할 수 있다는 것을 보여주고 있습니다.

    한 구성품이 오작동을 하면 이를 교체하고자 하는 생각이 들기 마련입니다. 그러나 윤활유 재주입 또는 베어링 세트 교체 등과 같은 업그레이드가 더 합리적일 수 있습니다. 부품의 교체는 엄청난 변동을 의미합니다. 오래된 기계를 제거하고 새 기계를 설치하기 때문입니다. 사람들은 이러한 과정에 얼마나 많은 것이 관련되어 있는지를 과소평가합니다. 업그레이드를 하면 이 모든 것을 피할 수 있고 비용도 적게 들 가능성이 높습니다.

    사실 업그레이드는 시간의 경과에 따라 공장의 효율성을 구축하기 위해 필요한 부분입니다. 새로운 공장 건설을 시작할 때 모든 분야에서 최상의 장비를 구입하기 위한 충분한 자금이 있는 경우는 거의 없습니다. 실제로는 시간의 경과에 따라 장비를 업그레이드하는 것이 경제적으로나 기술적으로 더 나을 수 있습니다. 이는 운영자가 신뢰성 문제가 있는 장비에 주의를 기울이고 원래 공장에서 '과도 설계"를 방지할 수 있도록 도움을 줍니다.

    명심해야 할 사항은 절대로 안전을 훼손하지 않아야 한다는 점입니다. 비용 감소에 너무 큰 중점을 둔 공장에는 '과소 설계' 위험이 발생할 수 있고, 이는 위험할 수 있습니다.

    신뢰성 및 효율성
    대부분의 경우 펌프와 팬은 신뢰성이나 효율성을 향상시키기 위해 업그레이드합니다.

    펌프 신뢰성 업그레이드의 좋은 예가 윤활 시스템의 변경입니다. 덥고 습기가 많은 지역에서 또는 펄프 및 제지 공장 같이 습도가 높은 환경에서는 항상 수분의 침투를 통한 베어링 부식의 위험이 있습니다. 대기 수분은 오일 섬프로 들어가 응축된 후 오일 링에 의해 베어링으로 전달됩니다. 오일에 포함된 단 200ppm의 수분도 베어링을 급속히 열화시키기에 충분합니다.

    일반적인 솔루션은 SKF Alemite와 같은 오일 분무 윤활 시스템을 장착하는 것으로, 이는 마이크로 사이즈의 오일 방울을 정확한 윤활점에 분무합니다. 이 솔루션은 시스템에서 신선한 오일을 보장하며 수분 침투로 인한 문제를 해결해 줍니다. 이러한 종류의 시스템은 점점 더 일반화되고 있습니다. 미국에 있는 모든 정유소의 약 반 정도가 현재 펌프에 오일 분무 시스템을 사용하고 있습니다.

    가장 효과적인 효율성 업그레이드 중 하나는 펌프나 팬에 가변 속도 드라이브(variable speed drive: VSD)를 도입하는 것입니다. 적절히 실시하는 경우 이로 인해 에너지 소비량이 무려 30%나 감소할 수 있습니다. 그러나 드라이브의 전기 출력은 아크를 발생시킬 수 있으며, 이는 매우 짧은 시간에 베어링을 파괴할 수 있습니다. 극단적인 경우 이는 3일 이내에 발생할 수 있습니다.

    해결책은 시스템 업그레이드입니다. 이는 전기 아크를 견딜 수 있는 SKF의 Insocoat 베어링(세라믹 코팅)과 같은 절연 베어링을 장착하거나 하이브리드 베어링(세라믹 구름 요소)을 사용하는 방법입니다. 이는 소형 모터에 특히 중요합니다. 브러시, 접지, 절연 커플링 및 특수 상태 모니터링과 같은 조치도 문제를 완화시키는 데 도움이 될 수 있습니다.

    표면적으로 보면 VSD 도입이 문제를 더하는 것처럼 보입니다. 그러나 엄청난 전기의 절약은 VSD 장착과 베어링 시스템 업그레이드에 따른 추가 비용을 훨씬 상회합니다.


    팬은 펌프와 유사한 점이 많습니다. 그러나 팬의 경우 훨씬 안 좋은 원래 설계 상태로 시작하는 경우가 많습니다. SKF는 자동 조심 베어링 시스템, 팬 오일 윤활 시스템 등 효율성과 신뢰성을 향상시켜줄 수 있는 업그레이드 포트폴리오를 가지고 있습니다. 특정 팬 종류의 경우 업그레이드 범위가 펌프의 경우보다 큽니다.

    펌프에서와 마찬가지로 VSD는 팬의 에너지 효율을 향상시킬 수 있습니다. 여기서도 절연 베어링은 구성품의 수명 연장에 도움이 됩니다. 펌프보다 팬에 훨씬 일반적인 또 다른 문제는 정렬 불량입니다. 이는 펄프 및 제지, 시멘트 및 금속 처리를 포함하여 산업 분야에서 일반적으로 많이 사용되는 대형 팬에 훨씬 많이 발생합니다.

    효과적인 솔루션은 SKF CARB 환상형 롤러 베어링과 같은 자동 조심 및 축 없는 베어링을 사용하는 것입니다. 이는 각도 및 축방향 변위를 수정하는 반면 표준 구면 롤러 베어링은 스러스트 하중을 받습니다. 업그레이드할 때에는 자동 조심 베어링만 삽입하기보다 표준 롤러 베어링을 적절한 새로운 제품으로 교체하는 것이 일반적입니다.

    긴밀한 모니터링
    업그레이드를 하든 하지 않든 펌프와 팬을 온라인 자산 모니터링 솔루션을 통해 살펴보면 수명을 연장할 수 있습니다. 이러한 기술은 값비싼 중요 공정 장비를 모니터링하는 데 일반적으로 사용되어 문제가 발생할 때 이를 포착합니다. 예를 들면 이는 베어링 진동의 미세한 변화를 감지할 수 있으며, 이를 통해 곧 발생할 고장의 조기 경보를 제공하고, 문제가 비효율이나 심각한 고장으로 악화되기 전에 조치를 취할 수 있도록 해줍니다.

    대개의 경우 이는 비싼 기계에 적용됩니다. 그러나 신뢰성 있고 경제적인 센서의 개발과 많은 양의 데이터를 처리할 수 있는 역량은 펌프와 팬과 같은 소형 장비에도 이를 사용할 수 있다는 것을 의미합니다.

    SKF Wireless Machine Condition Sensor의 경우와 같이 각 펌프나 팬에 전송기가 장착된 센서를 장착하면 센서 네트워크를 만들 수 있습니다. 출력 데이터는 정기적으로 분석하고 조치를 취할 수 있습니다. 예를 들어 센서는 펌프에서 캐비테이션이 발생하는지 파악할 수 있으며, 이를 통해 운영자가 실행 속도를 조절하거나 백업 펌프로 전환하여 문제에 대응할 수 있습니다. 공정 시설이나 정유소에는 수백 개의 펌프가 있는 경우가 많습니다. 언제나 마찬가지로 문제는 센서가 생성하는 엄청난 양의 데이터를 처리하는 것입니다.

    온라인 모니터링은 문제가 있는 기계를 유사한 기계보다 더 자주 모니터링하여 이를 정상으로 만드는 데 사용할 수 있습니다. 이는 또한 위험한 구역에 있는 기계를 안전하게 모니터링 할 수 있게 해주거나, 기계를 직접 점검하는 횟수를 최소화하여 직원의 안전을 향상시킬 수 있습니다.

    그러나 누설 씰 등 센서가 포착할 수 없는 임박한 고장 징후도 있습니다. 이러한 경우 운영자가 구성품의 육안 평가를 해야 하며 이런 정보를 자동화된 온라인 데이터와 함께 제공해야 합니다. 이러한 운영자 주도 신뢰성(operator-driven reliability: ODR)은 펌프와 팬이 가능한 한 오래 작동하도록 유지하는 또 다른 핵심 요인입니다. 기술이 뛰어난 운영자는 장비를 잘 파악하고 정교한 센서도 놓칠 수 있는 문제를 포착합니다.

    ODR은 정유소의 펌프장과 같은 용도에서 인기가 있으며, 성능 면에서 큰 차이를 만들 수 있습니다. SKF는 ODR이 평균 고장 간격(mean time between failures: MTBF)을 15% 증가시키는 데 도움이 되었다는 점을 확인했으며, 이 분야에서 10%가 넘는 유지관리 비용을 감소시켰습니다.

    온라인 모니터링과 ODR 두 접근방식은 서로를 보완적이며, 함께 사용하면 최상이 결과를 도출합니다. 각각의 경우 기술 수준이 높은 기계 측의 운영자와 처리 데이터를 분석하는 다른 운영자가 경험을 활용하여 펌프나 팬의 성능과 수명을 향상시킵니다.

    Aktiebolaget SKF
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    보도 자료: Nia.Kihlstrom, +46 31 337 28 97 ; +46 70 667 28 97 nia.kihlstrom@skf.com

    SKF는 베어링, 씰, 메카트로닉스, 윤활 시스템과 기술 지원, 유지보수, 안정성 서비스, 엔지니어링 컨설팅과 교육을 망라한 서비스를 제공하는 데 있어 세계적 선도기업입니다. SKF는 전 세계 약 130여 개국에 진출해 있으며, 17,000여 개의 지역대리점을 보유하고 있습니다. 2014년도 연간 매출액은 709억 7,500만 스웨덴 크로나이며 직원은 48,593명에 달합니다. www.skf.com

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