발전소에서는 다양한 설비의 정확한 작동을 위해 압축공기가 필요합니다. 특히 자동화 제어장치나 밸브 작동기처럼 정밀한 제어가 필요한 곳에서는 오염되지 않은 건조한 압축공기가 필수적입니다. 이러한 곳에 사용되기 위해 압축공기 계통은 복합적이고 정밀한 구조로 설계됩니다.
압축공기시스템 : Service Air와 Instrument Air
발전소에서는 일반적인 작업용 공기(Service Air, SA)와 제어용 공기(Instrument Air, IA)를 구분하여 운용합니다. Service Air는 공기압축기에서 직접 공급되며, 기계적 작동이나 청소와 같은 비교적 간단한 용도로 사용됩니다. 반면, Instrument Air는 Service Air 에서 수분과 불순물을 제거한 고순도 공기로, 계장설비나 공압제어밸브 등에 사용됩니다. Instrument Air 의 품질이 낮아질 경우 장비 오작동이나 손상을 유발할 수 있으므로, 별도의 공기건조기를 통해 엄격히 관리됩니다.
공기건조기 구성: 세 단계 구성
Instrument Air 의 품질 확보를 위해, 공기건조기는 다음과 같은 세 가지 주요 장치를 갖추고 있습니다.
1. 전처리 여과기 (Pre Filter)
첫 번째 단계는 압축공기에서 응축수와 금속 입자, 유분 등의 입자성 오염물질을 제거하는 구간입니다. Separator와 Micron Filter가 결합된 구조로, 약 0.9μm 수준의 입자를 걸러냅니다. 이 과정을 통해 건조제로 유입되는 수분을 최소화하여, 건조제의 수명을 연장하고 성능 저하를 방지합니다.
2. 건조탑 (Air Dryer Tower)
중앙 역할을 수행하는 건조탑은 활성 알루미나 또는 기타 흡착제가 충진된 원통형 구조입니다. 두 개의 동일 용량 건조탑이 설치되며, 교차 운전 방식으로 운용됩니다. 하나의 탑이 압축공기에서 수분을 흡수하는 동안, 다른 하나는 재생 공정을 통해 건조제를 회복시킵니다. 통상적으로 5분 간격으로 두 탑이 역할을 교체하며, 이 교대운전은 수분 제거 효율을 지속적으로 유지하게 합니다.
3. 후처리 여과기 (After Filter)
건조탑을 통과한 공기에는 드물게 건조제 부스러기나 미세 오염물이 포함될 수 있습니다. 후단 필터는 이러한 잔여 불순물을 0.7μm 수준까지 제거하여, 최종 IA 품질을 보장합니다.
재생 운전의 원리와 압력 차이 활용
건조제는 일정 시간 수분을 흡수한 뒤에는 제습 능력이 저하되므로, 일정 주기로 재생이 필요합니다. 이때 초건조 상태의 IA 일부를 낮은 압력으로 감압해 사용합니다. 예를 들어, 약 7~8kg/cm² 압력의 공기를 오리피스를 거쳐 2kg/cm² 수준으로 낮추면, 같은 질량의 공기라도 부피가 크게 팽창되어 재생에 충분한 유량이 확보됩니다.
건조탑은 이 압력차를 이용해 상대적으로 적은 양의 Instrument Air 만으로도 재생에 필요한 충분한 열량과 유량을 얻을 수 있습니다. 이로써 에너지 효율을 높이고, 전체 계통 운전의 연속성과 안정성을 확보할 수 있습니다.
이슬점 제어와 건조성능 모니터링
이슬점은 공기 중 수증기가 액화되기 시작하는 온도를 말하며, Instrument Air 의 건조 수준을 판단하는 중요한 기준입니다. 공기건조기는 Instrument Air 의 이슬점을 실시간으로 측정하여 건조제의 상태를 파악합니다. 일반적으로 발전소용 Instrument Air 는 -40℃ 이하의 이슬점을 유지하도록 설계되며, 이 기준을 초과할 경우 자동으로 건조탑이 교체됩니다. 이를 통해 일정한 품질의 공기를 지속적으로 공급할 수 있습니다.
공기압축기와 축압조의 역할
압축공기는 공기압축기에서 발생되어 축압조(Receiver Tank)에 저장됩니다. 일반적으로 2기의 축압조는 Service Air용, 1기는 Instrument Air용으로 사용되지만, 계통 간 연계가 가능하여 비상 시에는 상호 대체 공급도 가능합니다. 이 저장된 압축공기는 각 사용처로 공급되기 전 건조공정으로 분기됩니다.
건조탑 가압과 교체운전 절차
재생을 마친 건조탑은 곧바로 고압 공기를 받을 경우 충격으로 건조제가 손상될 수 있습니다. 이를 방지하기 위해, 20초가량 가압밸브를 통해 천천히 내부 압력을 올립니다. 이후 하부의 3Way 밸브가 전환되며, 새로운 건조운전에 들어가게 됩니다. 이 과정을 통해 양 건조탑은 안정적으로 번갈아 가며 운전할 수 있습니다.
발전소의 압축공기 계통은 단순히 공기를 압축하고 전달하는 수준을 넘어, 정밀한 건조 공정과 자동화된 제어 로직이 결합된 복합 설비입니다. 압축공기의 품질은 발전소 설비의 성능과 안전성에 직결되기 때문에, 건조기와 필터, 제습기 등의 정확한 운용이 중요합니다. 특히 건조제의 상태 모니터링과 정기적인 유지보수는 압축공기 계통 유지 보수 중 가장 중요한 부분입니다.