개념 한 쪽
냉동사이클에서는 압축기의 동작 특성과 불안정 현상, 그리고 액화·분리 공정에서의 안전대책이 중요하다. 주요 고장 징후와 예방 조치를 중심으로 핵심 내용을 정리한다.
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출제기준 단원 「냉동사이클」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 터보압축기 써징 판단 | 1 | 써징의 발생 조건과 방지 대책을 묻는 문제 |
| 반응설비와 물리분리 설비 구분 | 1 | 발열 반응 여부로 설비의 폭발 위험성 판단 |
| 운동 변환 부품 대상 식별 | 1 | 크로스헤드가 직선운동을 전달하는 대상 부품 식별 |
다단 압축기는 여러 단계로 가스를 차례로 압축하여 높은 토출압을 얻는 장치이다. 각 단계에는 흡입밸브와 토출밸브가 있어 한 방향으로 가스 흐름을 유지하며, 토출 압력 상승 시에는 후단의 흡입 밸브 고장이나 막힘을 먼저 의심하는 것이 합리적이다.
크로스헤드는 크랭크의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 피스톤에 전달하는 연결 부품이다. 다단 압축기에서 크로스헤드는 피스톤로드와 연결되어 피스톤에 직선 운동을 주므로, 운동 변환의 최종 전달 대상은 피스톤이다.
터보압축기에서는 써징(surging)이라는 불안정 현상이 발생할 수 있다. 써징은 유량이 감소하고 토출압이 높은 영역에서 발생하는 현상으로 관로의 심한 맥동과 진동을 유발한다. 써징은 기동 중뿐만 아니라 정격 운전 중에도 유량이 감소하면 발생할 수 있으므로 유량과 압력의 관계를 항상 주시해야 한다.
공기 액화·분리 설비는 극저온에서 구성성분을 분리하는 물리적 공정이지만, 액체 산소와 접촉할 경우 유기물 혼입은 폭발의 주요 원인이 된다. 공기 중의 오존·질소산화물이나 윤활유에서 유래한 탄화수소는 액체 산소와 만나면 불안정한 화합물을 형성하여 작은 충격에도 폭발할 위험이 크므로 유입 방지에 신경 써야 한다.
세정 작업에서도 가연성 물질 사용 여부가 위험도에 직접적인 영향을 준다. 분리장치 내부 세척에 광유와 같은 가연성 잔류물이 남으면 폭발 위험을 높이므로 알코올류처럼 가연성이 낮거나 휘발성이 좋은 용제를 사용하는 것이 바람직하다.
가스발생설비에는 압력상승방지장치, 긴급정지장치, 역류방지장치 등 안전 관련 장치가 필수로 설치되어야 한다. 밀도측정장치처럼 단순 측정 장비는 필수 설치 대상에 포함되지 않는 경우가 있으므로 설비별 설치 기준을 구분하여 판단해야 한다.
문제 유형 예시는 다음과 같다. 2단 토출의 안전밸브가 열렸다면 우선 3단 흡입밸브나 흡입구의 상태를 점검하여 후단 유입 저항을 확인하는 사고 해결 순서를 떠올려야 한다. 터보압축기의 써징을 설명하는 문항에서는 '기동 중에만 발생'이라고 한 선지는 유량 관점의 본질을 놓친 오답으로 판정해야 한다. 공기 액화분리장치 관련 문제에서는 '유기물 혼입'이 폭발의 주원인임을 먼저 떠올리고, 세정액으로 광유를 사용하는 설명은 폭발 위험을 키우는 틀린 선택으로 본다.
터보압축기의 써징(SURGING)에 관한 설명중 옳지 않은 것은?
정답 ③ · 터보압축기의 써징 현상에 대한 설명 중 옳지 않은 것을 고르는 문제이다. 써징은 풍량이 감소하여 운전점이 풍량-압력 곡선의 좌측 불안정 영역에 들어갈 때 토출측 유체가 역류하면서 관로에 심한 맥동과 진동을 일으키는 현상이다.
고압가스제조설비 중 반응기 또는 이와 유사한 설비로서 발열반응 또는 부차적으로발생하는 2차반응에 의한 폭발등의 재해발생 가능성이 큰 반응설비가 아닌 것은?
정답 ④ · 발열반응이나 2차 반응에 의한 폭발 위험이 큰 반응설비가 아닌 것을 고르는 문제이다. 아세틸렌 수첨탑, 에틸렌과 산소의 산화반응기, 중유 직접수첨 탈황반응기는 모두 발열반응이 수반되고 부반응에 의한 폭발 위험이 큰 화학 반응설비이다.
상압증류탑은 단순 물리적 분리 공정으로 발열반응이나 2차 폭발 위험이 없는 반면, 나머지는 모두 발열 또는 부반응 위험이 큰 반응기이다.
피스톤로드의 한 끝과 커넥팅로드의 한 끝을 결부시킨 다단 압축기의 경우 대부분 크랭크에 의한 회전운동은 크로스헤드를 통해서 ( )에 직선 운동을 주는 것이다. ( )속에 적당한 것은?
정답 ② · 크로스헤드가 회전운동을 직선운동으로 변환하여 전달하는 대상을 묻는 문제이다. 다단 압축기에서 크랭크의 회전운동은 커넥팅로드와 크로스헤드를 거쳐 직선 왕복운동으로 바뀌며, 크로스헤드는 피스톤로드를 통해 피스톤에 이 직선운동을 전달한다.
크로스헤드는 크랭크의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 피스톤에 전달하는 부품이므로 괄호 안은 피스톤이다.
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