화학 플랜트에서 사용되는 펌프 중 원심펌프는 가장 기본이 되는 설비입니다.
초보 플랜트 엔지니어라도 용도, 재질, 축봉 방식, 전기 사양 등의 설계 요소를 이해하면 펌프 선정과 운전에 대한 기본적인 감을 잡을 수 있습니다.
본 글에서는 배치 플랜트를 중심으로 원심펌프의 기본 설계 개념을 쉽게 설명합니다.
원심펌프의 용도
배치식 화학 플랜트에서 원심펌프는 다음과 같은 용도로 많이 사용됩니다.
- 유틸리티 액체(물, 냉각수, 순환수, 온수)
- 공정 슬러리 액
유틸리티용 펌프는 대용량이 많으며, 모터 출력이 37kW를 넘는 경우도 드물지 않습니다.
원심펌프는 씰리스 펌프보다 효율이 높아 대유량 조건에 적합합니다.
또한 소량 누설이 큰 문제가 되지 않는 유틸리티 계통에서는 연속 운전이나 예비기 전환 운전에 매우 유용합니다.
원심펌프는 공회전이나 밸브 닫힘 운전에 비교적 강한 것도 장점입니다.
슬러리 이송의 경우에는 농도, 내식성, 막힘 문제로 인해 원심펌프가 선택되는 경우가 많습니다.
재질
원심펌프에서 사용되는 대표적인 재질은 다음과 같습니다.
- 주철(FC, FCD)
- 스테인리스강(SCS13, SCS14)
- 고내식 합금(하스텔로이 등)
상온의 물이라면 주철로 충분하지만, 고온·저온 조건이나 공정 슬러리에는 스테인리스 이상 재질을 권장합니다.
유량과 양정
- 유량은 공정 요구 조건에 따라 결정
- 유틸리티: 설비 전체 수요 또는 냉동기 용량 기준
- 슬러리: 탱크 용량과 공급 시간 기준 (보통 100~200 L/min)
- 양정은 배관 마찰 손실보다 이송 높이와 부속 설비 압력 손실의 영향이 더 큽니다.
축봉
일반적으로 기계식 씰을 사용합니다.
플러싱을 포함한 축봉 설계는 원심펌프 설계에서 매우 중요한 요소입니다.
형식 및 구조
- 횡형 / 종형
기본은 횡형 펌프. 선택 폭과 효율 면에서 유리합니다. 종형은 슬러리 등 제한적인 경우에 사용됩니다. - 원심 방식
원심펌프는 터보펌프의 한 종류이며, 축류·사류 펌프와 구분됩니다. - 흡입 방식
중소규모 배치 플랜트에서는 단흡입으로 충분합니다. - 임펠러
- 밀폐형: 고효율 (유틸리티용)
- 개방형: 막힘에 강함 (슬러리용)
- 반개방형: 중간 성격
- 디퓨저
NPSH 확보가 어렵고 액온이 높아 캐비테이션 우려가 있을 때 사용합니다. - 단수
배치 플랜트 규모라면 단단(1단)으로 충분한 경우가 대부분입니다.
윤활 및 설치
윤활 방식은 오일 배스 방식이 일반적입니다.
설치는 콘크리트 기초 위 또는 강재 채널 베이스 위에 설치합니다.
앵커 볼트 종류는 모터 출력에 따라 선택합니다.
전기 사양
- 모터 출력
펌프 효율과 모터 효율이 필요하므로 사용자 단독 계산은 어렵습니다. - 전압
일반적으로 200~400V. 고전압일수록 손실이 적습니다. - 극수
4극을 표준으로 권장합니다. - 상수
삼상 유도 전동기가 일반적입니다. - 주파수
지역에 따라 50Hz / 60Hz 사용. - 방폭
화학 플랜트에서는 방폭이 중요합니다.
최근에는 내압 방폭을 표준으로 고려하는 경우가 많습니다.
유틸리티 펌프의 경우 설치 장소 조건에 따라 비방폭 모터 선택도 가능합니다.
마무리
원심펌프는 화학 플랜트 기계·전기 엔지니어에게 가장 기본이 되는 설비입니다.
용도, 재질, 유량, 양정, 축봉, 형식, 전기 사양을 이해하면 펌프 선정과 운전, 유지보수에 자신감을 가질 수 있습니다.
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