화학 플랜트에서 사용되는 라비린스 실(Labyrinth Seal)이란?

라비린스 실(미로 실)은 화학 플랜트의 회전 기계에서 많이 사용되는 비접촉식 실링 방식입니다.
회전축과 접촉하지 않기 때문에 마모가 거의 없으며, 증기나 기체, 액체의 누출을 억제하는 역할을 합니다.

회전 기계의 실이라고 하면 보통 메카니컬 실을 떠올리기 쉽습니다.
그 이전 세대의 실로는 글랜드 실(패킹 실)이 있고, 그 외의 실은 거의 없다고 생각하는 경우도 많습니다.

초보자 시절에는 이런 인식을 갖는 것도 무리는 아닙니다.
크게 틀린 말은 아니지만, 라비린스 실이라는 선택지가 있다는 것을 지식으로 알고 있으면 도움이 됩니다.

이 글에서는 라비린스 실의 기본 구조와 원리, 장점과 주의점을 현장 관점에서 쉽게 설명합니다.
기계·배관 유지보수 담당자와 엔지니어에게 참고가 될 내용을 정리했습니다.

라비린스 실의 구조와 원리

라비린스 실은 완전한 밀봉을 목표로 하지 않는 불완전 실링 구조입니다.
여러 개의 틈(클리어런스)을 연속적으로 배치하여 유체의 흐름에 저항을 주는 방식입니다.

‘Labyrinth’는 영어로 ‘미로’라는 뜻입니다.
미로가 복잡하고 좁을수록 빠져나오기 어려운 것처럼, 회전 기계 내부의 유체도 여러 틈을 통과하면서 압력이 떨어지고 유속이 감소합니다.

메카니컬 실처럼 완전한 밀봉은 기대할 수 없지만,
적당한 실 성능을 유지할 수 있다는 점이 라비린스 실의 핵심입니다.

메카니컬 실 역시 미세한 틈을 가지고 있지만, 그 틈이 매우 작기 때문에 외부로의 누출이 거의 없어 ‘완전 실’로 취급됩니다.
글랜드 실 또한 틈을 최소화해 누출을 억제한다는 점에서 원리는 유사합니다.

화학 플랜트에서 라비린스 실이 사용되는 경우는 매우 제한적입니다.

거의 이 한 가지 패턴에 국한됩니다.

라비린스 실의 가장 큰 장점은 **거의 무보수(No Maintenance)**라는 점입니다.
하지만 이 장점을 활용할 수 있는 설비는 화학 플랜트에서는 많지 않습니다.

라비린스 실은 실 성능이 중간 수준입니다.
액체에 적용할 경우에는 설계를 매우 신중히 하지 않으면 누출이 발생하기 쉽고,
TPM에서 말하는 드라이 플로어 개념과도 맞지 않습니다.

기체에 사용하는 경우에도 외기(공기)와의 접촉을 전제로 한 설계가 필요하므로, 적용 대상은 자연스럽게 송풍기나 블로어로 한정됩니다.

다음과 같은 조건에서는 라비린스 실 사용을 피하는 것이 좋습니다.

화학 플랜트의 블로어 설계는 보통 ‘공기’ 기준으로 이루어집니다.
동력 계산 측면에서는 타당하지만, 재질 선정이나 실 설계 측면에서는 충분하지 않은 경우가 많습니다.

라비린스 실을 사용할 경우, 전단에서 가스 처리가 완료되어 있다는 전제가 반드시 필요합니다.
실 부위에서 누출이 발생하면 의미가 없어지기 때문입니다.

이 조건을 만족하지 못하거나 안전성을 더 높이고 싶다면,
글랜드 실을 사용하는 편이 현실적인 선택이 됩니다.
이 경우 패킹 파편 혼입이 허용된다는 전제가 필요합니다.

라비린스 실의 원리는 매우 단순합니다.
글랜드 실도 비교적 단순한 구조이지만, 라비린스 실은 그보다 더 단순합니다.

적당한 틈을 만드는 것만으로도 일정 수준의 기능을 발휘하며,
고장 시에도 보수나 임시 제작이 비교적 쉽습니다.

물론 성능을 높이기 위해 유동 해석 등을 적용하면 구조는 복잡해지고,
그만큼 보수도 어려워집니다.

그렇게 되면 라비린스 실의 장점인 ‘단순함’이 사라지게 됩니다.

화학 플랜트에서 라비린스 실 자체는 자주 사용되지 않지만,
압력 손실을 이용해 유체 흐름을 제어한다는 사고방식은 매우 중요합니다.

압력 손실을 의도적으로 부여해 흐름을 바꾸는 개념은
프로세스 엔지니어링 전반에서 충분히 응용할 수 있습니다.

현장의 문제도 의외로 단순한 발상으로 해결될 수 있습니다.

라비린스 실은

완전한 밀봉은 아니지만,
무보수라는 장점을 살릴 수 있는 장소는 생각보다 적습니다.

다만 압력 손실을 이용해 흐름을 제어하는 개념은
화학 플랜트 전반에서 널리 활용할 수 있습니다.

화학 기계의 축봉에 대한 고민이나 질문이 있다면
언제든지 댓글로 남겨 주세요.