압축공기의 품질등급(퀄리티, 공기압축기 에어 등급)

◈ 압축공기의 에어품질등급 (Air Quality) / 압축공기의 품질등급◈

    공기압축기의 Air 품질등급 관리 ISO8573-1규격

 

 Air Compressor(공기압축기)에서 압축한 압축공기의 품질(#압축공기등급)에 대해서 알아보자. 우리가 보통 압축공기의 표준이 없는 것 같지만 이 압축공기에 관한 ISO규정이 있다. 이에 대해서 알아보겠다.  공식적인 ISO규격은 1990년대에 와서 정해 졌다. ISO 규정이 생김으로 인해 압축공기의 사용자들은 표준코드로서 압축공기를 사용하는 여러 특정한 용도에 공기의 품질은 정확히 규정할 수 있게 되었다. 또한 압축공기처리장비 공급회사들도 고객의 애매모호한 요구에서 벗어나 Filtration이나, Drying등에서 정확한 등급 및 사양을 제공할 수 있게 되었다. 그리고 공압장비 및 기계제조사들도 고객에게 어떤 품질 등급의 공기를 사용할 것인를 문의할 수 있게 되어서 자신들의 장비에 어떤 공기처리시스템을 사용해야 하는 지를 규정할 수 있게 되었다.

 Air Line의 일반적인 배치도

 

 

압축공기의 질(Air Quality)에 포함되는 내용은 1) 오일 함량(Oil Content), 2) 수분 함량(Water Content), 3) 이물질 함량(Dust Content) 이다. 그럼 각 항목마다 ISO규정의 등급을 알아보자.

 

Spray painting업체의 도장Booth의 Filter (Oil을 제거하기 위해 별도 Oil Separator설치) 

 

1) 오일 함량(Oil Content)  

     윤활유를 사용하는 Air Compressor의 경우 압축공기에 오일이 섞여 들어가는 것은 피할 수 없으며, 무급유(Oil Free)Compressor의 경우도 대기중에 탄화수소(Hydrocarbon)가 유입되므로 실제로 완전한 Oil - Free라고 할 수 없다. 

압축Air속의 Oil은 벌크오일(Bulk OIl), 오일 에어로졸(Oil Aerosol) 및 오일베이퍼(Oil Vapor)의 세가지 형태로 존재한다. 

윤활유를 잘 선정하고 적정한 After Cooleer를 사용하면 압축공기 내에 포함된 오일베이퍼는 20℃의 경우 0.1㎎/㎥이며   40℃의 경우 0.5 ㎎/㎥정도가 된다. 공기중에 오일양이 0.3 ㎎/㎥ 이하가 되어야 냄새를 느낄 수 없다. 압축공기내에 포함된 벌크오일이나 오일에어로졸의 양을 예측하기는 매우 어렵다. 관리가 잘되는 Screw Air Compressor의 경우 Oil Separator의 효율이 충분히 발휘된다면 5㎎/㎥이하가 되고, 관리가 잘 안되는 Piston Air Compressor는 보통 오일양이 50 ㎎/㎥를 초과하기도 한다. 이런 Oil은 적절한  Line Filter를 사용하여 제거할 수 있다. 그러나 여기서 공기온도가 25℃이 이상이 되어서는 안된다. 공기온도가 25℃이상이면 오일이 베이퍼상태로 통과될 가능성이 많다. 이래서 토출온도를 낮추어야 하는 이유중에 하나다.

 

등 급 (Class)	공기중 함유량 (mg/㎥)
1	0.01
2	0.1
3	1
4	5
5	25

 

 

 2) 수분 함량(Water Content)

     어떤 종류의 Air Compressor가 사용되건, 어떤 곳에서 사용되건 유입되는 공기는 항상 수분을 함유하고 있으므로 수분은 압축공기 System 내의 주요한 오염원이다. 공기중의 수분 함량은 지역에 따라 그 차이가 심하다. 열대지방에서는 공기 1㎥당 약 49g으로 부터 사막지방은 1㎥당 약 2.5g이며 캐나다, 스웨덴 같은 곳은 겨울에 0.2 g/㎥ 까지 낮아진다.

 용량이 약 50Hp 6 ㎥/min의 Air Compressor가 20℃, 65% 상대습도의 조건에서 일주일에 40시간 운전된다면 이때 발생하는 수분은 약 160L가 된다. 효율이 좋은 After Cooler를 사용한다고 가정하고 Air Receiver Tank 출구온도를 25℃,메인 파이프를 통과하면 약 20℃로 냉각된다고 가정하면 약 10 L 정도의 수분은 After Cooler 및 Air Tank에서 제거되지 못하고 남은 수분은 파이프배관 내에서 응축된다. 그리고 여기서 약 2.1g/㎥ 정도의 베이퍼상태의 수분은 압축공기중에 남아 있는 상태가 되어 온도가 20℃이하로 떨어지면 다시 응축이 된다. 압축공기중의 수분의 피해는 응축수의 문제점에서 설명했듯이 많은 문제가 발생한다.

또, 박테리라는 습도가 약 5%이상에서 자라기 시작하며 결과적으로 생기는 산성물질로 인해 부식이 급속히 진행되고 이로 인해 음식물 및 제약물등에 심하게 오염시키게 된다. 일반적으로 공기의 상대 습도가 약2%(노점 약 -30℃)이하로 되어야만 부식이 발생하지 않는다.  이론적으로 수분으로 인한 오염을 방지하기 위해서는 공기의 노점을 실제 주위온도보다 낮추어야 하나 일반적으로 주위온도보다 노점이 최소한 10℃정도는 낮아야 안전하다고 할 수 있다. 공압배관을 지하에 묻어면 안되는 이유가 여기에 있다. 지하로 묻어둔 Air배관은 주위온도보다 낮기 때문에 공기중에 포함된 수분이 응축되어 사용하는 Air에 수분이 나오기 때문이다.

ISO규정에 의한 등급은 아래와 같다.

 

등 급 (Class)	압력하 노점 (Max. Pressrue Dewpoint) ℃
1	-70
2	-40
3	-20
4	+3
5	+7
6	+10

 

 

 3) 이물질 함량(Dust Content) 

     보통 대기중에는 공기 1 ㎥당 약 1억4천만개의 고형입자가 존재하며 이중의 약 80%는 그 크기가 2㎛이하이다.

이러한 상태의 공기가 Air Compressor에 유입되면 고형입자로 인해 Compressor작동 부품들이 손상을 입게 된다. 이것이 Air Filter의 중요성이기도 하다.  일반적으로 기계구성부품들 사이의 틈새(Clearance)의 1/3보다 크기가 작은 입자들은 부품에 기계적인 손상을 입히지 않는다. 따라서 약 40㎛보다 작은 입자는 Air Compressor내부의 기계부품에 손상을 입히지 않는다. 물론 Compressor에 따라 차이는 있다. 그러므로 40㎛이하의 흡입Filter를 사용하면 Air Compressor의 기계적인 손상을 제거할 수 있다. 그러나 Air Compressor의 내부 Oil Separator의 오염을 줄이기 위해 보통 5㎛의 Air Filter가 사용되고 있다. 아래등급은 표준대기조건에서 각 압자의 크기별로 Filter이 최대침투율이 5%를 기준으로 하여 제정한 것이다. (Filter의 제거표율 95%기준)

 

등 급 (Class)	입자크기 (Particle Size) ㎛	함유량 (mg/㎥)
1	0.1	0.1
2	1	1
3	5	5
4	40	10

 

 입자의 여과능력 및 Filter으 효율을 측정하는 것은 매우 복잡하고 정교하며 정밀한 테스트 설비를 필요로 하기 때문에 실제로 Filter의 사용자들은 Filter공급업체의 카타로그에 표시된 여과효율을 보고 믿을 수 밖에 없는 실정이다.

 

 

 

  위의 ISO의 압축공기 질에 의해서 추천되는 각 산업용도별 등급을 알아보자.

 

적용 분야	Dust Class	Water Class	Oil Class
Air 교반기 (Air agitation)	3	5	2
신발 관련기기 (Shoe machines)	4	6	5
호흡용 (Breathing Air)	1	4	1
벽돌,유리 기계(Brick & Glass)	4	6	3~5
청소기계 (Cleaning of machine)	4	4~6	4
이송기기(Conveying) - 과립제품 (granular products) - 분말제품 (powder products)	3 2	4~6 3	2 1
주물기계 (Foundry machine)	4	6	5
식,음료작업(Food, Beverages)	2	4~6	1
계측기기(Instrumentation)	3	3~4	2
공작기계 (Machine tools)	4	3	2~5
채광, 광산 (Mining)	4	5	5
직물기계 (Textile machines)	4	3~5	2
사진필름작업(Photographic film)	1	1	1
건설,건축작업(Construction)	4	5	5
굴착 (Rock Drill)	4	2~5	5
Sand blasting	-	3	3
페인팅 (Spray painting)	3	2~3	1
용접기계 (Welding machines)	4	6	5

 

위에서 처럼 각 분야에 추천하는 등급이 있다. 이런 등급을 참고하여 과도한 설비투자를 방지하고 설비에 도움에 되기를 바란다.

이런 등급에 관한 측정 장비들이 있지만 고가의 장비라 쉽게 측정하기는 어렵다. 제 거래업체에서는 일본의 도요타 기술팀들이 장비를 가지고 와서 년간 한번씩 측정하여 압축공기에 대한 품질을 평가하기도 한다.

 우리가 흔히 Oil Free(무급유 장비)장비를 설치할때 초기 설치비와 관리비가 급유식 장비보다 많이 든다. 이럴때 주변기기의 설치로 무급유과 같은 질의 압축공기를 만들 수 있다면 고려해 볼 필요도 있을 것 같다. 

 

 

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