'흡수식 냉동기(Absorption Chiller)'는 압축기 대신 열에너지(증기, 온수, 폐열 등)를 구동원으로 사용하여 냉매를 순환시키는 설비입니다. 원유처리시설과 같은 플랜트에서는 공정 중 발생하는 폐열을 재활용할 수 있어 에너지 효율 측면에서 매우 중요한 설비입니다.
흡수식 냉동기의 목표설계 방향과 운영 중 발생하는 성능저하 요인을 정리하면 아래와 같습니다.
1. 흡수식 냉동기 목표설계 (Design Objectives)
설계 단계에서는 투입되는 열에너지 대비 냉방 능력을 극대화하는 COP(성능계수) 최적화가 핵심입니다.
입열원 최적 활용: 플랜트 내 폐열(증기, 온수)의 온도와 유량을 분석하여 1중효용(Single-effect) 또는 2중효용(Double-effect) 방식을 결정합니다. 고온의 열원일수록 2중효용을 채택하여 COP를 높입니다.
흡수액(LiBr) 농도 관리: 흡수제인 리튬브로마이드(LiBr) 수용액의 농도 범위를 설정합니다. 농도가 너무 높으면 결정화(Crystallization) 위험이 있고, 너무 낮으면 흡수력이 떨어지므로 정밀한 농도 밸런스 설계가 필요합니다.
재질 선정 및 부식 방지: $LiBr$ 용액은 금속 부식성이 매우 강합니다. 내부 튜브 재질(동관, 스테인리스 등) 선정과 진공 상태 유지를 위한 설계가 필수적입니다.
환경 영향 저감: 프레온 가스 대신 물(H2O)을 냉매로 사용하므로 친환경 설계를 목표로 하되, 물의 증발 잠열을 극대화할 수 있는 전열관 배치를 설계합니다.
2. 성능저하 주요 요인 (Performance Degradation)
운영 기간이 길어짐에 따라 다음과 같은 요인들로 인해 냉동 효율이 급격히 떨어질 수 있습니다.
① 진공도 저하 (Loss of Vacuum)
원인: 대기 중의 공기가 미세하게 유입되거나(Leak), 내부 부식으로 인해 수소가스($H_2$)가 발생할 경우.
결과: 증발기 내 압력이 상승하여 냉매(물)의 증발 온도가 올라가 냉방 능력이 상실됩니다.
관리: 추기 장치(Purge System)를 통해 수시로 불응축 가스를 제거해야 합니다.
② 흡수액 결정화 (Crystallization)
원인: 운전 정지 시 희석 운전 미비, 냉각수 온도의 급격한 저하, 과부하 운전 등.
결과: 배관 내에서 고체 결정이 생겨 흡수액 순환을 막고 기계적 고장을 유발합니다.
관리: 결정 방지 제어 로직과 비상 희석 사이클을 점검해야 합니다.
③ 전열관 스케일 (Scale Formation)
원인: 냉각수 계통의 수처리 미비로 인해 증발기/흡수기 튜브 내부에 이물질이 쌓임.
결과: 열전달 저항이 커져 입열량은 많아지는데 냉수는 차가워지지 않는 효율 저하가 발생합니다.
관리: 정기적인 튜브 세정(Cleaning)과 수질 관리가 필수입니다.
④ 흡수액 열화 및 농도 불균형
원인: 장기간 사용으로 인한 흡수액 성질 변화 또는 냉매(물)가 흡수액 쪽으로 넘어가 섞이는 현상(Carry-over).
결과: 흡수력이 약해져 목표 온도 도달 시간이 길어집니다.
3. 플랜트 PM을 위한 관리 포인트
해외 플랜트나 대규모 원유처리시설에서 흡수식 냉동기를 관리할 때는 다음 사항을 유의해야 합니다.
시운전 데이터 기록: 초기 설치 시의 진공도와 압력 데이터를 Baseline으로 기록하여 성능 저하 여부를 상시 비교해야 합니다.
부식 억제제(Inhibitor) 관리: $LiBr$ 용액 내 부식 억제제 농도를 정기적으로 분석하여 내부 부식을 원천 차단해야 합니다.
냉각수 온도 제어: 외기 온도가 높은 지역(중동 등)에서는 냉각수 온도가 설계치를 초과하지 않도록 쿨링 타워(Cooling Tower) 용량과의 밸런스를 확인하십시오.
