VPSA/PSA 산소 발생 장비의 모듈식 스키드 장착 설계

엔지니어링 산업에서 장비 통합은 새로 건설되는 플랜트의 표준 요구 사항으로 점점 더 보편화되고 있습니다. 모듈식 스키드 장착 조립은 이러한 통합을 달성하는 다양한 방법 중 하나입니다.

1. VPSA/PSA 산소 플랜트에서 모듈화 및 스키드 장착의 개념

스키드 장착이란 일련의 VPSA(진공 변압 흡착) 및 PSA(변압 흡착) 산소 장비를 앵글 아이언 또는 I-빔으로 만들어진 베이스 위에 고정하는 것을 말합니다. 전체 산소 장치는 리프팅 장치나 크레인을 사용하여 이동할 수 있습니다. 스키드 장착형 산소 장비는 산업 분야에서 널리 사용됩니다.

반면, 모듈화는 산소 생산 공정과 장비를 효율적으로 통합하여 각 스키드가 고유한 독립 기능을 갖도록 하는 것을 의미합니다. 동시에 서로 다른 스키드 간의 협업 운영을 가능하게 하여 분산 설계, 제조 및 운송을 용이하게 하고 리프팅 난이도를 낮춥니다. 이러한 모듈의 예로는 흡착탑 입구/출구 스키드, 산소 압축 스키드, 배기 및 계량 스키드 등이 있습니다.

VPSA/PSA 산소 시스템의 모듈식 스키드 장착 설계는 높은 통합성, 세부 설계, 짧은 공사 기간, 작은 설치 면적, 고급 제어 시스템, 신뢰할 수 있는 운영 등을 제공하여 산소 장치의 현장 시공 시 발생하는 기술적 과제를 효과적으로 해결합니다.

이러한 맥락에서 "모듈"은 기능적 통합을 의미하고, "스키드"는 공간적 통합을 의미합니다. 단일 모듈은 여러 스키드를 포함할 수 있으며, 마찬가지로 하나의 스키드는 여러 모듈로 구성될 수 있습니다.

2. VPSA/PSA-O2 플랜트의 모듈식 스키드 장착 설계

(1) 설계 접근 방식

A. VPSA/PSA 산소 플랜트의 모듈식 설계

a. 산소 생산 공정의 기능 단위를 기반으로, VPSA/PSA 산소 생산 시스템은 여러 개의 단일 기능 유닛으로 분할되어 모듈형 유닛 시리즈를 구성합니다.

b. 모듈형 산소 유닛 전체를 기반으로, 단일 모듈 내 구성 요소의 최대 크기와 무게, 운송의 실질적 가능성 및 현장 설치의 용이성을 고려합니다. 최종 설계는 모듈 유닛 내의 배관, 장비, 전기 계기 및 기타 구성 요소를 통합하여 모듈의 전체 배치를 확정합니다.

c. 모듈 내부의 배관 구성 요소, 특히 계기는 설계 시 가능한 한 모듈 내에 포함되어야 합니다.

d. 설계는 주요 장비에 초점을 맞추며 보조 구성 요소도 포함됩니다. 모든 배관, 계기 및 밸브는 하나의 유닛으로 통합되어 이후의 스키드 조립 공정을 용이하게 합니다.

e. 모듈형 유닛의 제어 배선, 전기 및 계기 회로는 사전 배선되어 산소 생산 시스템의 제어 캐비닛에 질서정연하게 연결됩니다. 현장에서 전원이 공급되면, 간단한 디버깅 후 산소 발생기를 신속하게 가동할 수 있습니다.

B. VPSA/PSA 산소 플랜트의 스키드 장착 설계

a. 산소 생산 공정을 기반으로, 각 모듈 유닛 내의 모든 장비, 배관, 계기 및 기타 구성 요소를 스키드에 조립하여 여러 스키드 유닛을 형성합니다.

b. 베이스 치수, 하중 지지 빔 위치 및 강철 구조 사양은 VPSA/PSA 산소 발생기의 전체 배치와 무게에 따라 결정됩니다.

c. 배관 레이아웃과 공정 흐름을 사용하여 파이프라인 지지대의 위치가 강철 구조 베이스에 정의되며, 스키드 간 연결을 최소화하는 것을 목표로 합니다.

d. 전체 스키드 설계 과정에서 리프팅 및 운송, 현장 설치, 운영 및 유지보수의 용이성과 같은 요소를 충분히 고려하여 실용적이고 효율적인 사용성을 보장해야 합니다.

(2) VPSA/PSA 산소 장비 배치의 핵심 사항

장비 배치는 모듈형 스키드 설계의 기술 원칙을 따릅니다. 사전 정의된 모듈형 유닛을 기반으로, 산소 장비 구성 요소는 주로 통일된 플랫폼에 배치되어 간격 규정을 충족하며, 운영, 검사 및 유지보수 공간 요구 사항을 만족시키면서 컴팩트한 배치를 보장합니다. 또한, 산소 유닛 내의 모든 배관, 계기 및 기타 구성 요소는 사전 제작 및 설치되어 현장에 도착 시 스키드 간 배관 연결부만 용접하면 산소 생산 시스템 설치가 완료됩니다.

스키드 배관 배치 원칙은 다음과 같습니다:

• 공정 흐름 요구 사항을 준수하고 스키드 크기 및 무게 사양을 충족합니다.

• 운영 및 관리를 용이하게 하면서 안전 생산을 보장합니다.

• 배관 유지보수 및 밸브 작동을 편리하게 합니다.

• 전체 설계는 조화롭고 미학적으로 아름다워야 하며, 자재 사용을 최소화해야 합니다.

산소 플랜트 스키드를 모델링할 때 설계자는 배관 원칙을 엄격히 준수하고 장비 배치에 집중해야 합니다. 상대적으로 높은 장비는 중앙에 배치하고, 낮은 장비와 밸브는 주변에 배치해야 합니다. 이렇게 하면 유지보수 인력과 도구가 구성 요소에 쉽게 접근할 수 있어 VPSA/PSA-O2 플랜트의 일상 운영, 유지보수, 수리 및 분해에 중요합니다.

향후 현장에서 신속하고 안정적인 연결을 보장하기 위해 스키드 간 배관은 가능한 한 플랜지로 연결해야 합니다. 스키드 내에 인원 통로가 필요한 경우 너비는 900mm 이상, 높이는 2150mm 이상이어야 합니다.

(3) VPSA/PSA 산소 장비 선정

합리적이고 통제 가능한 비용이라는 전제 하에, 가능한 한 효율적이고 다기능적인 장비를 선택하는 것이 필수적입니다. 모듈형 스키드 장착 설계는 장비 기능의 통합으로 시작해야 하며, 단순히 산소 생산 공정과 장비를 "쌓는" 것이 아닙니다.

(4) 스키드 압력 테스트 및 운송

스키드 설계 도면이 완료되면 공장에서 제조 및 설치 공정이 시작됩니다. 완료 후 각 스키드는 국가 표준에 따라 결함 탐지, 수압 테스트, 기밀 테스트, 퍼징 및 부식 방지 처리를 거칩니다. 이러한 테스트는 스키드의 품질과 신뢰성을 보장하여 산소 플랜트가 인도 시 즉시 사용 가능하도록 합니다.

해상 및 육상 운송의 복잡성을 고려할 때, 산소 유닛 스키드가 운송 중 손상되지 않도록 하는 것이 중요합니다. 스키드 및 기타 구성 요소는 별도로 포장하고 방수 용기에 넣어야 하며, 이름, 번호, 장비 목록 및 도면 참조가 포함된 포장 목록으로 명확히 표시하여 현장 배치 및 분해를 용이하게 해야 합니다.

3. VPSA/PSA 모듈형 스키드 장착 기술의 과제

VPSA/PSA 산소 플랜트의 모듈형 스키드 장착 기술은 대규모 산소 플랜트의 생산 유닛을 기능 요구 사항과 운송 제약 조건에 따라 여러 모듈로 분할합니다. 각 모듈은 별도로 설계되며, 장비, 배관, 계기 및 기타 구성 요소는 사전 제조 공장에서 완료 및 설치됩니다. 초기 통합 및 간단한 디버깅 후 모듈은 분해되어 현장으로 운송 및 재조립됩니다. 마지막으로 전체 산소 시스템은 가동 전에 전반적인 디버깅 및 압력 테스트를 거칩니다. 이 기술은 안전, 환경 보호, 프로젝트 일정, 비용 및 품질 측면에서 상당한 이점을 제공하지만, 실제 적용에서 여러 과제와 장애물에 직면합니다.

(1) 기술적 과제

모듈형 스키드 장착 기술의 구현은 VPSA/ PSA 산소 플랜트의 모듈형 설계 정밀도, VPSA/PSA 모듈형 구성 요소의 제조 정밀도, 그리고 이러한 VPSA/PSA 구성 요소의 운송 및 설치 가능성을 포함한 일련의 기술적 과제를 극복해야 합니다.

• 다학제 협력 설계: 모듈형 스키드 장착 VPSA/PSA 산소 장비는 공정, 장비, 배관, 구조 및 전기 공학과 같은 여러 학문을 포함합니다. 효율적인 협력 설계와 정밀한 시공 계획이 필수적입니다.

• 3D 모델링의 과중한 작업량: 스키드 장착 장비 구조의 복잡성으로 인해 합리적인 설계를 보장하고 잠재적 충돌을 방지하기 위해 상세한 3D 모델링이 필요합니다.

• 현장 조립 및 분해: 다층 스키드 장착 유닛은 공장에서 레이어별로 조립되어야 합니다. 리프팅, 운송 및 현장 재조립의 필요성을 고려하여 이러한 공정에 대한 상세한 계획을 수립해야 합니다.

또한, 모듈형 설계는 물리적 조건, 자격 요구 사항, 인적 및 조직 조건, 그리고 지능형 소프트웨어의 적용을 고려해야 하며, 이는 VPSA/PSA 플랜트의 성공적인 모듈형 설계 구현에 필수적입니다.

(2) 표준화 및 확장성

현재 국내외적으로 모듈형 설계는 여전히 초기 개발 단계에 있으며, 표준화되고 확장 가능한 모듈형 스키드 장착 제조 공급망이 아직 구축되지 않았습니다. 이는 모듈형 스키드 장착 기술을 구현할 때 통일된 표준과 사양이 부족하여 다른 프로젝트 간의 호환성 및 상호 교환성 문제가 발생할 수 있음을 의미합니다.

(3) 환경 및 안전 요소

특정 특수 환경, 예를 들어 극한 기후 조건이나 복잡한 지형에서는 모듈형 스키드 장착 기술의 구현이 추가적인 어려움에 직면할 수 있습니다.

모듈형 스키드 장착 기술의 장점을 기반으로 모듈식 스키드 장착 기술, PKU Pioneer는 비용 효율성, 작은 설치 면적, 단축된 납기로 차별화된 고효율 모듈식 VPSA/PSA 산소 발생기를 제공합니다. 산소 발생 시스템은 특별히 설계되어 컨테이너에 설치되므로, 공간 제약이 있고 낮은 산소 유량(보통 <450Nm³/h)이 필요한 고객에게 이상적입니다.

2023년, PKU Pioneer는 이탈리아와 말레이시아의 하수 처리 및 식품 산업 사용자에게 컨테이너형 PSA 산소 플랜트를 성공적으로 납품했습니다. 1999년 설립 이후, PKU Pioneer는 20개 이상의 산업 분야에서 다양한 국제적 요구에 맞는 적응형 산소 발생 솔루션을 제공하며, 전 세계 VPSA 및 PSA 산업에서 신뢰받고 선호되는 공급업체로 자리매김했습니다.