API 610은 석유 산업에서 사용되는 원심 펌프의 표준이다. 그것은 구조에 따라 펌프를 분류했다. 아래 차트는 API 610에 기반한 펌프의 분류를 나열합니다. Overhung, Between Bearing, and Vertically Suspende 는 API 610 원심 펌프 유형의 세 가지 주요 범주이다. Overhung은 한국말로 이해하기 힘든 표현이다. 다른 표현으로 하면 Cantilever라고도 하는데 마찬가지로 이해하기 힘들다. 쉽게 표현하면 어떤 물체가 어딘가에 매달려 있는데 양쪽에서 잡아주는게 아니라 한쪽에서만 잡아주는 형태를 Overhung이라고 한다.
그네를 생각해보자. 그네가 매달려있는 봉은 양쪽에서 기둥이 잡아주고 있다. 이 때 한쪽 기둥만 있으면 Overhung이다.
Overhung pump는 1번부터 6번까지 있다. 이번 포스팅에서 다룰 Pump는 OH1, OH2, OH6 세 종류다. (솔직히 OH3,4,5번은 Horizontally mounted가 아니고 inline 형태로 생겼기 때문에 왜 Overhung이라고 부르는지 모르겠다. 그리고 실제로 프로젝트 하면서 셋 중에 OH3만 Shell Process에서 몇 번 보고 나머지 둘은 본 적도 없다.)
OH1 Type Pump
OH1은 API의 이단아다. API 주제에 Foot mount다. 그래서 OH1 Type은 API Pump라고 부르지 않기도 한다. (API610에 Define되어있지만 API Pump라고 부를 수 없는 아이러니?)
여기에 표시된 이미지는 OH1 (Overhung) 유형 API 610 원심 펌프 유형이다. 이것은 발에 장착된 베이스 플레이트 디자인의 단일 단계 Over hung.그것은 유연한 커플링이 있는 수평 펌프임.이미지에서 다리가 흡입의 반대쪽 끝에서 그것을 지지한다는 것을 볼 수 있다.
OH2 Type Pump
OH2는 API pump의 가장 일반적 형태다. 허리(Centerline)를 잡아준 상태에서 똑바로 서있다. 한 스키드(Skid)에 펌프와 모터가 나란히 올라가 있고 보통은 복잡한 Seal system도 필요없다.
이러한 유형의 펌프는 중심선으로 지지된다.아래 이미지의 OH1 유형에 비해 베어링 끝에 다리 지지대가 없음을 알 수 있다.그것은 또한 단일 베어링 하우징이 있는 단일 단계 엔드 흡입 펌프임. 작동 중에, 이 베어링 하우징은 펌프 샤프트에 가해지는 힘을 흡수하는 데 도움을 준다. 그것은 또한 작동 중 임펠러의 적절한 위치를 보장한다.
OH3 Type Pump
OH3 펌프는 오버행 임펠러가 있는 단일 단계 및 인라인 펌프를 유연하게 결합합니다. 그것은 별도의 베어링 브래킷을 가지고 있다. 그것은 펌프 하중을 흡수하는 데 도움이 되는 일체형 베어링 하우징과 함께 제공됩니다. 모터는 펌프에 직접 장착됩니다. 아래 이미지는 OH3 유형의 펌프를 보여줍니다.
OH4 Type Pump
OH3와 OH4의 유일한 차이점은 O의 유연한 커플링과 비교하여 OH4의 단단한 커플링 방법을 사용한다는 것입니다.
OH5 Type Pump
OH5 타입 펌프는 폐쇄 결합 펌프입니다. 펌프의 임펠러는 동일한 샤프트의 드라이버에 직접 부착됩니다. 그것은 수직, 인라인, 단일 단계 펌프입니다.
OH6 Type Pump
OH6는 별종이다. Full name은 High speed-Integrally geared pump다. 일반적으로 전기 Motor가 기어 박스 없이 낼 수 있는 최고 속력은 3600rpm이다. (n=120×frequency / no. of poles) 그리고 Impeller 하나가 이론적으로 낼 수 있는 최고 압력은 대략 30bar 내외다. 게다가 이 수치는 설계치이고 실제 application에서는 20bar 내외라고 보면 된다.
만약 저유량(1~30m3/hr), 고압(3~40bar) service에 필요한 펌프를 고를 때 어떤 펌프를 써야할지 고민 끝에 튀어나온게 바로 OH6 type이다. (Sundyne pump라고도 불리는데, Sundyne은 이 기술을 개발한 회사 이름이다.) 만약 이 펌프가 없다면 꼼짝없이 BB2 pump나 BB5 pump를 써야했을 것이다. 모르긴 몰라도 가격이 아마 2~3배는 뛸 것이다.
보통 1만 rpm 이상의 고속으로 회전하기 때문에 엄청 시끄럽다. 현장에 가서 직접 보면 소음 기준(보통 85db)을 맞추기 위해 기어 박스까지 통채로 Noise enclosure에 넣어놓는 경우가 많다.
OH6는 속도를 높이는 기어박스를 사용하기 때문에 고속 펌프임.임펠러는 기어 샤프트에 직접 장착된다.기어박스는 유연한 커플링으로 드라이버와 연결된다. 수직 및 수평으로 설치할 수 있는 단일 단계 오버 행 펌프임.
BB1 Type Pump
Between bearing은 Overhung의 상대적인 개념이다. 상식적으로 생각해봤을 때 Overhung type은 뭔가 위태위태해 보인다. 양쪽에서 잡아주지 않더라도 충분히 대들보(Cantilever)가 그네 무게를 견뎌줘야 한다. 그럴 수 없다면 무조건 양쪽에서 잡아줘야 한다. 여기서 보통은 잡아주는 쪽에 베어링을 다는데 베어링과 베어링 사이에 펌프를 둔다고 해서 Between Bearing이라는 이름을 쓴다. (베어링을 설치하는 이유는 Static part와 Rotating part가 만나는 접점에서 마찰을 감소시키기 위함인데 더 이상 자세한 설명은 생략한다.)
API 610 원심 펌프의 두 번째 범주는 베어링 펌프 사이입니다.
BB1(Between Bearing)은 수평으로 설치된 1단 또는 2단 펌프입니다. 이 펌프의 케이싱은 축으로 분할된 유형입니다.
BB2 Type Pump
BB1과 BB2의 차이점은 케이싱이 분할되는 방식입니다. BB2에서, 케이싱은 방사형 분할형이다.
BB3 Type Pump
축 분할 케이싱 설계의 다단 베어링 펌프는 API BB3 유형 펌프로 지정됩니다. 이 펌프는 드라이브를 연결하기 위해 유연한 커플링을 사용했습니다.
BB4 Type Pump
이 API 펌프 설계에서, 펌프의 각 단계는 링과 같으며 타이 로드를 통해 연결됩니다. 이미지를 보면, 이 펌프가 링 섹션 펌프라고도 불리는 이유가 분명해질 것입니다. 각 단계는 방사형 분할 설계이며 양쪽 끝의 베어링에 의해 지지되는 샤프트에 설치됩니다.
BB5 Type Pump
BB5 타입 펌프는 배럴과 같은 디자인으로 인해 배럴 펌프로 알려져 있습니다. 그것은 고압 서비스에 사용된다. 그것은 다단, 이중 케이싱, 유연한 커플링을 사용하는 방사형 분할 설계입니다.
사실 VS Pump는 잘 모른다. 많이 나오지도 않고, 등장하더라도 자주 나오는 펌프들의 유형이 뻔하다. 그나마 경험해 본 Pump들만 간단하게 다루도록 하겠다. (내가 배울 때는 VS6까지 있었는데 최근에는 VS7도 생겼다고 한다.)
VS는 Vertically Suspended의 약자다. OH Pump나 BB Pump를 장대에 매달아 길게 늘어놓은 형상을 생각하면 이해하기 편하다. 가끔 Submersible pump 들이 나오는데 Vertically suspended pump와 Submersible pump의 가장 큰 차이는 구동부(모터)가 함께 잠기느냐 아니냐로 구분된다. VS Pump들은 모터가 전부 물 밖에 있다.
모든 VS1 Pump가 Intake 목적으로 사용되는 건 아니겠지만, 내가 본 모든 VS1 Pump는 'Intake pump'였다.
VS1 Pump의 장점은 고유량을 커버 가능하다는 점이다. 다단(multi-stage)이지만, 실제로 다단 구성하는 경우는 별로 본 적이 없고 高유량(high volume) 서비스에 주로 쓰였다. 특히 Sea water intake 목적으로 많이 사용된다.
Closed loop에서는 Cooling water의 품질이 비교적 일관되게 유지되기 때문에 Circulation 목적으로는 BB1 Pump면 충분하다. 근데 증발되는 냉각수를 보충해주려면 바다나 강에서 물을 끌어와야 하는데(=intake) 이럴 때 쓰는 펌프다.
VS1 Type Pump
VS1 타입 펌프는 단일 케이스 수직으로 매달린 타입의 디자인이다. 그것은 습식 구덩이 또는 디퓨저 펌프로 사용됩니다. 펌프의 기둥은 펌프에서 배출되는 것으로 사용된다.
VS2 Type Pump
VS2 타입 펌프는 VS1에 비해 볼루트 케이싱 디자인을 사용한다. 다른 요소들은 VS1 타입 펌프와 비슷하다.
VS3 Type Pump
VS3 타입 펌프는 축방향 흐름이며, 단일 케이스 수직 서스펜션 타입 설계입니다. 펌프 어셈블리가 장착된 펌프 컬럼, 펌프로부터의 배출로 사용됨.
VS4 Type Pump
마찬가지로 모든 VS4 Pump가 Sump 목적으로 사용되는 건 아니겠지만, 내가 본 모든 VS4 Pump는 십중팔구 'Sump pump'였다.
(가끔은 Drum에 '자바라'처럼 꽂아 쓰는 용도로도 나온다.)
플랜트를 지으면 플랜트에도 당연히 비가 내린다. 비가 내리면서 공장 여기저기에 묻은 유해물질, 유독성물질들을 씻어낸 뒤에 한 곳에 모인다. 이렇게 우수(Rainwater 혹은 Storm water)가 모이는 웅덩이(Pit)에서 물을 퍼내기 위한 펌프가 바로 VS4 type이다.
VS1 Pump와 가장 다른 점은 VS4 Pump는 물이 나오는 구멍(Discharge)이 쪼그맣게 별도로 우측에 빠져있다는 점이다. 딱 봐도 핸들링할 수 있는 유량이 크지 않다는 걸 알 수 있다. 이 부분을 더 자세히 들여다보면 VS1 Pump는 축방향과 유체의 흐름방향이 일치하는데 비해, VS4 Pump는 축방향과 수직 방향으로 유체가 먼저 흘러나온뒤 위로 올라가도록 되어있다는 점도 특이하다.
이 유형의 펌프에는 별도의 배출 기둥이 있습니다. 그것은 볼루트 케이스 디자인을 가지고 있다. 수직으로 매달린 샤프트는 중간 베어링을 통해 지지될 수 있다.
VS5 Type Pump
VS5는 또한 별도의 방전 기둥을 가지고 있다. 차이점은 수직으로 매달린 샤프트에 있다. VS5의 경우, 중간 베어링은 없을 것이다. 펌프 샤프트는 캔틸레버이며 상단 베어링에 의해 지지됩니다.
VS6 Type Pump
VS6는 'Vertical Can Pump' 또는 'Vertical Barrel Pump'라고 부른다.
이 펌프의 목적은 단순하다. NPSHa값이 모자를 때 쓰는 펌프다. 왼쪽에서 유체가 들어오면 그걸 밑으로 한 번 떨궈서 Static head를 확보해주고 아래에서 다시 승압해서 오른쪽으로 내보낸다. 즉, Barrel(=Can)의 목적이 Horizontal Pump(예.BB5)와 다르게 Pump을 위한 최소한의 흡입 양정(Suction head)을 확보해주는 데 있다.
내가 만난 VS6 Pump는 주로 Steam turbine의 Surface condenser 후단에 위치한 Steam Condensate 펌핑 목적이었다.
VS6 펌프에는 이중 케이싱이 있습니다. 이 디자인 때문에 캔 펌프로도 알려져 있습니다. 그것은 펌프 컬럼을 통해 배출되는 수직으로 매달린 펌프입니다. 이 설계는 경우에 따라 지하에 펌프를 설치하여 NPSH를 증가시키는 데 사용됩니다.
스팀 터빈에 고온-고압의 증기가 들어와서 터빈을 돌리고 저압으로 빠져나가는데, 상식적으로 터빈의 효율이 올라가려면 터빈 앞-뒤의 압력차가 커야 한다(=압력 구배가 커야 한다)
후단부 압력을 더 낮게 만들기 위한 목적으로 두는 장치가 바로 Surface condenser다. 일종의 열교환기인데, 저압의 Steam을 식히면, 온도가 급격하게 감소하며 물(=Condensate, 복수)로 변한다. 근데 이 물(복수)은 증기에서 물로 변한 직후의 상태이기 때문에 상이 불안정하고 얼마든지 증기로 다시 변할 수 있는 상태이다(=NPSHa값이 매우 낮다.) 이런 경우 굳이 NPSHa를 확보해주기 위해 땅을 파서 VS6 Pump를 심는다. 생긴 것만 봐도 알 수 있듯이 일반적인 Horizontal type에 비해 엄청 비싸다.
VS7 Type Pump
마지막 API 610 원심 펌프 유형은 VS7입니다. VS7 타입 펌프는 VS6에 비해 볼루트 케이싱 디자인을 사용한다. 다른 요소들은 VS6과 비슷하다.
