[논문]Reactor Agitator 의 진동분석 및 진단사례

유주형; 정구충; 이선휘

Reactor Agitator 의 진동분석 및 진단사례
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유주형 (대림산업) , 정구충 (삼성엔지니어링) , 이선휘

All chemical processes are centered in the chemical reactor. Chemical reactions are often accompanied by mixing. Mixing can influence not just reaction rate but also product distribution if more than one product is possible. So, reactor agitator is more critical in industrial reactions. High vibration was occurred on reactor agitator which is critical equipment in HDPE plant. This paper describes analysis and diagnosis for agitator vibration throughout some tests. High vibration has been occurred by misalignment and resonance. Through the correction it could be stable.

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 HDPE (High Density Poly Ethylene)를 생산하는 플랜트에서 운용되고 있는 4 대 중 3 대의 Reactor agitator 에 비정상적으로 큰 진동이 발생하고 있어서 진동분석을 통해 기계의 상태를 점검하였으며 분석방법 및 문제 대책처리에 대해 기술하였다.

제안 방법

각 부위의 진동측정과 Impact test 및 ODS 분석도 동일한 위치에서 실시하였으며, 구동 Motor의 horizontal 방향은 gearbox 감속방향, vertical은 horizontal 의 90도 회전한 방향이다.
육안으로 agitator의 진동감시 결과 motor측 상단의 radial 방향에서 상대적으로 높은 진동이 발생하고 있어 정상적인 운전이 어려운 상태이다. 이에 그 원인을 규명하고 대책을 세움으로써 원활한 작동이 되도록 정밀 진단을 실시하였다.
일반적으로 Motor를 구동원으로 한 Agitator설비에서 발생하고 있는 진동은 구동 motor의 결함 진동과 gearbox 및 agitator의 결함진동, agitator blade의 통과에 의한 진동, motor와 gearbox, agitator 축을 연결하는 coupling 에서의 축 정렬불량 진동 등이 있으므로 이런 특성을 잘 나타내는 위치를 선택하여 진동 측정 위치로 정하였다. 진동 측정 방향은 수직, 수평, 그리고 축 방향의 3 방향 진동을 설정하였다.
진단 방법은 구동 motor, gearbox 및 agitator의 위치 별 측정한 진동 데이터를 정밀 분석하여, 설비 결함의 원인을 찾아내고 현재의 진동이 설비 운전에 가능한 상태인가를 평가하기 위해 현장 가동중인 agitator 3대를 동시에 90% 부하에서 운전을 실시하고, 진동측정 하였으며 이를 분석하였다. 또한 설비가 과도한 진동을 보이고 있어 공진이 의심되므로 설비의 고유진동수를 측정하기 위해 Impact test를 실시하였고, 각 모드에서 설비의 거동을 확인하기 위해 ODS분석을 함께 실시하였다.
일반적으로 Motor를 구동원으로 한 Agitator설비에서 발생하고 있는 진동은 구동 motor의 결함 진동과 gearbox 및 agitator의 결함진동, agitator blade의 통과에 의한 진동, motor와 gearbox, agitator 축을 연결하는 coupling 에서의 축 정렬불량 진동 등이 있으므로 이런 특성을 잘 나타내는 위치를 선택하여 진동 측정 위치로 정하였다. 진동 측정 방향은 수직, 수평, 그리고 축 방향의 3 방향 진동을 설정하였다.

데이터처리

진단 방법은 구동 motor, gearbox 및 agitator의 위치 별 측정한 진동 데이터를 정밀 분석하여, 설비 결함의 원인을 찾아내고 현재의 진동이 설비 운전에 가능한 상태인가를 평가하기 위해 현장 가동중인 agitator 3대를 동시에 90% 부하에서 운전을 실시하고, 진동측정 하였으며 이를 분석하였다. 또한 설비가 과도한 진동을 보이고 있어 공진이 의심되므로 설비의 고유진동수를 측정하기 위해 Impact test를 실시하였고, 각 모드에서 설비의 거동을 확인하기 위해 ODS분석을 함께 실시하였다.
측정오차를 줄이고 측정 데이터의 신뢰도를 높이기 위해서 20개의 입력신호를 평균 내고 이를 3~4회 반복하여 얻어진 값을 채택하였다. Figure 1은 Reactor agitator 설비의 진동 측정점을 나타낸 것이다.

성능/효과

(4) 위의 변경사항으로 인해 기존의 기기보다 AG-26121 과 AG-26122 는 약 800kg 무게 증가. AG-26124는 약 970kg 무게 증가가 이루어 짐
또한 Impact test 결과, motor 측에서는 315cpm과 330cpm이, Lantern과 Agitator에서는 210cpm이 고유진동수로 나타났다.
종합해보면 motor 부위에서는 315cpm, agitator 부위에서는 225cpm 성분이 나타나고 있는데 이는 회전성분의 2X인 230cpm과 3X인 345cpm이 고유진동수 부근에 위치하고 있어 진동이 증폭되어 발생하며 Cantilever 형태를 이루고 있어 가장 바깥쪽에 위치하고 있는 motor NDE에서 진동이 가장 크게 나타나고 있다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

진동 저감을 위한 Agitator의 설계변경은 어떻게 이루어져야 하는가?

(1) AG-26121과 AG-26124의 축 정렬 실시 (2) 각 Agitator의 gearbox와 lantern을 연결하는 부분에 support 및 support frame을 추가하였다. 이로 인해 좀 더 견고한 구조를 갖게됨 (3) Lantern의 재설계 기존의 것보다 out dia 및 wall thickness를 증가시킴. (4) 위의 변경사항으로 인해 기존의 기기보다 AG-26121 과 AG-26122 는 약 800kg 무게 증가. AG-26124는 약 970kg 무게 증가가 이루어 짐

회전기계에서 가장 흔히 발생하는 문제는?

석유화학 플랜트에서 회전기계가 차지하는 비중은 굉장히 크며 만일 이런 장비에 문제가 생기게 되면 플랜트의 생산성에 큰 지장을 주게 된다. 이러한 회전기계에서 가장 흔히 발생하는 문제가 바로 진동이며 이는 소음을 유발할 뿐 아니라 근처의 다른 구조물에도 영향을 미쳐 기계의 파괴까지 이르게 된다. 회전기계에서 가장 빈번하게 일어나는 진동은 공진 및 축 정렬불량, 그리고 질량 불평형 등이다.

회전기계에서 가장 빈번하게 일어나는 진동은?

이러한 회전기계에서 가장 흔히 발생하는 문제가 바로 진동이며 이는 소음을 유발할 뿐 아니라 근처의 다른 구조물에도 영향을 미쳐 기계의 파괴까지 이르게 된다. 회전기계에서 가장 빈번하게 일어나는 진동은 공진 및 축 정렬불량, 그리고 질량 불평형 등이다. 특히 진동분석법을 이용한 진단법은 다른 비파괴 진단법에 비해 가장 정확하고 많은 정보를 얻을 수 있으며, 가동상태에서 측정하기 때문에 실제 운전상태에 대한 올바른 진단을 내릴 수 있다는 장점을 갖고 있어 회전기계류의 평가에 널리 사용되고 있다.

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