Compressor Surge 현상: 발생 원인과 방지 전략

Compressor Surge 현상: 발생 원인과 방지 전략

Surge는 주로 Centrifugal Compressor에서 발생하는 비정상 운전 현상으로, 기체 흐름이 순간적으로 역류하면서 압축기가 진동, 소음, 성능 저하를 겪는 위험한 상황이다. 심한 경우 임펠러 파손, 베어링 손상까지 초래할 수 있으므로, 예방과 제어 전략이 필수적이다.

1. Surge의 정의

Surge: 압축기에서 압축된 유체가 배관 저항을 이기지 못하고 역류하는 현상. 이는 Flow vs Pressure 곡선 상에서 불안정 영역에 진입할 때 발생한다.

2. Surge 발생 메커니즘

• 유량 감소 → 압축기 배출 압력이 급증
• 임펠러가 더 이상 유체를 밀어내지 못함
• 일시적 역류 발생 → 압축기 내 진동, 소음 증가
• 순간적 압력 파형이 반복적으로 나타남

3. Surge 발생 징후

• 흡입/배출 압력의 진동 (Oscillation)
• 이상 소음 (Drumming, Squealing)
• ΔP 급변 및 유량 급감
• 컴프레서 베어링 온도 상승

4. Surge 방지 전략

① Anti-surge Valve 시스템

• 설정 유량 이하 진입 시 자동으로 Bypass 라인을 개방
• 흡입측 유량계, 압력계, 계산식 로직 기반 자동 제어

② Surge Control Logic

• Surge Curve 기반 MAP (Minimum Allowable Point) 설정
• Flow & Head 값을 실시간 비교

③ 다단 압축기 운전 시

• 중간단에서 Surge 발생 시 전체 운전에 영향
• 각 단별 Anti-surge 시스템 독립 구축 필요

5. 설계 시 고려 사항

• 배관계 저항 확인 → 너무 높은 Backpressure는 Surge 유발
• 시운전 중 Recycle Line 설정 필수
• 정지 시 Surge 방지를 위한 Slow Ramp-down 적용

결론

Compressor Surge는 예측 가능한 현상이지만, 실무에서는 제어 로직 오류, 센서 불량, 급격한 부하 변동 등으로 인해 발생할 수 있다. 정확한 Surge Line 설정, Anti-surge Valve의 정상 작동 확인, 운전 조건의 지속적인 모니터링을 통해 압축기 손상을 예방하고 안전한 운전을 유지할 수 있다.