증기 및 응축수 시스템 합리화, 열이송 시스템

열 수송설비의 개선을 통한 에너지 절감

 

1. 개요

1) 사업장 개요

○ 생산품목: 석유화학제품 전반
○ 에너지 연간 사용량 (2004년도)
연료: 16,814 toe
전기: 125,503 MWh

 

2) 사례 개요

○ 본 사업장의 활동은 “열 수송설비”(스팀공급 및 응축수 회수설비)의 개선을 통해 에너지
를 절감하려는 활동이다. 이번에 에너지절약을 실현한 항목은 메인보일러실에서 생산된
스팀을 각 Work Center에 공급하는 스팀공급배관의 통합을 통한 배관 방열로스 감소,
현장 스팀사용 설비의 응축수 회수설비 개선을 통한 에너지 절감 활동이다.

3) 실증사례 실시기간

○ 계획수립 : 2005년 4월～5월
○ 개선추진 : 2005년 7월～9월
○ 효과측정 및 검증 : 2005년 9월～10월

4) 대상 설비(공정) 개요

○ 본 Project는 메인 보일러실에서 생산된 스팀이 공정에 사용되어 응축수가 생성되고 이
응축수가 응축수 회수설비를 통해 다시 보일러실까지 회수되는 일련의 Process를 대상
으로 하고 있다.

 

 

[그림 1] 스팀 공급 및 응축수 회수 계통

 

 

2. 개선 추진배경

○ 최근 국제유가의 고공행진으로 원가절감 차원에서의 에너지 비용절감이 중요한 과제중
의 하나로 대두되고 있다. 이전부터 에너지 절감 활동을 꾸준히 전개해 왔는데, 이를 당
사의 혁신활동 Tool인 6-Sigma 활동과 연계하여 실시하게 되었다. 그래서 이번에 당 공
장의 주 열원인 스팀의 공급에서 응축수 회수까지의 과정에서 에너지 절감 가능 항목을
철저히 조사하여 선정 ․ 검토하였다.
○ 이번 활동은 “열 수송설비”의 방열로스 감소 및 응축수 회수량을 증대하는 방안에 집중
하여 활동을 실시하였다.

 

3. 기존 시스템의 현황 파악 및 분석

1) 현황 파악

○ 당 공장의 2004년 연료 사용금액 구조를 보면 스팀(1.05 Mpa) 제조에 사용되는 연료비
용이 전체의 55%로 가장 큰 비중을 차지하며, 개선의 Potential이 가장 큰 것을 볼 수
있다. [아래 그림 참조]

 

[그림 2] 당 공장의 연료비 사용구조 ]

 

○ 이에 따라 스팀의 제조, 이송, 사용 및 응축수 회수설비를 대상으로 Project 팀원 토의를
통해 개선의 우선순위를 선정한 결과 스팀 이송설비 및 응축수 회수설비(“열 수송설비”)
를 개선의 대상으로 선정하게 되었다.

2) 현황 분석

 

○ Top Down Charting 통해 스팀 제조에서 응축수 회수까지의 핵심 Process와 그의 하부

Process를 도시한 후 Project의 범위를 명확히 하여 핵심 Issue를 도출하였다.

○ 도출된 핵심 Issue는
1. 스팀 공급과정의 방열로스 최소화
2. 설비의 요구온도에 맞는 스팀 압력의 설정
3. 스팀 사용 후 생성된 고온 응축수의 현열까지 최대로 사용하는 방법 마련
4. 응축수 회수과정의 손실 최소화
이상의 네 가지 이다.

 

 

3) 개선추진 경위

가. 추진체계

○ 설비지원팀 에너지파트에서 스팀 제조, 이송, 응축수 회수설비를 운전, 관리하고 있으므
로 에너지파트 인원을 대상으로 Project Member를 선정하였다. 데이터의 수집은 보일러
실 실원, 데이터 분석은 Project Leader, 개선항목 도출 및 실행은 Project Member들 간
의 회의를 통해 진행하였다. [아래 그림 참조]

 

[그림 5] Project 추진 체계

 

 

 

나. 목표설정

 

○ Project의 목표 설정을 위해 응축수의 경제적 가치를 계산한 결과, 시간당 응축수 회수량
1ton 증가시 연간 32백만원의 경제적 효과가 있는 것이 판명되었다. [위의 그림 참조]

○ 또한 현황분석에서 도출된 Issue들의 해결을 통해 얻을 수 있는 경제적 가치를 아래와
같이 도출하였고 이를 본 Project의 목표로 선정하였다.

○ Project 목표 설정
응축수 회수율 향상 : 100 백만원/년
응축수 현열 재사용 : 50 백만원/년
열 수송설비 방열로스 감소 : 50 백만원/년
스팀 사용효율 향상 : 50 백만원/년

○ 즉시 개선이 가능한 항목은 즉시 실천 하여 개선 효과를 극대화 한다.

 

 

다. 문제점 및 검토

 

○ 본 Project의 가장 큰 Issue인 응축수 회수율 향상 및 방열로스 감소를 위해 원인을 조
사하여 Pareto 챠트로 정리 하였다. 보일러에서 공급된 스팀의 양 중에서 응축수로 보일
러실 까지 회수되지 않는 양을 100으로 보았을 때 응축수의 “재증발”로 인한 손실이 가
장 큰 것을 볼 수 있으며, 스팀의 초기 보유 열량을 100으로 보고 스팀이 Process의 과
정을 거치면서 손실되는 열량을 보면, 생산설비에서 사용되는 열량이 가장 크고(이 부분
은 손실이 아님) 그 다음으로 응축수 회수설비에서 발생되는 손실이 가장 큰 것을 볼 수
있다. 

○ 또한 응축수 회수율 저하에 관해서 4M(Man, Machine, Material, Method)요인에 대한
Cause & Effect Diagram을 활용하여 근본 원인을 도출 하였다.[아래 그림 참조]

 

 

[그림 8] Cause & Effect Diagram

 

 

 

4. 개선 내용

○ 도출된 근본원인을 해결하기 위해 Project 팀원 토의를 통해 전체적인 System 개선방안
을 수립하였다. 개선 방안은 스팀 공급에서 응축수 회수까지 광범위 하게 다수의 아이디
어가 도출되었다. 개선 아이디어 중 주요한 몇 가지만 소개한다.

 

1) 스팀 공급배관 통합으로 방열로스 감소

○ 시행일자 : 2005년 8월
○ 투자비 28백만원(배관공사 25백만원, 보온공사 3백만원)
○ 효과금액 30백만원/년
○ 세부 내용 : 개별로 스팀이 공급되던 8개의 Work Center의 스팀라인을 통합하여 스팀을
공급함으로써 배관 방열로스로 인한 에너지 손실을 감소시킴.
○ 30백만원/년 = (11.9 × 300 + 9.8 × 300 + 11.9 × 100)Kg/h × 7,200h/년 ÷ 50m ×
(7/12 + 1.13× 5/12) ÷ 1,000× 68KgC9/Steam-ton× 377원/KgC9 ÷ 1,000KgC9/ton

 

2) 난방용 열풍팬 스팀트랩 개선

○ 시행일자 : 2005년 3월~5월
○ 투자비 15백만원 (배관 및 보온)
○ 효과금액 24백만원/년
○ 세부 내용 : 현장 작업자 난방용 열풍팬의 트랩을 기존의 FT Type에서 BPT Type으로 개
선하여 스팀 사용량 절감 및 재증발 증기 발생감소로 응축수 회수율을 향상시킴.

 

- 24백만/년 = (24,000Kcal/h × 30대 + 17,000Kcal/h × 20대) ÷ 510Kcal/Kg × 24h/일
× 25일/월 × 5월/년 ÷ 1,000Kg/ton × 68KgC9/ton × 377원/KgC9 × 0.15
- 응축수량 실측결과 BPT트랩 사용시 FT 트랩 대비 15%의 응축수량이 감소함.(스팀압력
3Kg/Cm² 기준)

 

 

3) 고압응축수 직회수

○ 시행일자 : 2005년 10월
○ 투자비 15백만원(배관공사 11백만원, 보온공사 4백만원)
○ 효과금액 30백만원/년
○ 세부내용 : 기존 오그덴펌프를 통해 회수되던 고압 응축수 라인을 회수설비를 거치지
않고 보일러실까지 직접 회수하여 재증발 손실 방지 및 에너지를 절감함
- 30백만/년 = 2,100 Kg/h × 0.5 × 0.159 × 7,200 h/년 × (639-20) Kcal/Kg ÷ 10,300
Kcal/KgC9 ÷ 0.9 × 377 원/KgC9
- 6~12CAL 평균스팀부하는 2,100 Kg/h 임

 

 

[그림 12] 개선 전과 개선안

 

 

4) 고온응축수 재활용

○ 시행일자 : 2005년 12월(예정)
○ 투자비 50 백만원,
○ 효과금액 63 백만원/년
○ 세부내용 : 다단 열교환기에서 고온으로 배출되는 응축수를 재활용하여 에너지 사용량
절감 및 재증발 증기 발생량을 감소시킴.
- 63백만/년 = [{1ton/h × 0.23 × 68Kg/Steam-ton} + {770 Kg/h × (180 – 90)℃ ÷
10,300 Kcal/KgC9 ÷ 0.9 }] × 7,200 h/년 × 377원/KgC9

 

○ Test결과 : Test 실시 결과 23%의 스팀 사용량이 감소하는 것을 확인할 수 있었음.

 

 

 

5. 개선 효과

1) 계량 효과

○ 본 Project를 통해서 앞서 소개한 4가지의 주요 개선아이템 이외에 다수의 아이템이 발
굴되었다. 이 아이템들은 현재 실시 완료, 추진 중 또는 향후 실시 계획 되어 있다. 앞에
소개한 주요 개선 아이템에 대한 계량 효과는 다음의 표와 같다.

 

 

 

<표 1> 개선 효과

 

2) 비계량 효과

○ 이번 Project를 진행하는 과정에서 팀원간의 회의를 통해 새로운 다수의 아이디어가 도
출되어 에너지 절감의식을 고취하였고, 재증발 증기 발생량을 감소시켜 에너지 절감뿐만
아니라 증기 발생으로 인한 가시적 공해를 해소하는 계기가 되었다. 또한 6 Sigma란
Tool을 사용해 문제에 대해 과학적인 방법으로 접근하여 문제를 해결함으로써 문제 해
결 능력을 향상 시켰다.

 

6. 개선 시 애로사항과 해결방안 개요

○ 본 Project를 진행하면서, 최근 경기 부진으로 생산부서 담당자와의 업무협의를 통해 투
자비용을 집행하는 과정에 어려움이 있었으나, 개선으로 인한 효과를 입증하여 원만하게
해결할 수 있었다.
○ 모든 학문과 마찬가지로 기본에 충실하는 것 이외에는 에너지 절감에 왕도가 따로 없다
고 생각한다. 불합리한 점을 끊임없이 개선하고 이를 다시 Zero Base 관점에서 생각함
으로써 새로운 개선 아이디어를 도출하는 과정이 가장 어려우면서 동시에 중요하다.

 

 

 

참고문헌
1. 한국에너지공단, 산업체 에너지절약 우수사례집, 2007
2. 한국에너지공단, 2005 ESP 실증사례집, 2005

 

 

 

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