저온 유체 이송에 혁명을 일으키는 펌프는 무엇입니까? 극저온 원심펌프 소개

LNG 처리, 반도체 제조 또는 의료 연구와 같은 산업에 종사하는 경우 액체 질소, 액체 산소 또는 액화 천연 가스와 같은 저온 유체를 이동하는 것이 얼마나 까다로운지 알고 있습니다. 이러한 유체는 극도로 차갑게 유지되어야 하며 일반 펌프는 성능 저하나 효율성 저하 없이 극한의 온도를 처리할 수 없습니다. 그러나 최근 이 분야에서 새로운 펌프가 주목을 받고 있습니다.극저온 원심 펌프. 수년간 저온 유체 이송을 괴롭혀온 큰 문제를 해결하기로 되어 있습니다. 그런데 이 펌프가 이전에 사용했던 펌프와 그렇게 다른 이유는 무엇입니까? 좀 더 자세히 살펴보겠습니다.

먼저 극저온 유체의 경우 일반 펌프가 작동하지 않는 이유에 대해 이야기해 보겠습니다. 대부분의 펌프는 온도가 -100°C 아래로 떨어지면 부서지기 쉬운 재료로 제작되며, 추위로 인해 부품이 수축되거나 휘어지기 때문에 씰이 누출되는 경우가 많습니다. 이는 빈번한 고장, 유체 낭비, 심지어 안전 위험까지 의미합니다. 일부 저온 유체가 누출되면 위험할 수 있기 때문입니다. 극저온 원심 펌프를 개발한 팀은 3년 동안 이러한 문제를 연구하면서 전 세계 300명이 넘는 엔지니어 및 공장 관리자와 대화하여 필요한 것이 무엇인지 정확히 파악했습니다.

그들이 가장 먼저 고친 것은 재료였습니다. 그만큼극저온 원심 펌프임펠러에는 티타늄 합금, 펌프 본체에는 니켈이 첨가된 스테인리스강 등 특수 합금 혼합물을 사용합니다. 이러한 소재는 -269°C(절대 영도에 가깝습니다!)의 낮은 온도에서도 부서지지 않습니다. 6개월간 펌프를 사용한 LNG공장 정비기술자와 통화를 해보니 "저희는 냉해로 인해 두 달에 한 번씩 펌프 부품을 교체했는데 이건? 아직 고장난 곳은 없고 추위도 모르는 것 같다"고 하더군요.

다음으로는 씰 시스템이 있는데, 이는 아마도 일반 극저온 펌프의 가장 큰 골칫거리일 것입니다. 극저온 원심 펌프는 냉각 루프가 내장된 이중 기계적 밀봉을 사용합니다. 차가워지면 씰이 마르거나 새는 대신 냉각 루프가 씰을 일정한 온도로 유지하여 단단히 고정됩니다. 제가 방문한 한 반도체 공장에서는 매달 누출로 인해 액체질소가 5% 정도 손실되곤 했습니다. 이 펌프로 전환한 이후로 그 손실은 0.5% 미만으로 감소했습니다. 이는 엄청난 절약입니다. 액체 질소는 저렴하지 않으며 낭비가 빠르게 증가합니다.

효율성은 또 다른 큰 승리입니다. 일반 원심 펌프는 차가운 유체를 이동할 때 많은 전력을 잃습니다. 일반적으로 효율성은 약 60%에 불과합니다. 그러나 극저온 원심 펌프에는 두껍고 차가운 유체에 사용할 수 있도록 모양이 재설계된 임펠러(유체를 이동시키기 위해 회전하는 부품)가 있습니다. 테스트 결과 효율성이 85%로 나타났습니다. 즉, 동일한 양의 유체를 이동하는 데 더 적은 에너지를 사용한다는 의미입니다. 냉동고에 액체 산소를 사용하는 의료 실험실에서는 펌프를 교체한 후 펌프의 에너지 비용이 30% 감소했다고 말했습니다. 연구실 관리자는 “우리는 단순히 돈을 절약하는 것이 아닙니다.”라고 말했습니다. "또한 우리는 전기를 덜 사용하고 있어 환경에도 더 좋습니다. 이는 윈윈(win-win)입니다."

내구성은 또 다른 특징입니다. 팀은 극저온 원심 펌프를 몇 가지 엄격한 테스트를 거쳤습니다. 실제 사용을 시뮬레이션하기 위해 -196°C(액체 질소의 온도)에서 10,000시간의 연속 사용과 500사이클의 가열 및 냉각(냉각에서 실온 및 그 반대로)을 수행했습니다. 그 후에도 펌프는 여전히 새 것처럼 작동했습니다. 대부분의 일반 극저온 펌프는 이러한 조건에서 약 2,000시간 정도만 지속됩니다. 해당 펌프를 사용하는 화학공장의 한 관리자는 “펌프 교체를 위해 3개월에 한 번씩 하루씩 공장을 폐쇄해야 했다”고 말했다. "지금? 우리는 1년 동안 펌프 문제로 가동을 중단한 적이 없습니다. 생산 시간이 길어지고 이는 우리에게 더 많은 돈을 의미합니다."

현재 일부 유명 시설에서는 극저온 원심 펌프가 사용되고 있습니다. 아시아의 한 LNG 터미널에서는 이를 사용하여 액화천연가스를 저장 탱크에서 선박으로 이송합니다. 더 많은 유체를 더 빠르게 이동할 수 있기 때문에 이송 시간이 20% 단축된다고 합니다. 우주 연구 센터에서는 로켓 연료 테스트를 위해 액체 수소(액체 질소보다 더 차가운)를 옮기는 데 이 펌프를 사용하며, 펌프의 정밀도가 실험에서 더 정확한 데이터를 얻는 데 도움이 되었다고 말합니다. 그곳의 한 연구원은 “우리는 로켓 연료에 대한 실수를 용납할 수 없습니다.”라고 말했습니다. "이 펌프는 신뢰할 수 있습니다. 우리는 그것이 언제나 우리가 필요로 하는 일을 정확히 수행할 것이라는 것을 알고 있습니다."

극저온 원심 펌프 뒤에 있는 팀도 아직 완료되지 않았습니다. 그들은 액체 질소에 샘플을 저장하는 생명공학 실험실과 같이 소량의 극저온 유체를 이동해야 하는 실험실을 위한 더 작은 버전을 개발 중이라고 말했습니다. 또한 펌프의 온도, 압력 및 속도를 추적하고 문제가 있는 경우 전화나 컴퓨터에 경고를 보내는 센서인 스마트 모니터도 추가하고 있습니다. “우리는 사람들이 더욱 쉽게 사용할 수 있도록 만들고 싶습니다.”라고 수석 엔지니어가 말했습니다. "매시간마다 펌프를 확인하고 싶은 사람은 없습니다. 모니터를 사용하면 책상에서 펌프가 어떻게 작동하는지 확인할 수 있습니다."

결국 극저온 원심 펌프는 저온 유체를 다루는 사람들의 일상적인 문제를 해결해 주기 때문에 판도를 바꾸고 있습니다. 추위에도 충분히 강하고, 새지 않으며, 에너지를 덜 사용하고, 다른 어떤 펌프보다 오래 지속됩니다. 더 많은 공장, 연구실, 공장에서 이를 시도할수록 극저온 유체 이송의 표준이 될 것이라고 생각합니다. 이는 더 나은 펌프일 뿐만 아니라 작업을 더 쉽고, 더 안전하고, 더 저렴하게 만들어줍니다. 그리고 작은 실수 하나하나에 시간과 비용이 소요될 수 있는 산업에서는 이는 큰 문제입니다.