염색공장의 성 에너지...

한국섬유소재연구소 : 기술자료(2010년 3월)

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염색공장의 성 에너지 대책京都시 산업기술연구소 섬유기술센터, 2005.

1. 에너지 대책의 필요성

-- 중 략 --

2. 에너지 관리의 기초

에너지 관리의 흐름은 다음과 같다. 우선 사용하고 있는 에너지를 시간적, 정량적으

로 파악해 에너지를 보다 유효하게 활용하는 것을 계획한다. 그 계획을 실행하는 것으

로 계속적으로 성 에너지를 실현할 수 있다. 이 때 공정 등의 개선도 행해지기 때문에

생산성 향상과 생산 시스템의 합리화 등의 이득을 얻을 가능성도 있다.

(1) 예비단계로서 관리에의 참여와 동기부여를 확보한다.

우선 관리에의 협력을 얻는다. 에너지관리의 담당자만으로는 실행할 수 없기 때문이

다. 에너지를 사용하는 사람 모두가 성 에너지 의식을 갖는 것이 중요하다. 전원 참가

가 요구되는 시점이다.

다음에 에너지 관리에 대한 동기부여를 행한다. 경영자의 리더쉽이 성과에 크게 영향

을 준다. 경영자가 에너지관리 필요성을 충분히 확인할 필요가 있다. 그리고 성 에너지

담당부문 또는 담당자를 정한다. 성 에너지에 관한 직물권한을 담당자 또는 담당자에

게 위양하고 톱으로부터의 위임에 의한 에너지활동 팀을 구성한다. 전원 참가로 행하

기 위해서는 정보 공유가 불가피하기 때문에 정보전달 방법을 확립할 필요가 있다. 또

관리체제의 정비가 중요하다. 관리가 쉬운 체제를 검색해야 한다.

성 에너지 추진 위원회를 설치한다. 에너지 사용 각 부문으로부터 대표자를 구성하고

성 에너지 담당자 또는 부문이 중심이 되어 운영한다. 경영자를 위원회의 리더로 하고,

계속 가능한 체제 구성(관리체제 구성이 목적이 아닌 관리가 목적)을 염두에 두고 반

드시 수정 기회를 갖는다.

(2) 현 단계에서의 감시와 계측상태 및 수행수준에 대해 분석하고 평가한다.

회사가 관여하는 범위 내에서의 현상을 파악해야 한다. 에너지 삭감은 기술 뿐 아니

라 기업 방침 및 에너지 관리의 질도 중요하다.

처음 에너지 소비상황을 분석한다. 현장에 관한 모든 정보를 수집해 각 프로세스의

에너지 사용상황을 파악하고 현장 주변의 에너지의 흐름을 파악한다. 이 분석 결과로

부터 효율화가 가능한가 아닌가를 정밀화한다. 소비상황의 분석으로 얻어진 각 공정에

서의 에너지 수지, 기계장치, 에너지 전환효율개선을 위한 이론 데이터, 원재료의 성질

등을 참고로 한다. 몇 개의 공정으로 분류한다. 현상의 공정분석에 이어 재설계할 경우

다른 공정을 이용할 경우에 삭감할 수 있는 에너지를 표시할 필요가 있다. 이는 현재

의 에너지 사용을 조사하고 어디에서 효율화를 달성할 수 있는지를 확인하는 단계가

된다.


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차원 단위

길이 m(meter)

질량 kg

시간 s(second)

열역학온도 K(켈빈)

표 1 많이 사용된는 기본 SI단위

배수접두어

배수접두어

명칭 기호 명칭 기호

1024 yotta Y 10-1 deci d

1021 zetta Z 10-2 centi c

1018 exa S 10-3 mili M

1015 peta P 10-6 micro μ1012 tera T 10-9 nano n

109 giga G 10-12 pico p

106 mega M 10-15 femto f

103 kilo k 10-18 atto a

102 hecto h 10-21 zepto z

101 deca da 10-24 yocto y

표 2 SI 접두어

다음에, 계획한 관리는 잘 실행할 수 있는가를 조사한다. 에너지관리를 잘 행하고 있

는 경우에는 현재의 관리상황을 평가한다. 어디가 잘 행하고 있는지, 어디가 잘못되어

가고 있는지의 흐름을 파악해 낸다. 관리에 의해 에너지 사용 상황에 대한 정보를 가

능한 한 많이 수집해 관리하는 것이 보다 이상적이다

효율화가 가능한가를 명확히 함으로서 성 에너지를 달성하기 위해 몇 가지의 선택사

항을 얻을 수 있다. 그러나 이들 중 어느 것이 실현할 수 있는가 하는 것은 공장 내의

조직 상태에 크게 좌우된다. 우선 사내에 있어서의 현재의 에너지 관리 상태를 명확히

확인하고, 이어 조직과 계측기에 의한 측정, 모니터링, 정보에 관한 개량을 어떻게 행

할 수 있는가 등의 방법을 제안한다.

(3) 에너지 플랜을 발전시킨다.

우선 방침을 결정한다. 이어 장기삭감계회, 중기 공장전체에 있어서의 계획, 초기년

도의 상세한 프로젝트계획, 에너지 관리를 개선하는 활동(에너지 계획 시스템을 확립

하지 않은 경우는 그 확립을 포함)한 성 에너지 계획을 책정한다. 그리고 개선제안의

선택항목 중에서 기술적 가능성과 경제적 쌍방 측면에서의 실시 가능한 것을 선택한

다. 계획마다 정한 기간 내에 실시할 수 있도록 한다. 계획은 삭감이 행해지는 것을 전

재로 입안한다.

(4) 프로젝트를 실행해 에너지관리의 정착을 행한다.

3. 단위에 대하여

구체적인 성 에너지의 포인트를 소개하기 전에 소단위에 대해 설명을 하겠다. 현재

법적계량단위는 국제단위계(SI단위)로 통일하고 있다. 생산현장에서는 기존의 공학단위

가 표시되어 있는 설비와 계기가 많이 존재하고 있다. 기

존 단위는 cal(칼로리)를 사용하였으나 현재에는 J(주울)

이 많이 사용된다. 계기류의 표시도 향후 SI 단위가 된다.

따라서 SI 단위에 습관을 들일 필요가 있다.

(1) 국제단위계(SI단위)

SI단위는 7개의 기본단위로 구성되어 있다. 기

본단위 중에서 많이 사용되는 4개의 단위는 표4

에 있다. 여기서 질량 g(그램)이 아닌 kg이 된

다. 10의 정수승배를 나타내는 접두어는 많이

사용되고 있다. 많이 사용되는 접두어를 표2에

소개한다. 이 접두어는 기본단위 및 조립단위에

모두 공통으로 사용한다.

힘과 에너지 등에 있어서 기본단위로 표시하지

않는 물리량은 기본단위를 조합시켜 표시한다.


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이것을 조립단위라 부른다. 조립단위에는 새로운 호칭이 붙여질 경우도 있다. 이들 단

위와 구 단위와의 관계에 대해서는 다음에 설명하겠다.

(2) SI와 기존 단위

a. 힘 : 질량 1kg의 물체에 m/s2이 가속도를 부여하는 힘을 1N(뉴튼)이라한다. 기본

단위로 표시하면 1N=1kg․m/s2가 된다. 기존이 공학단위에서는 중량킬로그램

(kgf)이 사용돼 왔다. 이것은 물체의 중량개념이나, 물체에는 지구의 중력이

걸리기 때문에 어느 물체의 중량은 그 물체의 질량과 지구의 중력가속도와의

합이 된다. 지구의 중력가속도는 장소에 따라 값이 달라지기 때문에 이것으

로 불일치를 피할 수 있기 때문에 국제 표준값이 9.80665m/s2로 정해져 있

다. 따라서 1kgf=9.80665가 된다.

b. 압력 : 단위면적 당 걸리는 힘으로, Pa(파스칼)이라는 단위로 표시한다. 1Pa=1N/

㎡가 된다. 일기예보의 기압을 표시하는 데에는 hPa(헥토파스칼)을 사용하고

있으나 이 헥토(hecto)는 표 2에 있는 접두어이다. 공장에서 많이 사용하고

있는 kgf/㎠를 Pa로 환산하면 1kgf/㎠=1×104kgf/㎡=9.80665×104N/㎡

=9.80665×104Pa=0.098MPa이 된다.

c. 일․에너지․열량․전력량 : 일, 에너지, 열량, 전력량의 단위는 모두 J(Joule)을 사용한

다. 1N의 힘이 그 힘의 방향으로 물체를 1m 움직일 때의 일 량이 1J=1Nm

이다. 그런데 열량을 나타내는데 사용하는 cal(칼로리)는 1g의 물을 1℃ 올

리는데 필요한 열량을 1cal로 정의하고 있다. 이것은 물의 온도에 따라 다르

기 때문에 몇 가지 종류가 있으나, 1kcal=4.186kJ로 환산해도 그렇게 크게

변하지는 않는다. 또 전력량으로 이용하고 있는 kWh(킬로와트 시)는 SI에서

J로 표기해야 하나, 전력분야에서는 국제적으로 kWh를 사용하는 것으로 협

정되어 있다. W(와트)는 일율과 전력단위로 SI에 속하고, 매초 1J에 같은 에

너지를 발생시키는 효과로 정의되어 있다. 1kWh=3,600kJ이다.

d. 온도 : 열역할 온도의 단위. 켈빈(Kelvin)은 물의 3중점(물과 수증기와 얼음이 공

존하는 상태)의 열역할 온도의 1/273.16으로 정의하였다. 지금도 널리 사용

되고 있는 ℃(Celsius)는 물의 빙점(물과 얼읍과 공기가 공존하는 상태)와 비

점과의 차이를 100으로 정한 온도로, 온도이 간격 도는 온도의 차는 켈빈에

서도 Celsius 도 아무거나 사용할 수 있다. Celsius 온도 t(℃)와 열역학 온

도 T(K)에는 t(℃)=T(K)-273.15의 관계가 있어 Celsius 온도도 사용할 수

있다.

4. 에너지 사용 상황 파악

에너지관리에는 열관리와 전기관리의 두 가지로 대별된다. 열관리란 연료 및 이것을

열원으로 하는 열의 유효이용을 꾀하기 위한 관리이고, 전기관리는 전기의 유효이용을


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그림 1 금액 그래프의 예

종별 환산계수 단위

전력 10.25 MJ/K쪼

도시가스 45 MJ/㎥

중유 A 39.1 MJ/L

등유 36.7 MJ/L

표 3 각종 에너지 환산표

꾀하기 위해 관리한다. 이들 두 개를 통합해서 에너지관리를

행할 수 있다. 여기서는 열․에너지 양쪽의 성 에너지를 위해 참

고가 되는 사항을 소개하겠다.

공장에서 성 에너지를 추진하기에는 우선 공장에 있어서의

에너지 사용상황을 파악하는 것으로부터 시작된다. 눈으로 보

이지 않는 에너지가 어디에서 어느 형태로 사용되고 있는가를

알기 위해 사용한 에너지를 열량으로 환산하거나 에너지 원단

위를 구하거나, 또는 열의 수지로 취급한 그래프로 표시한다.

이 그래프로부터 개선해야할 것과 문제점을 알 수 있다.

(1) 사용하고 있는 에너지의 종류와 량을 조사한다.

에너지의 소비량을 그래프로 나타내 보자. 첫 해에 1년

간 공장에서 사용한 에너지 소비량을 금액환산 그래프로

나타내 보자. 일예를 그림 1에 보였다. 공장에서 사용하

고 있는 에너지는 중유, 가스, 전력이 주이나, 종류가 다

른 에너지를 각각 달리한 단위량 그대로 동일그래프로 나타낼 수는 없다. 이것을 가능

하도록 하는 방법으로 각종 에너지를 열량으로 환산해서 표시해 비교한다. 각종 에너

지의 환산표는 표 3과 같다.

또 별도의 분석법으로 금액으로 환산해 그래프로 나타낼 수 있다. 단 에너지 관리를

하고 있는 단계에서는 코스트 관리에도 설정기준의 유지는 가능하나 삭감을 위해 필요

한 정보가 얻어지지 않기 때문에 코스트의 관리와 동시에 사용량도 관리하는 것을 추

천한다.

(2) 염색물에 대해 에너지의 종류마다 사용량 비율을 구한다.

생산량(가공량)과 그 생산(가공)에 필요한 에너지 량과의 관계를 알리기 위해 에너지

단위라고 하는 단위수치를 사용한다.

a. 연료원단위 b, 전력원단위 c. 용수 원단위

생산량연료사용량

생산량전력사용량

생산량용수사용량

a. b. c.에 있어서 분모에 해당하는 생산량은 원사와 편물의 염색에서는 가염 총 중

량을, 소폭 견직물에서는 원단 당, 그 외 염색가공품에서는 평방미터(㎡)와 길이를 맞

춰 계산하고 있으나 상호 비교를 위해서는 중량으로 바꿔 계산한다.

(3) 열의 흐름도 표시 예

공장 내의 열에너지의 흐름을 한 번에 알 수 있도록 그림으로 표시한 것이 열 흐름

도이다. 이 열 흐름도는 열의 물질수지(입열=출열)에 준해 열량계산을 행한다. 예를 들

면 그림 2와 같이 연료가 갖는 총 에너지가 어떠한 흐름으로 이용되었는가, 그 배분을

알 수 있도록 한 것이다.


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(4) 공정 전체의 에너지 흐름 뿐 아니라 각각의 에너지 소비량을 파악한다.

실제 에너지의 동적 흐름을 알기 위해서는 에너지의 종류별로 정량적으로 파악하지

않으면 안 된다. 따라서 에너지의 발생, 수송, 소비에 이르기까지의 흐름을 계측하고

공정별, 또는 보일라 별, 로별 등 설비 단위로 파악할 필요가 있다. 이것을 파악하기

위해서는 각종 측정기기를 최소한 설치하지 않으면 안 된다. 예를 들면 유량계, 온도

계, 압력계, 배기가스 O2계, 전압계, 전류계, 전력계 등이다. 얻어진 측정값은 기록, 정

리해 에너지 손실 분포와 경향을 알 수 있도록 도표화 한다. 이 때 동시에 대응하는

조업조건도 고려하면, 조업조건의 변화에 대한 에너지 사용량의 증감이 밝혀지게 되어

성 에너지를 위한 최적 조업조건을 확립할 수 있게 된다. 이렇게 하면 누구도 에너지

손실분과 경향을 파악할 수 있어 목표설정이 용이하게 된다.

5. 열에너지의 유효이용

열에너지를 유효하게 이용하기 위해서는

① 열에너지 방산을 막는다

② 적정 질의 에너지를 사용한다

③ 부하의 변동에 맞는 시스템을 채용할 필요가 있다.

열에너지의 방산으로 자주 있는 것이 방열이다. 방열은 눈에 보이지 않기 때문에 알

기 어려워 열 계산으로 처음으로 수치화해서 볼 수 있도록 한 것이다. 그러나 수치로

서는 보이지 않아도 가까이서 열을 느낄 수 있다. 또 배기가스와 배액 등에 따라 대

기로 사라지는 열도 있다. 또한 증기의 누수와 연소시의 공기와 함께 방출되어 버리는

열도 있다. 적절한 질의 에너지를 사용한다고 하는 것은 그다지 현실적이지 않지만, 예

를 들면 석탄을 태워 목욕물을 데울 때 석탄 등의 화석연료는 화학에너지라고 하는 형

태로 매우 높은 유효에너지를 갖고 있어 연소열의 95%는 유효에너지이다. 이것으로

목욕물을 끓이면 유효에너지를 대부분 소모해 버리기 때문에 무모한 것이 된다. 이러

한 상태는 적정한 질의 에너지를 사용하고 있다고 할 수 없다. 화석연료는 발전과 고

온 프로세스에 이용하고 그 배열을 저온 프로세스에 이용한다고 하는 열에너지의 단계


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그림 3 중유연소에 있어서의 배가스

분석으로 공기비를 구하는 그림

별 이용을 행할 필요가 있다.

염색가공공정에 있어서 에너지를 거의 일정하게 사용상황을 계속하는 것은 상당히

어렵다고 생각한다. 이러한 경우 최대 부하를 설정하는 것만으로 설비를 설치하는 것

은 고정비 증대가 된다. 그래도 통상 보일러 등에서는 최대부하일 때의 최대효율이 얻

어지도록 설계하고 있기 때문에 평상 운전시의 효율이 나쁜 상황도 있다.

5.1 증기의 유효이용

5.1.1 보일러의 관리

보일러가 고효율로 증기를 만드는지, 또 쓸모없는 연료가 소모되고 있지 않은지 점검

해야 한다. 보일러 용량이 변하지 않는 경우에도 정비 상황에 따라 중유사용량이 크게

다른 경우가 있다. 보일러에서 중유를 연소시킬 경우, 공기비의 조정과 버너 등의 정비

상황에 따라 상당히 연료소비량을 절약할 수 있다. 보일러의 양호한 운전상황의 유지

보전은 성 에너지의 기본이 된다.

(1) 버너 공기비의 조정은 중요하다.

연료를 완전 연소시키는 것에 필요한 공기량을 반응식으

로 구한 것을 이론공기량이라고 한다. 실제 연소에 필요한

공기량과 이론공기량과의 비를 공기비라 부른다. 이때의

연소에 필요한 공기량과 이론공기량의 차는 연소에 기여

하지 않는 잉여공기를 나타내고, 이 잉여공기가 많으면 배

기 가스량이 많아져 배열로 해서 에너지를 낭비하게 된다.

따라서 이 공기비의 수치를 가능한 줄여야 하는 것이 연

료의 절약이 된다. 그러나 너무나 공기비를 줄여도 불완전

연소를 일으켜 보일러 연소화염이 소정의 온도에 도달하

지 않아 오히려 목적에 이르지 않게 된다.

양호한 공기비의 범위는 1.1~1.3이 적당하다. 이 공기비는 연소배가스 중의 산소농

도를 측정함으로서 알 수 있다. 예를 들면 배기스 중의 산소농도가 5%가 되면 공기비

는

=

=13(21은 통상 공기중의 산소농도[%])가 되고, 이 사실은 적정한 운전

범위라고 판단할 수 있다. 이와 같이 배가스 중의 산소농도는 보일러 연소상황의 파라

메타가 된다. 중유 연소에 의한 배가스의 분석으로부터 공기비를 구하는 선을 그림 3

에 소개한다. 이처럼 배가스 중의 산소농도를 측정함으로서 공기비를 관리할 수 있다.

(2) 보일러의 정비는 충분한가?

보일러는 연소를 효율 좋게 연소시켜 소정의 압력 및 온도의 증기 또는 온수를 발생

하는 설비이다. 따라서 일상의 관리를 충분히 행해 항상 양호한 상태에서 보일러를 사

용함으로서 성 에너지에 기여함은 물론 노후화의 진행을 경감할 수 있다.


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그림 4 보일러 부하변동상황 예

m압력

(MPa)

온도

(℃)

잠열

KJ/kg

0.5 151.84 2107.4

0.6 158.84 2085.0

0.7 164.96 2064.9

0.8 170.41 2046.5

0.9 175.36 2029.5

1.0 179.88 2013.6

표 4 포화증기 압력․온도․잠열

a. 정기점검

버너의 점검, 청소 기준, 교체 기준을 정해 점검, 정비한다.

버너 노즐 막힘, 마모, 변형 등이 없는지 체크한다. 보일러 내외 면에 스케일과 녹의

부착, 핀홀과 부식 등이 없는지 조사한다.

b. 화염 관찰

공장 가동율이 저하해 보일러의 필요도 낮아질 때 보일러를 자주 가동시키지 않아도

될 때가 있다. 이 경우 연소공급을 준수하는 것만으로 양호한 보일러의 가동상황을 얻

을 수는 없다. 일상 보일러 부하에 대해 버너 용량이 적정한지를 확인, 용량 과대의 경

우에는 버너 노즐의 형상, 구경 등을 보일러의 부하에 맞도록 교환한다.

5.1.2 증기 사용 측에 있어서의 관리

보일러에 무리를 주지 않는가, 불완전 연소(불꽃이 일정치 않은 경우)를 하지 않는가

에 주의한다. 증기의 필요량은 하루 중 크게 변화한다. 하루의 염색가공 중에서 증기의

필요량이 크게 변화하면 보일러에 부담을 준다. 어떠한 기계에서도 부하가 큰 변동은

에너지의 무모한 손실이 된다. 보일러에 대해 균일한 부가가 되도록 노력하지 않으면

안 된다. 또 증기압이 너무 높으면 무모하다. 적정한 증기압으로의 조정이 중요하다.

증기압의 적정한 운전을 고려하지 않으면 안 된다.

(1) 보일러의 부하는 평균이 되도록 노력한다.

에너지 발생측(보일러)과 에너지 사용측(생산공정))의 양 쪽에 있어서의 에너지 효율

의 개선 폭은 후자 쪽이 보다 커진다. 일반적으로 염색공장에서의 증기사용은 시간적

으로 변화가 크고, 대부분 피크 사용에 맞춰 운전하고 있기 때문에 보일러 이용효율을

저하시키는 원인이 되고 있다. 그림 4에서 보듯이, 증기

소비와 공급의 불균형 해결책으로는 accumulator와 온

수 탱크의 이용이 고려되고 있다. accumulator는 저부

하시의 잉여증기를 축적하고 고부하시에 이 잉여증기로

즉시 부족분을 채우는 축적기로서, 보일러를 일정 부하

로 운전할 수 있다. 온수기는 저부하시의 잉여 증기로

온수를 생산, 보유해 증기공급이 아닌 온수공급으로서

열에너지의 과부족을 균형 있게 해 주는 시스템이다.

(2) 증기압력은 높지 않도록 주의해 보일러를 운전해야

한다.

염색가공에 있어서 보일러의 증기압은 어느 정도의 압력

이 적당한가 잘 검토해 볼 필요가 있다. 일반적으로 필요

이상의 압력으로 운전하고 있는 경우가 많아 필요한 압력

을 계산해서 증기압력이 설정되는 경우는 적은 것으로 보


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그림 5 구멍 크기에 따른 증기 누수량

인다. 표 4는 증기압과 잠열의 관계를 나타낸 것이다. 증기압력이 낮을수록 잠열은 높

아진다. 이것은 한편으로는 불가사의한 것이나, 표 4의 잠열의 란을 보면 동일 중량의

증기가 갖는 잠열(증기가 100℃의 물로 변할 때에 방출하는 열량)은 증기압이 높아짐

에 따라 작아짐을 알 수 있다. 일반적으로 증기가열은 이 잠열을 이용하는 것이 되나

증기압이 낮을수록 증기가 응축할 때 방출하는 열량이 많아진다.

일례로서 증기압력을 0.8MPa(8.16kg/㎠)까지 저하시켜 운전해도 목적에 도달하게

되면 이 경우 다음의 계산식으로 이득을 계산할 수 있다.

계산 예 중유단위 40엔/L

가동시간 8 시간/일

월간 증기발생량 500,000 kg/월

보일러 효율 80%

즉, 월간 40엔×973.5(L)=38,940엔의 성 에너지를 달성할 수 있어 연간 467,280엔

이나 된다. 증기압력이 낮아지면 비용적이 커지기 때문에 보일러의 압력조정 범위와

증기배관 사이즈의 적부 및 배관의 압력손실을 고려할 필요가 있다. 따라서 갑자기 증

기압을 낮추면 좋지 않고, 압력조작에 뒤 따르는 현상과 제품에의 영향을 고려하면서

조절해야 하고, 최적의 증기압을 보이도록 하는 것이 성 에너지활동이라 할 수 있다.

(3) 증기의 누수를 방지한다.

벨브나 파이프 연결부위 등으로부터의 증기누수를

없애도록 한다. 그림 5는 증기압의 차에 의한 누수증

기량의 관계를 누수구멍 크기별로 정리한 것이다. 예

를 들면 증기압력 0.5MPa(=0.5kgf/㎠)의 증기배관에

직접 2mm의 구멍이 있는 경우의 손실은 그림 5로부

터 구하면 1시간단 6.0kg의 증기가 누수됨을 알 수 있

다. 이로서 연간 손실을 계산해 보면 다음과 같다.

6.0kg×연간 가동율(8hr×25일×12개월)=14,400kg

증기 단가를 3.5엔/kg이 되면 이 경우의 손실금액은

연간 50,400엔이 된다. 또 증기압력 0.5MPa(=5.1kgf/㎠)의 증기배관에 3mm의 구멍

이 있다면 시간당 13.5kg의 증기손실을 가져오고 구멍크기가 1mm가 되는 것만으로 2

배 이상의 손실로 커지고 있다. 또 상기 조건에서 증기 압력이 0.5MPa에서 1MPa로

증가하면 증기의 누수량은 배가 된다.


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후랜지 접속부와 스팀트랩의 결손으로 생증기를 분출하고 있는 경우는 통상 3mm의

직경 구멍으로부터 누수되는 증기량에 상당한다. 보일러로부터 증기를 사용하는 가공

욕까지의 증기배관을 추적 조사해 치밀한 증기누수를 점검해야 한다. 동절기에는 기온

의 영향으로 응축이 쉽기 때문에 증기누수가 쉬워진다. 증기누수를 방치하면 구멍 크

기가 점차 커지게 되어 누수량이 증가한다. 또한 조속 수리하면 간단해 짐에도 불구하

고 방치해버리면 큰 수리가 필요하게 되어 수리가 어려워지게 된다. 성 에너지 대책에

의 실행 동기를 위해 증기누수의 점검과 대책은 매우 중요하다. 중유를 연소함으로서

물을 증발시켜 증기로 한다. 이 증기로 물을 끓인다. 이 탕을 쓸데없이 오버플로우 시

켜 유출시키면 그 만한 손실은 없다. 누수한 증기가 보온재에 접촉하면 보온재의 내부

에서 응축해 보온효과가 저하된다. 또 보온재가 젖으면 관의 부식과 보온재 열화가 빨

라진다. 증기 누수를 조기에 발견해 처방하면 대폭적인 경비절감이 된다.

(4) 부단한 배관 정비와 경로의 합리화를 추진한다.

오랜 설비 상에 새로운 설비를 교체할 때 서로 조합이 맞게 증기관 등의 배관 보전

의 용이성 배려까지는 하지 않는 공장이 있는 것으로 생각한다. 증기와 드레인 등 열

매체의 수송배관은 적정 사이즈, 최단거리가 되지 않으면 열손실을 억제할 수 있다. 순

회하고 있는 배관은 직선화를 고려한다. 오랜 배관은 방열의 원인이 될 뿐 아니라 작

업자가 오조작하면 매우 위험하다. 필요가 없다면 즉시 철거하거나 장래 사용할 가능

성이 있다면 주관과 접속부에 밸브를 달아 완전히 막아야 한다. 배관은 유체의 종류에

따라 색으로 구분하고, 흐름 방향에 표시를 하면 보수정비에 용이하다. 도 밸브의 개폐

는 방열손실의 방지와 워터햄머의 예방을 위해서도 꼭 필요하다.

(5) 방열 방지에도 노력을

염색욕을 쓸데없이 끓이면 수면으로 증기가 빠져 간다. 가열욕 표면으로부터의 방열

의 목적은 가열에 의한 증기손실이 된다. 온수 면이 외기와 접촉하는 것을 가능한 방

지해도 성 에너지 포인트가 된다. 염색 등의 가공에 있어서 어느 온도가 목적점인가를

확인해 이에 맞는 가열조작의 제어를 적기에 하는 것이 중요하다.

그림 6은 수면으로부터 달아나는 열을 수온과 열량의 관계를 나타낸 것이다. 그림 6

의 예에서, 수온 85℃의 수면으로부터 수면 1㎡ 당 매초 9.6KG의 열량이 달아남을 알

수 있다. 예를 들면, 1.5M×1.5M의 각 조에서는 표면적이 1.5㎡이기 때문에 수온85℃

의 경우 그림 6으로부터 1㎡당 1.5배, 즉 14.4Kj의 열량이 1초마다 달아나고 있다. 이

것을 1시간으로 환산하면 14.4×3600=51,840Kj=51.84MJ이 된다. 이것을 중유로 환

산하면 1.33L가 되고, 40엔/L의 중유에서는 53.2엔이 된다. 이것은 1시간에 대한 것

이기 때문에 연간(1일 8시간×1개월 25일×12개월)에서는 127,680엔이 된다. 또 수온

이 100℃의 경우는 16,445[KJ/(s․㎡)의 손실이 되어 85℃의 水표면 손실은 1.7배가

된다. 필요 이상의 비등은 가열수욕에서 수증기를 생산하는 쓸데없는 일이 된다. 적당

한 수온관리가 얼마나 중요한가를 말해 준다.


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그림 6 수면으로부터 손실되는 열량

이들 대책으로서는 열수 면이 외기에 접촉되지 않도록 가

능한 한 덮을 필요가 있다. 기계장치에 커버를 씌우고, 욕

탕에 덮개를 해서 조금도 열수 면을 외기에 접촉되지 않도

록 노력해야 한다. 기계, 장치의 구조상 밀폐되지 않는 경

우도 있으나, 각종 플라스틱 편을 욕 수면에 띄우면(예를

들면 수면이 보이지 않을 때까지 핑퐁 구를 띄운다) 수면

증발을 억제할 수 있다.

또 기계장치만의 보온이 아닌 동절기에는 차가운 외기의

유입을 차단하는 대책도 중요하다. 설비비용보다 성 에너지

대책이 보다 더 중요하다.

(6) 스팀트랩의 점검, 정비를

스팀트랩의 기능으로 다음과 같은 것이 있다.

① 발생한 드레인을 빠르게 배출할 것. 또한 증기 主管의

경우에는 햄머링 방지

② 증기가 세지 않는 것

③ 증기 중에 존재하는 공기에 의해 중기온도는 그 압력에 대한 포화온도보다 낮게

되어, 장치 출력의 저하와 함께 품질저하 등의 문제가 생기나, 공기 등의 불응축

가스를 빠르게 배출하는 것을 방지

트랩의 누수에 관련하는 중요한 문제는 트랩의 고장이다. 트랩이 뿜어내면 정상시에

비해 비교할 수 없이 다량의 증기손실이 된다. 반대로 폐한 고장을 일으키면 바이패스

밸브를 개발해 운전함으로서 막대한 증기손실을 일으키는 경우가 있다. 트랩의 바이패

스 밸브를 개방해서 운전하고 있는 또 하나의 원인은 트랩용량과 형식의 선정이 잘못

된 경우이다. 표 5에 각종 스팀과 트랩의 특징이 있다.

트랩의 관리가 나쁜 공정의 트랩 고장율은 40~50%로 높고, 증기 원단위를 악화시키

는 원인이 된다. 트랩의 점검에는 일상점검과 정기점검이 있다. 정기점검은 반년 또는

1년의 간격으로 행해지나, 그 간격은 효과와 경비를 고려해 정한다. 일상점검은 육간

으로 행한다. 정기점검은 측정기를 이용한다. 기존에는 트랩의 양부판정에 상당한 숙련

을 요하였으나 최근에는 트랩의 형식, 압력 등을 알면 트랩 입구온도, 초음파 등으로

누구나 쉽게 판정할 수 있는 측정기가 개발되어 있다.

(7) 드레인의 회수는 반드시 실시한다.

염색가공설비로부터 배출되는 증기의 드레인이 갖고 있는 열량은, 증기보유열량의 약

20% 이상이 된다. 열원으로 이용된 증기는 복수로 고온 수로 되돌아오나, 아직

400KJ/kg 정도의 열량을 갖고 있다. 이 드레인을 유효로 이용되면 연료를 절약할 수

있다. 염색공장에 있어서의 드레인 이용법으로는 다음과 같은 것이 있다.

① 직접 보일러의 급수로 사용한다


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그림 7 급수온도와 연료 저감율

② 급수탱크로 회수해 탕수로 직접 이용한다

③ 열교환기를 통해 재이용 한다

형 식 장 점 단 점

메카니칼

트랩

상향 bucket 식작동확실. water seal에

의해 증기누수없음

형상이 크다. 배기성능 약함

동결우려 있음

역 bucket 식 배기성능양호취부 불편. 동결우려 있음. 효

율 낮음

Lever 부착

float 식경부하에 적합

Water hammer에 약함

Lever 기구의 마모로 고장

많음

Free float 식

경량소형, 구조간단

연속배출, 정숙작동

Float, 밸브교체용이

Water hammer에 견디는 처

리 필요

Thermo

s t a t

trap

Bellows 식복수온도제어 가능

배기성능양호

Water hammer에 약함

고압에 부적합

과열증기에 사용불가

Bimetal 식 동결우려 없음

과열증기에 사용불가

개폐밸브 온도차 큼

사용중 바이메탈특성변화

Thermo

dynamic

trap

Orifice 식 경량 소형정밀부품에 의한 고장많음

증기누수, 배압제한(30%)

Disk 식

경량 소형, 구조간단

과열증기에 사용가능

Water hammer에 견딤

포화온도의 복수배출

배압제한(30%)

저압제한(0.3kgf/㎠

표 5 각종 증기 트랩의 주요 특징

①과 ②에 대해서는 드레인이 갖는 압력과 온도에 따라 선택한다. 이 드레인의 회수

에 관한 유의점은 다음과 같다.

일반적으로 드레인은 청정한 증류수라고 생각되나, 실제에는 보일러통 수중의 탈 산

소제와 방식제 등의 열분해되어 증발한 것

이 드레인에 용해되어 각종 미량성분이 용

해되어 있는 경우가 많다. 또 보일러와 배

관재질이 드레인에 용해되어 있는 경우도

있다. 이 때문에 특히 청정한 물을 필요로

하는 염색공장에서는 성 에너지만을 회수

하거나 물의 회수까지 이행해 공정수의 일

부로 사용하기 위해서는 종합적인 판단이

필요하다. 또 세심하게 드레인 회수를 하고

있는 경우에도 회수관의 구경이 다른 곳도

있다. 너무 가늘면 드레인 회수는 곤란하고

너무 크면 쓸모없이 되어버리는 경우도 있다. 스팀 트랩으로부터 배출되는 드레인은

반드시 fresh 증기가 포함되어 있기 때문에 드레인 회수 구경의 결정에는 충분한 주의


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가 필요하다. 드레인 회수의 효과에 대해 소개한다. 급수온도 20℃를 기준으로 회수한

드레인을 급수의 예열로 사용할 경우 그 연료 소비량의 변화를 측정하면 그림 7과 같

다. 그림에서와 같이 급수온도가 상승하면 연료 소비량이 저하하는 것을 알 수 있다.

5.2 배열의 유효이용

배수, 배가스가 갖고 있는 열도 돈을 들인 자원이다. 공장으로부터 배출되는 열에는

보일러의 배연가 갖고 있는 열, heat-setter, 건조기 등의 배기 열, 정련, 소우핑 등의

가열수의 배수가 갖고 있는 열 등 다양한 것이 있다. 이들 배열을 회수하고 재이용하

는 기술과 방법이 있기 때문에 반드시 이용할 것을 권한다.

(1) 온배수가 갖는 에너지를 회수해야

온배수, 열배수가 갖는 고온 영역의 열 회수는 오래전부터 행해져 왔다. 그러나 염색

공장의 사례에서와 같이 100℃ 이하 또는 50℃ 이하의 배수와 배기를 열 회수로 이용

하는 것은, 이전에는 그다지 실행해 오지 않았었다. 온도가 낮아도 대량의 온수가 발생

할 때에는 그대로 이용하거나 열효환으로 이용하는 것을 고려할 필요가 있다. 비교적

저온의 온수를 대량으로 사용하고 있는 곳에서는 가열하기 전 급수 온도를 약간만 올

려도 가열에 필요한 열량을 대폭 절감할 수 있다.

대부분의 염색은 사이클 염색의 반복으로, 배수량이 시간적으로 일정하지 않다. 이

때문에 배출 피크에 열교환기의 용량을 설정하지 않으면 안 된다고 하는 비경제적으로

생각하는 경우가 염색공정 온배수의 열 회수가 추진되지 않는 이유 중 하나이다. 그러

나 온배수를 보온할 수 있는 형태의 저류조에 체류시킴으로서 시간적으로 변동하는 배

수를 시간당 평균화시킬 수 있다. 이로서 피크 시에 설정하는 것보다도 작은 열교환기

의 용량으로 충분히 목적을 달성할 수 있다. 현재로서는 이런 상황 외에 교환한 열로

데워진 온수를 채워서 수시로 공급할 수 있는 온수탱크를 설정하는 공장도 많다.

또 용수의 저수조 중에 온열수 배수를 세밀한 주름관을 흐르게(펌프압송) 함으로서

용수저장조의 수온을 약간이라도 승온할 수 있다. 이 약간의 수온차가 큰 성 에너지가

되는 것이다. 또한 히트펌프를 이용하는 방법도 있다. 이것은 저온열원으로부터 열을

뽑아 올려 고온열원으로 방열하는 방법으로, 30~60℃ 정도의 배열에서도 70~100℃

이상의 승온 열원으로 이용할 수 있다. 히트펌프에는 증기압축식, 증기분사식, 흡수식,

케미칼 식 등이 있다.

(2) 열교환기에 대한 검토

열교환기에는 다수의 종류가 있으나, 액체를 사용할 수 있는 열교환기의 종류는 표

6과 같다. 열교환기를 선정하는 경우에는 사용온도와 사용압력이 용도에 적합할 것,

내구성이 클 것, 압력손실이 적을 것, 전열성능이 좋을 것, 가능하면 전열 면에 오염

부착이 어려운 구조일 것, 청소관리가 쉬운 구조일 것, 보수가 용이할 것, 설치성이 양

호할 것, Counter flow 전열형이 좋을 것이어야 한다. 염색공장에서는 이러한 특징 중

오염과 열전도성능에 관계되는 총괄전열계수가 문제가 되고 있다. 총괄전열계수란, 단


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위 전열면적 당 열 이동속도[W/(㎡․K)]를 나타내나, 통상 값은 청정한 물에서 측정한

다. 실 배액의 조성, 농도로 이 값이 크게 변화하는 경우가 있다. 따라서 열 회수 배액

조성을 메이커와 공동으로 검토할 필요가 있다.

형식 구 조 특 징

Shell &

tube식

원통형의 통 내에 대해서도 관을

배열하고 관내와 관 외주에 각각

의 유체를 흘려 열교환한다.

①고온, 고압에서도 사용가능, 가장 많이 사용

②용적 비율에 전열면적이 큼

③내관을 빼면 쉽게 청소 가능, 관 외주 측은 곤란

Plate 식

극히 얇은 전열플레이트를 다수

중첩시켜 이 유로를 고온유체와

저온유체 또는 교호로 대향시켜

흐른다

①Dead space 없고 컴팩트하며 부착면적 작음

②높은 열전도율

③분해세정이 용이

④압력손실이 큼

Spiral 식

와류형으로 전열면적을 갖는 2매

의 평판을 와류상으로 말아 놓은

것으로, 이 유로에 액체를 흐르도

록 한 것

①비교적 전열율이 높음

②유로가 단일로 유속이 커서 자체청소작용 있음

③취부면적이 작다

④비교적 고압으로 사용가능

표 6 열교환기의 종류

이어, 오염에 대해서이다. 염색욕은 섬유 설과 고분자 올리고머 등의 의외로 많아 열

교환기 팬 표면에 결착을 형성하기 때문에 이들의 제거가 큰 문제가 된다. 따라서 열

교환기는 가능한 청소할 수 있는 구조를 택해, 열교환기에 넣기 전에 스트레이너를 증

설하는 등의 대책을 강구해야 한다.

5.3 보온

가공기의 벽면을 접촉하면 열이 있는가? 염색공장, 마무리 공정 등 가공기 벽면을 손

으로 만져서 열이 감지되는 것은 열이 도망가고 있다는 증거이다. 고온고압 염색기와

가공기 등에 가까이 가면 열기를 느끼고, 여름에는 벽에 서 있는 것이 힘이 든다. 이것

은 장치의 표면으로부터 열이 빠져 나가고 있다는 증거이다. 용기 벽으로부터의 열손

실이 크기 때문으로, 장치벽면을 보온재로 보온하면 방열분의 60~80%을 보온할 수

있어, 장치 주변에 서 있어도 열기를 느끼지 않게 된다. 보온 효과는 증기배관의 경우

90% 이상이 된다.

(1) 가까이서 열기를 느끼는 가공기나 증기관이 없는지 조사를

개방수면을 갖는 스테인레스와 철제 조의 외벽이나 바닥은 금속판 1매가 직접 외기

와 접촉되어 있어서 주위 공기를 덥히는 발열체가 되고 있다. 이러한 조의 외벽을 판

으로 둘러싸거나 단열재 등으로 보온하면 욕의 열이 밖으로 이동하는 속도를 낮추게

되어 성 에너지 효과가 나타난다. 이러한 대책을 한 조의 효과를 계산해 보자.

계산 예 각 조 용적 1.5㎥

표면적 8.6㎡

욕 온도100℃ 실온 20℃

장치표면으로부터 1시간, 1㎡, 1℃ 당 42KJ의 열이 방열하면 1일의 열손실은

42×(100-20)×8.6×8=231.168KJ 이 된다.


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그림 8 미 보온 배관의 시간당 열과 증기 손실량

플랜지 감압밸브 콘크롤밸브 차단밸브

0.53m 1.69m 1.84m 0.53m

각 부품별 접속 길이

이 표면에 보온을 하면 약 80%의 보온효과를 얻을 수 있어, 중유의 발열량을

39.1MJ/L, 보일로 효율을 80%로 한 경우 연간 가동일 수를 300일로 계산하면

×

×=5.9L, 5.9×300=1,770L이 되어 중유 1L 당40엔이면 연간 70,800엔이된

다. 이처럼 보온에 의한 중유의 절약은 현

저한 효과가 있다. 그 외 염색기 등 염액을

배출한 후에도 염색기에 열이 축적되기 때

문에 다음 염욕의 승온시간을 단축할 수 있

는 등 보온에는 그 효과가 현저하다. 또 증

기관, 계수, 밸브 등의 보온은 성 에너지의

포인트가 되기 때문에 충분한 보온대책을

시행해야 한다. 그림 8은 보온하지 않은 증

기배관으로부터 열손실을 나타내고 있으나,

여기서도 열량을 알 수 있다. 배관의 보온

으로 잊기 쉬운 것은 배관에 접속되어 있는

플렌지와 각종 밸브이다. 이 배관에 접속하

는 부품을 배관의 길이로 환산하면 표와 같

다.

이처럼 컨트롤 밸브1개당 1.84m의 증기배관과 동일한 방열을 한다. 증기배관의 보온

불량은 그 표면으로부터 열을 방산해 열손실을 가져온다. 그 외 증기배관의 온도저하

가 되고, 증기가 응축해 과습 증기가 되면 열손실 이외에 증기 압력의 저하를 가져오

는 등 눈에 보이지 않는 손실이 된다. 또한 증기배관이 2중 3중으로 배관된 경우 굴곡

부분이 많게 되면 증기의 흐름을 나쁘게 해 열손실도 커지게 된다. 이 때문에 배관을

정리해 굴곡부분을 줄이고 불필요한 배관을 정리해 철거해야 한다. 이 배관계통의 정

리도 결코 간과해서는 안 된다.

(2) 보온재의 선택

보온을 위한 재료는 적재적소를 고려해 선택해야 한다. 가공기 중의 열을 밖으로 달

아나지 않도록 하기 위한 재료로서 적절한 것을 선택하면 좋으나, 우리 주변에는 그

효과가 있는 것은 공기가 가장 좋다. 이 공기를 다량으로 가둘 수 있는 구조를 갖는

재료가 보온재로 사용된다. 무엇보다 중요한 것은 불필요하게 된 보로포를 증기배관에

싸는 것만으로도 좋기 때문에 우선 실행하는 것이 중요하다. 재질과 용도와의 관계를

충분히 앎으로서 적재적소의 보온을 행한다. 표7에 대표적인 보온재의 종류와 특성을

소개하였다. 상세에 대해서는 JIS A9504, JIS A9510, JIS A9511을 참조할 것.

현재 일반적으로 사용하고 있는 보온제로는 발포법으로 다공성을 부여한 고분자화합

물, 또는 그라스 울 등 무기화학재료, 알루미늄 박과 직물 및 플라스틱 층상으로 중첩


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그림 9 보온재의 두께와 보온효과

하는 등의 방법이 있다. 소재를 선정할 경우 적재적소를 배려, 형상과 안전온도를 잘

고려해야 한다. 동일 소재로서 형상에 따라 열전도율과 안전온도가 달라지기 때문에

주의해야 한다. 우레탄 폼, 폴리스티렌폼 등을 100℃ 이상의 온도로 가열되는 부분에

사용하는 것은 문제가 된다.

표 7 보온재의 종류와 특성

보온특성, 내수성, 마모내구성, 대약품성 등 많은 요구를 각각의 목적에 맞춰 검토하

고 적절한 재료를 사용하지 않으면 안 된다. 염색공장에서는 많은 종류의 약품을 사용

하기 때문에 보온공사를 의뢰할 경우에는 사전에

이에 대한 검토가 필요하다.

(3)보온재의 두께는 보온력에 관계가 있다.

보온재를 시공할 때에 그 두께는 보온효과에 크

게 관계가 있다. 이 관계를 나타낸 것이 그림 9이

다. 이것은 치즈염색기에 보온을 하는 것으로, 보온

재의 두께와 그 효과를 구한 것이나, 20mm 정도

의 보온을 하면 80%의 보온효과가 얻어진다는 의

미이다. 보온재의 두께를 결정할 때에는 다음과 같

은 방법이 있다. 계산식은 JIS A9501에 있다.

①열 방산량을 일정 값 이하로 한다

②보온재 표면온도를 일정 값 이하로 한다

③보온시공에 요하는 비용과 열손실로부터 발생되는 연비의 발라스로부터 경제적 보


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그림 10 건조 코스트와 수증기 량

온두께를 결정한다.

5.4 건조의 합리화

염색공정은 건조-습윤의 반복이 수회 걸쳐 행해진다. 물의 증발잠열은 1kg당 약

2,300kJ로 커서 열을 가해 증발로 인해 수분을 제거하는 건조조작에는 많은 에너지를

필요로 한다. 그러나 이 건조공정은 그다지 관리하지 않으면 성 에너지에 구멍이 생긴

다. 염색가공공정의 합리화에 의해 건조회수의 감소와 함께 이러한 건조에 있어서의

포인트를 소개한다.

(1)픽업율을 감소시켜 건조기 부하를 경감하는 것이 중요하다.

습윤한 섬유가 건조하는 과정은 물을 함유한 섬유가 승온하고 수분이 증발하기 시작

하면 일정 온도를 유지한다. 증발한 수분은 배기되어 섬유의 건조가 진행된다. 이 과정

을 다음과 같은 조건으로 열을 계산하였다.

계산 예 : 함수율 100%의 면포 100kg을 건조한다고 가정하면

면 비열 0.31cal/(g․K)(=1.3kJ/kg․K) 20℃

水 비열 4.186kJ/kg

100℃에 있어서의 물의 증발잠열 2256.9kJ/kg

면포 100kg을 100℃까지 승온하기 위해서는

1.3×100×(100-25)=9,750KJ

100kg 면포상의 물 100kg을 100℃까지 승온시키기 위해서는

4.186×100×(100-25)=31,395KJ

이 100℃의 물을 100℃ 증기로 변환시키기 위해서는

100×2256.9=225,690KJ

합계로 267MJ의 열량을 필요로 하게 된다.

따라서 건조에 요하는 에너지를 적게 하기 위

해서는 섬유의 갖고 있는 수분량을 어떻게든

감소시켜야 한다. 섬유는 가능한 한 충분히

짠다.

(2) 건조기의 조절이 중요

건조기는 댐퍼 등에 의해 공기유량을 조정

하고, 섬유의 통과속도의 조정이 행해진다. 건

조기에 따른 공기유량의 조정은 잠열을 많이

함유하는 증기를 건조기 내로부터 배출하는

것만이 중요시되기 때문에 아무래도 신선한

공기가 과잉으로 공급되는 것이다. 그림 10은

건조 코스트와 수증기 용량의 관계를 나타낸 것이다. 이 그림을 보면, 건조기 내부의

수증기용량이 20%일 때 에너지 코스트가 감소함을 알 수 있다. 또 수증기 용량이 그


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평형 함수율(%)

습도 20% 40% 60% 80%

양모 7.5 10.6 14.7 19.6

실크 6.0 8.8 11.3 17.5

면직물 3.6 5.8 8.0 11.3

레이온 7.0 11.0 12.5 18.5

아세테이트 1.2 2.4 3.0 4.5

표 8 평형함수율의 예

그림 11 日 부하곡선의 예

이하에서도 급격히 에너지코스트가 상승한다. 이처럼 건조기 내의 습도를 측정하고, 그

수증기용량이 항상 20%가 되도록 급배기량을 조정해야 한다.

건조제품을 대기중야 방치해 놓으면 대기의 습도에 따라 표 8에서와 같이 일정 평균

함수율에 도달한다. 따라서 이 평균함수율 이하까지 건조하는 것은 무의미해 에너지

손실이 된다. 건소 속도는 공장에서 생지로트의 변화와 밀도의 변화도 고려해 상당한

안전율을 취해 조정하기 때문에 과건조가 되

고 있는 경우가 있다. 건조기에 있어서의 건조

속도는 건조기 출구 생지의 수분율을 측정하

는 것이 기본이다. 기계 출구에서 포를 손으로

만져보면 어느 정도 건조 상태를 알 수 있다.

상시 주의해서 검사하면서 건조속도를 적정하

게 유지할 필요가 있다.

6. 전기 에너지의 유효이용

공장에 있어서, 전기를 공급하는 측에서의 손실과 전기를 동력과 열로 변환시킬 때

생기는 손실로 대별할 수 있다.

6.1 수배전 설비 관리

전기를 공급하는 측, 즉 수배전 설비에 있어서의 관리에 대해 소개한다.

(1) 전력사용 실태를 파악하자

우선 현상에 있어서의 전력사용실태를 파악

할 필요가 있다. 이를 위해서는 전력량(kwh),

전력(kW), 전압(V), 전류(A), 역율(%)에 대해

알아보자. 얻어진 데이터를 일별, 월별, 연간

의 변화를 알기 쉽게 그래프화 하자. 부하전

력의 시간변동을 취한 일부하 곡선의 예는

그림 11과 같다. 이 그림에서처럼 공장에서

의 사용전력은 조업상태 등에 따라 각각 변

화한다. 전력 사용상황을 정확히 파악하게 되

는 것으로, 사용전력양의 저감, 설비의 고효

율 사용, 피크전력 억제, 부하평준화, 역율적

정 등을 꾀함으로서 효율적인 전력사용을 추진한다.

(2) 부하율을 개선하자

일정 기간 중의 평균전력과 그 기간 중의 최대전력과의 비를 부하율이라고 한다.

부하율=최대전력평균전력

×100(%)


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그림 11에서의 평균전력은 254kW, 최대전력은 500kW이기 때문에

부하율=

×100=50.8% 이 된다.

전력공급설비는 최대전력에 맞는 용량이 필요하기 때문에 부하율은 전력공급설비가

얼마나 유효하게 이용되고 있는가를 나타내는 것이다. 부하율이 향상하면 계약전력의

인하로 이어진다. 부하를 심야로 이행하면 전기요금 면에서 유리하게 된다. 또한 변압

기 등의 수전설비에 잉여가 발생한다. 부하율이 좋아지면 설비의 운전효율이 좋아져

평균한 전력의 사용에 의해 생산 상황이 안전해저 일반적으로는 전력원단위가 작아지

게 된다.

부하율을 개선하는 방법으로는, 일 부하곡선으로부터 최대전력 발생상황을 관찰하고,

시차운전, 부대설비의 일시정지 등 최대전력 억제를 행한다. 이 방책의 하나로

demand controller의 채용이 있다. 이것은 사용전력이 계약전력을 초과하게 된 경우

에 경보를 발하고, 생산에 지장을 주지 않는 부하를 자동적으로 차단하거나 하는 장치

이다. 최대전력을 억제할 수 있다면 전기요금의 기본요금의 기준이 되는 계약전력을

감소시킬 수 있다. 또 일반적으로 사용전력량이 적은 심야에 전력을 이용하는 것은 전

기요금에 반영되어 할인되기 때문에 이득이 커진다. 생산계획을 수정해서 생산을 일부

off peak 부하시기로 이행하거나, 냉방부하가 높은 경우에는 축열식 히트펌프 시스템

등을 채용해서 부하를 야간으로 이행하는 등의 대책을 강구하는 것이 바람직하다.

(3) 전압관리

전기기기는 정격전압으로 사용할 때가 가장 효율이 좋아진다(정격부하의 경우). 전압

강하와 전압변동이 크면 기기의 효율을 낮추게 되고, 기기의 정상적인 사용 또는 수명

에도 영향을 준다. 따라서 전압변동 폭을 적정한 값 이하로 유지하도록 관리할 필요가

있다.

(4) 역율 개선의 잇점은 크다

역율은 공급전력에 점하는 유효전력의 비율로, 역율이 100%에 가까울수록 전력이

유효하게 사용되고 있는 것이다. 역율 개선은 전기설비의 전력손실의 감소, 전압강하와

변동의 감소, 전기설비의 용량에 여유가 생기는 등의 장점과 함께, 전기 기본요금의 할

인이 있다. 1개월 당 전기요금은 계약전력으로 정하는 기본요금과 사용전력으로 정하

는 전력량 요금의 합계이다. 기본요금은 역율 85%를 기준으로 할인 또는 할증된다.

전기요금 =기본요금 + 전력량 요금

=계약전력(kW)×

역율×단가 + 월간사용전력량×단가

역율 개선은 전력용 콘덴서를 각 설비 부하 말단에 설정해 행하는 것이 일반적이다.

6.2 조명설비

공장의 조명 목적에는 생산성 향상, 품질향상, 안전확보, 쾌적한 시 환경 형성 등이


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있다. 이들 본래의 목적으로부터 일탈하지 않고 조명설비의 성 에너지를 고려하는 것

은 중요하다. 목적을 벗어나면 경제적 손실과 건강손실을 초래하게 된다. 특히 염색공

장에서는 색과 관련된 조명은 매우 중요하다. 또 노동자의 고령화가 진행되고 있으나

연령과 함께 작업자의 시력이 저하하기 때문에 필요조도를 정할 때에는 작업자의 연령

도 배려할 필요가 있다. 고령자가 많은 작업장 조도는 기준 값보다 2배 또는 수배 높

아지도록 배려할 필요가 있다.

(1) 기존 조명의 상태 및 내용을 체크한다.

작업장소와 비작업장소를 구분한다. 작업장소에는 그 작업에 따른 조명과 광 방향 등

을 최적화한다. 비작업장소를 포함하는 공간의 조명은 작업장소의 조명과의 균형을 고

려, 전체적으로 성 에너지를 염두에 두어야 한다. JIS Z9110「조도기준」에 규정되어

있는 공장의 조도는 표9에 있다.

하나의 조명기구로 작업영역과 환경의 양쪽 조명을 맡도록 하는 경우가 많으나, 일반

적으로는 작업영역의 조명과 환경 조명의 조명기구를 나누는 쪽이 성 에너지적이 된

다. 단 환경조명과 작업조명이 칼라에 영향을 미칠 가능성이 있기 때문에 작업조명을

도입할 때에는 주의가 필요하다. 일광을 이용할 수 있을 경우에는 이용을 검토한다. 일

광이용설비로 조명설비의 축소로는 이어지지 않아도 조명점등시간이 단축되기 때문에

전력 저감과 함께 조명설비의 수명도 연장되는 효과를 기대할 수 있다.

(2) 불필요 조명의 소등을 장려

큰 작업장소의 조명을 1회 점등, 소등 없이 세분화하고 작업이 없는 장소를 소등할

수 있도록 한다. 창고와 수리점검 외에 들어가지 않는 장소 등은 필요시에 곧바로 점

등할 수 있도록 스위치 배치를 한다. 쓸데없는 점등이 이루어지면 누구도 소등할 수

있도록 배전반과 분전반 스위치를 칼라 등으로 누구도 알아볼 수 있도록 하면 협력을

얻기 쉽다. 또 리모트컨트롤스위치, 타이머 제어, 인체감지 센서 등의 채용도 검토한

다. 휴일과 잔업시에는 세분해서 점등하는 등의 협력을 얻어 실시한다.

(3) 정기적으로 청소와 보수를 행한다.

조명기구에 부착하는 먼지에 의해 조명기구가 오염되면 대폭 조도가 저하해 조명기

구의 본래의 밝기가 손상된다. 램프 교환과 청소는 적적히 행할 필요가 있다. 소비하는

에너지는 같아도 청소를 하지 않으면 밝기가 떨어진다. 램프도 수명에 가까워지면 광

속은 약 30% 저하한다고 한다. 램프 교환과 청소가 적절히 행해지지 않아서 조명의

증설 등으로 대처하는 장소는 없는지 확인한다. 또 조명기구 뿐 아니라 천정과 벽, 바

닥 등의 오염도 마찬가지이다. 사람의 눈이 밝게 느끼는 것은 조도(룩스) 뿐만은 아니

다. 주변의 물체로부터 반사하는 광도 중요한 인자가 된다. 천정과 벽, 바닥의 반사율

이 작아지면 조명기구의 조도가 높아도 밝게는 느끼지 못한다. 따라서 이러한 반사율

을 올리기 위해 벽 등을 도색하는 것도 밝기를 올리는 효과가 있다. 정기적으로 방 전

체를 청소하고 도색해 양호한 상태를 유지하는 것이 중요하다.


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표 9 공장에서이 조도기준(JIS Z9110 부표 2)

7. 물의 유효이용

염색가공에서의 물을 대량으로 사용한다. 따라서 물에 대해서도 원단위관리를 행해야

한다. 염색가공업은 물의 코스트가 광열용수 코스트에 점하는 비율이 비교적 높다고

생각한다. 물은 사용 때 뿐 아니라 배수시에도 하수도비와 배수처리비 등의 코스트가

부가된다. 또 양수, 펌프 등의 전력도 소비된다. 따라서 용수에 배수를 가한 용배수를

토탈 코스트 삭감 대상으로 하면 코스트 메리트가 커지게 된다. 일반적으로 염색공장

에서의 용도별 물의 사용방법은 75~80%가 가공프로세스에서, 나머지 20~25%가 보

일러용, 위생 음료용으로 사용된다고 한다.

(1) 공정별 용수 원단위 파악을 행한다.

원단위의 파악방법에 대해서는 4장에서도 잠시 소개한바 있다. 여기서는 가공공정에

서의 원단위 파악방법에 대해 소개하겠다. 직물에는 폭과 밀도가 다른 것이 많이 있다.

밀도를 고려할 때에는 단위면적 당(예를 들면 1,000㎡ 당) 용수량을 나타낸다. 예를

들면 0.9m 폭 직물을 100/분의 속도로 연속가공하고 있는 레인지의 용수량이 200L/


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분이면, 이 공정의 용수 원단위는

×

×200=2222(L/1000㎡)이 된다.

만약 직물 밀도의 인자를 도입할 경우에는 단위를 일정중량(kg)당 용수사용량이 된

다. 이렇게 하면 중량의 몇 배의 물을 사용하고 있는가를 쉽게 알 수 있다. 상기의 예

에서도 밀도를 0.2kg/㎡로 하면 1분간 통과하는 직물중량은 밀도×원단 폭×포속이기

때문에 이 량으로 나누면 산출할 수 있다.

××

=11.1(L/kg)

배치식 공정에 있어서도 그 욕비가 용수량을 나타내기 때문에 연속조작과 배치식 조

작이 혼합된 공정에 있어서의 종합용수 원단위를 구하는 것은 각각을 가산하면 된다.

(2) 저 환경 부하형 프로세스의 점검을 행한다.

절수라 하면 저욕비화와 염욕, 수세수 등의 재이용 등을 곧 생각하게 된다. 실제 염

색가공기계의 개발 컨셉에는 절수와 성 에너지 등의 환경대응이 키워드가 되고 있다.

이것은 많은 절수와 성 에너지로 이어진다. 그러나 물을 직접 경감하는 것만이 절수와

성 에너지로 이어지는 것은 아니다. 염색에서는 약품을 다량으로 사용하고 있으나, 이

것을 저감하는 것도 성 에너지로 이어진다. 환경부하를 경함하기 위해서는 배출규제가

있는 경우 등은 배수 처리를 위해 에너지와 코스트를 필요로 한다. 예를 들면 염색에

서 다량으로 사용되고 있는 염류는 어류 등에의 독성이 지적되고 있고, 다량으로 배출

하는 것은 문제가 된다. 이 때문에 저염형 염료가 연구개발되고 있다.

또한 재염율을 낮추고 폐기물을 경감하는 것도 성 에너지로 이어진다. 예를 들면 날

염공장에 있어서의 잔색호는 소각처리하면 에너지로 사용할 수 있다. 산업폐기물로 배

출해도 코스트가 들고, 간접적으로는 에너지를 사용하고 있는 것이 된다. 다시 말하면

잔호량을 저감하는 것도 성 에너지가 된다.

끝으로

2004년에 행한 염색공장의 에너지관리에 관한 조사 결과에서는 성 에너지를 위해

에너지 관리에 관심을 두고 있다는 회답이 75%를 넘었다. 그러나 관리에 유효하게 되

는 에너지 원단위 파악상황도 낮아 에너지 관리와 성 에너지에 관한 수법 등의 정보부

족 등으로 에너지 관리는 그다지 행해지고 있지 않다는 상황이 이어지고 있음을 알 수

있었다.

에너지 다소비형 중 하나인 염색가공업은 성 에너지에 의한 코스트 절감효과도 클

것으로 생각된다. 이 보고서가 관계기업에 도움이 되기를 바랄 뿐이다.

염색공장의 성 에너지...

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