시멘트 산업에서의 진동 모니터링
효율성 향상을 위한 진동 모니터링
이 글에서 핸스포드 센서스(Hansford Sensors)의 전무이사 크리스 핸스포드(Chris Hansford)는 예측 유지보수, 특히 진동 모니터링이 다운타임을 최소화하여 시멘트 제조에 사용되는 기계의 효율성을 극대화하는 데 어떻게 도움이 되는지 설명합니다. 또한 적합한 솔루션을 사양하고 설치하는 방법에 대한 조언도 포함되어 있습니다.
시멘트 제조의 혹독한 환경
시멘트 제조는 모든 생산 공정 중에서 가장 가혹한 공정 중 하나입니다. 포틀랜드 및 조적용 시멘트를 생산하는 데 사용되는 화학 물질, 특히 규산염, 알루민산염, 알루미노페라이트가 결합하여 생산 및 취급 장비에 심각한 문제를 일으키는 다량의 미세 입자를 생성합니다.
회전 부품들은 가장 큰 위험에 처해 있으며, 파쇄기, 분쇄기, 집진기, 소성로, 그리고 사일로에 사용되는 모터, 펌프, 팬에서 흔히 발견됩니다.
움직이는 부품이 있는 장비는 대개 보호 커버가 장착되어 있거나 높은 IP 등급으로 밀폐되어 있지만, 일반적으로 크기가 15~45 미크론인 미세 입자의 유입을 막는 것은 불가능합니다. 이는 윤활유의 효율에 영향을 미치고, 베어링, 샤프트, 씰의 마모를 증가시키며, 특히 고온 지역에서 조기 고장 위험을 높입니다.
진동이 기계적 마모를 드러내는 방식
마모된 회전 부품은 내부 공차를 증가시켜 기계적 불균형, 느슨한 부품, 마찰 부품을 유발합니다. 이러한 문제는 진동으로 나타나며, 적절한 센서로 감지할 수 있습니다.
진동 센서는 매우 낮은 진동 수준과 진동 상태의 미세한 변화를 감지할 수 있으므로, 결함이 발생하기 전에 마모율을 평가하고 시정 조치를 취하는 것이 가능합니다.
성장하는 시장에서 효율성 제고
시멘트 시장이 급성장하고 있으며, 가장 효율적인 생산자들이 이러한 성장을 활용할 수 있는 가장 유리한 입지를 점하고 있습니다.
전 세계 시멘트 생산량은 2017년까지 연평균 4.9%의 성장률을 기록할 것으로 전망되며, 1인당 소비량도 크게 증가할 것으로 보인다. 다른 업계 분석가들은 연평균 약 4%의 성장세가 지속될 것으로 예측하고 있다.
이처럼 경쟁이 치열하고 비용에 민감한 시장에서 수익성을 확보하기 위해서는 공급업체들이 까다로운 조건 하에서도 최대한의 신뢰성을 보장해야 합니다. 많은 시멘트 공장이 유지보수 시간 등의 이유로 생산 능력을 충분히 활용하지 못하고 있습니다.
진동 모니터링을 통해 기존 시스템을 최적화하면 유지보수 시간을 대폭 단축하고 생산성을 높일 수 있습니다.
진동 모니터링의 역할
진동 모니터링 장비는 원래 산업 제조 및 공정 산업의 생산성과 수익성 향상을 돕기 위해 개발되었습니다.
최근 몇 년간 업계는 사후 대응형 유지보수에서 예측 기반의 장기 유지보수 전략으로 전환해 왔습니다. 이러한 접근 방식은 대개 공정 전반에 걸쳐 적용되며, 가동 시간을 극대화하는 동시에 운영 비용을 절감하는 것을 목표로 합니다. 진동 센서는 이 전략에서 핵심적인 요소입니다.
진동 센서의 작동 원리
가속도계라고도 불리는 진동 센서에는 질량체에 결합된 압전 결정이 들어 있습니다. 진동이 가해지면 질량체가 결정을 압축하여, 가해진 힘에 비례하는 전기 신호를 생성합니다.
이 신호는 증폭 및 신호 처리를 거쳐 데이터 수집이나 제어 시스템에 적합한 측정 가능한 출력을 생성합니다.
주요 위치에 설치된 가속도계의 데이터는 휴대용 데이터 수집기를 사용하여 수집하거나, 스위치 박스를 통해 중앙 집중식 시스템으로 전송하여 지속적으로 모니터링할 수 있습니다.
시멘트 제조 과정에서 모니터링해야 할 주요 자산
시멘트 공장에서 모니터링해야 할 주요 구성 요소로는 킬른 구동 장치의 모터 및 기어박스 어셈블리, 분쇄기, 선별기, 컨베이어 벨트, 원료 분쇄기, 엘리베이터, 분리기 및 송풍기 등이 있습니다.
올바른 센서 선택은 안정적인 작동, 간편한 설치 및 정확한 데이터 수집에 매우 중요합니다. 일부 용도의 경우, 이물질로 인한 손상을 방지하기 위해 측면 투입형 센서를 사용하는 것이 바람직할 수 있습니다. 고온 환경에서는 적절히 보호된 센서를 사용해야 합니다.
가속도계 지정 및 설치
가속도계를 올바르게 선정하기 위해서는 엔지니어들이 진동 수준, 주파수 범위, 온도 등 환경 조건, 그리고 부식성 화학물질의 유무를 고려해야 합니다.
그 밖에도 대기 환경이 가연성인지, 중량 제한이 있는지 여부 등을 고려해야 합니다.
센서 공급업체와 긴밀히 협력함으로써 정확한 성능을 보장합니다. Hansford Sensors는 시멘트 제조 현장의 가혹한 환경을 견딜 수 있도록 설계된 다양한 진동 센서를 제공하며, 다양한 연결 방식, 출력 방식 및 환경 조건에 맞는 옵션을 갖추고 있습니다.
올바른 설치의 중요성
가속도계의 성능은 설치 상태에 따라 결정됩니다. 설치나 유지보수가 제대로 이루어지지 않으면 정확도와 수명이 저하됩니다.
상태 모니터링은 안정성에 달려 있습니다. 제대로 장착되지 않은 가속도계는 기계 상태의 변화가 아닌 센서의 불안정성을 반영하는 측정값을 나타낼 수 있습니다.
최신 가속도계는 넓은 온도 범위에서 작동하며, 히스테리시스가 적으면서도 높은 정확도를 제공합니다. 스테인리스 스틸 하우징은 이물질의 유입을 방지합니다.
가속도계는 센서 받침대보다 넓고, 평평하며 매끄럽고 도색되지 않은 표면에, 기름이나 그리스가 묻지 않은 상태로, 진동원에 최대한 가깝게, 회전축에 수직이 되도록 기계에 직접 장착해야 합니다.
장착 방법 및 측정 방향
불균형, 정렬 불량, 베어링 결함, 기계적 느슨함, 유압력 및 마찰을 감지하기 위해서는 센서를 올바르게 설치하는 것이 필수적입니다.
수평 측정의 경우, 불균형 및 기초 문제를 감지하기 위해 센서를 모터나 펌프의 베어링에 장착해야 합니다.
수직 측정의 경우, 센서를 구동 측 베어링에 장착하여 헐거움 및 구조적 문제를 감지해야 합니다.
축 방향 측정을 위해서는 정렬 불량을 감지할 수 있도록 센서를 구동 측 베어링에 장착해야 합니다.
중요도와 예산에 따라 추가 센서를 설치할 수도 있지만, 모터와 기어박스는 여전히 모니터링해야 할 가장 중요한 구성 요소로 남아 있습니다.
일반적인 센서 배치 예시
일반적인 크러셔 모터에서는 베어링 상태를 모니터링하기 위해 구동단과 반구동단에 가속도계를 반경 방향으로 장착합니다.
기어박스에서는 베어링 및 팬의 불균형을 모니터링하기 위해 입력축과 출력축에 센서가 방사형으로 장착되며, 추력을 모니터링하기 위한 축방향 센서는 옵션으로 제공됩니다.
시멘트 공장은 일반적으로 데이터 추세 분석 및 경보 기능을 위해, 로컬 정션 박스와 다심 차폐 트위스트 페어 케이블을 통해 PLC 시스템에 연결된 4~20 밀리암페어 가속도계를 사용합니다.
데이터 수집 및 분석
오프라인 진동 모니터링은 휴대용 데이터 수집기를 사용하여 수행되며, 이때 임시 센서를 사용하거나 영구적으로 설치된 센서에 연결된 휴대용 장치를 활용합니다.
유지보수 팀은 효율성을 극대화하기 위해 장비의 중요도에 따라 데이터 수집 경로를 수립합니다.
실시간 모니터링을 위해 센서를 중앙 집중식 제어 시스템에 유선으로 연결하는 사례가 점점 늘어나고 있는데, 이는 비용은 더 들지만 효율적이고 안전합니다.
데이터 캡처 방법에 관계없이, 오인식을 방지하려면 가장 빠르게 회전하는 부품을 기준으로 적절한 주파수 스팬을 분석하는 것이 필수적입니다.
진동 데이터를 활용한 신뢰성 향상
세심한 데이터 분석을 통해 베어링 정렬 불량, 부품의 느슨함, 커플링의 윤활유 부족 또는 불균형을 유발하는 먼지 축적과 같은 문제를 파악할 수 있습니다.
진동 모니터링은 근본 원인이 예상치 못한 것일 때라 추가적인 손상이 발생하기 전에 엔지니어에게 문제를 경고합니다.
요약: 유용한 팁
진동 수준과 주파수 범위를 식별하십시오
진동 모니터링 시스템을 선택하기 전 첫 번째 단계입니다. 온도와 습도 역시 고려되어야 합니다.
근무 환경을 고려하다
시멘트 제조 공정은 요구 조건이 매우 까다롭습니다. 센서는 높은 수준으로 밀봉되어야 하며 고온과 부식성 화학 물질을 견뎌야 합니다.
온라인 또는 오프라인 모니터링
온라인 시스템은 PLC와 직접 연동됩니다. 오프라인 시스템은 휴대용 데이터 수집기에 의존합니다.
진동원에 가깝게 설치하세요
가속도계는 진동원의 가능한 한 가까이에 장착되어야 합니다.
모니터링 네트워크 구축
전용 센서 네트워크는 효율성을 향상시키고 고장을 예방합니다.
안정성 극대화
안정적인 장착이 필수적입니다. 드릴링, 탭 가공 또는 접착 방법을 신중하게 고려하십시오.
열대 운전사
교육은 인적 오류를 줄여줍니다. 비파괴검사협회(British Institute of Non Destructive Testing)와 같은 조직에서는 적절한 교육을 제공합니다.
진동 데이터를 효과적으로 활용하세요
경고를 무시하면 비용이 많이 드는 실패를 초래할 위험이 있습니다. 조기 유지보수가 항상 더 바람직합니다.
전문가와 상담하세요
전문적인 조언은 필수적입니다. Hansford Sensors와 같은 경험 많은 공급업체와 협력하는 것은 최고의 사양을 보장합니다.
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