Abstract
Centrifugal pump is a facility that transfers energy to fluid through centrifugal force, which is usually generated by rotating the impeller at high speed, and is a major process facility used in many LNG production bases such as vaporization seawater pump, industrial water and fire extinguishing pump using seawater. to be. Currently, pumps in LNG plant sites are subject to operating conditions that vary depending on the amount of supply desired by the customer for a long period of time. Pumps in particular occupy a large part of the consumption strategy at the plant site, and if the optimum operation condition is not available, it can incur enormous energy loss in long term plant operation. In order to solve this problem, it is necessary to identify the performance deterioration factor through the flow analysis and the result analysis according to the fluctuations of the pump's operating conditions and to determine the optimal operation efficiency. In order to evaluate operation efficiency through experimental techniques, considerable time and cost are incurred, such as on-site operating conditions and manufacturing of experimental equipment. If the performance of the pump is not suitable for the site, and the performance of the pump needs to be reduced, a method of changing the rotation speed or using a special liquid containing high viscosity or solids is used. Especially, in order to prevent disruptions in the operation of LNG production bases, a technology is required to satisfy the required performance conditions by processing the existing impeller of the pump within a short time. Therefore, in this study, the rotation difference of the pump was applied to the ANSYS CFX program by applying the modified 3D modeling shape. In addition, the results obtained from the flow analysis and the curve fitting toolbox of the MATLAB program were analyzed numerically to verify the outer diameter correction theory.
원심펌프는 통상적으로 임펠러를 고속으로 회전시켜 원심력을 통해 유체 에너지를 전달하는 설비로서 기화용 해수펌프, 공업용수 및 해수를 사용하는 소화펌프 등 많은 LNG 생산기지에서 사용하고 있는 주요 프로세스 설비이다. 현재 LNG 플랜트 현장에서의 펌프는 장기간 수요처가 원하는 공급량에 따라 운전조건이 변동되어 펌프의 성능이 저하되고 있다. 특히 펌프는 플랜트 현장에서 소비 전략량의 많은 부분을 차지하고 있어, 최적의 운전조건을 찾지 못한다면 장기간 플랜트 운영 시 막대한 에너지 손실비용을 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 펌프의 운전조건별 변동에 따른 유동해석 및 결과분석을 통하여 성능저하 요인을 파악하고 최적의 운전조건을 확인하는 기술이 필요하다. 실험기법을 통해 운전 효율성 평가를 하기 위해서는 현장의 운전조건과 실험장비 제작 등 상당한 시간과 비용이 발생되기 때문에 신속하고 정확한 전산유체역학(CFD) 기법을 활용하여 본 연구에서 결과를 도출하였다. 펌프의 성능이 현장의 사정에 맞지 않아 펌프 성능을 줄일 필요가 있는 경우, 회전수에 변화를 주거나 고점도 혹은 고형물이 함유된 특수액을 사용하는 방법 등이 사용된다. 특히 LNG 생산기지의 설비운영에 차질이 발생하지 않도록 하기 위해 단시간 내에 펌프의 기존 임펠러를 가공하여 필요한 성능 조건을 만족시키는 기술이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 펌프의 기존 회전차를 가공한 3D 모델링 형상을 적용하여 ANSYS CFX 프로그램으로 유동해석을 수행하였다. 유동해석 결과와 MATLAB 프로그램의 Curve Fitting Toolbox를 활용하여 수치 해석적으로 분석하여 회전차 외경수정 이론식을 검증하였다.