■ 윤활유 모니터링
윤활유에 대한 모니터링은 윤활유의 잔존수명을 예측한다는 측면보다는 현재 사용하고 있는 설비의 상태 진단과 계획적인 설비 보전을 위해 행한다는데에 더 큰 의미가 있다. 모니터링 방법으로는 여러가지가 있는데 외관 모니터링 (Visual Monitoring), 성능 모니터링 (Performance Monitoring), 진동 모니터링 (Vibration Monitoring), 마모 모니터링 (Wear Debris Monitoring )과 윤활유 분석이 있을 수 있다. 어떠한 방법을 이용하더라도 분석자체 보다는 기계장비에 대한 모니터링에 촛점을 맞추어야 한다.
1. 모니터링 준비
윤활유의 상태를 모니터링하여 기계설비의 안전성을 높이기 위해서는 우선 윤활관리의 실태가 파악되어 있어야 한다. 윤활관리의 실태에는 설비적인 측면, 윤활업무 구성측면, 윤활업무의 점검 및 계획 측면에서 사전에 준비가 되어 있어야 한다.
가. 설비측면
모든 설비를 System, Equipment, Component 별로 분류하고 사전에 충분히 조사하여 모든 구성원이 설비의 윤활정보를 공유할 수 있어야 한다.
1) SYSTEM : 설비의 최상위 개념으로 특정 Process 또는 단위공장
2) EQUIPMENT : System을 이루고 있는 부속설비
3) COMPONENT : Equipment를 이루고 있는 부속기기
각각의 Component에 대해서는 윤활관리 정보 (급유개소수, 급유개소별 급유방법/사용오일 제품명/ 교환주기등)를 현장 Survey를 통하여 철저히 파악하고 관리될 수 있는 기록으로 보관하고 있어야 한다.
나. 윤활업무 구성 측면
설비의 전체 윤활개소는 수백개에서 수천개에 달하며 여기에 수반되는 작업내용도 다양하지만 이러한 윤활개소를 작업요소와 작업으로 정의하고 관리하도록 해야한다.
1) 작업요소 (Task) : 특정 Component의 각 윤활개소별 작업자가 수행해야 할 오일급유 (Tank 급유, Gun 사용, 손 사용등), 시료채취, Filter 교체, 주변정리 (오일점검, 걸레질...)등의 상세한 작업내용 각각을 말한다.
2) 작업 (Route) : 수많은 작업요소 (Task)를 설비의 중요도, 설비위치등을 고려하여 분류한 후 Group으로 묶은 것을 작업 (Route)이라고 한다.
다. 윤활업무 계획 및 점검 측면
수많은 윤활개소의 정확한 급유를 위하여 일정기간별 세부 업무계획을 수립하고 점검이 가능하도록 해야한다.
1) 업무계획 수립 : 일정기간 동안 수행하여야 하는 윤활계획을 수립
2) 업무 및 설비 점검 : 계획에 따른 수행현황과 설비의 상태를 점검
3) 색깔별 급유현황 표시 : 설정된 업무계획의 시행시점을 점검하기 위해 색상표를 이용하면 매우 효과적.
- 금번기간내에 이행해야함 (Currently Due) : Green
- 전번기간에 이행되지 않고 이월됨 (Past Due) : Red
- 금번기간에는 이행 불필요 (Not Due Now) : Gray
이러한 사전준비를 위해 Computer Soft-Ware를 사용하면 더욱 효과적이다.
2. 오일 모니터링 기법
오일 모니터링이란 오일의 성상과 오일중에 들어 있는 마모입자나 혼입물을 이용하여 윤활유의 상태뿐만 아니라 기계의 이상상태, 성능감소 및 파괴로 이어질 수 있는 근본원인을 사전에 찾아내어 제거해 줌으로써 윤활유와 기계의 상태를 건강하게 유지하고 기계수명을 연장해 주는 방법이다.
오일 모니터링은 분석이 이루어지는 장소에 따라서 On-Site Monitoring과 Off-Site Monitoring으로 나눌 수 있다.
가. On-Site Monitoring
On-Site Monitoring은 측정장비를 설비에 장치하고 실시간으로 분석결과를 모니터링하는 방법과 휴대용 분석장비를 이용하여 On-Site에서 모니터링하는 방법이다. 이때, 오염도, 마모입자, 점도, 수분, 외양 등을 점검항목으로 관리하고 있으며, 목표를 설정하여 설정된 목표가 유지되었는지의 여부를 판단하고 목표를 만족하지 못하는 항목이 생기면 바로 필요한 조치를 취하고 추가 실험이 필요한 경우 Off-Site Monitoring을 해주게 된다.
On-Site Monitoring은 쉽게 현장에서 시험해줌으로써 Real-Time으로 결과를 얻을 수가 있기 때문에 즉각적인 조치가 가능하다는 장점이 있으나 Off-Site Monitoring에 비해 정확도가 떨어지고 많은 종류의 분석을 종합적으로 할 수 없다는 단점이 있다. 아래 표는 On-Site Monitoring에 널리 사용되는 장비와 그 기능에 대해 설명한 것인데, 설비의 특성에 따라서 적합한 장비를 사용하는 것이 바람직하다.
<On-Site Monitoring장비의 예>
|
장 비 명 |
기 능 |
|
휴대용 점도계 |
절대점도를 측정함 |
|
오염도 측정기 |
윤활유 내에 존재하는 오염물의 양을 ISO Code로 산출함 |
|
오염입자중 철분함량 측정기 |
오염물중 철분을 정량함 |
|
수분측정기 |
윤활유에 존재하는 수분의 양을 측정함 |
|
PCM |
측정자료를 저장하고 필요시 저장자료를 인쇄함 |
나. Off-Site Monitoring
Off-Site Monitoring은 On-site Monitoring에서 이상상태가 발생하여 추가 실험이 필요한 경우 또는 On-Site Monitoring을 할 수 없는 경우에 실험실로 시료를 보내어 분석하는 것이다. Off-Site Monitoring은 On-Site Monitoring에 비해 여러가지 시험이 기능하기 때문에 이상상태의 근본원인을 찾기 위해 주로 사용된다. 또한 필요에 따라서 윤활유의 정확한 상태 판정을 위해서 이용되기도 한다.
아래 표는 Off-Site Monitoring에 주로 사용되는 장비들과 분석목적을 설명하고 있다.
<Off-Site Monitoring 이용가능 실험항목 및 목적>
|
실 험 항 목 |
분 석 목 적 |
|
청정도 |
윤활유 안에 오염된 고체입자를 정량함. |
|
수분 (Karl Fisher법) |
윤활유에 오염된 수분의 양을 ppm단위로 측정함 |
|
ICP 원소분석 |
첨가제성분, 마모금속 등 21개 원소를 정량함 |
|
전산가 |
산화정도를 판단함 |
|
FT-IR |
유효첨가제 잔존량, 산화물 및 오염물의 양을 정량함 |
|
RPD, Ferrography |
마모입자의 Morphology 분석을 통한 마모의 원인을 규명함 |
어떠한 시험방법을 이용하던지 과거의 자료를 통계적으로 이용하는 것이 바람직하며, 시험값이 설정기준 보다 낮은 수치를 나타내더라도 통계처리를 이용하여 갑작스러운 증가에 대해서는 원인 밝히도록 하는 것이 앞으로 발생될 수 있는 문제를 줄일 수 있다.
또한, 평가에 이용된 시험방법들 간에는 적용범위가 상이하므로 한가지 시험방법을 만능으로 생각하여 여기에서 얻은 결과에 얽매이기 보다는 2가지 이상의 시험을 이용하여 그 결과를 종합적으로 해석하는 것이 바람직하다. 아래 표는 각종 시험방법들의 적용가능한 범위에 대해 설명하고 있는데, 보이는 바와 같이 만능인 시험장비는 없고 나름대로 장단점을 가지고 있다.
<각종 시험방법의 유용성>
(G : Good / N : Normal / F : Fair / P: Poor)
또한, 아래 그림에서 볼 수 있는 바와 같이 두가지 이상의 시험방법을 사용하여 합리적인 교환시기를 설정해주는 것이 바람직하다.
다. 대표시료 채취방법
모니터링의 목적은 윤활유를 채취하여 분석하는 것이 아니고 기계 장비와 오일의 현상태를 정확히 파악하고 진단해서 예견되지 않은 정비소요를 줄이고 오일 사용수명을 늘리는데 있으므로 전체 시스템을 대표할 수 있는 시료를 채취하는 것이 무엇보다 중요하다.
시료는 다음과 같은 요령에 의해 채취해야 한다.
- 설비System의 한 지점(동일지점)에서 동일방법으로 채취한다.
- 윤활작용을 하고 돌아나오는Return Line의 Filter전 단계에서 채취한다.
- 정상운전조건(운전시 기계 및 윤활유온도)에서 채취한다.
- 만약 정상조건이 아닐경우 Shutdown후 10분이내에 채취한다.
- Tank의 경우 중간에서 채취한다. 바닥에서 채취 할 경우 입자량이 많은 침전물로 Shutdown후 15분
이상 경과후 Reservoir 채취시 입자량이 적은 침전물로 나타난다.
- Pipe 직경이 크고 유속이 느릴 때 Pipe 바닥에서 시료를 채취하는 것을 피한다.
- 시료채취전 채취용 Valve를 청결하게 한다.
- 오일속의 입자수 대비 시료병속에 근본적으로 존재하는 입자수는 10:1 보다 크게 유지해야 시료병의
입자수가 오일속의 입자수에 영향을 미치치 않는다.
- 윤활유 추가 Makeup전에 시료를 채취한다.
- 가능한 한 시료채취후 48시간내에 분석을 실시한다.
대부분의 경우 윤활유를 Oil Tank로부터 채취하는데 이것은 매우 큰 오류를 일으킬 수 있으므로 아래 그림에서 보여주는 것과 같이 시료를 필터를 거치기 전에 채취되어야 한다.
시료 채취 용기로 현장에서 일반 Plastic용기나 심지어 음료수 병들을 사용하고 있는데 이것은 용기에 의한 오염을 일으킬 수 있으므로 가능한한 아래 그림에서 보여주는 것과 같은 전용 용기를 이용하여 대표성이 있는 시료를 채취하는 것이 바람직하다.
라. 시료채취주기
On-Line Monitoring 설비를 갖추고 있는 설비에서는 시료채취주기가 큰 문제시 되지 않지만 Off-Site Monitoring에서는 적절한 시료 채취 주기를 설정하는 것이 필요하다. 시료를 채취하고 분석하는 것은 많은 비용과 시간이 소요되기 때문에 적절한 주기를 가지고 시료를 채취하고 분석하는 것이 필요한데, 대표적인 응용범위에 대해 사용조건에 따른 시료 채취 주기는 표4에 나타낸다.
<응용방법 및 운전조건에 따른 시료채취주기>
|
Application |
Condition |
Frequency |
|
Gearbox - Automotive |
Heavy Loading / High Temperature(>65℃) / |
Monthly |
|
& Industrial : Heavy Application |
Wet, Dirty Conditions / Continuous Operation | |
|
Gearbox - Automotive |
Light Loads / Normal Temperature (<50℃) / |
2 - 3 Monthly |
|
& Industrial : Light Application |
Clean Operating Conditions | |
|
Hydraulic - Industrial |
Heavy Loading / High Temperature(>65℃) / |
Monthly |
|
Heavy Application |
Wet, Dirty Conditions / Continuous Operation | |
|
Hydraulic - Machine Tools, |
Light Loads / Normal Temperature (<50℃) / |
3 -4 Monthly |
|
Light Applications |
Clean Operating Conditions | |
|
Hydraulic - Automotive |
Wet, Dirty Conditions / Continuous Operation |
Monthly or |
|
250 Hrs | ||
|
Air Compressors |
Continuous Running (>60 % Duty) |
Monthly or |
|
500 Hrs | ||
|
Air Compressors |
Intermittent Running |
2 Monthly |
|
Engines - Mobile Plant |
Off-highway conditions |
10,000 Km or |
|
250 Hrs | ||
|
Engines - Static Plant |
Enclosed, dry conditions |
500 - 1,000 Hrs |
|
Heat Transfer Oils - Heavy |
Normal, Low Viscosity |
3 - 4 Monthly |
|
Heat Transfer Oils - Light |
Closed, N2 purge |
1 - 2 Annual |
|
Quenching Oils - Light |
Closed System, Cold Quenching (<100’C) |
1 - 4 Monthly |
|
Quenching Oils - Heavy |
Open System, Hot Quenching (>100’C) |
3 - 4 Monthly |
|
Water miscible Fluids |
Heavy Working Load |
2 - 4 Weekly |
| Light Working Load |
1 - 3 Weekly |
마. 청정도 관리기준
설비의 관리를 위해 오일을 분석해주는 것 못지 않게 윤활유의 오염도를 관리해주는 것이 무엇보다 중요하다. 만약에 오일중에 마모분이나 외부로부터 혼입된 오염물이 들어있다면 이들에 의한 2차마모, Cavitation, 기계적 손상등이 일어날 수 있으므로 오염도의 관리가 중요하다. 아래표는 장비제작사들이 추천하고 있는 오염도 관리기준 및 장비들에 따른 오염도의 관리기준이다. 오염도 관리, 즉 청정도를 높게 하는 것은 많은 비용이 수반되지만, 기계장비에 따라서 아래 표들과 같은 수준으로 관리해주는 것이 요구된다.
<오염도 관리 – 장비제작사 추천>
|
Manufacturer |
ISO Code |
|
ABB |
18/12 |
|
Siemens AG |
15/12 |
|
Parsons |
16/12 |
|
Westinghouse |
16/13 |
|
GE-large steam |
16/13 |
|
GE-Industrial steam |
15/12 |
|
STLE/CRC Lubrication Handbook |
14/12/10 |
|
SKF |
13/10 |
|
FAG/Loshe, et al. |
12/9 |
|
Vickers |
15/11 |
<오염도 관리 – 장비별>
|
Machine Type |
ISO Code |
| High pressure or servo hydraulic systems |
13/10 |
| Downtime critical turbines and other rotating equipment |
14/11 |
| Moderate to high pressure hydraulic systems |
14/11 |
| Moderate critical rotating equipment |
15/12 |
| Less critical, variable speed/load rotating equipment |
15/12 |
| Other less critical rotating equipment and engines |
16/13 |
| Gear-boxes and other “balance of plant” equipment |
17/14 |
| Injection Moulding Machines |
16/11 |
| Metal Working |
16/11 |
| Machine Tools |
15/09 |
| Mechanical Handling |
18/13 |
| Mobile Plant |
18/11 |
| Aircraft Test Standards |
13/10 |
| Marine Installations |
17/12 |
| New Hydraulic Oils |
16/13 |
| New Engine / Gear Oils |
18/14 |
| General Lubricants |
21/17 |
3. 오염관리 개념
가. 고체입자 오염관리
윤활유 신유중에 포함된 고체입자는 윤활시스템에 주입하기 전에 제거하는 것이 가장 경제적인 방법이고 이동식 필터 카트를 이용하여 목적을 달성할 수 있다. 그리고 사용중에 외부환경으로부터 유입되는 고체입자 오염물은 공기통풍구를 필터로 관리함으로써 가능하고 윤활유 자체에 생성되는 것은 시스템 내에 설치한 오일필터에 의해서 제거가 가능하다.
필터를 선정하는 기준은 오염도의 관리목표 수준에 따라 결정되며 오염도 평가기준은 현재는 국제표준기구(ISO)에서 규정해 놓은 Solid Contamination Code가 범용 기준으로 통용되고 있다.
NAS 7등급은 ISO Code 16/13에 해당되며 이와 같은 오염도를 유지하기 위해서는 필터는 Element Size로는 6um Absolute이하 및 성능으로는 B (Beta) Ratio가 75이상되는 것을 사용하는 것이 필요함 시스템내에 필터를 설치하는 예는 다음의 그림과 같다.
(① : 오일 필터 / ② : 공기통풍구 필터)
그리고 동일 등급의 신유 공급은 윤활시스템에 윤활유를 주입하기 전에 동일한 성능의 필터를 사용하는 이동식 필터카트를 이용하여 달성이 가능하다.
(윤활유의 청정도를 높게유지하면 오일의 수명을 연장시켜줄 수 있는 것으로 알려져 있는데, 구체적으로 청정도를 12/18등급에서 15/12등급으로 관리하면 유압시스템에서의 오일수명이 5배 향상될 수 있다고 알려져 있다.)
나. 수분 관리
수분은 오염물 중에서 두번째로 윤활시스템에 영향을 주는 인자이다. 이것은 부식의 원인이 되며 특히 고온에서 윤활유의 점도를 증가시키고 화학적, 물리적인 안정성을 떨어뜨린다.
사용유에서 수분의 일반적인 관리기준은 산업용 윤활유의 경우 0.1 vol% 이하이나 이보다 더 낮게 관리할 수 있다면 오일 및 기계 요소 수명을 연장시킬 수 있기 때문에 이점이 많다. 경제적인 측면을 고려하여 단계적으로 관리기준을 낮추는 것이 바람직한 방법이다.
윤활유중에 포함된 수분을 제거하는 방법은 유중 수분함량의 관리 목표에 따라 다르며 제거방법을 열거해 보면 아래 표와 같다. 사용유중에 포함하는 수분양을 측정하는 방법은 Hot Plate를 이용한 Crackle Test, Water By Distillation, Water by Karl Fisher, 간이 시험기등이 있으며 현장에서는 Crackle Test와 간이시험기가 유용한 수단으로 볼 수 있으나 시험의 정확도 면에서는 실험실 방법보다 떨어진다.
<수분 제거 방법 및 소요비용 비교>
|
|
물 오염 상태 |
비용 | ||||
|
제거 방법 |
용해 |
유화 |
Free |
저 |
중 |
고 |
|
비중차 |
|
|
○ |
○ |
|
|
|
원심분리 |
|
○ |
○ |
|
|
○ |
|
Coalescing |
|
|
○ |
|
○ |
|
|
진공 탈수 |
○ |
○ |
○ |
|
|
○ |
|
건조제 |
○ |
|
|
○ |
|
|
|
고분자 흡수 |
|
○ |
○ |
○ |
|
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