4-3. 냉동장치의 안전관련 압력시험의 종류를 열거하고, 각각에 대하여 설명하시오.

I. 압력 건전성 시험

시스템의 주요 구성 요소 및 배관이 운전 압력을 견디고 기밀성을 유지하는지 확인하는 기본적인 안전 시험입니다.

1. 내압 시험 (Strength Test)
   • 설명: 냉동 장치의 압력 용기, 배관, 밸브 등 압력을 받는 모든 부분이 설계 시 정한 최고 사용 압력(MAWP)보다 훨씬 높은 압력에서도 구조적으로 파손되거나 영구 변형되지 않고 견딜 수 있는지 확인하는 시험입니다. 장비 및 배관의 구조적 안전성을 검증하는 데 목적이 있습니다.
   • 방법: 주로 물(수압)을 시험 매체로 사용하여 시스템을 채우고, 공기를 제거한 후, 규정된 시험 압력(보통 MAWP의 1.5배 이상)까지 가압하여 일정 시간 유지하면서 변형이나 파손 여부를 확인합니다. 기체를 사용할 때는 안전을 위해 특별한 주의가 필요합니다.
   • 중요성: 설비의 설계 및 제작/시공 불량을 검증하고 잠재적인 파손 위험을 사전에 발견하는 중요한 안전 시험입니다. 고압가스 안전관리법 등 관련 법규에 의해 의무화되어 있습니다.
2. 기밀 시험 (Leak Test - Pressure Holding)
   • 설명: 냉동 장치의 모든 연결부 및 용접부 등에서 기체 누설이 없는지 확인하여 시스템의 밀폐성을 검증하는 시험입니다. 시스템이 운전 압력 상태에서 냉매를 외부로 누설하지 않고 유지될 수 있는지 확인하는 데 목적이 있습니다.
   • 방법: 시스템에 건조한 불활성 가스(주로 질소)를 주입하여 규정된 시험 압력(보통 MAWP와 같거나 약간 높은 압력)까지 가압한 후, 일정 시간(예: 24시간) 동안 압력 강하가 발생하는지 확인합니다. 압력 변화가 없거나 허용치 이내이면 기밀성이 양호한 것으로 판단합니다.
   • 중요성: 냉매 누설은 성능 저하, 에너지 손실, 환경 오염 및 안전 사고(질식, 폭발 등)의 직접적인 원인이 되므로 기밀 시험은 장치 설치 및 수리 후 필수적인 안전 절차입니다.

II. 누설 확인 시험 (Leak Detection Methods)

기밀 시험 과정 중 또는 기밀 시험 후 시스템 가동 전에 실제로 누설이 발생하는 부위를 찾아내는 방법들입니다.

1. 누설 시험 (General Leak Test / Leak Detection):
   • 설명: 앞서 설명한 '기밀 시험'의 과정 또는 별도의 절차를 통해 시스템의 특정 부위나 전체에서 실제로 냉매 또는 시험 가스가 새어 나오는 지점을 찾아내는 모든 행위를 포괄적으로 일컫는 말로 사용될 수 있습니다. 때로는 기밀 시험과 같은 의미로 사용되기도 하지만, 여기서는 '누설 지점 확인'에 초점을 맞춘 여러 방법을 설명합니다.
2. 진공에 의한 누설 시험 (Vacuum Leak Test):
   • 설명: 시스템 내부에 진공을 잡아 외부 대기압과의 압력 차이를 이용하여 외부에서 내부로 공기가 유입되는지(누설) 확인하는 방법입니다. 특히 저압측 배관의 누설 확인에 유용하며, 시스템 내부의 비응축성 가스 및 수분을 제거하는 목적도 동시에 수행합니다.
   • 방법: 진공 펌프를 이용하여 시스템 내부를 규정된 진공도(예: 수백 마이크론 Hg)까지 만듭니다. 일정 시간 동안 진공도를 유지하면서 압력 상승이 발생하는지 관찰합니다. 압력 상승이 발생하면 외부 공기가 유입되는 누설이 있음을 의미합니다.
3. 냉매에 의한 누설 시험 (Refrigerant Leak Test):
   • 설명: 실제 사용될 냉매 또는 소량의 냉매와 질소 혼합 가스를 시스템에 충진한 후, 냉매의 특성을 감지하는 전문 장비를 사용하여 누설 부위를 정밀하게 찾아내는 방법입니다. 기밀 시험(질소 가압)만으로는 발견하기 어려운 미세한 누설까지 탐지할 수 있습니다.
   • 방법: 시스템에 냉매를 소량 충진(또는 냉매+질소 혼합)하고, 전자식 냉매 누설 탐지기, 할라이드 토치, 형광 염료 주입(UV 램프로 확인) 또는 비눗물(가장 기본적인 방법) 등을 사용하여 의심 가는 부위를 중심으로 누설 여부를 확인합니다.
   • 중요성: 최종적인 시스템의 냉매 누설 여부를 확인하는 단계로, 시운전 전 반드시 수행하여야 합니다. 환경 규제 강화로 냉매 누설 관리가 더욱 중요해지면서 정밀한 누설 탐지 능력이 요구됩니다.

III. 성능 시험

냉동 장치가 설계된 성능을 제대로 발휘하는지 확인하는 시험입니다.

1. 냉각 시험 (Cooling Test):
   • 설명: 냉동 장치를 실제로 가동하여 설정된 냉동 능력(온도 도달 시간, 유지 온도 등)을 만족하는지 확인하는 시험입니다. 시스템이 실제 부하 조건에서 정상적으로 작동하는지 검증합니다.
   • 방법: 시스템을 운전하면서 각 부위(증발기 출구, 냉동 창고 내부 등)의 온도 변화, 냉매 압력, 전류 소모량 등을 측정하고 기록합니다. 설계 시 목표한 냉각 성능(예: 특정 시간 내 도달 온도, 설정 온도 유지 능력) 달성 여부를 평가합니다.
   • 중요성: 장치가 정상적으로 설치 및 작동하며 설계 요구 사항을 충족하는지 최종적으로 확인하는 절차입니다.
2. 방열 시험 (Heat Rejection Test):
   • 설명: 냉동 사이클 중 응축기 또는 냉각탑이 시스템에서 흡수한 열(압축기 압축열 + 증발기 흡수열)을 외부로 효과적으로 방출하는지 확인하는 시험입니다. 응축기나 냉각탑의 성능이 부족하면 냉동기 효율이 떨어지고 고압이 상승하여 장치에 무리를 줄 수 있습니다.
   • 방법: 응축기 입출구 온도 및 압력, 냉각탑 입출구 수온, 공기량/수량 등을 측정하여 응축기/냉각탑의 방열 능력 또는 성능(접근 온도차 등)을 평가합니다. 냉각 시험과 동시에 수행되는 경우가 많습니다.
   • 중요성: 냉동 장치의 전체적인 효율 및 안정적인 고압 유지에 직접적인 영향을 미치므로 중요한 시험입니다.

IV. 기타 시험

위에 열거된 시험 외에 시스템의 안전 및 장기적인 성능 확보를 위해 수행될 수 있는 다양한 시험들입니다.

1. 전기 배선 및 제어 시험:
   • 설명: 장치에 연결된 모든 전기 배선이 규격에 맞게 정확하게 연결되었는지, 절연 상태는 양호한지, 안전 장치(퓨즈, 차단기 등)는 정상 작동하는지 확인합니다. 온도, 압력 센서의 정확도, 제어 밸브/댐퍼 액추에이터의 작동, 제어 로직의 정상 동작 여부 등을 확인합니다.
   • 중요성: 장치의 안전한 운전과 자동 제어 기능의 신뢰성 확보에 필수적입니다.
2. 윤활유 분석 시험:
   • 설명: 압축기 내부의 윤활유 상태(수분 함량, 산도, 마모분 함량 등)를 분석하여 압축기의 내부 마모 상태나 시스템 내부의 오염 여부를 파악하는 시험입니다.
   • 중요성: 압축기의 수명을 연장하고 잠재적인 고장을 예측하여 예방 보전 계획을 수립하는 데 도움을 줍니다.
3. 안전 밸브 작동 시험:
   • 설명: 시스템의 과압 발생 시 자동으로 냉매를 방출하여 장치 파손을 막는 안전 밸브가 설정 압력에서 정상적으로 작동하는지 확인하는 시험입니다.
   • 중요성: 냉동 장치의 최종적인 안전을 보장하는 중요한 장치이므로 주기적인 점검 및 작동 시험이 필수적입니다.

이처럼 냉동 장치는 설치부터 운영, 유지보수에 이르기까지 다양한 종류의 시험과 점검을 통해 안전하고 효율적으로 관리됩니다. 각 시험은 시스템의 특정 측면을 검증하며, 모든 시험이 성공적으로 완료될 때 비로소 장치의 신뢰성을 확보할 수 있습니다.