KR100393872B1 - 고압의 질소 가스 충진 조건하에서 초강력 보일러 세정법을 이용하는 오염물 제거 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환기 또는 보일러와 같은 철강 또는 합금강 재질의 시설물 표면에 생성되는 오염물의 효과적인 제거 방법에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명은 분말상의 오염물이 결착되어 있는 시공관 내의 도폭선 트레인이 설치되어 있는 시공관 내 공간에서 산소, 즉 공기를 차단시키기 위한 차단막을 관의 양단에 설치하고, 상기 시공관 내 공간의 산소, 즉 공기를 밀어내기 위하여 고압의 질소 가스를 충진시키는 조건 (SQUAN; Special EQuipped space Under Atmosphere of Nitrogen)하에서, 상기 도폭선 트레인을 이용하여 지연 폭굉시키는 것을 포함하는 오염물의 제거 방법에 관한 것이다.

Description

고압의 질소 가스 충진 조건하에서 초강력 보일러 세정법을 이용하는 오염물 제거 방법 {Method for Eliminating of Fouling Using ECOB Method under the SQUAN Conditions}

본 발명은 열교환기 또는 보일러와 같은 철강 또는 합금강 재질의 시설물 표면에 생성되는 오염물의 효과적인 제거 방법에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명은 분말상의 오염물이 결착되어 있는 시공관 내의 도폭선 트레인이 설치되어 있는 시공관 내 공간에서 산소, 즉 공기를 차단시키기 위한 차단막을 관의 양단에 설치하고, 상기 시공관 내 공간의 산소, 즉 공기를 밀어내기 위하여 고압의 질소 가스를 충진시키는 조건 (SQUAN; Special EQuipped space Under Atmosphere of Nitrogen)하에서, 상기 도폭선 트레인을 이용하여 지연 폭굉시키는 것을 포함하는, 오염물의 제거 방법에 관한 것이다.

석유화학, 종합화학, 정밀화학 등 국내 중화학, 정밀화학 공정에서 각종 유도관, 홀딩 튜브 등, 관내외의 온도차가 심한 부분의 관내 오염물이나, 상기 공정이나 제철소내의 각종 용수, 공정액의 열교환기 표면에 생성되는 오염물이나, 각종 발전 시설 중 보일러 튜브 표면에 생성되는 오염물 등, 국내 산업 현장에서 볼 수 있는 각종 오염물은 그 생성 위치가 모두 열교환이 일어나는 곳이어서 이들 오염물이 미치는 에너지 효율에 대한 영향은 각각 그 공정 특성에 따라 많은 차이가 있으나, 분명히 크게, 작게 영향을 주고 있다.

따라서, 이들 오염물의 제거는 그 공정의 에너지 효율 뿐만 아니라 공정 제품 특성 불균일이라는 제품 품질에도 영향을 주고 있어 국내 생산 현장의 생산성을 통한 국제 경쟁력 뿐 아니라 최종 제품의 품질 균일성이라는 고부가가치 상품의 마지막 부가가치 창출에서 항상 원론적 접근에서만 맴돌며 근원적 치료가 이루어지지 못해 초일류 품질의 한계점에서 계속 맴도는 요인을 만들기도 한다.

상기 오염물의 문제는 생성 과정의 연구로 그 발생 시점에서 차단하거나, 또는 발생율 저하의 연구 노력이 가해지는 것이 급선무이지만, 우선은 생성된 오염물을 제거하는 경우 복잡하고 시간이 많이 들 뿐만 아니라 폐수 발생 등의 문제점이 있어 이들 제거 방법의 연구도 당연한 과제중 하나이다.

생성된 오염물의 특성은 그 공정에 따라 각양각색이나 다음과 같은 대표적 사례들을 들 수 있다.

석유화학 공정 중 열교환기에 있어서, 미연소 탄소가 열교환기 튜브 표면에 결착하여 대단히 경도가 높은 경질의 오염물이 생성되는데, 그 제거 방법은 태워서 긁어내는 방법의 수작업 형태이다. 또한, 우레탄 검상의 오염물이 튜브 표면에 결착되거나 또는 홀딩 튜브 내면에 생성되는데, 이는 접착력이 강하고 연질이며, 용제로 녹여 긁어내거나 하이드로젯 방법에 의해 세척한다. 이와 같은 세척 방법은 특장 설비를 필요로 하지만 잘 떨어지지 않고 엄청난 폐수를 발생시킨다.

종합화학 공정 중 유도관, 홀딩 튜브 등에 생성되는 오염물은 고강도의 실리케이트 생성물이 튜브 내면에 결착한 것인데, 이는 고강도의 오염물이며 그 두께도 대단히 두껍다. 이와 같은 오염물은 고강력 워터젯 펌핑과 와이어 브러싱을 통해 깎아가며 제거하는데, 특수 세정차를 사용하여야 하며, 많은 폐수를 발생시킨다.

정밀화학 공정 중 각종 유도관, 홀딩 튜브 내의 분말상의 수지들이 내벽에 결착하여 오염물을 생성하는데, 이는 경도가 높고 두께가 두껍다. 이와 같은 오염물은 킬링 건이나 하이드로 워터젯으로 제거하는데, 시간이 많이 걸리고 많은 폐수가 발생한다.

제철소의 냉각수 공정에서 열교환기 표면에 결착되는 오염물은 경도가 높고 덩어리가 커서 하이드로 워터젯으로 긁어내기도 하지만 튜브 어레이의 중간 부분은 압력이 미치지 않아 제거가 어려우므로, 튜브 어레이 자체의 교환 등 많은 손실을 유발시킨다.

화력발전용 보일러 튜브 어레이의 표면에 미연소 탄소의 결착으로 생성되는 오염물은 경도가 높고 잘 깨지지 않는다. 이와 같은 오염물은 하이드로 워터젯 방법으로 제거하지만 폐수 발생, 산화에 의한 부식 등 많은 문제가 수반되며 시설 수명에도 문제가 많다.

상기 오염물 제거 방법들의 공통점은 (1) 수작업 형태로 시간이 많이 걸려 비가동 시간에 의해 생산 효율이 저하되고, (2) 많은 폐수가 발생하고, (3) 작업 환경이 열악한 상태에서 많은 인력이 동원되어 비용이 높아지는 요인이 되며, (4) 특장차 등 시설 투자가 크고 대부분 수입 시설로 많은 외화 투자가 뒤따르나 그 활용도가 고려된 경제성을 고려할 때 시설 보유량이 제한되고 고가이며 투자 효율이 떨어지는 반면 생산시설 수용가는 많은 투자부담을 면할 수 없다.

이러한 결점들을 해결하는 한 방법으로서 미국 특허 제5,056,587호에는 도폭선을 이용한 폭굉 방법으로 오염물 제거의 효율을 증대시켜 나가는 방법이 기재되어 있다. 상기 방법은 세정하고자 하는 튜브 표면에 도폭선을 일정량, 일정 간격으로 설치하고, 각 도폭선 번들마다 지연 뇌관을 설치하여 동시에 일어나지 않고 일정한 시차를 두고 폭굉이 발생하도록 도폭선 트레인(detonating train)을 엮어놓은 다음 전기 뇌관을 연결하여 점화시키면 일정한 시차를 두고 순차적으로 도폭선 번들이 차례차례로 폭굉이 일어나 일정 진폭의 진동과 충격파가 튜브 표면에 일어나 튜브와 오염물 사이에 박리 현상이 일어나 오염물이 깨져 나가면서 자중에 의해 밑으로 떨어지게 되는 것으로, 초강력 보일러 세정법 (ECOB; Energetic Cleaning of Boiler)이라 한다.

이 초강력 보일러 세정법 (ECOB)은 건식 세정 공법이므로 폐수 발생이 없고, 도폭선 트레인 가설 시간만이 시간적 고려 사항이며, 폭굉 시공 시간은 불과 수분밖에 소요되지 않는다는 시간적 장점이 있고, 그 밖에 인력 동원이 적으므로, 시공 기간, 비용 면에서 기존 방법에 비해 유리하다. 하지만, 상기 초강력 보일러 세정법 (ECOB)은 제거하고자 하는 오염물 성분이 우레탄 계통의 끈적끈적한 성분일 경우 또는 분말상의 수지에 의한 것일 경우에는 그 효용성에 제한적인 한계가 있다.

즉, 오염물의 성분이 우레탄 계통의 끈적끈적한 성분일 경우에는 종래 초강력 보일러 세정법 (ECOB)도 별 도움이 안되는데, 강력한 충격 (Energetic Shock)은 튜브 표면의 오염물이 경도가 높을 때에는 그 제거에 효과적인 효력을 발휘하지만 상기와 같은 우레탄 계통의 검상의 오염물에는 효과가 없기 때문이다.

또한, 상기 설명한 바와 같은 오염물 중에서 분말상 수지에 의한 오염물은 그 특성상 심한 충격을 받을 경우 분말이 날리는 것을 막을 수 없으며, 이들 분말은 초강력 보일러 세정법 (ECOB)의 폭굉 진행중 그 분말과 산소의 영향으로 급격한 연소, 즉 폭발이 일어날 수 있는 상태가 되므로 아무리 초강력 보일러 세정법 (ECOB) 시공의 장점이 있다 하더라도 폭발에 의한 시설물 (피시공체, 즉 튜브나 유도관 등)의 파괴를 일으키게 되고 인명의 피해 등 엄청난 피해가 예상되므로 이러한 오염물 제거에 초강력 보일러 세정법 (ECOB)을 적용하는 것은 불가능하다.

따라서, 본 발명은 상기 초강력 보일러 세정법 (ECOB)의 문제점을 해결한 오염물의 효과적인 제거 방법에 관한 것이다.

도 11은 L자형 홀딩 튜브.

도 12는 고압의 질소 가스 충전 (SQUAN) 시공용 차단막.

도 13은 분말상의 수지를 생산하는 정밀 화학 생산 공정의 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: L자형 홀딩 튜브 2: 주뇌관(1번만)

3: 지연 뇌관(0.2∼0.5초) 4: 도폭선

5: 도폭선 퓨즈

6: 주뇌관 뭉치 7: 지연 뇌관 뭉치(2번∼11번 모두)

8: 오염물 9: 핀홀

10: 조임용 밴드 및 나선형 링 11: 수지 피막

상기 본 발명의 목적은 상기 종래의 초강력 보일러 세정법 (ECOB)을 시공하기 전에 질소 가스 충진으로 질소 가스 분위기를 만들고(UAN), 특수 설계에 의해 제작된 차단막을 이용하여 시공 구간 양단에 설치하고(SQ), 이러한 분위기와 조건하에서 초강력 보일러 세정법 (ECOB)을 수행하는 오염물 제거 방법(SQUAN+ECOB 방법)에 의해 달성된다.

본 발명은 또한 분말상의 오염물이 결착되어 있는 시공관 내의 도폭선 트레인이 설치되어 있는 시공관 내 공간에서 산소, 즉 공기를 차단시키기 위한 차단막을 관의 양단에 설치하고, 상기 시공관 내 공간의 산소, 즉 공기를 밀어내기 위하여 고압의 질소 가스를 충진시키는 조건 (SQUAN)하에서, 상기 도폭선 트레인을 이용하여 지연 폭굉시키는 것을 포함하는 오염물의 제거 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 차단막이 막 내에 폭굉시 파열을 방지하기 위한 다수의 핀홀, 조임용 밴드, 나선형 링, 및 신축성이 높은 수지 피막을 포함하는 차단막인 방법에 관한 것이다.

본 발명은 또한 오염물의 제거 방법에 있어서 질소 가스의 충진에 의해 폭발을 방지하는 방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명의 고압의 질소 가스 충진 조건 (SQUAN) + 초강력 보일러 세정법 (ECOB)을 이용한 오염물 제거 방법을 도 11 내지 도 13에 의해 보다 상세히 설명한다.

고압의 질소 가스 충진 조건 (SQUAN) + 초강력 보일러 세정법 (ECOB)

도 13은 분말상의 수지를 생산하는 정밀화학 생산 공정의 간단한 개략도이다. 이와 같은 공정에서는 아무리 단열재로 보온을 해도 도 13의 ⓐ 부분처럼 홀딩 튜브 관내의 수지물과 관벽 사이에는 온도차가 발생할 수밖에 없고, 이 온도 차이 때문에 관내로 통과하는 수지의 작은 입자들이 관벽에 결착되어 오염물을 생성시키게 되는데, 도 11의 (8)에 나타나 있는 바와 같이 그 오염물의 생성층의 두께는 대단히 두껍고(20∼30 mm), 결착 응고된 오염물층은 제법 경도가 높아서 이들 오염물의 제거를 위해서는 킬링 건과 같은 공압 공구나 전동 공구 등이 동원되어야 겨우 그 오염물층에 균열(cracking)이 가능한 경우가 많다. 결국 사람이 기어들어 가서 킬링 건으로 깨어서 일일히 손으로 긁어 내거나 고강력 워터젯 방법에 의해 깎아내는 수단이 현재로서는 최선책이다.

이러한 경우 초강력 보일러 세정법 (ECOB)라는 도폭선을 이용한 건식 폭굉 방법이 적용될 수 있다면 대단히 효과적이겠으나 문제는 이 경우 오염물의 주성분이 분말상이어서 이들 분말의 특징인 폭굉과 같은 급격한 산화 촉진 상태에서는 이들 분말도 급격한 산화에 의한 폭발의 위험성이 있다. 따라서, 이런 경우 초강력 보일러 세정법 (ECOB)을 시공한다면 분말의 폭발이 일어나 커다란 위험을 초래할 수가 있어서 위험하다.

이런 경우, 본 발명의 고압의 질소 가스 충진 조건 (SQUAN) + 초강력 보일러 세정법 (ECOB)이 그 해답을 제시할 수 있다. 도 11과 같은 L자형의 홀딩 튜브 관내에 오염물이 심하게 결착되어 있을 경우, 도폭선 트레인을 설계하여 설치한 후 홀딩 튜브 관내의 공간에 있는 공기를 질소 가스 압력으로 밀어낸 후 질소 가스가 가득하게 충진되거든 홀딩 튜브 작업 구간 양단에 도 12와 같은 특수 설계된 공기 차단막을 이용하여 관내에 공기 유입을 막는다. 이 차단막은 시공관 작업 구간내의 산소를 밀어내기 위해 고압 충진된 질소 가스가 적절한 압력을 유지하고 폭굉시 시공관 전체에 미치는 압력을 적절히 분산시켜 시공관의 파열을 방지하는 다수의 핀홀 (9)과, 이 핀홀이 천공되어 있는 차단면의 외주를 둘러싸는 조임용 밴드 및 나선형 링 (10)과, 이 조임용 밴드 및 나선형 링의 상부면에 피복되어 차단막이 시공관의 내면과 탄력 접촉함으로써 차단막을 시공관에 고정시키는 신축성 수지 피막 (11)으로 구성되어 있다. 이와 같이, 상기 차단막은 볼트와 너트와 같은 결합 수단 또는 기타 접착 수단에 의한 고정 방식이 아니라 차단막 구성요소 자체의 탄력성 및 신축성에 의해 상호 결합되어 있을 뿐만 아니라 시공관의 내면에도 고정되기 때문에, 시공관 작업 구간내에 고압의 질소 가스가 충진된 후에 도폭선 트레인을 폭굉하는 순간 과도한 폭굉 압력에 의해 탈착되어, 이 폭굉 압력을 작업 구간 외측으로 분산시킴으로써 시공관이 파열되는 것을 방지한다. 이러한 공기 차단 작업은 일정압의 질소 가스를 관내에 계속 충진시킴으로써 얻어질 수 있다.

이러한 질소 가스 분위기에서는 오염물의 주성분인 분말상의 수지가 산소 차단에 의해 폭발이 불가능해진다. 따라서, 안심하고 초강력 보일러 세정법 (ECOB) 시공을 위한 도폭선 트레인에서 도 11의 (6)으로 표시된 주뇌관 뭉치의 전선을 발파기에 연결하여 발파하면 도 11의 1번∼11번까지 순차적으로 폭굉이 일어나면서 도폭선 트레인이 지연 폭굉이 일어나 훌륭한 초강력 보일러 세정법 (ECOB) 시공이 성공적으로 끝날 수 있다.

이상을 요약해 보면, 도 11의 L자형 홀딩 튜브 내의 오염물 표면 위에 적정한 작업 구간을 설정한 후, 도 11의 (2) 내지 (7)까지의 도폭선 트레인을 설계하여 설치하고, L자형 홀딩 튜브에서 설정된 작업 구간 일단(一端)에 도 12의 차단막을 설치하고, 대성 산소 주식회사의 「가스 봄베이」와 같은 용기 중의 고순도 질소를 쉽게 공급받을 수 있으므로 상기 차단막 설치된 작업 구간 내의 공기를 질소 가스 압력으로 밀어내어 공간 내에 질소 가스로 완전 충전된 후 반대편 작업 구간 끝에 도 12의 차단막을 또하나 설치한 후, 작업 구간 공간 내에 압력이 떨어지지 않도록 계속해서 질소 가스를 충진시키면서, 상기 도폭선 트레인의 주뇌관 뭉치 (도 11의 (6))에서 주뇌관(도 11의 (2))의 전선을 발파기에 연결하고 발파하면 자연스럽게 도 11의 (2) 내지 (7)의 도폭선 트레인이 지연 폭굉이 일어나 초강력 보일러 세공법 (ECOB)이 완성된다.

본 발명에 따라 시공관 내의 도폭선 트레인이 설치되어 있는 시공관 내 공간에서 산소, 즉 공기를 차단시키기 위한 차단막을 관의 양단에 설치하고, 상기 시공관내 공간의 산소, 즉 공기를 밀어내기 위하여 고압의 질소 가스를 충진시키는 조건 (SQUAN)하에서, 상기 도폭선 트레인을 이용하여 지연 폭굉시킴으로써 분말상의 오염물을 효과적으로 제거할 수 있다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 분말상의 오염물이 결착되어 있는 시공관 내의 도폭선 트레인이 설치되어 있는 시공관 내 공간에서 산소, 즉 공기를 차단시키기 위한 차단막을 관의 양단에 설치하고, 상기 시공관 내 공간의 산소, 즉 공기를 밀어내기 위하여 고압의 질소 가스를 충진시키는 조건 (SQUAN)하에서, 상기 도폭선 트레인을 이용하여 지연 폭굉시키는 것을 포함하는 오염물의 제거 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 차단막이, 시공관 작업 구간내의 산소를 밀어내기 위해 고압 충진된 질소 가스가 적절한 압력을 유지하고 폭굉시 시공관 전체에 미치는 압력을 적절히 분산시켜 시공관의 파열을 방지하기 위한 다수의 핀홀 (9)과, 이 핀홀이 천공되어 있는 차단면의 외주를 둘러싸는 조임용 밴드 및 나선형 링 (10)과, 이 조임용 밴드 및 나선형 링의 상부면에 피복되어 차단막이 시공관의 내면과 탄력 접촉함으로써 차단막을 시공관에 고정시키는 신축성 수지 피막 (11)을 포함하며, 상기 조임용 밴드 및 나선형 링, 및 신축성 수지 피막은 탄력성 및 신축성에 의해 상호 결합되어 있는 것인 방법.
5. 삭제