KR100812011B1

KR100812011B1 - 고로 송풍기 서지방지 제어장치와 방법

Info

Publication number: KR100812011B1
Application number: KR1020010085458A
Authority: KR
Inventors: 김영두; 현종석
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2008-03-10
Also published as: KR20030055017A

Abstract

본 발명은 이상 발생 가능성을 사전에 검출, 판단하여 이를 안정영역으로 운전할 수 있도록 제어하는 고로 송풍기 서지방지 제어장치와 방법을 제공하는 데 목적이 있다.

따라서, 본 발명은 송풍관을 가압하는 송풍기의 흡입유량 및 토출압력을 검출하여 전달되는 입력처리부, 서지라인, 안티서지라인 및 서지근접라인을 작성하는 서지라인함수설정부, 서지발생여부 및 운전점을 판별하는 이상검출부, 서지라인이 운전점을 초과했을 때 방풍밸브를 폐쇄시키는 서지제어부, 제어조절계를 디스플레이하는 디스플레이부를 포함하는 고로 송풍기 서지방지 제어장치를 제공한다.

또한 신호입력단계, 함수설정단계, 이상검출단계 및 제어단계를 포함하는 고로 송풍기 서지방지 제어방법을 제공한다.

서지라인, 송풍기, 안티서지라인, 서지근접라인

Description

고로 송풍기 서지방지 제어장치와 방법{Apparatus for surge protection control of blower in blast furnace and the same method}

도 1은 종래기술에 따른 고로 송풍기 서지방지 제어장치를 개략적으로 나타내는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 고로 송풍기 서지방지 제어장치를 나타내는 구성도.

도 3a는 본 발명에 따른 서지라인의 구성특성을 나타내는 그래프.

도 3b는 본 발명에 따른 안티서지라인의 구성특성을 나타내는 그래프.

도 3c는 본 발명에 따른 서지근접라인의 구성특성을 나타내는 그래프.

도 4는 본 발명에 따른 디스플레이부 실제 표시 화면의 일예를 나타내는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

2 : 흡입유량검출센서 3 : 송풍기

4 : 토출압력감지센서 20 : 서지제어장치

30 : 디스플레부

본 발명은 필터링된 대기 중의 공기를 송풍기로 흡입, 압축한 후 고로에 공기를 송풍하는 송풍관에서 서지현상이 발생되지 않도록 제어하는 고로 송풍기 서지방지 제어장치와 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 운전자가 서지현상의 발생을 신속하게 육안으로 사전에 파악하여 송풍기를 서지현상영역으로부터 안정적인 영역 하에서 운전할 수 있도록 제어하는 고로 송풍기 서지방지 제어장치와 방법에 관한 것이다.

일반적으로 송풍기(Blower)는 전동기를 돌려서 대기중의 공기를 흡입 압축하여 고로에 필요한 연소용 공기를 고로 요구량에 따라 일정하게 압송해 주는 설비이다.

이와 같이 고로에 사용되는 송풍기(Blower)를 운전함에 있어서 송풍기를 일정 회전수로 운전하면서 흡입밸브를 고정하고 토출밸브를 점차로 폐쇄하여 풍량을 감소해 나가면 어떤 풍량에 있어서 일정한 풍압을 얻을 수 있으며, 이 때 풍압이 한계압력 점을 벗어나면 갑자기 관로의 압력과 풍량이 심한 맥동을 일으키는 서징현상이 발생하여 설비의 파손을 야기할 수도 있다.

종래에는 도 1 과 같이 대기중의 공기를 흡입필터(1)를 통하여 흡입하고 전동기를 돌려서 여기에 직결축으로 연결된 송풍기(3)로 압축한 후, 송풍용 밸브(1)를 열어 고로 요구량에 따라서 일정량의 연소용 공기를 고로로 압송하게 된다.

정상 운전 상태라면, 흡입유량검출센서(2)에서 측정되어 전달된 신호(측정치)를 처리한 흡입차압신호는 토출압력검출센서(4)로부터 전달된 신호(목표값)를 처리한 토출압력신호보다 작게되며, 이때 안티서지조절계(8)에서의 제어편차는 음(-)의 상태로 되어서 방풍밸브(6)는 닫힌 상태로 있게 된다.

한편 송풍기(3)는 송풍기 고유의 서지(SURGE)특성에 따라 운전 범위가 한정되므로, 송풍기의 운전점(Operating point)이 송풍기의 서지라인을 넘어서 운전되는 것을 방지할 수 있는 안정적인 서지방지 제어가 대단히 중요하다.

여기서 서지테스트(SURGE TEST)를 통해 얻어진 송풍기의 서지라인은 토출압력신호와 흡입차압신호의 관계를 함수화하여 계산한다. 즉, 안티서지조절계(8)에서 측정치와 목표치 단자, 즉 X축의 흡입차압신호와 Y측의 토출압력신호를 각각 4개의 브레이크 포인트(BREAK POINT)로 나누어 서지라인, 안티서지라인(ANTI-SURGE LINE)의 함수에 해당하는 신호를 각 브레이크 포인트에서 모의 신호로 입력하여 브로우오프(BLOW OFF)라인 조정볼륨에 의해 각각의 함수를 설정 조정하게 된다.

그리고 설정 조정된 펑션 제너레이터(Function Generator) 내부의 함수는 눈으로 볼 수 없으며, 이때 송풍기의 운전은 조정된 함수 그래프에 따라 제어된다.

이와 같은 함수그래프에 의해 송풍기의 운전이 잘 조정되었다면, 정상 운전 상태에서는 상기 펑션 제너레이터 내부의 함수에서 실제로 발생하는 흡입차압신호(X)에 대한 토출압력신호(W)의 차, X-W의 제어편차는 서지라인 안쪽의 안전 운전영역에 있도록 음(-)의 상태이며, 이 편차는 비례적분 알고리즘으로 처리되어 전압/전류 변환기를 거쳐 방풍밸브(6)를 닫힌 상태로 있게 한다. 그리고, 만일 X-W의 제어편차가 0에서 양(+)인 상태로 움직이면 방풍밸브(6)를 열리도록 운전패널(9)에 설치된 안티서지조절계(8)가 오픈 지령을 보내는 자동제어를 하게 된다.

이러한 일련의 동작들은 패키지(PACKAGE)화 된 운전패널(9) 취부형 안티서지조절계(8)에 의해 실행된다.

그러나, 송풍설비 특성상 송풍기에 대한 운전, 조작, 감시의 대부분은 시스템 화면상에서 이루어지고 있고 또한 송풍기 운전 제어에 있어서 가장 중요한 안티서지 제어가 상기와 같이 패키지화되어 있으므로, 송풍기의 서지제어를 수행함에 따라 송풍기의 서지라인과, 안티서지라인 및 그 내부에서 실제로 운전되는 현재의 운전점이 나타나지 않게 된다. 그 결과, 정상운전 중에 서지에 의해 발생할 수 있는 송풍기 스러스트 베어링 파손, 브레이드 소손, 송풍관 파손 및 소음기 파손 등의 대형사고가 발생될 수 있는 문제점이 있었다.

특히 복잡한 절차에 의해 설정하는 펑션 제너레이터가 잘못 조정되어 발생될 수 있는 안티서지제어의 문제로 인해 대형사고가 발생될 수 있는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 송풍기에서의 이상 발생 가능성을 사전에 검출, 판단하여 이를 안정영역으로 운전할 수 있도록 제어하는 고로 송풍기 서지방지 제어장치와 방법을 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 고로에 열풍을 송풍하는 송풍관에서 서징이 발생되는 것을 방지하도록 제어하는 고로 송풍기 서지방지 제어장치에 있어서, 송풍관을 가압하는 송풍기의 흡입유량을 검출하는 흡입유량검출센서와 송풍기의 토출압력을 검출하는 토출압력검출센서로부터 신호가 전달되는 입력처리부; 입력처리부에 입력된 신호를 함수로 설정하여 서지라인, 안티서지라인 및 서지근접라인을 작성하는 서지라인함수설정부; 서지라인함수설정부에서 작성된 서지라인, 안티서지라인 및 서지근접라인으로부터 서지발생여부 및 운전점을 판별하는 이상검출부; 서지라인이 운전점을 초과했을 때 방풍밸브를 폐쇄시키는 서지제어부; 서지라인, 안티서지라인, 서지근접라인, 운전점 및 서지제어부의 상태를 나타내는 제어조절계를 디스플레이하는 디스플레이부를 포함하는 고로 송풍기 서지방지 제어장치를 제공한다.

또한 본 발명은 고로에 열풍을 송풍하는 송풍관에서 서징이 발생되는 것을 방지하도록 제어하는 고로 송풍기 서지방지 제어방법에 있어서, 송풍관을 가압하는 송풍기의 흡입측에 설치되는 흡입유량검출센서와 상기 송풍기의 토출측에 설치되는 토출압력검출센서로부터 입력처리부에 신호가 입력되는 신호입력단계; 신호입력단계에서 상기 입력처리부에 입력된 신호를 기초로 하여 서지라인, 안티서지라인, 서지근접라인을 작성하기 위한 함수를 설정하는 함수설정단계; 함수설정단계에서 작성된 서지라인, 안티서지라인 및 서지근접라인을 기초로 하여 서지발생여부 및 운전점을 판별하는 이상검출단계; 함수설정단계에서 설정된 서지라인이 이상검출단계에서 검출된 운전점을 초과했을 때 방풍밸브를 폐쇄시키는 제어단계를 포함하는 고로 송풍기 서지방지 제어방법을 제공한다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 고로 송풍기 서지방지 제어장치를 나타내는 구성도이다.

본 발명에 따른 고로 송풍기 서지방지 제어장치(20)는 도 2에 도시된 바와 같이 송풍기(3) 흡입측의 흡입유량검출센서(2)와 송풍기(3) 토출측의 토출압력검출센서(4)로부터의 신호가 입력되는 입력 처리부(20a)와, 입력 처리부(20a)를 통해서 입력되어 시스템에 적합하게 가공된 신호를 기초로하여 서지라인, 안티서지라인, 서지근접라인을 작성하는 서지라인함수설정부(20b)를 포함한다.

또한, 고로 송풍기 서지방지 제어장치(20)는 서지라인함수설정부(20b)에서 만들어진 각각의 라인을 기본으로 서지발생여부와 운전점을 판별하여 경보 및 안티서지시퀀스제어를 실시하는 이상검출부(20e)와, 상기 운전점이 상기 서지라인을 초과했을 때 방풍밸브(6)를 폐쇄시키도록 자동제어를 수행하는 서지제어부(20d)와, 처리된 신호 즉, 운전점, 서지라인, 안티서지라인, 서지근접라인을 표시하여 감시하는 서지제어조절계(31)를 디스플레이하는 디스플레이부(30)를 더 포함한다.

아울러 서지라인함수설정부(20b)는 서지테스트에서 얻어진 신호를 기준으로그래프를 작성하게 된다.

도 3a는 본 발명에 따른 서지라인의 구성특성을 나타내는 그래프이고, 도 3b는 안티서지라인의 구성특성을 나타내는 그래프이며, 도 3c는 서지근접라인의 구성특성을 나타내는 그래프이다.

먼저 도 3a에 도시된 바와 같이 서지라인은 X축에 흡입유량, Y축에 토출압력을 도시하게 되며 X=0%(

)일 때 Y=0%(

), X=15.17%(

)일 때 Y=46.25%(

), X=44%(

)일 때 Y=63.75%(

), X=55%(

)일 때 Y=72.5%(

), X=64%(

)일 때 Y=72.5%(

), X=100%(

)일 때 Y=72.5%(

)가 출력되는 함수 그래프를 구성한다.

다음으로 안티서지라인은 도 3b에서 도시된 바와 같이 X축에 흡입유량, Y축에 토출압력을 도시하게 되며 X=0%(

)일 때 Y=0%(

), X=18.86%(

)일 때 Y=40%(

), X=44%(

)일 때 Y=57.5%(

), X=55%(

)일 때 Y=67.5%(

), X=65%(

)일 때 Y=67.5%(

), X=100%(

)일 때 Y=67.5%(

)가 출력되는 함수 그래프를 구성한다.

다음으로 서지근접라인은 도 3c에서 도시된 바와 같이 X축에 흡입유량, Y축에 토출압력을 도시하게 되며, X=0%(

)일 때 Y=0%(

), X=20.69%일 때(

) Y=37.5%(

), X=44%(

)일 때 Y=55%(

), X=55%(

)일 때 Y=65%(

), X=65%(

)일 때 Y=65%(

), X=100%(

)일 때 Y=65%(

)가 출력되는 함수 그래프를 구성하게 된다.

즉, 각 라인은, 도 4의 그래프에 도시된 바와 같이, X축을 흡입유량, Y축에 토출압력 신호로 하여 가장 바깥쪽으로 서지라인, 서지라인의 안쪽으로 안티서지라인, 안티서지라인의 안쪽으로 서지근접라인이 되도록 함수그래프가 구성된다.

여기서 현재 운전되는 운전점의 표시는 X축의 흡입유량으로부터 산출된 흡입차압과, Y축의 토출압력 신호에 의해서 결정되는 좌표(+)가 되도록 시스템을 구성한다.

도 4는 본 발명에 따른 디스플레이부 실제 표시 화면의 일예를 나타내는 도면이다.

다음으로 본 발명에 따른 고로 송풍기 서지방지 제어방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저 신호입력단계는 송풍관을 가압하는 송풍기의 흡입측에 설치되는 흡입유량검출센서(2)와 토출측에 설치되는 토출압력감지센서(4)로부터 입력처리부(20a)에 신호가 입력되는 단계이다.

다음으로 함수설정단계는 입력처리부(20a)에 입력된 신호를 기초로 하여 서지라인, 안티서지라인, 서지근접라인을 작성하기 위한 함수를 설정하는 단계이다.

다음으로 이상검출단계는 함수설정단계에서 작성된 서지라인, 안티서지라인 및 서지근접라인을 기초로하여 서지발생 여부 및 운전점을 판별하는 단계이다.

다음으로 제어단계는 함수설정단계에서 설정된 서지라인이 이상검출단계에서 검출된 운전점을 초과했을 때 방풍밸브(6)를 폐쇄시키는 단계이다.

상기 함수설정단계에서는 서지라인, 안티서지라인, 서지근접라인을 구성하는 근선함수 패턴으로써, 공히 X축을 흡입유량, Y축을 토출압력 W로 설정하여 흡입유량에 대한 토출압력의 관계를 함수화한다. 상기 운전점은 흡입유량을 함수화한 흡입차압에 대한 토출압력의 차로써 결정되는 좌표로 계산되어 디스프레이부(30)에 디스플레이되도록 한다.

한편, 정상운전상태에서는 항상 흡입유량에 따른 목표값과 토출압력의 제어편차가 음(-)의 상태에 있으므로, 운전점(+)은 운전안전 영역인 서지근접라인 안쪽에서 X축과 Y축에 의해 결정된다.

여기서 각 라인별로 작동을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 서지근접라인은 토출측 배관의 점진적인 폐쇄로 압력이 상승하여 흡입유량에 따른 목표값과 토출압력의 제어편차가 음(-)의 상태에서 양(+)인 상태로 변하는 것을 나타낸다. 이때, 운전점이 서지근접라인으로 다가가게 되면서 흡입유량에 따른 목표값과 토출압력의 제어편차가 0인 상태를 이상검출부(20e)에서 검출하게 되면 서지 제어부(20d)에서 서지라인 근접경보를 생성한다.

즉, 서지근접라인의 목표치(X3)와 토출압력신호의 측정치(W)의 제어편차(X3-W)가 O보다 큰 값 즉, 제어편차가 양(+)이 되면 방풍밸브(6)는 서지 제어부(20d)의 오픈지령신호로 인한 절환회로의 동작에 의해서 개방하게 된다. 그 결과, 운전점은 안전 영역인 서지근접라인의 아래 쪽으로 이동하도록 제어된다.

다음으로 안티서지라인은 토출측 배관이 급진적으로 폐쇄되어 압력이 빠르게 상승하는 것을 나타낸다. 이때, 운전점이 서지근접라인을 넘어서 안티서지라인 설정값으로 다가가게 되면, 이상검출부(20e)에서는 안티서지라인의 설정값(X2)과 토출압력신호의 측정치(W)가 동일한 값, 즉 X2-W=0임을 검출하게 된다.

이와 같이 동일한 값을 검출하게 되면 서지 제어부(20d)에서는 안티서지라인 근접경보를 생성한다. 그리고, 안티서지라인의 설정값(X2)과 토출압력신호의 측정치(W)의 제어편차(X2-W)가 O보다 커져 양(+)이 되면, 운전점이 안티서지라인을 초과한 것을 의미한다. 따라서, 서지 제어부(20d)에서는 상기 제어편차(X2-W)가 0미만인 (-)값으로 될 때까지 방풍밸브(6)가 개방하도록 제어하여 상기 운전점을 가장 안전한 영역인 서지근접라인 하부로 이동시킨다.

다음으로 서지라인은 토출측 배관이 빠르게 폐쇄되어 압력이 급상승하는 것을 의미한다. 이때, 운전점이 안티서지라인을 넘어서 서지라인 설정값(X1)으로 다가가게 되면 이상검출부(20e)에서는 서지라인의 설정값(X1)과 토출압력신호의 측정치(W)가 동일한 값, 즉 X1-W=0을 검출하게 된다.

이와 같이 동일한 값을 검출하게 되면 서지 제어부(20d)에서는 서지라인 경보를 생성한다. 그리고, 서지라인의 설정값(X1)과 토출압력신호의 측정치(W)의 제어편차(X2-W)가 O보다 커져 양(+)이 되면, 상기 운전점이 서지라인을 초과한 것을 의미한다. 따라서, 서지 제어부(20d)에서는 상기 제어편차가 0미만인 (-)값으로 될 때까지 방풍밸브(6)가 개방하도록 제어하여 상기 운전점을 안전 영역인 서지근접라인의 하부로 이동시킨다.

여기서 가장 최적제어는 가장 상부쪽에 서지라인, 서지라인 하부에 안티서지라인, 안티서지라인 하부에 서지근접라인, 그 안쪽에 운전점이 위치하도록 제어하는 것이다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명의 상기와 같은 구성에 의하면 현재 운전되는 운전점, 서지라인, 안티서지라인, 서지근접라인을 운전자가 디스플레이부를 통하여 상시 감지할 수 있고, 이상 발생시 운전점을 안전영역으로 이동시켜 줄 수 있으며, 각 보호라인의 설정 및 조정이 용이하다.

따라서 송풍기 토출 배관의 점진적인 또는 급진적인 폐쇄로 인해 발생되는 서지현상으로 인한 송풍기의 스러스트 베어링의 파손, 블레이드 소손, 송풍관 및 소음기 파손 등 대형사고를 방지할 수 있다.

Claims

고로에 열풍을 송풍하는 송풍관에서 서징이 발생되는 것을 방지하도록 제어하는 고로 송풍기 서지방지 제어장치에 있어서,

상기 송풍관을 가압하는 송풍기의 흡입유량을 검출하는 흡입유량검출센서와 상기 송풍기의 토출압력을 검출하는 토출압력검출센서로부터 신호가 전달되는 입력처리부;

상기 입력처리부에 입력된 신호를 함수로 설정하여 서지라인, 안티서지라인 및 서지근접라인을 작성하는 서지라인함수설정부;

상기 서지라인함수설정부에서 작성된 상기 서지라인, 상기 안티서지라인 및 상기 서지근접라인으로부터 서지발생여부 및 운전점을 판별하는 이상검출부;

상기 서지라인이 상기 운전점을 초과했을 때 방풍밸브를 폐쇄시키는 서지제어부;

상기 서지라인, 상기 안티서지라인, 상기 서지근접라인, 상기 운전점 및 상기 서지제어부의 상태를 나타내는 제어조절계를 디스플레이하는 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고로 송풍기 서지방지 제어장치.
고로에 열풍을 송풍하는 송풍관에서 서징이 발생되는 것을 방지하도록 제어하는 고로 송풍기 서지방지 제어방법에 있어서,

상기 송풍관을 가압하는 송풍기의 흡입측에 설치되는 흡입유량검출센서와 상기 송풍기의 토출측에 설치되는 토출압력검출센서로부터 입력처리부에 신호가 입력되는 신호입력단계;

상기 신호입력단계에서 상기 입력처리부에 입력된 신호를 기초로 하여 서지라인, 안티서지라인, 서지근접라인을 작성하기 위한 함수를 설정하는 함수설정단계;

상기 함수설정단계에서 작성된 상기 서지라인, 상기 안티서지라인 및 상기 서지근접라인을 기초로하여 서지발생여부 및 운전점을 판별하는 이상검출단계;

상기 함수설정단계에서 설정된 서지라인이 상기 이상검출단계에서 검출된 상기 운전점을 초과했을 때 방풍밸브를 폐쇄시키는 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고로 송풍기 서지방지 제어방법.