KR100905115B1 - 압력변동에 따른 산소가스 생산량의 증량 및 감량 운전방법 - Google Patents

압력변동에 따른 산소가스 생산량의 증량 및 감량 운전방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공기분리장치에서 사용처의 압력변동에 따라 특히, 산소가스의 생산량을 조절할 수 있도록 한 압력변동에 따른 산소가스 생산량의 증량 및 감량 운전방법에 관한 것으로, 본 발명은 대기중의 공기를 흡입 압축시킨 후 비점차에 의해 산소, 질소, 아르곤 가스로 분리하는 공기분리장치를 구비한 설비에서, 산소가스저장탱크의 전단압력을 검출하는 과정과; 검출된 압력이 하한 설정치 이하로 유지되면 공기압축기의 가이드벤을 열어주어 흡입되는 원료 공기유량을 증량시킴과 동시에 액체산소저장탱크에서 펌프가 액체산소를 주열교환기로 보내는 양을 늘려 주열교환기의 온도상승을 억제하도록 한 산소가스증량운전 과정과; 검출된 압력이 상한 설정치 이상으로 유지되면 공기압축기의 가이드벤을 닫아주어 흡입되는 원료 공기유량을 감량시킴과 동시에 액체산소저장탱크에서 펌프가 액체산소를 주열교환기로 보내는 양을 줄여 주열교환기의 온도하락을 억제하도록 한 산소가스감량운전 과정을 포함하여 구성된다.
본 발명에 따르면, 대기로 방산시켜 초래되는 에너지의 불필요한 낭비를 막고, 산소가스의 압송력을 일정하게 유지하여 압력변동폭을 줄임으로써 산소가스 사용공장에서의 제품불량, 작업시간 지연 등의 부수적인 문제를 해소할 수 있다.

Description

압력변동에 따른 산소가스 생산량의 증량 및 감량 운전방법{OPERATING METHOD FOR INCREASING AND REDUCING PRODUCTION VOLUME OF OXYGEN GAS BY PRESSURE CHANGE}
도 1은 종래 기술에 따른 공기분리장치의 배관 계통도,
도 2는 도 1의 요부 상세도,
도 3은 본 발명에 따른 산소가스 생산량 증감운전방법을 설명하기 위한 공기분리장치의 배관 계통도,
도 4 및 도 5는 본 발명 방법을 설명하기 위한 시간대 유량간의 관계를 보인 그래프.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10....정유통 12....상탑
14....하탑 18a....액체산소저장탱크
20....펌프 30....주열교환기
40....산소가스저장탱크 70....공기압축기
72....승압기 80....압력발신기
82....가이드벤
본 발명은 대기중의 공기를 흡입 압축시켜 비점차에 의해 산소, 질소, 아르곤 가스로 분리하는 공기분리장치에서 사용처의 압력변동에 따라 특히, 산소가스의 생산량을 조절할 수 있도록 한 압력변동에 따른 산소가스 생산량의 증량 및 감량 운전방법에 관한 것이다.
공기분리장치는 대기중의 공기를 흡입 압축시킨 후 비점차를 이용하여 제철소의 각 처에서 요구하는 긴요한 가스, 예컨대 산소가스, 질소가스, 아르곤가스 등을 생산하는 설비로서 일종의 거대한 열교환기이기도 하다.
이러한 공기분리장치는 도 1 및 도 2의 도시와 같이, 정유통(10)의 상탑(12)에서 불순질소와 액체공기가 기화되는 산소가스를 액체산소로 만들고 액체산소는 생산밸브(16a)를 통해 액제산소저장탱크(18a)에 저장되게 되며 또한 이 액체산소는 펌프(20)를 통해 약 25kg/㎠으로 압축되어 주열교환기(30) 및 산소가스저장탱크(도 2의 '40')를 거쳐 고로공장이나 제강공장과 같은 제철소내 각 사용처로 보내지게 된다.
한편, 정유통(10)의 하탑(14)에서는 액체질소와 순질소가스가 생산되어 액체질소는 생산밸브(16b)를 통해 액체질소저장탱크(18b)에 저장되고, 순질소가스는 생산밸브(18c)를 통해 질소압축기(50)로 보내지며 질소가스저장탱크를 거쳐 해당 사용처로 보내지게 된다.
이때, 주열교환기(30)는 정해진 유량의 원료공기와 일정 유량의 상탑(12)에 서 나오는 불순질소와 하탑(14)에서 생산되는 질소가스, 액체산소저장탱크(18a)에서 펌프(20)를 통해 압송되는 액체산소가 상호 열교환될 수 있도록 하여 일정온도 범위(-155~-170℃)내로 유지시킴으로써 정유통(10)에서 고순도의 가스밸런스를 유지시키는 중요한 역할을 하게 된다.
따라서, 상기 주열교환기(30)의 온도가 일정범위값을 벗어나게 되면 주열교환기(30)의 자체 파손이나 혹은 정유통(10)내의 액체 및 가스의 순도불량이 발생되고, 이 상태에 이르게 되면 설비보호 및 순도불량 방지를 위해 공기분리장치의 가동이 정지되게 된다.
그런데, 제강공장에서 취련작업이 일정하게 이루어질 때는 산소압력이 일정하게 유지되어 아무런 문제가 없으나 제강공장의 전공정 대기 및 후공정 설비 이상시 산소 압송압력이 급격히 상승하게 되고, 그때의 산소압력이 24kg/㎠이상 일때는 주열교환기(30)를 거쳐 나가는 산소가스가 생산밸브(18d)를 통해 압송되지 못하기 때문에 주열교환기(30) 온도가 상승하게 되고 이로 인해 산소를 감량하지도 못하게 되며, 2개의 전로를 동시에 취련할 때에는 산소가스 사용량이 많아져 압송압력이 급격히 하락(18kg/㎠이하)하게 되어 제강공장의 제품불량, 취련시간의 연장, 산소가스 사용량의 증가 등에 큰 문제를 유발시키게 된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 산소가스 압송압력의 변화에 따라 산소가스 압송유량을 주열교환기의 온도범위 안에서 사용처의 사용유량에 맞추어 산소가스의 생산량을 단시간에 증량 또는 감량할 수 있도록 함으로써 주열교환기의 온도 밸런스 유지불량에 따른 산소압력의 하락, 제강 취련시 작업시간의 지연 및 제품불량 유발 등의 문제를 해소할 수 있도록 한 압력변동에 따른 산소가스 생산량의 증량 및 감량 운전방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 상기한 목적은, 대기중의 공기를 흡입 압축시킨 후 비점차에 의해 산소, 질소, 아르곤 가스로 분리하는 공기분리장치를 구비한 설비에서, 산소가스저장탱크의 전단압력을 검출하는 과정과; 검출된 압력이 하한 설정치 이하로 유지되면 공기압축기의 가이드벤을 열어주어 흡입되는 원료 공기유량을 증량시킴과 동시에 액체산소저장탱크에서 펌프가 액체산소를 주열교환기로 보내는 양을 늘려 주열교환기의 온도상승을 억제하도록 한 산소가스증량운전 과정과; 검출된 압력이 상한 설정치 이상으로 유지되면 공기압축기의 가이드벤을 닫아주어 흡입되는 원료 공기유량을 감량시킴과 동시에 액체산소저장탱크에서 펌프가 액체산소를 주열교환기로 보내는 양을 줄여 주열교환기의 온도하락을 억제하도록 한 산소가스감량운전 과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 압력변동에 따른 산소가스 생산량의 증량 및 감량 운전방법을 제공함에 의해 달성된다.
이하에서는, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하세 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 압력변동 보상 증,감량 운전방법을 설명하기 위한 배관 계통도이고, 도 4의 (가),(나)는 본 발명에 따른 압력변동 보상 증,감량 운전시 시간에 따른 유량변화를 나타낸 그래프 및 산소가스 압송압력 변화에 따른 압송유량의 최대증량과 최소증량을 보인 그래프이며, 도 5의 (가),(나)는 본 발명에 따른 압력변동 보상 증,감량 운전시 산소가스 압송압력 변화에 따른 압송유량중 증량 그래프 및 감량 그래프이다.
도 3에서와 같이, 본 발명은 산소가스저장탱크(40)의 가스입구 라인에 설치되어 압력을 감지하여 전기적인 신호를 발생시키는 압력발신기(80)를 구비하고, 상기 압력발신기(80)의 신호를 받아 흡입유량을 제어하는 공기압축기(70)의 가이드벤(82)을 구비하며, 주열교환기(30)의 온도를 감지하여 전기적인 신호를 발생시키는 온도발신기(84)를 구비하고, 상기 온도발신기(84)가 주는 신호를 받아 액체산소의 압송량을 제어하는 펌프(20) 그리고 증량운전시 발생되는 액체공기는 저장하고, 감량운전시 정유통(10)으로 보내는 액체공기를 일정량 보유할 수 있는 액체공기저장탱크(86)를 갖추며, 산소가스저장탱크(40)의 압력변동에 따라 생산하는 산소가스의 유량을 자동으로 조절할 수 있는 프로그램 로직으로 구성된 PLC(미도시)를 구비하여 제어가능하도록 구성된다.
운전방법에 있어, 액체산소는 상탑(12)에서 생산되어 액체산소저장탱크(18a)에 저장되고, 상기 액체산소는 펌프(20)에 의해 주열교환기(30)에서 서로 열교환되게 된다.
산소가스저장탱크(40)의 전단압력을 받아 산소압력이 일정시간 동안, 예컨대 18kg/㎠이하로 3분정도 유지되면 공기압축기(70)의 가이드벤(82)을 열리게 하여 흡입되는 원료 공기유량을 증량하고, 공기압축기(70)에서 증량된 공기유량만큼 승압기(72)의 출구에서 발생되는 약 53kg/㎠의 액체공기의 유량이 늘어나 밸브(74)의 개도(OPEN)를 늘려주게 된다.
이때, 주열교환기(30)의 관리범위 온도의 상승을 방지하기 위하여 액체산소저장탱크(18a)에서 펌프(20)가 액체산소를 주열교환기(30)로 보내는 양을 늘리게 하여 상기 주열교환기(30)의 온도상승을 억제함과 동시에 늘어난 액체산소가 기화되어 더욱 많은 양의 산소가스가 산소가스저장탱크(40)로 보내지는 증량운전이 가능하게 된다.
반면, 산소가스저장탱크(40)의 전단압력이 상승하여 일정시간 동안 예컨대, 24kg/㎠이상으로 3분정도 유지되면 공기압축기(70)의 가이드벤(82)을 닫히게 하여 흡입되는 원료 공기유량을 감량하고, 공기압축기(70)에서 감량된 공기유량만큼 승압기(82)의 출구에서 발생되는 약 53kg/㎠의 액체공기의 유량이 줄어들게 되어 밸브(74)의 개도(OPEN)를 줄여주게 된다.
이때, 주열교환기(30)의 관리범위 온도의 하락을 방지하기 위하여 액체산소저장탱크(18a)에서 펌프(20)가 액체산소를 주열교환기(30)로 보내는 양을 줄이게 하여 상기 주열교환기(30)의 온도하락을 억제함과 동시에 줄어든 액체산소가 기화되어 만들어진 적은 양의 산소가스가 산소가스저장탱크(40)로 보내지는 감량운전이 가능하게 된다.
단, 상술한 모든 운전은 주열교환기(30)의 관리 온도를 일정범위, 이를테면 -155~-170℃ 안에서 이루어지도록 하여야 하며, 정유통(10)에서 정유원리에 의해 분리된 가스는 밸런스가 유지되면서 정유통(10) 전단의 공기압축기(70) 원료공기의 유량, 승압기(72)의 출구유량, 액체공기저장탱크(86)의 액체공기 레벨 그리고 산소가스저장탱크(40)의 전단압력 변화를 신호로 하여 증량 및 감량운전의 시작과 종료가 자동적으로 제어될 수 있게 된다.
하기 한 표 1은 산소증량운전의 시작과 종료에 관한 조건표이고, 표 2는 산소감량운전의 시작과 종료에 관한 조건표이며, 아울러 이들에 대한 설비의 운전상태에 따른 시간대 유량과의 관계는 도 4,5에 나타나 있다.
Figure 112002038013337-pat00001
Figure 112002038013337-pat00002
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 제강, 고로설비의 불규칙한 취련작업으로 인해 산소가스저장탱크의 압력이 높을 때는 공기분리장치가 생산한 산소가스를 대기로 방산시켜 초래되는 에너지의 불필요한 낭비를 막고, 산소가스의 압송력을 일정하게 유지하여 압력변동폭을 줄임으로써 산소가스 사용공장에서의 제품불량, 작업시간 지연 등의 부수적인 문제를 해소할 수 있는 장점이 있다.

Claims (2)

  1. 대기중의 공기를 흡입 압축시킨 후 비점차에 의해 산소, 질소, 아르곤 가스로 분리하는 공기분리장치를 구비한 설비에서,
    산소가스저장탱크의 전단압력을 검출하는 과정과;
    검출된 압력이 하한 설정치 이하로 유지되면 공기압축기의 가이드벤을 열어주어 흡입되는 원료 공기유량을 증량시킴과 동시에 액체산소저장탱크에서 펌프가 액체산소를 주열교환기로 보내는 양을 늘려 주열교환기의 온도상승을 억제하도록 한 산소가스증량운전 과정과;
    검출된 압력이 상한 설정치 이상으로 유지되면 공기압축기의 가이드벤을 닫아주어 흡입되는 원료 공기유량을 감량시킴과 동시에 액체산소저장탱크에서 펌프가 액체산소를 주열교환기로 보내는 양을 줄여 주열교환기의 온도하락을 억제하도록 한 산소가스감량운전 과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 압력변동에 따른 산소가스 생산량의 증량 및 감량 운전방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산소가스증량운전시 하한 설정치는 18kg/㎠이하로 3분유지이고, 산소가스감량운전시 상한 설정치는 24kg/㎠이상으로 3분유지임을 특징으로 하는 압력변동에 따른 산소가스 생산량의 증량 및 감량 운전방법.
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