KR101012849B1 - 코크 오븐 가스의 퇴적물 모니터링장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코크 오븐 가스의 퇴적물 모니터링장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 코크 오븐 가스가 통과하는 배관내에 타르등에 의하여 형성되는 퇴적물의 퇴적상태를 배관 내부를 관통하지 않고서 전자기적으로 검출하여 퇴적상태를 시각적으로 인식할 수 있는 코크 오븐 가스의 퇴적물 모니터링장치에 관한 것이다.

본 발명의 코크 오븐 가스의 퇴적물 모니터링장치는, 코크 오븐 가스가 이동하는 배관(1)의 표면에 삽입되는 절연파이프(4); 상기 절연파이프(4)의 표면에 일정간격으로 이격되어 설치되는 다수의 전극(3); 상기 전극(3)의 주위를 둘러 쌓는 상태로 설치되는 유전체(8); 상기 유전체(8)의 외부에 설치되며 전자기파가 외부로부터 들어오는 것을 차단하기 위한 차폐용 금속판(2); 상기 전극(3)들과 전선을 통하여 연결되어 있으며 특정 전극에 교류전원을 공급하여 전기장(7)을 발생시키고 나머지 전극(3)들은 커패시턴스 전극으로 사용하여 전기장(7)의 변화상태를 검출하기 위한 데이터 측정 시스템(9); 및 상기 데이터 측정 시스템(9)에 의하여 측정된 데이터를 이용하여 이미지를 복원하여 출력하기 위한 이미지 복원 모듈(10)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

코크, 오븐, 가스, 배관, 타르, 퇴적물, 전자기, 전극, 유전체

Description

코크 오븐 가스의 퇴적물 모니터링장치{Device for monitoring the tar of coke oven gas piled up within the pipe}

도 1은 종래 사용되는 코크 오븐 가스 배관의 개략적인 구성도,

도 2는 배관내에 퇴적된 타르의 퇴적상태도,

도 3은 본 발명에 의한 퇴적물 모니터링장치의 구성도,

도 4는 본 발명에 의한 퇴적물 모니터링장치의 다른 실시예도.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

1 : 배관 2 : 차폐용 금속판

3 ; 전극 4 : 절연파이프

5 : (타르)퇴적물 6 : 가스통로

7 : 전기장 8 : 유전체

9 : 데이터 검출 시스템 10: 이미지 복원 모듈

11: 전선

본 발명은 코크 오븐 가스의 퇴적물 모니터링장치에 관한 것으로서, 더욱 구 체적으로는 코크 오븐 가스가 통과하는 배관내에 타르등에 의하여 형성되는 퇴적물의 퇴적상태를 배관 내부를 관통하지 않고서 전자기적으로 검출하여 퇴적상태를 시각적으로 인식할 수 있는 코크 오븐 가스의 퇴적물 모니터링장치에 관한 것이다.

코크 오븐 가스는 제철소내 가열로 예열대 하부에 설치된 버너에 공급되는 연료가스이다. 도 1 및 도 2를 참고하여 종래 코크 오븐 가스 배관 구성 및 문제점을 설명한다. 코크 오븐 가스(coke oven gas: 이하 "COG" 라 통칭함)는 도시된 바와 같이, 주배관(20)으로부터 예열대 하부의 가지관(26)을 통하여 예열대 하부에 설치된 버너(28)에 공급된다. 도면에는 8세트의 버너(28)가 도시되어 있다. 주배관(20)에 설치된 볼밸브(24)와 니들밸브(22)를 조정하여 버너(28)에 공급되는 COG의 유량을 조정한다.

그러나, 주지하는 바와 같이 COG는 성분중에 타르(tar) 등과 같은 고형성분을 포함하고 있기 때문에 주배관(20)으로부터 가지관(26)으로 이동하는 도중에 타르가 퇴적되고, 또한 버너(28)에서 연소중에 누적되는 문제가 발생된다. 도 2에 도시된 것은 퇴적물이 잘 생성되는 배관의 굽은 부분(a)과 그 안에 퇴적된 퇴적물 상태를 도시한 것이다.

이러한 문제점으로 인하여 오리피스(orifice)의 유량측정 오차유발, 버너간 유량 불균형, 로황 불안정에 따른 연소효율 저하와 열손실, 및 품질불량 등을 유발시키고 있다.

종래에는 퇴적물에 의하여 문제가 발생되면 그에 따라서 의심이 가는 부분을 조사하는 피동적인 대처방식 이외 다른 방법이 없었다. 이것은 작업공정을 중단시 키고 조사에 많은 시간이 소요되기 때문에 신속하고 정확한 퇴적물의 모니터링이 요구되고 있는 형편이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 코크 오븐 가스가 통과하는 배관내에 타르등에 의하여 형성되는 퇴적물의 퇴적상태를 배관 내부를 관통하지 않고서 전자기적으로 검출하여 퇴적상태를 시각적으로 인식할 수 있는 코크 오븐 가스의 퇴적물 모니터링장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 배관내부에 삽입물이 없어서 유동장의 교란이 없고, 조업자가 측정하기 어려운 위치에 대하여 모니터링이 가능하며, 배관내부의 퇴적상태를 이용하여 배관 세정시점을 미리 파악할 수 있는 코크 오븐 가스의 퇴적물 모니터링장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 코크 오븐 가스의 퇴적물 모니터링장치는, 코크 오븐 가스가 이동하는 배관의 표면에 삽입되는 절연파이프; 상기 절연파이프의 표면에 일정간격으로 이격되어 설치되는 다수의 전극; 상기 전극의 주위를 둘러 쌓는 상태로 설치되는 유전체; 상기 유전체의 외부에 설치되며 전자기파가 외부로부터 들어오는 것을 차단하기 위한 차폐용 금속판; 상기 전극들과 전선을 통하여 연결되어 있으며 특정 전극에 교류전원을 공급하여 전기장을 발생시키고 나머지 전극들은 커패시턴스 전극으로 사용하여 전기장의 변화상태를 검출하기 위한 데이터 측정 시스템; 및 상기 데이터 측정 시스템에 의하여 측정된 데이터를 이용하 여 이미지를 복원하여 출력하기 위한 이미지 복원 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 코크 오븐 가스의 퇴적물 모니터링장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 종래 코크 오븐 가스를 연료로 사용할 때 연료공급용 배관의 내부에 퇴적되는 퇴적물의 형성상태를 배관을 분해하지 않고서도 검출할 수 있으며, 특히 퇴적이 의심되는 부분을 집중적으로 관리할 수 있는 것이다.

도 3은 본 발명에 의한 코크 오븐 가스의 퇴적물 모니터링장치의 구성도로서, (a)는 단면도, (b)는 배관(1) 일부 표면에 설치된 상태를 각각 도시하고 있다.

본 발명의 모니터링장치는 : 코크 오븐 가스가 이동하는 가스통로(6)가 형성된 배관(1)의 소정위치 표면에 삽입되는 절연파이프(4)와, 상기 절연파이프(4)의 표면에 일정간격으로 이격되어 설치되는 다수의 전극(3)과, 상기 전극(3)의 주위를 둘러 쌓는 상태로 설치되는 유전체(8)와, 상기 유전체(8)의 외부에 설치되며 전자기파가 외부로부터 들어오는 것을 차단하기 위한 것으로 그라운드와 연결되는 차폐용 금속판(2)과, 상기 전극(3)들과 전선을 통하여 연결되어 있으며 특정 전극에 교류전원을 공급하여 전기장(7)을 발생시키고 나머지 전극(3)들은 커패시턴스 전극으로 사용하여 전기장(7)의 변화상태를 검출하기 위한 데이터 측정 시스템(9)과, 상기 데이터 측정 시스템(9)에 의하여 측정된 데이터를 이용하여 이미지를 복원하여 출력하기 위한 이미지 복원 모듈(10)을 포함하고 있다.

도 3을 다시 참고하면, 가열로의 연소용 연료로 사용되는 부생가스인 COG가 배관(1) 내부에 형성된 가스통로(6)를 통하여 이동하는 도중에, 배관(1)내 하부에 COG에 포함된 타르 등의 고형물질이 쌓이면서 퇴적물(5)이 형성된다.

본 발명에서는 토모그라피(tomography) 기법중의 하나인 커패시턴스 토모그라피법을 적용하여 배관(1)내 퇴적물(5)의 형상을 모니터링 하게 된다. 즉, 배관(1) 표면의 원주방향으로 일정간격으로 이격된 전극(3)중의 일부 전극에 데이터 측정 시스템(9)으로부터 교류전류를 인가하면, 측정하고자 하는 배관(1) 내에 도면과 같이 전기장(7)이 형성된다.

이때 배관(1) 내에 형성되는 전기장(7)의 분포는 배관(1)내에 존재하는 물질들의 분포형태에 의존하게 되며 이를 지배하는 주된 전기적 물성은 퇴적물의 유전율( ε)이다. 즉, 유전율은 물질의 함수이기 때문에 이 유전율의 분포를 예측하면 배관(1) 내에 퇴적된 물질의 분포(가스상 또는 고체상)를 파악 할 수 있는 것이다.

이 유전율의 분포는 배관(1) 주위의 전극(3)의 조합으로 구성된 커패시터 전극(3)(즉 교류전류가 인가되지 않는 나머지 전극들)의 커패시턴스 C 를 측정함으로써 알 수 있다. 커패시턴스 C = (ε·A /d), (A는 단면적, d는 간극, ε는 유전율)로서, 단면적과 간극을 일정한 값으로 미리 알고 있으므로, 커패시턴스를 측정함으로서 유전율의 분포상태를 알 수 있다. 커패시턴스의 측정은 전극(3)들과 전선(11)을 통하여 연결된 데이터 측정 시스템(9)에 의하여 수행된다.

이것은 다시말하여, 고형물질이 없이 가스상이 유동하는 경우의 전기장에 비하여 고형물질이 배관내에 퇴적되었을 경우 전기장의 왜곡되는 양을 커패시턴스의 변화량을 이용하여 파악함으로써 고형물질의 고체상과 가스상의 배관내 분포를 예 측하여 모니터링 하게 된다.

도 3에 도시된 것은 가지관(도 1의 26)과 같은 소형 연료 공급용 배관에 설치하기에 적합한 것이다. 즉 소형배관은 퇴적물이 조금만 쌓여도 배관(1)의 내부를 전부 차단하기 때문에 정확한 퇴적상태를 검출하는 것이 바람직하다.

또한 전극(3)과 유동장이 형성된 배관(1) 사이에는 절연파이프(4)를 사용하고, 전극(3)과 차폐용 금속판(2) 사이에는 동일한 유전율을 가진 유전체(8)를 채운다. 상기 차폐용 금속판(2)은 또한 외부 전자계에 의한 영향을 방지하거나 경감하기 위하여 그라운드에 접지연결한다.

상기 데이터 검출 시스템(Data acquisition System)(9)에 의해 측정된 커패시턴스 변화량은 이미지 복원 모듈(image reconstruction module)(10)에 의해 복원된 후에 모니터링용 컴퓨터의 모니터를 통하여 배관(1) 내부의 퇴적물(5) 상황을 보여주게 된다.

도 4에 도시된 것은 본 발명의 다른 실시예로서, 가열로의 연료로 주입되는 대구경의 COG의 공급 주배관(직경 1,2M)에 적용된 커패시턴스 토모그라피를 이용한 퇴적물 모니터링 시스템의 구성을 나타낸 것이다.

도 3은 소형 연료배관, 즉 말단의 연료공급 배관인 가지관에 적용하기에 적합한 것으로서, 이를 대구경의 배관에 적용시에는 전극사이의 거리가 멀어져 측정되는 커패시턴스(, A-단면적, d-간극, -유전율, C-커패시턴스)가 작아져 출력신호의 감도에 문제가 될 소지가 많으며 또한 배관의 원주둘레가 길어져 설치되는 전극의 수가 많아지는 문제점이 발생할 수 있다. 그러나 가열로 연료공급 배관(특히 주 배관)의 경우 고형물이 배관 하부에 주로 퇴적되기 때문에 관심영역이 배관 하부로 볼 수 있다.

따라서 대구경 배관의 경우 도 4의 (a)에 나타낸 것처럼 관심영역(즉 퇴적물이 주로 생성되는 영역)인 배관(1)의 하부에 전극(3)(도면에서는 간극이 최소화된 2개의 전극이 표시됨)을 설치하여 전극의 개수를 최소로 감소시키고 또한 전극사이의 거리(간극) d를 최대한 감소(즉 최대한 좁힘)시킴으로서 출력신호의 감도(sensitivity)를 확보할 수 있게 된다.

도 4의 (b)는 본 발명의 모니터링장치를 이용하여 측정한 퇴적물(5)의 형상을 도시한 것으로서, (a)와 (b)를 비교하면, 퇴적물(5)의 형상이 거의 일치함을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명에 의하면 코크 오븐 가스가 통과하는 배관내에 타르등에 의하여 형성되는 퇴적물의 상태를 배관 내부를 관통하지 않고서 전자기적으로 검출하여 퇴적상태를 시각적으로 통보함으로서, 배관내부에 삽입물이 없어서 유동장의 교란이 없고, 조업자가 측정하기 어려운 위치에 대하여 모니터링이 가능하며, 배관내부의 퇴적상태를 이용하여 배관 세정시점을 미리 파악할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 코크 오븐 가스가 이동하는 배관(1)의 소정위치 표면에 삽입되는 절연파이프(4); 상기 절연파이프(4)의 표면에 일정간격으로 이격되어 설치되는 다수의 전극(3); 상기 전극(3)의 주위를 둘러 쌓는 상태로 설치되는 유전체(8); 상기 유전체(8)의 외부에 설치되며 전자기파가 외부로부터 들어오는 것을 차단하기 위한 차폐용 금속판(2); 상기 전극(3)들과 전선을 통하여 연결되어 있으며 특정 전극에 교류전원을 공급하여 전기장(7)을 발생시키고 나머지 전극(3)들은 커패시턴스 전극으로 사용하여 전기장(7)의 변화상태를 검출하기 위한 데이터 측정 시스템(9); 및 상기 데이터 측정 시스템(9)에 의하여 측정된 데이터를 이용하여 이미지를 복원하여 출력하기 위한 이미지 복원 모듈(10)을 포함하는 것을 특징으로 하는 코크 오븐 가스의 퇴적물 모니터링장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 차폐용 금속판(2)이 그라운드에 접지되는 것을 특징으로 하는 코크 오븐 가스의 퇴적물 모니터링장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 전극(3)이 소형 배관에는 전체 원주면에 걸쳐 일정간격으로 이격되어 설치되고, 대형 배관에는 퇴적물이 집중 발생되는 특정 부위에 걸쳐 전극의 간극이 최소화되어 설치되는 것을 특징으로 하는 코크 오븐 가스의 퇴적물 모니터링장치.

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