KR101149165B1 - 가스 내의 수분 측정장치 - Google Patents

가스 내의 수분 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스 내의 수분 측정장치에 관한 것이다.
본 발명은 가스배관(10)의 수봉변(20)의 전단과 후단을 연결하게 우회배관(30)을 설치하고, 상기 우회배관(30)에 수분흡수부재(40)를 설치하여 설정시간, 설정유량 동안 상기 수분흡수부재(40)가 흡수한 수분량을 측정한 후, 상기 수분흡수부재(40)가 흡수한 수분량으로 상기 가스배관(10)을 통과하는 가스 내의 수분함량을 산출한다.
본 발명은 수봉변(20)에 설치한 우회배관(30) 및 우회배관(30) 내에 설치한 수분흡수부재(40) 등의 간단한 구성을 통해 고로가스, 코크스 오븐가스, 전로가스 등 부생가스 내의 수분 측정이 가능하므로 부생가스의 실제 열량 산출이 가능한 이점이 있다.

Description

가스 내의 수분 측정장치{Apparatus for measuring moisture in gas pipe}
본 발명은 가스 내의 수분 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고로가스, 코크스 오븐가스, 전로가스 등의 부생가스에 함유된 수분을 측정하는 가스 내의 수분 측정장치에 관한 것이다.
제선공정의 제품과 부산물에는 선철, 슬래그, 고로가스, 코크스 오븐가스 등이 있다.
이 중 고로가스(Blast Furnace Gas, BFG)는 선철 제조시 고로의 노정에서 다량으로 배출되는 가스로 선철 1톤당 약 1500~2000N㎥ 정도가 발생한다. 그리고, 코크스 오븐가스(Coke Oven Gas, COG)는 코크스 제조시 발생하는 가스로 발열량이 높아 제철공장의 부생가스로 활용된다.
본 발명의 목적은 실제 열량 산출이 가능하도록 고로가스, 코크스 오븐가스, 전로가스 등의 부생가스에 함유된 수분을 정확하게 측정할 수 있도록 하는 가스 내의 수분 측정장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 가스배관의 수봉변의 전단과 후단을 연결하게 우회배관을 설치하고, 상기 우회배관에 수분흡수부재를 설치하여 설정시간, 설정유량 동안 상기 수분흡수부재가 흡수한 수분량을 측정하는 단계; 상기 수분흡수부재가 흡수한 수분량에 근거하여 상기 가스배관을 통과하는 가스 내의 수분함량을 산출하는 단계를 포함한다.
상기 수분흡수부재가 흡수한 수분량은 상기 수분흡수부재가 설정시간 동안 흡수한 수분에 의해 증가한 무게이다.
상기 가스배관을 통과하는 가스 내의 수분함량은 식 A(g) ÷ P(%) ÷ [U(㎥/hr)×H(hr)]에 의해 산출된다.
A:수분흡수부재가 흡수한 수분량
P:수분흡수부재의 수분 흡수율
U:우회배관을 흐르는 가스의 유량
H:수분흡수부재가 수분을 흡수한 시간
상기 수분흡수부재는 실리카겔이다.
상기 가스는 고로가스, 코크스 오븐가스, 전로가스 중 선택된 1종이다.
가스배관의 수봉변의 전단과 후단을 연결하게 설치되는 우회배관과; 고정부재를 매개로 상기 우회배관 내에 입출가능하게 설치되고 수분흡수기능을 갖는 수분흡수부재와; 상기 우회배관 내에 설치되는 유량측정기를 포함한다.
상기 우회배관은 상부로 개방되게 천공된 입출공이 형성되고, 상기 입출공에 상기 우회배관을 외부로부터 차폐하는 차폐커버가 결합된다.
상기 고정부재는 상기 차폐커버를 관통하여 상기 차폐커버에 일체로 고정된 바 형상의 프레임과; 상기 프레임의 일단에 구비된 고리부와; 상기 프레임의 타단에 구비되고 상기 수분흡수부재를 감싸 고정하는 메쉬망을 포함한다.
상기 메쉬망은 상기 수분흡수부재의 교환을 위해 적어도 일측이 개방된 형상을 갖는다.
상기 수분흡수부재는 실리카겔이다.
본 발명은 가스배관의 수봉변의 전단과 후단을 연결하게 우회배관을 설치하고, 우회배관에 수분흡수부재를 설치하여 설정시간, 설정유량 동안 수분흡수부재가 흡수한 수분량을 측정하여 가스 내의 수분함량을 산출한다.
따라서 고로가스, 코크스 오븐가스, 전로가스 등 부생가스의 실제 열량 산출이 가능하고, 조업에 능동적으로 대처하는 것이 가능하며, 원단위 산정 및 에너지 효율 계산 등을 정확하게 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 가스 내의 수분 측정장치를 보인 도.
도 2 및 도 3은 본 발명에 의한 가스 내의 수분 측정방법을 보인 도.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 의한 가스 내의 수분 측정방법은, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 가스배관(10)의 수봉변(20)의 전단과 후단을 연결하게 우회배관(30)을 설치하고, 우회배관(30)에 수분흡수부재(40)를 설치하여 설정시간, 설정유량 동안 수분흡수부재(40)가 흡수한 수분량을 측정하는 단계와, 수분흡수부재(40)가 흡수한 수분량으로 가스배관(10)을 통과하는 가스 내의 수분함량을 산출하는 단계를 포함한다.
가스는 고로가스(BFG), 코크스 오븐가스(COG), 전로가스(LDG)를 포함한다. 고로가스, 코크스 오븐가스, 전로가스는 제철, 제강공정에서 필연적으로 생성되는 부생가스로 가스배관(10)을 통해 이송되어 제철공장이나 발전소용 연료로 공급한다.
제철공장이나 발전소용 연료로 공급하는 가스의 실제 열량 산출을 위해 가스 내의 수분을 측정한다.
고로가스, 코크스 오븐가스, 전로가스 등은 일정부분 수분을 함유하고 있으며, 가스 내에 수분이 많으면 많을수록 연료로 공급시 연소에 방해가 되고 실제 가스의 열량보다 낮은 열량을 나타낸다.
열량은 에너지 효율의 산정 기준점이 된다. 따라서 가스 열량을 기준 데이터로 하여 조업하는 공정의 경우에는 잘못된 열량으로 인해 조업에 차질이 생길 수 있으므로 가스 열량의 정확한 측정을 위해 가스배관(10)을 통과하는 가스 내의 수분함량을 측정한다.
구체적인 과정은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 가스배관(10)의 우회배관(30)에 설치한 수분흡수부재(40)가 흡수한 수분량을 측정하고, 측정된 수분량을 아래의 식 1에 대입하여 가스배관(10)을 통과하는 가스 내의 수분함량을 산출한다.
식 1은 가스배관을 통과하는 가스 내의 수분함량은 산출하는 식이다.
(식 1)
A(g) ÷ P(%) ÷ [U(㎥/hr)×H(hr)]
여기서, A는 수분흡수부재가 흡수한 수분량, P는 수분흡수부재의 수분 흡수율, U는 우회배관을 흐르는 가스의 유량, H는 수분흡수부재가 수분을 흡수한 시간을 의미한다.
수분흡수부재(40)의 수분 흡수율은 미리 확보한다. 수분흡수부재(40)의 수분 흡수율은 100%를 만족하기 어렵고, 소재에 따라서도 차이가 있다. 따라서 우회배관(30)을 통과하는 가스 내의 수분함량의 정확한 측정을 위해 수분흡수부재(40)가 흡수한 수분량을 측정하고 이를 수분흡수부재(40)의 수분 흡수율로 나누어 산출한다.
수분흡수부재(40)가 흡수한 수분량은 수분흡수부재(40)가 설정시간 동안 흡수한 수분에 의해 증가한 무게이다.
예를 들어, 우회배관(30)에 수분흡수부재(40)를 설치하고 설정시간 후 무게를 측정한 결과 증가한 무게가 1g이고, 수분흡수부재(40)의 수분 흡수율이 50%라면 우회배관(30)을 흐르는 가스에 포함된 수분함량은 2g이 되는 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 우회배관(30)에 2g[도면상 A(g)]의 수분을 함유한 가스가 공급되면, 1g은 수분흡수부재(40)에 흡수되고 1g[도면상 B(g)]의 수분을 함유한 가스가 우회배관(30)을 통과하게 되는 것이다.
그리고, 계산된 수분함량을 우회배관(30)을 흐르는 가스의 유량과 수분흡수부재(40)가 수분을 흡수한 시간으로 나누면 가스배관(10)을 통과하는 가스의 단위 부피당 포함된 수분함량을 산출할 수 있게 된다.
예를 들어, 우회배관(30)을 흐르는 가스의 유량이 50㎥/hr, 수분흡수부재(40)가 수분을 흡수한 시간이 30분이라 가정하면, 2g ÷ (50㎥/hr × 0.5hr) = 0.08㎥/hr와 같이 계산되어 가스 내에 함유된 수분이 0.08㎥/hr로 산출되는 것이다. 가스 내에 함유된 수분은 가스배관(10)을 통과하는 가스의 단위 부피당 포함된 수분함량이다.
가스 내의 수분 측정을 위한 가스 내의 수분 측정장치가 구비된다.
가스 내의 수분 측정장치는, 가스배관(10)의 수봉변(20)의 전단과 후단을 연결하게 설치되는 우회배관(30)과, 고정부재(50)를 매개로 상기 우회배관(30) 내에 입출가능하게 설치되고 수분흡수기능을 갖는 수분흡수부재(40)와, 우회배관(30) 내에 설치되는 유량측정기(39)를 포함한다.
가스배관(10)은 고로가스, 코크스 오븐가스, 전로가스 등을 제철공장의 각 공정으로 공급하는 배관이고, 수봉변(20)은 이러한 가스배관(10)의 일부를 U자형으로 만든 것이다.
수봉변(20)은 가스에 함유된 수분이 냉각되어 떨어지면 이를 포집하여 배출시키는 배관이다. 수봉변(20)의 U자형의 하부에는 배출관(21)이 연결되고, 배출관(21)에는 개폐밸브(23)가 구비되어 포집된 물의 배출이 용이하도록 한다.
우회배관(30)은 가스배관(10)을 통과하는 가스 내에 함유된 수분함량을 측정하면서도 가스배관(10)을 통한 가스의 이송에 영향을 주지 않기 위한 구성이다. 우회배관(30)은 가스배관(10)의 수봉변의 전단과 후단을 연결하게 설치된다.
우회배관의 직경은 가스배관의 직경과 동일하거나 작아도 무방하다.
수봉변(20)의 전단과 후단에는 각각 입구배관(25)과 출구배관(27)이 구비되고, 이 입구배관(25)과 출구배관(27)에 우회배관(30)이 연결 설치된다. 입구배관(25)과 출구배관(27)에는 각각 개방밸브(25a,27a)가 구비되어 우회배관(30)으로 가스의 공급 또는 차단을 제어할 수 있도록 한다.
우회배관(30)은 길이조절부(31)를 구비한다. 길이조절부(31)는 우회배관(30)의 일부를 주름관 형태로 형성하여 길이조절이 가능하도록 한 것이다. 길이조절부(31)는 우회배관(30)을 상기 수봉변(20)에서 분리하여 다른 다양한 수봉변에 설치 가능하도록 하기 위한 구성이다.
우회배관(30)은 일측에 상부로 개방되게 천공된 입출공(33)이 형성되고, 입출공에 우회배관을 외부로부터 차폐하는 차폐커버(35)가 결합된다. 입출공(33) 및 차폐커버(35)는 수분흡수부재(40)를 우회배관(30) 내에 설치하고 우회배관(30)의 기밀을 유지하기 위한 구성이다.
차폐커버(35)는 우회배관(30)의 입출공에 대응되는 형상으로 형성되고, 가장자리에는 입출공(33)의 기밀 유지를 위해 고무재질의 실링부(37)가 구비된다.
고정부재(50)는 수분흡수부재(40)를 우회배관(30) 내에 설치하기 위한 구성이다. 고정부재(50)는 차폐커버(35)를 관통하여 차폐커버(35)에 일체로 고정된 바 형상의 프레임(51)과, 프레임(51)의 일단에 구비된 고리부와, 프레임(51)의 타단에 구비되고 수분흡수부재(40)를 감싸 고정하는 메쉬망(55)을 포함한다. 고정부재(50)는 또한 차폐커버(35)를 포함한다.
고리부(53)는 수분흡수부재(40)의 무게 및 수분흡수부재(40)가 수분을 흡수함에 의해 증가된 무게를 측정하기 위해 중량계(60)의 고리부(61)에 걸어지는 부분이다.
메쉬망(55)은 수분흡수부재(40)를 고정하되, 수분흡수부재(40)가 수분을 흡수할 수 있는 충분한 조건이 되도록 망 형태로 구성한 것이다. 메쉬망(55)은 수분흡수부재의 교환이 용이하도록 적어도 일측이 개방된 형상으로 형성될 수 있다.
고정부재(50)를 매개로 수분흡수부재(40)가 우회배관(30)에 설치되면, 수분흡수부재(40)는 우회배관(30) 내의 중앙에 배치되고 우회배관(30)을 통과하는 가스의 수분을 흡수하게 된다.
수분흡수부재(40)는 실리카겔이다. 실리카겔은 이산화규소(SiO2)를 170도 정도의 온도에서 가열하여 타공구조로 만든 것으로, 이 타공으로 수분이 흡수된다. 수분흡수부재(40)는 실리카겔 외에도 수분 흡수력이 있는 소재이면 다양한 소재가 적용가능하다.
유량측정기(39)는 우회배관(30)의 입구측에 설치되어 우회배관(30)을 통과하는 가스의 유량을 측정한다. 중량계(60)는 수분흡수부재(40)가 수분에 의해 증가한 무게를 측정하기 위한 것이다. 중량계(60)는 별도로 구비되며, 하부에 무게측정을 위한 고리부(61)가 형성되어 있다.
이하 본 발명의 작용을 설명한다.
수분흡수부재를 우회배관에 설치하고, 가스배관을 통과하는 가스 내 함유된 수분함량을 산출하는 과정을 설명하기로 한다.
우선, 고로가스, 코크스 오븐가스, 전로가스 등을 제철공장에 공급하는 가스배관(10)의 수봉변(20)에 전단과 후단을 연결하게 우회배관(30)을 설치한다. 우회배관(30)은 일측이 수봉변(20)의 입구배관(25)에 연결되고 타측이 출구배관(27)에 연결되어 수봉변(20)의 상측으로 설치된다.
우회배관(30)이 수봉변(20)에 설치되면, 고정부재(50)의 메쉬망(55)에 수분흡수부재(40)를 충진시키고, 수분흡수부재(40)가 충진된 고정부재(50)의 무게를 측정한다. 여기서, 고정부재는 차폐커버(35), 프레임(51), 수분흡수부재(40)가 충진된 메쉬망(55)을 포함한다.
고정부재(50)의 무게는 고정부재(50)의 고리부(53)를 중량계(60)의 고리부(61)에 걸어 측정한다. 이때, 수분흡수부재(40)의 수분 흡수율은 미리 확보해 둔 상태이다.
수분흡수부재(40)가 충진된 고정부재(50)의 무게가 측정되면, 수분흡수부재(40)를 우회배관(30)의 입출공(33)을 통해 우회배관(30) 내에 장입한다. 수분흡수부재(40)가 우회배관(30) 내에 장입되면 차폐커버(35)가 입출공을 차폐하고, 차폐커버(35)의 실링부(37)에 의해 입출공(33)의 기밀이 유지된다.
상기 과정에 의해 수분흡수부재(40)가 우회배관(30) 내에 설치되면, 입구배관(25)과 출구배관(27)의 개방밸브(25a,27a)를 열어 우회배관(30) 내로 가스가 통과되게 한다. 이 과정에서 우회배관(30)을 흐르는 가스의 유량을 유량측정기(39)가 측정한다.
이 상태에서 수분흡수부재(40)가 우회배관(30)을 통과하는 가스의 수분을 흡수하도록 설정시간 유지한다.
설정시간 후 입구배관(25)과 출구배관(27)의 개방밸브(25a,27a)를 잠그고, 고정부재(50)의 고리부(53)를 상부로 잡아당겨 수분흡수부재(40)를 우회배관(30)의 외측으로 배출시킨다. 그리고, 고정부재(50)의 고리부(53)를 중량계(60)의 고리부(61)에 걸어 무게를 측정한다.
측정된 무게에서 수분흡수부재(40)를 우회배관(30)에 설치하기 전에 측정한 고정부재(50)의 무게를 빼면 수분에 의해 증가한 무게가 측정된다.
이 무게가 수분흡수부재(40)가 흡수한 수분량이 된다. 이 수분량을 수분흡수부재의 수분 흡수율로 나누고, 우회배관(30)을 흐르는 가스의 유량, 수분흡수부재가 수분을 흡수한 시간으로 각각 나누면 가스배관(10)을 통과하는 가스 내 함유된 수분함량이 산출되는 것이다. 이는 가스배관(10)을 흐르는 가스에 단위 부피당 함유된 수분함량이다.
가스 내 함유된 수분함량의 보다 정확한 값을 산출하기 위해 상기 과정은 반복 수행될 수 있다.
즉, 상기한 과정에 의해 수분을 흡수한 수분흡수부재(40)를 메쉬망(55)으로부터 분리하고, 새로운 수분흡수부재(40)를 메쉬망(55)에 충진한 후 수분흡수부재(40)를 우회배관(30) 내에 설치하고 입구배관(25)과 출구배관(27)의 개방밸브(25a,27a)를 열어 수분흡수부재(40)가 우회배관(30)을 통과하는 가스의 수분을 설정시간, 설정유량 동안 흡수하도록 하는 과정을 수행하는 것이다.
상기한 방법에 의해 가스 내의 수분함량을 측정할 수 있고 가스의 실제 열량을 산출할 수 있다. 따라서 조업에 능동적으로 대처하는 것이 가능하고, 원단위 산정 및 에너지 효율 계산 등을 정확히 할 수 있게 되는 것이다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
10:가스배관 20:수봉변
21:배출관 23:개폐밸브
25:입구배관 27:출구배관
25a,27a:개방밸브 30:우회배관
31:길이조절부 33:입출공
35:차폐커버 37:실링부
39:유량측정기 40:수분흡수부재
50:고정부재 51:프레임
53:고리부 55:메쉬망
60:중량계 61:고리부

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 가스배관의 수봉변의 전단과 후단을 연결하게 설치되는 우회배관과;
    고정부재를 매개로 상기 우회배관 내에 입출가능하게 설치되고 수분흡수기능을 갖는 수분흡수부재와;
    상기 우회배관 내에 설치되는 유량측정기를 포함하며,
    상기 우회배관은
    상부로 개방되게 천공된 입출공이 형성되고, 상기 입출공에 상기 우회배관을 외부로부터 차폐하는 차폐커버가 결합되며,
    상기 고정부재는
    상기 차폐커버를 관통하여 상기 차폐커버에 일체로 고정된 바 형상의 프레임과;
    상기 프레임의 일단에 구비된 고리부와;
    상기 프레임의 타단에 구비되고 상기 수분흡수부재를 감싸 고정하는 메쉬망을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 내의 수분 측정장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 메쉬망은 상기 수분흡수부재의 교환을 위해 적어도 일측이 개방된 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 가스 내의 수분 측정장치.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 수분흡수부재는 실리카겔인 것을 특징으로 하는 가스 내의 수분 측정장치.
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