KR101219527B1

KR101219527B1 - 고압배관의 분진농도 측정장치

Info

Publication number: KR101219527B1
Application number: KR1020050085661A
Authority: KR
Inventors: 함동수; 정석우; 김문현; 정우현
Original assignee: 고등기술연구원연구조합
Priority date: 2005-09-14
Filing date: 2005-09-14
Publication date: 2013-01-11
Also published as: KR20070031038A

Abstract

본 발명은 고압배관의 분진농도 측정장치에 관한 것이다.

본 발명은, 고압 유체가 흐르는 주배관에 대해 바이패스 배관으로 연결 구비되는 측정용배관과, 상기 주배관과 상기 측정용배관이 연결되는 양측 분기부측의 상기 주배관과 상기 측정용배관상에 각각 구비되어 상기 유체의 흐름방향을 변경하게 되는 온오프밸브와, 상기 측정용배관내에서 상기 유체가 흐르는 방향에 대향되도록 그 흡인구가 위치되어 외부로 길게 연장되도록 형성되는 상대적으로 작은 직경의 흡인배관과, 상기 흡인배관상에 구비되어 흡인된 상기 유체내에 함유된 분진중 상대적으로 조대한 분진을 포집하게 되는 사이클론과, 상기 사이클론 다음의 상기 흡인배관상에 구비되어 상기 사이클론을 통과한 상기 유체내에 함유된 미세분진을 걸러서 포집하게 되는 여과지홀더와, 상기 여과지홀더 다음의 상기 흡인배관상에 구비되어 그 개폐에 의해 상기 흡인배관으로 흡인되는 상기 유체의 유량을 조절하여 등속흡인되도록 하게 되는 유량조절밸브와, 상기 유량조절밸브 전방의 상기 흡인배관상에 구비되어 상기 유량조절밸브를 조절시 현재의 유량을 확인하도록 하게 되는 순간유량계를 포함한다.

따라서, 적당한 측정방법이 없었던 고압배관에서의 분진농도를 안전하면서도 매우 정확하게 측정할 수 있도록 하므로, 관련 산업분야에서의 작업성 등을 향상시키는 효과가 있다.

고압배관, 분진, 농도, 등속, 흡인, 사이클론, 여과지

Description

고압배관의 분진농도 측정장치{APPARATUS FOR MEASURING THE DUST DENSITY OF THE HIGH PRESSURE TRANSFERRING PIPE}

도 1은 본 발명에 따른 고압배관의 분진농도 측정장치의 구성을 보여주는 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 고압배관의 분진농도 측정장치에서 분진 포집전의 유체흐름을 보여주는 개략도,

도 3은 본 발명에 따른 고압배관의 분진농도 측정장치에서 분진 포집시의 유체흐름을 보여주는 개략도,

도 4는 본 발명에 따른 고압배관의 분진농도 측정장치에서 분진 포집 완료후 흡인배관 세척시의 유체흐름을 보여주는 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 주배관 12-1, 12-2 : 온오프밸브

20 : 측정용배관 22-1, 22-2 : 온오프밸브

30 : 흡인배관 31 : 가열수단

32 : 사이클론 32-1~3 : 온오프밸브

34 : 여과지홀더 36 : 산성가스/미스트 제거유닛

38 : 냉각/수분제거유닛 40 : 순간유량계

42 : 유량조절밸브 44 : 압력계

46 : 적산유량계 48 : 온도계

50 : 삼방향밸브 52 : 세척가스통

본 발명은 고압배관의 분진농도 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가압상태의 유체가 흐르는 고압배관에서 해당 유체내에 함유된 분진의 농도를 안전하면서도 정확하게 측정할 수 있도록 하는 고압배관의 분진농도 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로, 일반 굴뚝 및 배관에서의 분진농도 측정은 대기공정시험법의 기준에 의한 측정이 가능하나 고압배관에 대한 해당 측정기준은 없는 실정이다.

이러한 관계로 고압배관에 대한 분진농도 측정은 고압인 관계로 쉽게 측정하기 어려웠으며, 기사용되고 있는 측정방법으로는 고압배관에서 작은 시료포집 배관을 내어 단순히 밸브를 열고 닫음으로써 시료를 포집하는 방법이 사용되고 있다.

그러나, 이러한 측정방법은 정상운전중에 가압상태의 배관에서 밸브를 열게 되므로 밸브를 완전히 열지 못하게 되므로 시료 포집 자체가 불안정할 뿐만 아니라, 분진측정용 배관을 세척하지 않고 계속 사용하게 됨에 따라 분진농도의 측정값에 상당한 오차가 개입되게 되고, 이외에도 수동으로 밸브 조작함에 따라 측정자에 따라서 측정값에 큰 차이가 발생되게 되는 등, 실질적으로 정확한 측정이 불가능하 다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 고압배관에서 분진농도를 보다 효율적이면서 정확하게 측정할 수 있도록 하는 고압배관의 분진농도 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고압배관의 분진농도 측정장치는, 고압 유체가 흐르는 주배관에 대해 바이패스 배관으로 연결 구비되는 측정용배관과, 상기 주배관과 상기 측정용배관이 연결되는 양측 분기부측의 상기 주배관과 상기 측정용배관상에 각각 구비되어 상기 유체의 흐름방향을 변경하게 되는 온오프밸브와, 상기 측정용배관내에서 상기 유체가 흐르는 방향에 대향되도록 그 흡인구가 위치되어 외부로 길게 연장되도록 형성되는 상대적으로 작은 직경의 흡인배관과, 상기 흡인배관상에 구비되어 흡인된 상기 유체내에 함유된 분진중 상대적으로 조대한 분진을 포집하게 되는 사이클론과, 상기 사이클론 다음의 상기 흡인배관상에 구비되어 상기 사이클론을 통과한 상기 유체내에 함유된 미세분진을 걸러서 포집하게 되는 여과지홀더와, 상기 여과지홀더 다음의 상기 흡인배관상에 구비되어 그 개폐에 의해 상기 흡인배관으로 흡인되는 상기 유체의 유량을 조절하여 등속흡인되도록 하게 되는 유량조절밸브와, 상기 유량조절밸브 전방의 상기 흡인배관상에 구비되어 상기 유량조절밸브를 조절시 현재의 유량을 확인하도록 하게 되는 순간유량계를 포함한다.

본 발명의 상기 목적과 여러가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의 해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 고압배관의 분진농도 측정장치의 구성을 보여주는 개략도이다.

정상운전시 측정대상의 고압 유체(즉, 가스)가 흐르게 되는 주배관(10)에 대해 분진농도를 측정할 위치에 바이패스 배관으로 측정용배관(20)이 연결되게 되고, 주배관(10)과 측정용배관(20)이 양측에서 만나는 분기부측의 주배관(10)과 측정용배관(20)상에는 각각 온오프밸브(on/off valve)(12-1, 12-2, 22-1, 22-2)가 구비되어 유체흐름을 주배관(10) 또는 측정용배관(20)측으로 선택적으로 변경할 수 있도록 되어 있다.

그리고, 전술한 측정용배관(20)측에 결합되어 실제 분진농도를 측정하게 되는 분진농도측정장치를 살펴 보면, 측정용배관(20)내에서 유체가 흐르는 방향에 대향되도록 그 흡인구가 위치되어 외부로 길게 연장되도록 형성되는 상대적으로 작은 직경의 흡인배관(30)과, 흡인배관(30)을 일정온도로 가열하여 흡인되어 내부를 흐르는 유체로부터 수분응축이 발생되는 것을 방지하게 되는 가열수단(31)과, 흡인배관(30)상에 구비되어 흡인된 유체내에 함유된 분진중 상대적으로 조대한 분진을 포집하게 되는 사이클론(cyclone)(32)과, 사이클론(32) 다음의 흡인배관(30)상에 구 비되어 사이클론(32)을 통과한 유체내에 함유된 미세분진을 걸러서 포집하게 되는 여과지홀더(34)와, 여과지홀더(34) 다음의 흡인배관(30)상에 구비되어 흐르는 유체의 순간적인 유량을 측정하여 표시하게 되는 순간유량계(40)와, 순간유량계(40) 다음의 흡인배관(30)상에 구비되어 그 개폐에 의해 흡인배관(30)내로 흡인되는 유체의 유량을 조절가능하도록 하게 되는 유량조절밸브(42)와, 유량조절밸브(42) 다음의 흡인배관(30)상에 구비되어 분진 포집하는 일정시간 동안의 유체의 평균된 유량을 측정하여 표시하게 되는 적산유량계(46)과, 적산유량계(46) 근방의 흡인배관(30)상에 구비되어 유체의 압력과 온도를 측정하여 표시하게 되는 압력계(44) 및 온도계(48)와, 전술한 여과지홀더(34) 다음의 유량계들(40, 46) 전방의 흡인배관(30)상에 구비되어 흐르는 유체에 대해 유량계들(40, 46)을 보호하기 위한 전처리를 수행하게 되는 산성가스/미스트 제거유닛(36) 및 냉각/수분제거유닛(38)을 포함한다.

가열수단(31)은 흡인배관(30)의 전단부에서 여과지홀더(34)에 이르는 부분까지를 일정온도로 가열하여 그 내부를 흐르는 유체로부터 수분응축이 발생되어 해당 수분에 의해 유체내에 함유된 분진이 흡인배관(30)의 내면 등에 흡착되게 되는 것을 방지하게 됨으로써, 흡인되는 유체중에 함유된 분진이 원활히 후방의 포집장치인 사이클론(32) 및 여과지홀더(34)측으로 유입되도록 하게 된다.

사이클론(32)은 흡인된 유체중에 함유된 분진중 상대적으로 조대한 분진을 원심분리기의 원리를 이용하여 포집하는 것으로, 익히 주지된 바와 같이, 그 가스유입구가 그 몸체 외주부에 접선방향으로 형성되어 이를 통해 유입된 유체가 내부 에서 강한 와류를 형성함으로써 유입된 유체보다 강한 원심력을 갖게 되는 조대한 분진은 낙하하여 그 하방의 배출구로 배출되어 포집되게 되며, 물론, 잔류하는 유체는 그 상방의 가스유출구를 통해 유출되어 계속적으로 흘러가게 되며, 이와 같이 조대한 분진을 포집하여 제거하게 되면 이후 여과지홀더(34)에서 그 내부에 장착된 필터가 조대한 분진에 의해 막히는 것도 방지할 수 있게 된다.

여과지홀더(34)는 사이클론(32) 다음에 구비되되, 유체내에 함유된 분진이 상대적으로 고농도인 경우에는 원활한 필터링을 위해 다수개가 병렬되도록 구비될 수 있으며, 그 내부에 장착된 필터에 대해 유체가 통과되는 과정에서 유체에 함유된 미세한 분진들이 필터에 걸려져 포집되게 된다.

여기서, 유체내에 함유된 분진의 크기가 전반적으로 비교적 작거나 그 농도가 비교적 낮은 경우에는 구지 사이클론(32)을 이용하지 않고 여과지홀더(34)만을 이용하여 분진을 포집할 수 있을 것이므로, 이를 위해 사이클론(32)과 그 장착되는 부위의 흡인배관(30)상에는 사이클론(32) 또는 여과지홀더(34)측으로의 유체흐름을 선택적으로 변경할 수 있도록 하는 온오프밸브(32-1~3)가 다수개 적절히 구비될 수 있다.

산성가스/미스트 제거유닛(36)과 냉각/수분제거유닛(38)은 통상적으로 유량계들(40, 46)의 전방에 구비되게 되는 장치들로서, 유체내에 함유된 산성가스, 미스트, 수분을 제거시키고 또한 해당 유체를 냉각시킴으로써 해당 요소들을 가진 유체에 의해 유량계들(40, 46)이 손상되는 것을 방지시키게 된다.

이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 고압배관의 분진농도 측정장치의 작용에 대해 이하 설명하기로 한다.

도 2와 도 3은 각각 그 분진 포집전과 분진 포집시의 유체흐름을 보여주는 개략도이다.

가압된 상태의 유체(즉, 가스)가 주배관(10)을 통해 흐르게 되는 정상운전시에는 도 2와 같이, 물론 주배관(10)상의 온오프밸브(12-1, 12-2)가 모두 개방되어 있는 상태이다.

그러하다가, 분진농도를 측정하고자 하는 경우에는 먼저 분진농도측정장치의 흡인배관(30)을 가열수단(31)으로 수노점(즉, 이슬점) 이상으로 가열한 후, 측정용배관(20)의 후단측에 구비된 온오프밸브(22-2)를 개방하여 분진농도측정장치의 내부압력이 주배관(10)의 내부압력과 동일해지도록 하게 되며, 즉 상세하게는 흡인배관(30)의 후단측에 구비되는 유량조절밸브(42)가 폐쇄된 상태에서 측정용배관(20)의 후단측에 구비된 온오프밸브(22-2)를 개방하게 되면 분진의 유입은 차단되면서 분진농도측정장치의 내부압력이 주배관(10)의 내부압력과 동일하게 맞추어지게 된다.

이와 같이, 먼저 동일 압력으로 맞추는 이유는 고압상태인 주배관(10)과 통상 상압상태인 분진농도측정장치간에는 큰 차압이 존재하므로, 만약 먼저 압력을 동일하게 맞추지 않고 유체가 주배관(10)에서 분진농도측정장치측으로 흐르게 한다면 가스가 너무 급속히 분진농도측정장치내로 유입되어 분진농도측정장치를 파손시킬 수 있기 때문에 이를 방지하기 위함이다.

이어서, 분진농도측정장치의 유량조절밸브(42)를 측정자가 서서히 개방하면 서 흡인배관(30)을 통해 직경대비 주배관(10)의 유속(참고로, 유속×단면적=유량)에 상당하는 유량이 흡입되어 흐르도록 조정하게 되며, 그 조정시 실시간 유량은 순간유량계(40)를 통해 측정자가 확인하면서 조정할 수 있고, 이와 같이 흡인배관(30)의 유량을 조정하는 것은 잘 알려진 바와 같은 등속흡인을 실현하기 위함이며, 등속흡인은 상대적으로 큰 직경의 동일 직경으로 된 주배관(10)과 측정용배관(20)에 비해 흡인배관(30)은 상대적으로 작은 직경을 가지므로 측정용배관(20)을 통해 가스가 전체적으로 흐르는 도중에 일부 흡인배관(30)으로 흡인됨에 있어 직경차 비율에 해당하는 유량만큼이 정확히 흡인배관(30)내로 흡인되도록 하는 것이다.

이어서, 개방되어 있던 주배관(10) 전후단측의 온오프밸브(12-1, 12-2)를 모두 폐쇄함과 동시에 측정용배관(20)의 전단측에 구비된 온오프밸브(22-1)를 개방하게 되면, 가스는 분진농도측정장치측으로 유입되기 시작하여 분진 포집이 개시되게 된다.

즉, 측정용배관(20)을 통해 고압의 가스가 흐르게 되며, 그 과정에서 가스중 일부는 흡인배관(30)내로 유입되게 되고, 나머지는 그대로 측정용배관(20)을 계속적으로 흘러 정상운전시와 동일하게 이후 배출되게 되며, 흡인배관(30)내로 유입된 가스는 먼저 사이클론(32)내로 유입되어 가스중에 함유된 조대한 분진이 포집되어 제거되게 되고, 이어서 사이클론(32)을 통과한 가스는 여과지홀더(34)내로 유입되어 가스중에 함유된 미세분진이 포집되어 제거되게 되며, 이후 분진이 완전히 포집되어 제거된 가스는 계속적으로 흘러 통상 대기중으로 배출되게 된다.

즉, 포집장치인 사이클론(32)과 여과지홀더(34)를 조합 이용하는 것에 의해 분진을 완전하게 포집하게 되는 것이며, 이와 같은 분진 포집은 정해진 일정시간 동안 진행되게 되고, 그 포집이 완료되면, 유량조절밸브(42)를 완전히 폐쇄시켜 더 이상 가스가 분진농도측정장치측으로 유입되지 않도록 하게 되며, 이와 더불어 측정용배관(20)상의 온오프밸브들(22-1, 22-2)을 폐쇄시키고 또한 동시에 주배관(10)상의 온오프밸브들(12-1, 12-2)을 개방하여 정상운전시와 같은 가스흐름이 다시 형성되도록 하게 된다.

이어서, 분진 포집이 완료된 이후 측정자는 분진농도측정장치에서 사이클론(32)과 여과지홀더(34)를 분리시켜 그 내부에 포집된 분진을 취하여 전자저울 등으로 계량하게 되며, 계량된 값으로부터 분진농도를 구하게 되는데, 이때 적산유량계(46)를 통해 분진 포집과정에서 평균적으로 측정된 유체의 흡인유량값과 압력계(44) 및 온도계(48)를 통해 측정된 유체의 압력값과 온도값, 이 세가지 파라미터를 또한 고려하여 보정된 정확한 분진농도값을 구하게 된다.

이로써, 고압상태의 배관(10)에 대해 분진농도를 안전하면서도 오차가 개입되지 않도록 정확하게 측정할 수 있게 되는 것이다.

나아가, 본 발명에 의하면, 분진 포집과정에서 흡인배관(30)을 통해 가스가 흐름에 따라 필연적으로 흡인배관(30)의 내면에는 미량이지만 가스중에 함유된 분진이 부착되게 되므로, 이를 방치하게 되면 다음 분진 포집시의 원활한 가스흐름과 정확한 분진 포집에 악영향을 미치게 되므로, 이를 방지하기 위해 분진 포집후에는 필수적으로 흡인배관(30) 즉, 분진농도측정장치에 대한 세척을 실시하게 되며, 그 세척을 위해 흡인배관(30)상의 소정위치에는 삼방향밸브(50)를 통해 세척가스통 (52)이 연결 구비되게 된다.

따라서, 그 세척시에는 도 4에 나타낸 바와 같이, 우선 세척가스통(52) 자체에 부속된 밸브를 열고 삼방향밸브(50)를 흡인배관(30)의 전단측 방향으로 개방하여 해당 부분의 흡인배관(30)을 고압의 세척가스에 의해 세척한 후, 이어서 삼방향밸브(50)를 흡인배관(30)의 후단측 방향으로 개방하여 또한 해당 부분의 흡인배관(30)과 이에 연결된 분진농도측정장치를 세척하게 된다.

여기서, 세척가스로는 비가연성으로 안전한 불활성가스인 질소가스나 아르곤가스가 이용될 수 있다.

덧붙여, 물론 포집된 분진의 계량을 위해 분진농도측정장치로부터 분리해 낸 사이클론(32)과 여과지홀더(34)는 포집된 분진을 획득한 후에 측정자가 별도로 세척한 후에 다시 장착하여 다음 포집 준비를 하게 된다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정과 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.

본 발명에 따르면, 적당한 측정방법이 없었던 고압배관에서의 분진농도를 안전하면서도 매우 정확하게 측정할 수 있도록 하므로, 관련 산업분야에서의 작업성 등을 향상시키는 효과가 있다.

Claims

고압 유체가 흐르는 주배관에 대해 바이패스 배관으로 연결 구비되는 측정용배관과,

상기 주배관과 상기 측정용배관이 연결되는 양측 분기부측의 상기 주배관과 상기 측정용배관상에 각각 구비되어 상기 유체의 흐름방향을 변경하게 되는 온오프밸브와,

상기 측정용배관내에서 상기 유체가 흐르는 방향에 대향되도록 그 흡인구가 위치되어 외부로 길게 연장되도록 형성되는 상대적으로 작은 직경의 흡인배관과,

상기 흡인배관상에 구비되어 흡인된 상기 유체내에 함유된 분진중 상대적으로 조대한 분진을 포집하게 되는 사이클론과,

상기 사이클론 다음의 상기 흡인배관상에 구비되어 상기 사이클론을 통과한 상기 유체내에 함유된 미세분진을 걸러서 포집하게 되는 여과지홀더와,

상기 여과지홀더 다음의 상기 흡인배관상에 구비되어 그 개폐에 의해 상기 흡인배관으로 흡인되는 상기 유체의 유량을 조절하여 등속흡인되도록 하게 되는 유량조절밸브와,

상기 유량조절밸브 전방의 상기 흡인배관상에 구비되어 상기 유량조절밸브를 조절시 현재의 유량을 확인하도록 하게 되는 순간유량계와,

상기 흡인배관을 가열하여 흡인되어 내부를 흐르는 상기 유체로부터 수분응축이 발생되는 것을 방지하기 위해 구비되는 가열수단을 포함하는 고압배관의 분진농도 측정장치.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 흡인배관의 내면에 부착되게 되는 상기 유체의 분진을 분진 포집이 완료된 후에 세척하기 위해 상기 흡인배관내로 고압의 세척가스를 공급하도록 구비되는 세척가스통을 더 포함하는 고압배관의 분진농도 측정장치.
제 3 항에 있어서,

상기 유량조절밸브 다음의 상기 흡인배관상에 구비되어 분진 포집하는 일정시간 동안 흡인된 상기 유체의 평균 유량을 측정하여 추후 구해지는 분진농도를 보정하는데 이용되도록 하는 적산유량계와,

상기 적산유량계 근방의 상기 흡인배관상에 구비되어 상기 유체의 압력과 온도를 측정하여 추후 구해지는 분진농도를 보정하는데 이용되도록 하는 압력계 및 온도계를 더 포함하는 고압배관의 분진농도 측정장치.
제 4 항에 있어서,

상기 순간유량계 전방의 상기 흡인배관상에 구비되어 상기 순간유량계측으로 유입될 상기 유체내에 함유된 산성가스, 미스트, 수분을 제거시키고 상기 유체를 냉각시켜 상기 순간유량계가 손상되는 것을 미연에 방지하게 되는 산성가스/미스트 제거유닛 및 냉각/수분제거유닛을 더 포함하는 고압배관의 분진농도 측정장치.
측정용배관의 후단측을 개방하여 내부압력이 주배관의 내부압력과 동일해지도록 하는 단계와,

상기 측정용배관으로부터 흡인배관으로 직경차 비율에 상당하는 유량만큼의 유체가 등속흡인되는 단계와,

흡인된 상기 유체가 사이클론내로 유입되어 함유된 상대적으로 조대한 분진이 포집되는 단계와,

상기 사이클론을 통과한 상기 유체가 여과지홀더내로 유입되어 함유된 미세분진이 포집되는 단계와,

일정시간 포집후 상기 사이클론과 상기 여과지홀더를 분리하여 포집된 분진을 취해 분진농도를 구하는 단계와,

고압의 세척가스를 상기 흡인배관을 통해 유입시켜 세척하는 단계를 포함하는 고압배관의 분진농도 측정방법.