KR101333943B1

KR101333943B1 - 압축기 서징 방지장치

Info

Publication number: KR101333943B1
Application number: KR1020110118249A
Authority: KR
Inventors: 도진현
Original assignee: 한국가스공사
Priority date: 2011-11-14
Filing date: 2011-11-14
Publication date: 2013-11-27
Also published as: KR20130052911A

Abstract

본 발명은 가스연료를 충전하기 위하여 압축기를 이용하여 가스를 압축할 시 압축기 내에서 발생하는 서징현상을 해소하기 위한 압축기 서징 방지장치에 관한 것으로, 가스가 이송되는 이송관 내의 가스유량을 감지하여 서징현상 발생시 유량 및 압력을 제어하여 서징현상을 해소하는 압축기 서징 방지장치에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 가스가 이송되는 이송관과, 상기 이송관에 설치되어 가스를 압축하는 압축기 및 상기 압축기의 전, 후로 이송관에 연결되어 이송관 내의 가스유량 및 가스압력에 따라 유량을 조절하는 유량조절수단을 포함한다.

Description

압축기 서징 방지장치{Prevent device to surging of compressor}

본 발명은 가스연료를 충전하기 위하여 압축기를 이용하여 가스를 압축할 시 압축기 내에서 발생하는 서징현상을 해소하기 위한 압축기 서징 방지장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가스가 이송되는 이송관 내의 가스유량을 감지하여 서징현상 발생시 유량 및 압력을 제어하여 서징현상을 해소하는 압축기 서징 방지장치에 관한 것이다.

일반적으로 천연가스는 지하로 매설된 배관망을 통하여 공급되는데, 일단 전국의 가스 생산기지에서 각 지역의 도시가스사 또는 발전소의 울타리 경계선까지 연장되어 있다.

그리고 LNG 운반선을 통해 수입된 천연가스는 하역설비를 통해 저장탱크에 저장되었다가 기화설비에서 기화되어 공급관리소로 공급되고, 이로부터 발전소 및 도시가스사로 공급이 이루어지며, 이때 정압설비를 통하여 일정한 압력으로 감압되어 공급된다.

이와 같이, 천연가스 생산기지에서 생산되거나 수입된 천연가스는 상기한 배관망을 통하여 지역의 공급관리소로 공급된 후 각 지역의 도시가스사 또는 발전소로 공급되며, 도시가스사를 통하여 각 가정 또는 사무실, 상가, 공장 등과 같은 사용처로 공급된다.

상기 천연가스 배관망은 천연가스 생산기지와 각 지역의 공급관리소를 연결하는 주배관과, 상기 주배관에서 분기되어 각 지역의 도시가스사 또는 발전소로 연결되는 분기배관을 포함하는 것이다.

그리고 통상 천연가스는 주배관에서 7Mpa ~ 0.85Mpa의 압력으로 이송되며, 분기배관에서 0.8 ~ 0.9(주로 0.85)Mpa 내의 압력으로 도시가스사는 0.8~0.9Mpa 발전소로는 2.7~3.5Mpa로 공급되는 것이다.

특히 상기 주배관은 장거리를 잇는 경우가 많은데, 한 예로, 평택 또는 통영등의 생산기지에서 경남권의 수요처로 이어지는 배관망과 같이 장거리에 설치되는 배관망은 천연가스의 압력손실로 인하여 7Mpa의 압력으로 주배관을 통하여 천연가스를 이송하면 수요처에 다다르기 전에 압력이 저하되는 문제가 있다.

이를 위하여 주배관의 중간에 압축기를 장착하여 저하된 압력을 보상하여 수요처까지 5Mpa 이상의 압력을 유지하여 천연가스를 이송하고 있다.

그러나, 압축기의 전후로 압력의 변화가 급격하거나, 유량의 변동 및 기타 다른 문제로 인하여 압축기에서 진동과 소음이 발생하는 서징현상이 일어나며, 심한 경우에는 압축기가 파손되어 천연가스의 이송이 지연되는 문제가 있다.

이와 관련한 기술로는 국내 공개특허 제10-2011-0118604호가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로,

천연가스를 이송하는 이송관에 저하된 천연가스의 압력을 승압시키는 압축기를 설치하고, 상기 압축기의 전, 후로 이송관에 연결되는 조절관에는 천연가스의 유량 및 압력에 따라 유량을 조절하는 유량조절수단이 구비되어 서징현상 발생시 유량을 조절하여 서징현상을 해소할 수 있는 압축기 서징 방지장치를 제공하는데 있다.

상기 유량조절수단은 천연가스의 유량을 조절하는 서징밸브와 이송관 내의 천연가스의 압력 및 유량에 대한 데이터를 취합하는 제어부로부터 데이터를 전송받아 서징현상 감지시 상기 서징밸브를 제어하는 서브컨트롤러로 구성되어 시스템이 자동화되는 압축기 서징 방지장치를 제공하는데 있다.

상기한 과제를 해결하기 위하여,

본 발명은 가스가 이송되는 이송관과, 상기 이송관에 설치되어 가스를 압축하는 압축기 및 상기 압축기의 전, 후로 이송관에 연결되어 이송관 내의 가스유량 및 가스압력에 따라 유량을 조절하는 유량조절수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 이송관은 상기 압축기로 가스를 공급하는 공급관과, 상기 압축기에서 압축된 가스가 공급되는 배출관 및 상기 공급관과 배출관에 연결되며, 상기 유량조절수단이 설치되는 조절관으로 구성된다.

상기 이송관에는 감지수단이 설치되며, 상기 감지수단으로부터 이송관 내로 이송되는 가스에 대한 데이터를 전송받는 제어부를 포함한다.

그리고 상기 감지수단은 상기 공급관에 설치되는 제1압력계와, 상기 배출관에 설치되는 제2압력계 및 상기 공급관에 설치되는 유량계를 포함한다.

여기에서, 상기 제1압력계는 상기 공급관에서 가스의 유로가 조절관으로 분기되기 전의 가스압력을 감지하고, 상기 제2압력계는 상기 배출관에서 가스의 유로가 조절관과 합쳐지고 난 뒤의 가스압력을 감지한다.

한편, 상기 유량조절수단은 상기 조절관을 개폐하는 서징밸브 및 상기 제어부에 취합되는 데이터를 전송받아 상기 서징밸브를 제어하는 서브컨트롤러를 포함한다.

상기 제어부에서 유량이 25%/sec 로 변동되는 것을 감지하면, 상기 서브컨트롤러가 서징밸브를 개방하며, 상기 서징밸브는 최대 개도량의 15%씩 개방된다.

그리고 상기 서징밸브는 서징밸브의 폐쇄로 인한 가스유량의 변화가 25%/sec 미만이 유지되도록 폐쇄된다.

상기와 같은 과제의 해결수단에 의하여 이송관 내에서 천연가스의 유량 또는 압력의 변동으로 인하여 압축기에서 서징현상이 발생하면 서브컨트롤러가 이를 감지하여 서징밸브를 제어하여 서징현상을 해소할 수 있다.

이에 따라, 서징현상 발생시 압축기에서 소음 및 진동을 방지할 수 있고, 이로 인한 압축기의 운행이 정지되는 것을 방지하여 천연가스의 원활한 이송을 할 수 있다.

그리고 서징현상으로 인하여 압축기에 가해지는 기계적인 손상을 방지하여 압축기의 파손을 방지하여 천연가스의 안정적인 이송을 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 압축기 서징 방지장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 압축기가 정상작동할 때의 감지수단에서 측정되는 데이터의 그래프를 도시한 도면.
도 3은 유량의 변동시 감지수단에서 측정되는 데이터의 그래프를 도시한 도면.
도 4는 유량 및 압력의 변동시 감지수단에서 측정되는 데이터의 그래프를 도시한 도면.

이하, 첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 압축기(400) 서징 방지장치에 관하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 압축기 서징 방지장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 압축기가 정상작동 할 때의 감지수단에서 측정되는 데이터의 그래프를 도시한 도면이며, 도 3은 유량의 변동시 감지수단에서 측정되는 데이터의 그래프를 도시한 도면이고, 도 4는 유량 및 압력의 변동시 감지수단에서 측정되는 데이터의 그래프를 도시한 도면이다.

서징(Surging)현상이란, 펌프, 송풍기, 또는 압축기(400) 등에 어떤 관로를 연결하여 구동하면 압력, 유량, 회전수, 소요동력 등이 주기적으로 변동해서 일종의 자려진동(自勵振動)을 일으키는 현상이다. 이는 펌프, 송풍기, 또는 압축기(400) 등의 운전을 불안정하게 하여 소음 및 진동이 발생하여 안전사고의 위험이 있다.

본 발명은 인화성의 천연가스를 이송하는 이송관(300)에서 천연가스의 저하된 압력을 보상하는 압축기(400)에서 발생하는 상기와 같은 서징현상을 방지하는 것으로서, 도 1을 참조하면 본 발명에 따른 압축기(400) 서징 방지장치는 가스가 이송되는 이송관(300)과, 상기 이송관(300)에 설치되어 가스를 압축하는 압축기(400) 및 상기 압축기(400)의 전, 후로 이송관(300)에 연결되어 이송관(300) 내의 가스유량 및 가스압력에 따라 유량을 조절하는 유량조절수단(100)을 포함한다.

상기 이송관(300)은 상기 압축기(400)를 기준으로 하여 압축기(400)로 가스를 공급하는 공급관(310)과, 상기 압축기(400)에서 압축된 가스가 공급되는 배출관(320) 및 상기 공급관(310)과 배출관(320)에 연결되며, 상기 유량조절수단(100)이 설치되는 조절관(330)으로 구성된다.

상기 이송관(300)은 지하에 매설되거나, 또는 일부가 지상으로 노출되므로 내부식성이 우수하고 천연가스의 압력과 초저온에도 강도가 유지되는 소재로 제작된다.

상기 이송관(300)에는 내부로 이송되는 천연가스의 압력 및 유량을 감지하는 감지수단(200)이 설치되며, 상기 감지수단(200)에는 제어부(500)가 연결되어 감지수단(200)에서 획득되는 데이터를 전송받는다.

상기 감지수단(200)은 상기 공급관(310)에 설치되는 제1압력계(210)와, 상기 배출관(320)에 설치되는 제2압력계(220) 및 상기 공급관(310)에 설치되는 유량계(230)를 포함한다.

상기 제1압력계(210)는 상기 공급관(310)이 조절관(330)으로 분기되기 전에 설치하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2압력계(220)는 상기 배출관(320) 중에 상기 공급관(310)에서 분기되는 조절관(330)이 합류된 후의 위치에 설치하는 것이 바람직하다.

상기 유량계(230)의 경우에는 유량방적식에 따라 압축기(400)의 전, 후로 이송관(300) 내의 천연가스의 유량의 변화는 없으므로 유량계(230)를 설치하는 위치에는 제한이 없으나, 본 발명에서는 천연가스가 압축기(400)를 통과하기 전의 유량을 측정하도록 하였다.

상기 유량방적식은 [ P/ρ + 1/2 V²+ gz = C ] 이고, 여기에서 P는 압력, ρ는 밀도, V는 속도, g는 중력가속도, z는 높이 C는 상수이다.

상기 유량조절수단(100)은 상기 조절관(330)에 설치되어 조절관(330)을 개폐하는 서징밸브(110)와, 상기 제어부(500)에 취합되는 데이터를 전송받아 상기 서징밸브(110)를 제어하는 서브컨트롤러(120)를 포함한다.

상기 서브컨트롤러(120)는 상기 제어부(500)에 내장하여 제어부(500)와 일체형으로 설치하여도 무방하다.

이하에서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 압축기(400) 서징 방지방치의 작용에 대하여 설명하면 하기와 같다.

상기 공급관(310)으로 천연가스가 이송되면 상기 제1압력계(210)에서는 공급관(310) 내를 흐르는 천연가스의 압력을 감지한다. 그리고 천연가스가 압축기(400)를 통과하기 전에 상기 유량계(230)가 공급관(310)을 통해 이송되는 천연가스의 유량을 감지한다.

여기에서 상기 제1압력계(210)는 공급관(310)에서 조절관(330)이 분기되기 전에 설치하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 천연가스의 정상적인 이송상태에서는 서징밸브(110)가 폐쇄된 상태이므로 조절관(330)으로 인한 압력의 변화가 없으나, 서징현상이 발생하면 서징밸브(110)가 개도되어 조절관(330)을 통하여 천연가스가 분기되어 이송되는데, 상기 제1압력계(210)가 공급관(310) 중 상기 조절관(330)이 분기된 이후의 위치에 설치되면 서징밸브(110)의 개도 여부에 따라 공급관(310)에서 측정되는 천연가스의 압력값이 위치에 따라 다르게 나타나게 된다.

그러므로 상기 제1압력계(210)를 조절관(330)이 분기되기 전의 위치에 설치하여 천연가스가 압축기(400)를 통과하기 전에 측정되는 천연가스의 압력값이 서징밸브의 개도 여부에 영향을 받지 않도록 한다.

단, 상기 유량계(230)는 유량방적식에 따라 공급관(310)과 배출관(320)의 직경이 동일하므로 압축기(400) 전, 후에서 감지되는 천연가스의 유량에는 변동이 없으므로 설치되는 위치에 제한받지 않는다.

이와 같이 상기 공급관(310)으로 이송되는 천연가스는 상기 제1압력계(210)와 유량계(230)에서 압축기(400)를 통과하기 전의 천연가스의 압력과 유량이 측정되고, 그 측정 데이터는 제어부(500)로 전송된다.

상기 제어부(500)는 천연가스의 이송상태를 총체적으로 관리하는 관제센터(미도시)로 천연가스의 압력과 유량에 대한 데이터를 전송하여 관제센터에서 천연가스의 이송상태를 확인할 수 있도록 한다.

만약, 상기 제1압력계(210)에서 감지된 천연가스의 압력이 너무 낮다면 제어부(500)는 상기 압축기(400)를 가동하여 저하된 압력을 다시 승압시킨다.

상기 압축기(400)에 의해 승압된 천연가스는 배출관(320)을 통하여 수요처로 이송된다.

도 2는 상기와 같이 천연가스가 안정적으로 이송되는 상태를 도시한 것으로, 가로는 천연가스의 유량이고, 세로는 제1압력계(210)와 제2압력계(220)에서 감지되는 천연가스의 압력값의 비를 나타낸다.

여기에서, 십자가는 현재 감지수단(200)에서 측정되는 데이터를 의미하고, 그래프에서 ①은 트립라인(Trip Line)으로써 서징현상 발생시 압축기(400)의 기계적인 손상을 방지하기 위하여 압축기(400)의 작동이 정지되는 임계값을 의미하며, ②는 컨트롤라인(Control Line)으로 상기 서브컨트롤러(120)에 의하여 서징밸브(110)가 개도되기 시작하는 값이고, ③은 데드밴드라인(Deadband Line)으로 서징현상 해소 후 서징밸브(110)가 컨트롤라인(Control Line)을 기준으로 반복적으로 개폐되는 것을 방지하는 것으로 서징현상 해소 후 컨트롤라인(Control Line)과 데드밴드라인(Deadband Line) 사이는 상기 서징밸브(110)가 개도된 상태를 유지하는 완충영역을 의미한다.

도 3은 천연가스의 유량 변화에 따른 서징밸브(110)의 구동을 나타낸 그래프로서, 체크밸브(321) 또는 배출관(320)에 문제가 발생하여 유량이 감소함에 따라 이송관(300) 내를 흐르는 천연가스의 현재 측정값(십자가)이 좌로 이동하게 되고, 컨트롤라인(Control Line)과 만나게 되면 서브컨트롤러(120)가 서징밸브(110)를 개도하여 유량을 증가시키고 압축비는 낮춰서 서징현상을 해소한다.

도 4는 천연가스의 유량과 압력 변화에 따른 서징밸브(110)의 구동을 나타낸 그래프로서, 유량이 감소하고 제1압력계(210)에서 측정되는 압력값과 제2압력계(220)에서 측정되는 압력값의 차가 증가되어 압축비가 증가하면 현재 측정값(십자가)이 좌상방으로 이동하게 되고, 컨트롤라인(Control Line)과 만나게 되면 서브컨트롤러(120)가 서징밸브(110)를 개도하며, 트립라인(Trip Line)에 가까워지게 되면 서징밸브(110)가 완전히 개도되며, 현재 측정값이 트립라인(Trip Line)을 넘어서게 되면 압축기(400)의 작동이 정지된다.

본 발명에서는 상기 제어부(500)에 취합되는 유량계(230)의 측정값이 25%/sce로 변동되면 상기 서브컨트롤러(120)는 이를 서징현상으로 인지하여 서징밸브(110)를 개도한다.

이 때, 상기 서징밸브(110)는 최대 개도량의 15%씩 개도되며, 개도되는 속도는 최대한 빠르게 하여 서징현상을 더욱 심화시키지 않으면서도 신속하게 해소하도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 서징현상이 해소되어 상기 서징밸브(110)를 폐쇄시에는 유량계(230)에서 측정되는 변동유량이 25%/sec 이내가 되도록 천천히 폐쇄하도록 한다.

상기 서징밸브(110)를 점차 폐쇄하여 그래프에서 컨트롤라인(Control Line) 이하의 값이 되자마자 서징밸브(110)를 완전히 폐쇄하면 상기 서브컨트롤러(120)는 다시 서징현상으로 간주하여 서징밸브(110)를 개도하고 폐쇄하는 동작을 반복할 수 있다.

그러므로 서징현상이 해소된 후에도 상기 감지수단(200)에서 측정되는 데이터값이 컨트롤라인(Control Line)과 데드밴드라인(Deadband Line)의 사이에 해당하는 영역, 즉 완충영역에 있는 동안은 상기 서징밸브(110)가 개도된 상태를 유지하고, 감지수단(200)에서 측정되는 데이터 값이 데드밴드라인(Deadband Line) 이하가 되면 서징밸브(110)를 완전히 폐쇄한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 압축기(400)의 서징 방지방치를 이용함으로써, 서징현상 발생시 서브컨트롤러(120)가 이를 감지하여 자동으로 서징밸브(110)를 개도하며, 이에 따라 서징현상을 해소함으로써 압축기(400)에서 소음 및 진동이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 이로 인한 압축기(400)의 파손을 예방할 수 있는 효과가 있다.

또한, 압축기(400)의 정상 작동을 유지할 수 있으므로 천연가스의 안정적인 공급을 할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 권리는 상기한 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.

100 : 유량조절수단 110 : 서징밸브
120 : 서브컨트롤러 200 : 감지수단
210 : 제1압력계 220 : 제2압력계
230 : 유량계 300 : 이송관
310 : 공급관 320 : 배출관
321 : 체크밸브 330 : 조절관
400 : 압축기 500 : 제어부

Claims

가스가 이송되는 이송관;
상기 이송관에 설치되어 가스를 압축하는 압축기; 및
상기 압축기의 전, 후로 이송관에 연결되어 이송관 내의 가스유량 및 가스 압력에 따라 유량을 조절하는 유량조절수단을 포함하되,
상기 이송관은,
상기 압축기로 가스를 공급하는 공급관;
상기 압축기에서 압축된 가스가 공급되는 배출관;
상기 공급관과 배출관에 연결되며, 상기 유량조절수단이 설치되는 조절관;
상기 이송관에 설치되는 감지수단; 및
상기 감지수단으로부터 이송관 내로 이송되는 가스에 대한 데이터를 전송받는 제어부;를 포함하고,
상기 유량조절수단은,
상기 조절관을 개폐하는 서징밸브; 및
상기 제어부에 취합되는 데이터를 전송받아 상기 서징밸브를 제어하는 서브컨트롤러;를 포함하며, 상기 제어부에서 유량이 25%/sec 로 변동되는 것을 감지하면, 상기 서브컨트롤러가 서징밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 압축기 서징 방지장치.
삭제
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 감지수단은,
상기 공급관에 설치되는 제1압력계;
상기 배출관에 설치되는 제2압력계; 및
상기 공급관에 설치되는 유량계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 서징 방지장치.
청구항 4에 있어서,
상기 제1압력계는 상기 공급관에서 가스의 유로가 조절관으로 분기되기 전의 가스압력을 감지하고,
상기 제2압력계는 상기 배출관에서 가스의 유로가 조절관과 합쳐지고 난 뒤의 가스압력을 감지하는 것을 특징으로 하는 압축기 서징 방지장치.
삭제
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 서징밸브는 최대 개도량의 15%씩 개방되는 것을 특징으로 하는 압축기 서징 방지장치.
청구항 1에 있어서,
상기 서징밸브는 서징밸브의 폐쇄로 인한 가스 유량의 변화가 25%/sec 미만이 유지되도록 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 압축기 서징 방지장치.