KR101442928B1

KR101442928B1 - 코크스 오븐 안수 유량 제어 장치

Info

Publication number: KR101442928B1
Application number: KR1020120154303A
Authority: KR
Inventors: 김재환; 김진영; 변창환; 배기호
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2014-09-23
Also published as: KR20140084639A

Abstract

코크스 오븐 안수 유량 제어 장치가 소개된다.
이를 위해 본 발명은, 가스포집 메인관(1) 내부로 연장된 곡관부(2) 선단에 연결 설치되는 픽스컵(3)과, 픽스컵(3) 내부로 안수를 공급하는 안수 라인(10), 상기 곡관부 내부 압력을 검출하는 압력센서(20)를 포함하는 코크스 오븐 안수 유량 제어 장치에 있어서, 상기 압력센서(20)의 출력값과 설정된 압력값을 비교 연산하는 제1제어부(100); 상기 제1제어부(100)에 의해 비교 연산 된 값에 따라 상기 안수 라인(10)의 개폐 여부를 제어하는 제2제어부(200); 및 상기 안수 라인(10) 상에 설치되어 상기 픽스컵(3) 내부로 인가되는 안수를 수동 제어하는 수동조작부(300)를 포함한다.

Description

코크스 오븐 안수 유량 제어 장치 {APPARATUS FOR CONTROLLING FLUX OF AMMONIA WATER IN COKES-OVEN}

본 발명은 코크스 오븐 안수 유량 제어 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게본 발명은 상승관 내부 압력에 따라 안수를 공급하는 안수 라인을 제어하여 불규칙적인 순환안수 펌프 가동을 방지하고, 가스 누출에 의한 환경 오염 방지를 위한 코크스 오븐 안수 유량 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 제철공정에서 석탄의 건류는 코크스 공정에서 이루어진다. 코크스 공정에서 코크스 오븐의 탄화실에 장입된 석탄은 일정시간 건류 되어 코크스화된다. 코크스를 제조함에 있어서, 탄화실 내부 압력 관리는 설비사고 방지와 코크스 품질 향상을 위해 매우 중요한 요소이다.

코크스 오븐 상승관 설비는 오븐 탄화실에 석탄을 장입하여 가열, 건류과정에서 발생되는 가스를 포집한 후, 화성 정제설비로 보내준다.

건류가 끝난 적열코크스를 압출하기 위해 오븐 탄화실과 상승관 사이를 차단한 후 상승관 두껑(리드)를 개방한다.

이때, 상승관의 내부 압력을 조절하는 장치가 밀폐된 상태에서도 실링이 완전히 되지 않는 경우가 발생하며, 이를 방지하기 위해 다량의 안수를 공급하여 실링을 하게 된다.

즉, 상승관이 개방된 상태에서 지속적으로 안수가 공급되며, 리드가 닫히게 되면 이 상승관 역시 동시에 차단된다.

한편, 코크스 오븐의 탄화실내 압력 제어는 프로그래밍 된 실제 압력 값과 실제 탄화실의 압력을 비교하여 압력 제어장치를 제어 구동함으로써 이루어진다.

상기 압력 제어장치는 가스포집 메인관 내에서 곡관부의 선단에 연결설치된다. 상기 압력 제어장치는 곡관부에 걸린 내부 압력과 프로그래밍 된 기준압력을 비교 연산한다. 그리고 에어 실린더의 구동에 의해 내부 밸브를 조작하여 안수의 수위를 조절함으로써 곡관부로 유입되는 가스의 배출량을 제어하여 최종적으로 탄화실 내부 압력을 조절하게 된다.

압력제어가 제대로 이루어지지 않게 되면, 예컨대 탄화실내 압력이 높은 경우에는 가스가 발생하게 되고, 압력이 낮은 경우에는 에어 유입 등으로 폭발 및 코크스 오븐 로체 손상이 발생하게 된다.

그런데, 종래에는 압력 제어를 위해 필요한 구성부들 즉, 압력 검출 센서나 컨트롤러 등 설비에 문제가 발생 되었을 때, 압력 제어가 어려운 문제점이 있다.

코크스 오븐에는 탄화실이 통상 150개 정도가 구비되어 있으며, 모든 탄화실은 개별적으로 건류 시간이 달라 압력 관리 역시 개별적으로 이루어진다.

따라서 상기와 같이 압력 제어를 위한 각 구성부에 이상이 발생한 경우 정비나 교체 또는 수리시까지 개별 탄화실의 압력을 제어할 수 없는 상황이 발생 된다.

또한, 상승관이 개방된 상태에서 상승관 내부에 카본을 작업자가 수작업으로 청소하기 위하여 추가적으로 4~5개의 상승관을 장시간 개방된 상태로 유지되어야 하고, 이 과정에서 많은 양의 안수를 공급하는 과정에서 공급 안수 압력 하락이 발생되고, 이로 인하여 부대설비에 공급되는 안수 유량의 부족, 발생된 가스를 냉각시키기 위한 안수공급 역시 부족하여 가스 누출이 발생 되거나, 안수 펌프 트립 등이 발생되어 오븐에서 발생되는 가스가 대기로 방출되어 대기 환경오염의 원인이 되는 문제점이 있다.

이와 관련된 발명으로 한국등록특허공보 10-1191960(2012.05.11.)인 '코크스 오븐의 탄화실 압력 제어 장치' 가 있으나, 상기 발명은 코크스 오븐 내의 탄화실내의 압력 그 자체를 제어하는 장치이고, 에어 실린더에 공급되는 에어의 조절을 통해 이를 구현하는 것이다.

이에 반해 본 발명은, 코크스 오븐 내의 탄화실내의 압력 그 자체를 제어하는 것이 아니고, 상승관의 내부 압력에 따라 적정한 수준의 안수가 공급되도록 제어부를 설치하여 안수 유량을 조절하는바, 그 구현방법 및 목적이 상기 발명과는 사뭇 이질적인 면이 존재한다.

(선행 기술 1) 한국등록특허공보 10-1191960(2012.05.11.)

본 발명은 코크스 오븐 상승관 개방시 공급되는 다량의 안수 유량 변동에 대응하기 위하여 상승관의 내부 압력에 따라 안수 공급을 차단할 수 있는 제어장치 개선을 통하여 공급 안수의 양을 조정하고, 이에 따른 적절한 안수 압력과 유량을 유지함으로써, 코크스 오븐 내에서 발생하는 가스 누출방지와 환경오염을 방지하는데 그 목적이 있다.

코크스 오븐 안수 유량 제어 장치가 소개된다.

이를 위해 본 발명은, 가스포집 메인관(1) 내부로 연장된 곡관부(2) 선단에 연결 설치되는 픽스컵(3)과, 픽스컵(3) 내부로 안수를 공급하는 안수 라인(10), 상기 곡관부 내부 압력을 검출하는 압력센서(20)를 포함하는 코크스 오븐 안수 유량 제어 장치에 있어서, 상기 압력센서(20)의 출력값과 설정된 압력값을 비교 연산하는 제1제어부(100); 상기 제1제어부(100)에 의해 비교 연산 된 값에 따라 상기 안수 라인(10)의 개폐 여부를 제어하는 제2제어부(200); 및 상기 안수 라인(10) 상에 설치되어 상기 픽스컵(3) 내부로 인가되는 안수를 수동 제어하는 수동조작부(300)를 포함한다.
상기 수동조작부(300)는 상기 안수 라인(10)으로 안수를 유통시키는 비상 라인(30)과, 상기 비상 라인을 통한 안수의 공급을 차단하는 비상차단밸브(310), 상기 비상 라인(30)에 설치되어 비상 라인(30)으로 안수의 공급을 수동 제어하기 위한 수동제어밸브(320)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 수동조작부(300)는 상기 수동제어밸브(320)로 안수를 공급할 수 있도록 상기 비상 라인(30)을 개폐하는 차단밸브(330)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명에 의한다면 아래와 같은 다양한 이점에 제공된다.

첫째, 공급되는 안수 유량이 제어되는바 불규칙적인 안수 펌프 가동이 방지되는 이점이 있다.

둘째, 코크스 오븐 내에서 발생하는 가스가 누출되는 것이 방지되고, 이에 따라 환경오염도 방지되는 이점이 있다.

셋째, 비상시에 작업자가 수작업으로도 안수 유량을 조절할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 상승관 압력에 따라 안수 라인을 통한 안수의 공급 여부를 제어하는 순서도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 코크스 오븐을 도시한 개략적인 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 탄화실 압력 제어장치의 구성을 도시한 개략적인 도면.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명인 코크스 오븐 안수 유량 제어 장치의 바람직한 실시 예를 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 코크스 오븐을 도시한 개략적인 도면이다.

발명의 이해를 돕기 위해 일반적인 작동과정을 도면을 참조로 설명하면, 도시된 바와 같이, 코크스 오븐 탄화실(4) 상단에 구비된 장입차(5)를 이동시켜 오븐 탄화실로 석탄을 장입하게 되며, 건류 완료되면 탄화실로부터 코크스를 압출하게 된다.

코크스 오븐에서 석탄을 건류할 때 발생하는 코크스 오븐 가스(COG)는 탄화실 상부의 상승관(6)을 통해 빠져나가게 된다. 상기 상승관(6)에는 곡관부(2)를 매개로 가스포집 메인관(gas collecting main)(7)이 설치되어 있어서 각 상승관(6)으로 통해 배출되는 코크스 오븐 가스는 가스 포집관에 포집된다. 그리고 셕숀메인(suction main)을 거쳐 후공정인 가스 정제공정의 배기 송풍기에 의해 배송된다.

그리고, 픽스컵(3) 내부로 안수를 공급하는 안수 라인(10)이 설치되어 있으며, 상기 안수 라인(10)은 곡관부(2)를 통해 픽스컵(3) 상부로 연장되어 픽스컵(3) 내부로 안수를 공급하게 된다.

컨트롤밸브(7)는 슬롯 조정을 통해 안수를 배출하는 드레인튜브(8)와 에어실린더(9)의 피스톤로드(11) 선단에 연결되어 드레인튜브(8) 내부에서 상하 이동되어 슬롯의 개폐량을 가변적으로 조절하는 피스톤(12), 상기 드레인튜브(8) 하단에 연결되어 픽스컵(3)의 하단에 형성된 배출구를 개폐하는 플러그(13)를 포함한다.

상기 에어실린더(9)는 곡관부(2) 상부에서 수직으로 설치되고 피스톤로드(11)는 곡관부(2) 내측으로 연장되어 상기 피스톤(12)과 연결된다. 이에 에어실린더(9)가 신축작동되면 드레인튜브(8) 내에서 피스톤(12)이 상하 이동되어 슬롯의 개폐량을 조절함으로써 픽스컵(3) 내부 수위를 조절하게 된다.

안수의 수위가 조절됨에 따라 슬롯의 개폐량이 조절되고 따라서 가스의 배출량이 제어된다. 가스의 배출량 조절을 통해 탄화실의 압력을 조절하게 된다. 그리고 피스톤(12)이 완전히 상부로 이동되면 드레인튜브(8) 자체가 상승 되면서 플러그(13)가 배출구를 개방하여 안수를 배출하게 된다.

상기와 같은 일련의 과정을 거칠 때, 도시된 바와 같이 본 발명은 안수 라인(10)의 개폐 여부를 제어하는 제1제어부(100)와 제2제어부(200)가 설치된다.

코크스 오븐 상승관(6) 개방시 공급되는 안수 압력과 유량은 적절하게 관리되어야 하나, 상승관(6) 내부 카본 청소, 부대설비 및 리드가 닫혀 있는 다수개의 오븐에 안수의 압력과 유량이 부족하여 발생가스 냉각능력이 떨어지고, 상승관 부대설비 실링 불량에 의한 발생가스 누출 등 제 기능을 유지할 수 없어, 순환 안수 펌프를 추가설치하여 그 가동과 중지를 반복해야 하는 문제점이 있었다.

이를 방지하기 위해 본 발명은 도시된 바와 같이, 상승관(6)의 압력을 측정하는 압력센서(20)가 곡관부(2) 내부에 마련되어 있고, 작업자가 이미 설정한 상승관의 기준압력은 설비상의 모든 점을 고려하여 5 mmH₂O 로 설정하였다.

이 압력센서(20)에 의해 측정된 압력이 기준압력 이내인 경우에는 제1제어부(100) 및 제2제어부(200)를 통해 안수 라인(10)을 차단하고, 이 기준값보다 큰 경우에는 안수 라인(10)을 차단하지 않는다.

즉, 개방된 상승관 압력이 기준압력 이내인 경우 다량으로 공급되는 실리용 안수 라인(10)을 차단하여 적정 안수 압력을 유지하여 오븐 내에서 발생하는 가스 누출을 방지하게 되는 것이다.

그러나, 압력센서(20)에 의해 측정된 압력이 기준압력을 벗어나는 경우 안수 라인(10)을 오픈시켜 실링을 유지함으로써, 가스 포집관으로 공기흡입에 의한 폭발사고를 방지하게 되는 것이다.

이를 위해, 이미 설정된 기준압력과 상승관의 내부 압력값을 비교하는 연산과정은 안수 라인(10) 상부에 위치한 제1제어부(100)가 수행하고, 연산 수행 결과 안수 라인(10)의 개폐 여부를 결정하는 제2제어부(200)는 안수 라인(10)에 연결되어 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 탄화실 압력 제어장치의 구성을 도시한 개략적인 도면이다.

제1제어부(100)는 도시된 바와 같이 실린더가 오픈 되는 밸브에 연결되어 있다.

실린더가 오픈 된다는 것은 상승관(6)이 함께 오픈 되는 것을 말한다.

상승관(6)이 오픈 된 후, 곡관부(2) 내부에 마련된 압력센서(20)에 의해 상승관(6) 내부 압력을 측정한다.

이 측정값과 기준압력을 비교하는 제1센서부(100)가 실린더가 오픈 되는 밸브에 연결되어 있다.

그리고, 제1제어부(100)에 의해 비교 연산 된 결과 안수 라인(10)의 개폐 여부를 제어하는 제2제어부(200)가 제1제어부(100)에 연결되어 있다.

제2제어부(200)는 안수 밸브(14)에 연결되어 있으며, 제1제어부(100)의 연산 결과 안수 라인(10)을 개폐할지를 결정하게 되는 것이다.

즉, 측정된 압력값이 기준압력 범위 내인 경우 안수 밸브(14)를 'close'시키고,측정된 압력값이 기준압력 범위를 벗어나는 경우 안수 밸브(14)를 'open'시키도록 작동한다.

여기서, 본 발명은 안수 라인(10) 상에 설치되어 픽스컵(3) 내부로 인가되는 안수를 수동 제어하는 수동조작부(300)를 더 포함한다.

수동조작부(300)는 안수 라인(10)으로 안수를 유통시키는 비상 라인(30)과, 비상 라인(30)을 통한 안수의 공급을 차단하는 비상차단밸브(310), 비상 라인(30)상에 배치되어 비상 라인(30)으로 안수의 공급을 수동 제어하기 위한 수동제어밸브(320)를 포함한다.

비상차단밸브(310)는 도시된 바와 같이, 안수 밸브(14)에 연결된 안수공급밸브에 설치되어 있고, 수동으로 작동되는 구조로 되어 있다.

비상차단밸브(310)는 수동 작동 외에 이상 신호 검출시 자동으올 제어될 수 있도록 하며, 특별히 한정되지 않는다.

필요한 경우, 비상 라인(30) 상에 설치된 수동제어밸브(320)를 이용한 수동조작으로 전환함으로써, 설비 이상 시에도 정상적인 안수 공급이 가능하게 된다.

상기 비상차단밸브(310)는 개폐밸브 구조로, 안수 공급이 정상작동상황인 경우에는 개방된 상태를 유지하고, 설비 이상시 닫혀져 안수 밸브(14)와 픽스컵(3)과의 연결을 차단하게 된다.

비상차단밸브(310)는 안수 라인(10) 상에서 최종적으로 픽스컵(3)으로 이동되는 안수를 차단할 수 있는 위치에 설치된다. 이 비상차단밸브(310)가 작동되면 제1제어부(100), 제2제어부(200)의 제어작동에 관계없이 안수 라인(10)을 통해 픽스컵(3)으로 분사되는 안수의 공급을 차단할 수 있다.

한편, 본 발명은 비상 라인(30)을 개폐하여 수동제어밸브(320)로 공급되는 안수를 선택적으로 차단하기 위한 차단밸브(330)를 포함하고 있다.

수동제어밸브(320)는 비상 라인(30)을 통해 공급되는 안수의 공급방향 및 공급 여부를 조작하기 위한 밸브이다.

수동제어밸브(320)는 작업자의 수동 조작에 의해 안수 밸브(14)를 통한 픽스 컵(3)으로의 안수 분사 여부를 조작 가능하게 한다.

이 수동제어밸브(320)는 어느 특정의 밸브에 한정되지 않고 다양한 밸브가 사용될 수 있다.

본 발명의 작동과정에 대해 도 1을 참조로 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

상승관(6)이 개방되고, 픽스컵(3)에 분사되는 안수 밸브(14)가 오픈 된다.

이 경우 계속적으로 안수 밸브(14)가 오픈 된 상태에서 안수의 공급이 지속될지 결정하는 제1제어부(100) 및 제2제어부(200)가 작동한다.

즉, 제1제어부(100)에서는 이미 설정된 기준압력인 5 mmH₂O 과 곡관부(2)에 마련된 압력센서(20)에 의해 측정된 실제 상승관 압력값을 비교하여 그 결과를 제2제어부(200)에 전달한다.

제2제어부(200)는 제1제어부(100)의 연산에 따라, 설정된 기준압력보다 작은 경우에는 상승관의 내부 압력이 안정되고, 관리 가능한 범위 내라 판단하여 안수를 공급하는 안수 라인(10)을 차단함으로써 코크스 오븐 내에서 발생하는 가스 누출을 방지하게 된다.

만약, 설정된 기준압력보다 큰 경우에는 가스 포집관에 공기 흡입에 의한 폭발사고를 방지할 수 있도록 안수 라인(10)을 오픈시키는 과정이 진행된다.

한편, 상기와 같은 작동 과정에도 불구 하고 설비사고의 문제점이 발생 되는 것을 미연에 방지하기 위해 픽스컵(3) 내부로 인가되는 안수를 수동 제어하는 수동조작부(300)가 작동될 수 있다.

즉, 안수 라인(10)으로 안수를 유통시키는 별도의 비상 라인(30)을 마련하고, 이 비상 라인(30)에는 비상차단밸브(310)가 설치되어 있어, 설비 이상시 안수 공급을 제1제어부(100) 및 제2제어부(200)의 통제에 상관없이 차단할 수 있도록 하였다.

또한, 비상 라인(30)을 개폐하여 수동제어밸브(320)로 공급되는 안수를 선택적으로 차단하기 위한 차단밸브(330)를 포함하고, 이 수동제어밸브(320)는 작업자의 수동 조작에 의해 안수 밸브(14)를 통한 픽스컵(3)으로의 안수 분사 여부가 조정되며, 차단밸브(330)가 더 설치되어 그 작업의 용이성을 도모하였다.

본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진자에게 있어서 자명할 것이다.

1 : 가스 포집 메인관 2 : 곡관부
3 : 픽스컵 4 : 탄화실
5 : 장입차 6 : 상승관
8 : 드레인튜브 9 : 에어실린더
10 : 안수 라인 11 : 피스톤 로드
12 : 피스톤 13 : 플러그
14 : 안수밸브 20 : 압력 센서
30 : 비상 라인 100 : 제1제어부
200 : 제2제어부 300 : 수동조작부
310 : 비상차단밸브 320 : 수동제어밸브
330 : 차단밸브

Claims

가스포집 메인관(1) 내부로 연장된 곡관부(2) 선단에 연결 설치되는 픽스컵(3)과, 픽스컵(3) 내부로 안수를 공급하는 안수 라인(10), 상기 곡관부 내부 압력을 검출하는 압력센서(20)를 포함하는 코크스 오븐 안수 유량 제어 장치에 있어서,
상기 압력센서(20)의 출력값과 설정된 압력값을 비교 연산하는 제1제어부(100);
상기 제1제어부(100)에 의해 비교 연산 된 값에 따라 상기 안수 라인(10)의 개폐 여부를 제어하는 제2제어부(200); 및
상기 안수 라인(10) 상에 설치되어 상기 픽스컵(3) 내부로 인가되는 안수를 수동 제어하는 수동조작부(300)를 포함하는 코크스 오븐 안수 유량 제어 장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 수동조작부(300)는 상기 안수 라인(10)으로 안수를 유통시키는 비상 라인(30)과, 상기 비상 라인을 통한 안수의 공급을 차단하는 비상차단밸브(310), 상기 비상 라인(30)에 설치되어 비상 라인(30)으로 안수의 공급을 수동 제어하기 위한 수동제어밸브(320)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐 안수 유량 제어 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 수동조작부(300)는 상기 수동제어밸브(320)로 안수를 공급할 수 있도록 상기 비상 라인(30)을 개폐하는 차단밸브(330)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐 안수 유량 제어 장치.