KR102133248B1 - 압력변동흡착장치의 이상 감지 시스템 및 이상 감지 방법 - Google Patents

압력변동흡착장치의 이상 감지 시스템 및 이상 감지 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압력변동흡착장치의 이상 감지 시스템 및 이상 감지 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복잡한 연산을 수반하지 않고, 압력변동흡착장치에 발생되는 이상상태를 사용자의 직접적인 감시 없이 실시간으로 자동 검출할 수 있는 압력변동흡착장치의 이상 감지 시스템 및 이상 감지 방법에 관한 것이다.

Description

압력변동흡착장치의 이상 감지 시스템 및 이상 감지 방법{System and Method for Detecting Malfunction of Pressure Swing Adsorption Apparatus}
본 발명은 압력변동흡착장치의 이상 감지 시스템 및 이상 감지 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압력변동흡착장치의 동작 이상, 고장 등을 실시간으로 자동 감지할 수 있는, 압력변동흡착장치의 이상 감지 시스템 및 이상 감지 방법에 관한 것이다.
일반적인 기체 분리법으로는 크게 화학반응법과, 전기 분해법, 물리적 분리법 등이 이용되고 있으며, 물리적 분리법에는 기체의 물질에 대한 극성의 차이와 기체분자 크기의 상이성을 이용하여 기체를 분리하는 막분리 방식과, 결정성 고체화합물의 흡/탈착 원리를 이용하여 기체를 분리하는 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption: PSA)방법이 있다.
압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption: PSA)방법은 기체 혼합물로부터 특정 성분을 분리하거나 혹은 제거시켜 기체를 분리, 정제하는데 사용되는 방법으로, 통상적으로 분자체(Molecular Sieve) 흡착제로 채워진 흡착칼럼을 혼합기체가 고압상태로 통과하면서 선택도가 높은(이하, 이흡착성(易吸着性))이라 칭함) 성분들을 우선 흡착하게 되고, 선택도가 낮은(이하, 난흡착성(難吸着性)이라 칭함) 성분들은 흡착칼럼 밖으로 배출되어 나가게 된다. 흡착된 성분들을 제거하기 위해 흡착칼럼 내의 압력을 떨어뜨려 재생하게 되고, 고압 생성물의 일부로 흡착칼럼을 세척하게 된다. 이러한 일련의 공정을 반복하면서 생성물을 연속적으로 얻을 수 있게 된다.
이러한 압력변동흡착방법은 기체 혼합물 분리 과정에서 상 변화를 동반하지 않으면서 연속공정으로 에너지 측면에서 효율성이 높고, 공기 중에 유해 물질을 배출하거나, 또는 폐수를 배출하지 않아 친환경적인 동시에 각 흡착칼럼이 독립적으로 구성됨에 따라 장치 및 설비의 설치가 비교적 쉬우며, 다양한 혼합기체의 분리정제와 같은 가스 포집기술 영역으로의 확장 가능성이 큰 장점이 있다.
그러나 압력변동흡착방법은 각 흡착칼럼이 교대로 흡착 공정 및 탈착 공정을 수행하기 위해서는 원료 가스의 도입부에서 흡착칼럼을 거쳐 제품 가스의 배출에 이르는 가스의 유로를 공정 상태에 따라 전환하는 것이 수행되어야 하기 때문에 현장에서 사용자가 결과 값을 지속적으로 감시하면서 변경해야 하는 불편함이 있었으며, 운영조건 변경에 따른 이상 발생 여부를 미리 예측하기 어려운 동시에 고장 원인의 탐색에는 숙련된 기술자에 의한 점검이 필요하며, 고장 발생에서 고장 원인의 특정까지 장기간이 필요하다는 문제점이 있었다. 또한, 압력변동흡착방법의 경우에는 상기 유사 기술 분야 사례들에 비하여 공정 전환 속도가 빠르기 때문에 흡착칼럼의 이상을 빠르게 감지하거나 예측하는 것이 중요하다.
이에, 일본등록특허 제4964521호에서는 압력변동흡착장치의 압축기 이상을 조기에 검출하기 위해 압축가스의 유량값 또는 압력값을 이동평균한 이동 평균값을 산출하는 연산수단과, 상기 연산수단에서 산출한 이동 평균값과 소정의 임계값에 기반하여 이상의 유무를 판정하는 판정수단과, 상기 판정 수단이 이상 있음을 판정할 경우에 당해 이상을 나타내는 정보를 출력하는 출력수단을 구비하는 제어장치 및 이상 검출방법을 제시한 바 있고, 일본공개특허 제2005-207644호에서는 냉동 사이클 장치의 압력 및 온도 등 냉매에 관하거나 또는 기타 계측량을 복수 검출하고, 이들의 계측량에서 복합 변수와 같은 상태 값을 연산하고 연산 결과를 이용하여 장치의 정상 이상을 판단하는 기기 진단 장치를 제시한 바 있다.
또한, 일본등록특허 제3614786호에서는 압력변동흡착장치의 동작 이상 검출 또는 고장 원인의 탐색을 신속 정확하게 수행하기 위해 균압 공정 전환시점의 각 흡착칼럼의 압력차, 균압 공정의 종료시점의 각 흡착칼럼의 압력차 및 다른 흡착칼럼의 흡착시점의 각 흡착칼럼의 압력차에 대하여 기준치와의 관계를 검출하고, 제품 가스 순도 검출기의 검출 값이 그 기준치에 대해서 이상으로 나타났을 때 각 검출 결과를 기초하여 이상을 검출하는 압력변동 흡착시 가스 발생장치를 제시한 바 있다.
그러나 상기 선행문헌을 포함하는 종래기술들은 주로 흡착칼럼에 압축가스를 보내는 압축기의 이상을 검출하는 것으로만 제시되어 있어 흡착칼럼에서의 이상 여부를 실시간으로 검출하는 것이 불가능한 동시에, 복잡한 연산을 수반하고 있어 현실적인 조기 검출을 하기 위해서는 고성능의 컨트롤러가 필요하다는 문제점이 있었다.
또한, 흡착칼럼의 이상 유무를 판단하더라도 단순히 특정 시점의 압력 값을 기준 값과 비교하여 이상 유무를 판단함에 따라 측정된 특정 시점 이외에 고장이 발생할 경우에는 이상 검출이 불가능하고, 고장 발생에서 고장 원인의 특정까지 장시간이 필요하기 때문에 실용상의 문제점으로서 개선이 요구되고 있었다. 또한, 제품 가스 유량 및 제품 가스의 농도의 실시간 측정만으로는 이상 검출의 기초로서는 불충분하다는 문제점이 있었다.
따라서, 압력변동흡착장치를 운전하는 방법에 있어서, 이상을 감지하거나 미리 예측할 수 있으며, 이에 운전 방법의 변화 시점, 흡착제 및 밸브 교체시기 등의 이상을 감지하는 방법의 개발 필요성이 높아지고 있다.
일본등록특허 제4964521호(공개일 : 2008.01.311) 일본공개특허 제2005-207644호(공개일 : 2005.08.04) 일본등록특허 제3614786호(공개일 : 2002.08.27)
본 발명의 주된 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 복잡한 연산을 수반하지 않고, 압력변동흡착장치에 발생되는 이상상태를 사용자의 직접적인 감시 없이 실시간으로 자동 검출할 수 있는 압력변동흡착장치의 이상 감지 시스템 및 이상 감지 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구현예는 내부에 흡착제가 수용되어 흡착/탈착 사이클에 따라 혼합가스로부터 이흡착성 성분을 분리하는 다수의 흡착칼럼; 상기 다수의 흡착칼럼 압력을 포함하는 정보를 실시간으로 측정하는 측정부; 상기 측정부로부터 수집된 정보를 실시간으로 감시하고, 이상상태 여부를 판단하는 검출부; 및 상기 검출부로부터 이상상태가 감지되면, 이상 신호를 출력하는 출력부;를 포함하고, 상기 검출부는 측정부에서 측정된 동일 시간대의 전체 흡착칼럼 압력치들의 합이 입력된 기준 값에서 임계 값을 벗어난 경우 이상상태로 판단하되, 상기 기준 값은 정상상태의 각 흡착칼럼에서 측정된 동일 시간대의 압력치들의 합을 한 사이클 동안 평균한 값인 것을 특징으로 하는 압력변동흡착장치의 이상 감지 시스템을 제공한다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기 검출부는 기준 값에서 ±0.06 bar 이상을 벗어난 경우, 이상상태로 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기 정보 측정은 초 단위로 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기 출력부는 이상 신호를 텍스트, 색깔, 모양 및 가청음으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예는, 내부에 흡착제가 수용되어 흡착/탈착 사이클에 따라 혼합가스로부터 이흡착성 성분을 분리하는 다수의 흡착칼럼이 포함된 압력변동흡착장치의 이상 감지 방법에 있어서, (a) 상기 다수의 흡착칼럼 압력을 포함하는 정보를 실시간으로 측정하는 정보 측정단계; (b) 상기 정보 측정단계에서 측정된 정보를 실시간으로 감시하고, 이상상태 여부를 판단하는 판단단계; 및 (c) 상기 판단단계에서 이상상태가 감지되면, 이상 신호를 출력하는 출력단계를 포함하고, 상기 (b) 판단단계에서의 이상상태 여부 판단은 측정된 동일 시간대의 전체 흡착칼럼 압력치들의 합이 입력된 기준 값에서 임계 값을 벗어난 경우 이상상태로 판단하되, 상기 기준 값은 정상상태의 각 흡착칼럼에서 측정된 동일 시간대의 압력치들의 합을 한 사이클 동안 평균한 값인 것을 특징으로 하는 압력변동흡착장치의 이상 감지 방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 다른 구현예에서, 상기 (b) 판단단계에서의 이상 여부의 판단은 기준 값에서 ±0.06 bar 이상을 벗어난 경우, 이상상태로 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 구현예에서, 상기 (a) 정보 측정단계에서 정보 측정은 초 단위로 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 구현예에서, 상기 (c) 출력단계의 이상 신호는 텍스트, 색깔, 모양 및 가청음으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 복잡한 연산을 수반하지 않고, 압력변동흡착장치에 발생되는 밸브 등의 미세한 오작동 등의 이상상태 여부를 사용자의 직접적인 모니터링 없이 실시간으로 자동 검출할 수 있어 이상 상태에 대한 즉각적인 대체가 가능함에 따라 고장 진단, 밸브 교체 등을 포함한 압력변동흡착장치의 운전 관리에 유용한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력변동흡착장치의 이상 감지 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정상상태로 판정받은 압력변동흡착장치의 운전 시간에 대한 실제 압력을 나타낸 그래프이다.
도 3은 도 2에 나타낸 운전 시간에 대한 실제 압력을 수치화한 표이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정상상태에 있는 압력변동흡착장치의 운전 시간에 대한 실제 압력을 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 4에 나타낸 운전 시간에 대한 실제 압력을 수치화한 표이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이상상태에 있는 압력변동흡착장치의 운전 시간에 대한 실제 압력을 나타낸 그래프이다.
도 7은 도 6에 나타낸 운전 시간에 대한 실제 압력을 수치화한 표이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력변동흡착장치의 이상 감지 방법의 흐름도이다.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법 은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.
본 명세서에 기재된 "구비한다", "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 수치, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합이 존재함을 지칭하는 것이고, 언급되지 않은 다른 특징, 수치, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합이 존재하거나 부가될 수 있는 가능성을 배제하지 않는다.
본 발명은 일 관점에서, 내부에 흡착제가 수용되어 흡착/탈착 사이클에 따라 혼합가스로부터 이흡착성 성분을 분리하는 다수의 흡착칼럼; 상기 다수의 흡착칼럼 압력을 포함하는 정보를 실시간으로 측정하는 측정부; 상기 측정부로부터 수집된 정보를 실시간으로 감시하고, 이상상태 여부를 판단하는 검출부; 및 상기 검출부로부터 이상상태가 감지되면, 이상 신호를 출력하는 출력부;를 포함하고, 상기 검출부는 측정부에서 측정된 동일 시간대의 전체 흡착칼럼 압력치들의 합이 입력된 기준 값에서 임계 값을 벗어난 경우 이상상태로 판단하되, 상기 기준 값은 정상상태의 각 흡착칼럼에서 측정된 동일 시간대의 압력치들의 합을 한 사이클 동안 평균한 값인 것을 특징으로 하는 압력변동흡착장치의 이상 감지 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 다른 관점에서, 내부에 흡착제가 수용되어 흡착/탈착 사이클에 따라 혼합가스로부터 이흡착성 성분을 분리하는 다수의 흡착칼럼이 포함된 압력변동흡착장치의 이상 감지 방법에 있어서, (a) 상기 다수의 흡착칼럼 압력을 포함하는 정보를 실시간으로 측정하는 정보 측정단계; (b) 상기 정보 측정단계에서 측정된 정보를 실시간으로 감시하고, 이상상태 여부를 판단하는 판단단계; 및 (c) 상기 판단단계에서 이상상태가 감지되면, 이상 신호를 출력하는 출력단계를 포함하고, 상기 (b) 판단단계에서의 이상상태 여부 판단은 측정된 동일 시간대의 전체 흡착칼럼 압력치들의 합이 입력된 기준 값에서 임계 값을 벗어난 경우 이상상태로 판단하되, 상기 기준 값은 정상상태의 각 흡착칼럼에서 측정된 동일 시간대의 압력치들의 합을 한 사이클 동안 평균한 값인 것을 특징으로 하는 압력변동흡착장치의 이상 감지 방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 압력변동흡착장치의 이상 감지 시스템 및 이상 감지 방법은 각 흡착칼럼에서 실시간으로 측정된 압력치를 정상상태의 기준 값과 비교하여 압력변동흡착장치의 이상상태 여부를 측정함으로써, 복잡한 연산을 수반하지 않고, 압력변동흡착장치에 발생되는 이상상태를 사용자의 직접적인 감시 없이 실시간으로 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 예시적인 흡착칼럼을 포함하는 압력변동흡착장치의 이상 감지 시스템의 개략도로, 이는 하나의 예시일 뿐이며, 본 발명의 내용이 이에 제한되지 않는다.
첨부된 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 압력변동흡착장치의 이상 감지 시스템은 다수의 흡착칼럼이 구비된 압력변동흡착장치(200), 측정부(110), 검출부(120) 및 출력부(130)를 포함할 수 있다.
상기 압력변동흡착장치(200)는 통상의 다수의 흡착칼럼(1)이 구비된 압력변동흡착장치로, 다수의 흡착칼럼 이외에 압축가스 공급부(2), 운전 제어부(미도시), 다수의 밸브(A1 내지 D1, A2 내지 D2, A4 내지 D4, A5 내지 D5), 오프가스 탱크(T) 및 저장탱크(6)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 압축가스 공급부(2)는 분리 대상물인 혼합가스를 공급받아 압축시킨 후, 후술되는 다수의 밸브의 개폐를 통해 해당 흡착칼럼(1)에 소정의 시간 간격으로 순서대로 공급시킨다. 이때, 상기 압축가스 공급부로 공급되는 혼합가스는 이흡착성 성분 및 난흡착성 성분이 포함된 혼합가스일 수 있고, 생산 목적이 되는 제품가스의 용도에 따라 제습이나 필터링 등의 전처리 과정을 거친 혼합가스를 사용할 수 있다.
상기 압축가스 공급부(2)는 혼합가스를 압축하기 위한 컴프레서(compressor) 등을 포함할 수 있으며, 상기 컴프레서에서 압축된 혼합가스를 흡착칼럼으로 공급하여 고압 분위기에서 이흡착성 성분의 흡착을 수행하도록 할 수 있다.
또한, 상기 압축가스 공급부(2)는 열교환기(heat exchanger)를 더 포함할 수 있다. 흡착칼럼에 충진되어 있는 흡착제는 공급되는 혼합가스의 온도가 낮을수록 혼합가스 내의 이흡착성 성분의 흡착 효과가 상승하므로, 상기 열교환기는 상기 컴프레서에서 압축된 혼합가스의 온도를 낮추어 흡착제에 이흡착성 성분의 흡착 효과를 향상시킬 수 있다.
상기한 바와 같이, 압축가스 공급부(2)에서 압축 및 온도 조절된 혼합가스는 흡착칼럼(1)으로 공급하되, 상기 운전 제어부(미도시)의 제어신호에 따른 다수의 밸브의 개폐를 통해 해당 흡착칼럼으로 공급된다.
상기 흡착칼럼(1)은 내부에 흡착제가 수용되고, 일측에는 혼합가스가 유입되는 유입구가 형성되어 있으며, 타측에는 혼합가스로부터 분리된 이흡착성 성분 및 난흡착성 성분이 배출되는 배출구가 형성되어 있다. 이에, 상기 흡착칼럼의 유입구로 유입된 혼합가스는 흡착칼럼의 흡착제를 통과할 때 흡착제에 선택도가 높은 이흡착성 성분을 흡착시키고, 선택도가 낮은 난흡착성 성분을 통과시키는 방법을 통해 혼합가스로부터 이흡착성 성분과 난흡착성 성분을 분리할 수 있다.
이때 기본적으로 하나의 흡착칼럼에서는 가압 공정, 흡착 공정, 탈착 공정 혹은 이를 변형한 운전이 짧은 시간을 주기로 전환되며 분리정제를 수행할 수 있다.
또한, 이후 공정의 효율을 증대시키기 위하여 생성물 가압 공정, 병류 감압공정, 압력 균등화 공정, 진공탈착 공정, 강흡착질 정화 공정 등과 같은 공정들도 추가할 수 있으며, 이러한 공정들의 조합으로 구성될 수 있을 것이다.
상기 흡착칼럼(1)은 1개 이상의 흡착칼럼이 다수개가 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있으며, 상기 흡착제로는 혼합가스의 목적하는 분리 대상가스의 종류에 따라 달라지나, 일 예로 제올라이트 분자체, 탄소 분자체 등 여러 종류의 분자체가 사용될 수 있다.
본 발명의 첨부된 도면에는 압력변동흡착장치에 있어서, 4개의 흡착칼럼(1)만이 도시되어 있으나, 이는 설명의 편이를 위한 것으로, 전술된 내용으로 적어도 하나 이상의 흡착칼럼이 포함되는 것으로 이해될 수 있다
한편, 다수의 밸브(A1 내지 D1, A2 내지 D2, A4 내지 D4, A5 내지 D5)는 다수의 흡착칼럼(1)과 연결된 배관(혼합가스 공급로, 오프가스 배출로, 정제가스 배출로, 연결통로)에 배치되며, 상기 흡착칼럼의 흡착/탈착 사이클에 따라 다수의 흡착칼럼이 서로 흡착 및 탈착을 변경할 때, 운전 제어부(미도시)의 제어신호에 따라 압축된 혼합가스, 분리정제된 가스, 오프가스 등의 스위칭을 수행하거나, 다수의 흡착칼럼 사이의 압력 평형을 유지시키는 역할 등을 수행할 수 있다.
일 예로, 도 1의 압력변동흡착장치를 살펴보면, 흡착칼럼으로서 A 흡착칼럼, B 흡착칼럼, C 흡착칼럼 및 D 흡착칼럼을 포함하고, 상기 4개의 흡착칼럼 일측에는 압축가스 공급부(2)에서 압축된 혼합가스를 공급하는 혼합가스 공급로(3)와 오프가스를 배출하는 오프가스 배출로(4)가 각각 구비된다. 또한, 상기 혼합가스 공급로(3) 및 오프가스 배출로(4)에는 다수의 흡착칼럼(1) 각각에 대응하여 혼합가스 공급로(3)를 개폐하는 원료가스 공급밸브(A1, B1, C1, D1)와 오프가스 배출로(4)를 개폐하는 오프가스 배출밸브(A5, B5, C5, D5)가 각각 구비되고, 상기 오프가스 배출로(4)에는 오프 가스를 저장하는 오프가스 탱크(T)가 구비될 수 있다.
한편, 상기 다수의 흡착칼럼의 타측에는 다수의 흡착칼럼(1)에서 분리 정제된 이흡착성 성분 또는 난흡착성 성분을 외부 또는 저장탱크(6)로 배출하는 정제가스 배출로(5)가 구비될 수 있으며, 다수의 흡착칼럼(1)을 서로 연통 접촉하기 위한 연결통로(7)가 연결될 수 있다.
또한, 상기압력변동흡착장치는 압력변동흡착장치의 운전을 제어하는 운전 제어부(미도시)가 설치되며, 상기 운전 제어부는 원료가스 공급밸브(A1 내지 D1), 오프가스 배출밸브(A5 내지 D5), 정제가스 배출밸브(A2 내지 D2) 및 연결밸브(A4 내지 D4)를 제어함으로써, 흡착칼럼의 운전 사이클을 수행하도록 구성될 수 있다.
이에, 전술된 4개의 흡착칼럼이 포함된 압력변동흡착장치 중 A 흡착칼럼을 중심으로 가압 공정, 흡착 공정 및 탈착 공정으로 구성되는 운전 사이클은 다음과 같다.
상기 압력변동흡착장치(200)는 A 흡착칼럼(1)에서 가압 공정 및 흡착 공정을 수행하기 위해 운전 제어부의 제어 신호에 따라 원료가스 공급밸브(A1)와 정제가스 배출밸브(A2)를 개방하고, 연통밸브(A4) 및 오프가스(A5)를 폐쇄시켜 압축가스 공급부(2)에서 압축된 혼합가스를 혼합가스 공급로(3)를 통해 A 흡착칼럼 내부로 유입시킨다. 상기 A 흡착칼럼 내부로 유입된 혼합가스는 흡착제의 흡착력 차이에 따라 이흡착성 성분을 흡착시키고, 이흡착성 성분 이외에 흡착되지 않은 난흡착성 성분을 정제가스 배출밸브(A2)를 통해 정제가스 배출로(5)로 배출시킨다. 이때, 상기 이흡착성 성분에 의해 흡착제가 포화되면, 상기 원료가스 공급밸브(A1)를 폐쇄하여 해당 흡착칼럼으로 혼합가스의 공급이 중단되는 동시에 다른 흡착칼럼의 원료가스 공급밸브를 개방시켜 A 흡착칼럼 이외의 다른 흡착칼럼(B 내지 D)으로 혼합가스를 공급한다.
이후, A 흡착칼럼에서 압력 균등화 공정을 수행하기 위해 연결밸브(A4) 및 다른 흡착칼럼의 연결밸브를 개방하고, 원료가스 공급밸브(A1), 정제가스 배출밸브(A2) 및 오프가스 배출밸브(A5)를 폐쇄시켜 A 흡착칼럼과 A 흡착칼럼 이외의 다른 흡착칼럼이 서로 흡착 공정 및 탈착 공정을 변경할 때 두 흡착칼럼 사이의 압력이 평형이 되도록 할 수 있다.
상기와 같이 이흡착성 성분으로 포화된 A 흡착칼럼은 흡착제의 재생을 위하여 탈착 공정에 대응하는 감압을 수행한다. 상기 탈착 공정에서는 오프가스 배출밸브(A5)를 개방하고, 원료가스 공급밸브(A1), 정제가스 배출밸브(A2) 및 연결밸브(A4)를 폐쇄하여 A 흡착칼럼을 감압하여 탈착 공정을 수행한다.
이때, 운전 제어부는 4개의 흡착칼럼의 각각에 대해서 위상을 다르게 하는 상태에서 흡착공정, 압력 균등화 공정 및 탈착 공정으로 구성되는 운전 사이클을 순차적으로 실행시키도록 구성될 수 있고, 교대로 반복되는 즉 주기적 절환되는 B, C 및 D 흡착칼럼의 사이클에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이 압력변동흡착장치(200)에서 흡착칼럼의 흡착/탈착 사이클이 수행되면, 측정부(110)에서는 흡착칼럼의 압력을 포함하는 정보를 측정하고, 상기 측정부로부터 수집된 정보는 검출부(120)에서 이상 여부를 판단하며, 상기 검출부로부터 이상상태가 감지된 경우에는 출력부(130)에서 이상 신호를 출력한다.
상기 측정부(110)는 압력을 포함하여 압력변동흡착장치에서 나타나는 정보를 측정할 수 있는 센서 등과 같은 측정기로 구성될 수 있으며, 상기 측정기들은 압력변동흡착장치에 다양한 부분에 배치되어 흡착칼럼의 압력 이외에도 유입구 유량, 배출구 유량, 유입구 농도, 배출구 농도 등을 측정할 수 있다. 일 예로, 도 1에 나타난 바와 같이 분리 대상가스의 농도 측정용 측정기(SG, SH)는 혼합가스 공급로(3) 및 정제가스 배출로(5)에 각각 배치되어 분리 대상가스의 농도를 검출할 수 있다. 이때 상기 정보 측정은 각 흡착칼럼의 실시간에 대한 정보 값으로 측정될 수 있으며, 측정 시간은 바람직하게 초 단위일 수 있다.
한편, 검출부(120)는 상기 측정부(110)에서 수집된 정보를 모니터링하여 이상상태 여부를 판단하는 것으로, 이상상태 여부는 측정부에서 측정된 동일 시간대의 전체 흡착칼럼 압력치들의 합이 입력된 기준 값에서 임계 값 범위를 벗어난 경우, 압력변동흡착장치의 이상상태로 판단할 수 있다.
상기 기준 값은 정상상태의 각 흡착칼럼에서 측정된 동일 시간대의 압력치들의 합을 적어도 하나의 흡착칼럼의 한 사이클(흡착 및 탈착 공정) 동안 평균한 값일 수 있다.
구체적으로, 정상상태의 각 흡착칼럼은 각각의 흡착/탈착 사이클에 따라 소정 시간 간격에 의해 동일한 압력하에서 흡착 공정 및 탈착 공정이 진행됨에 따라 각 흡착칼럼에서 측정된 작동 시간에 대한 압력은 일정한 반복 패턴을 나타내므로, 상기 일정한 압력 패턴을 벗어난 흡착칼럼의 경우에는 이상상태로 판단할 수 있다.
즉, 압력변동흡착장치가 정상상태일 때, 각 흡착칼럼은 임계 값 범위내에서 동일 시간대 측정된 압력치들의 합이 사이클에 따라 일정하므로, 정상상태로 판정받은 흡착칼럼에서의 측정된 동일 시간대의 압력치를 합한 평균을 기준 값으로 설정하고, 상기 설정된 기준 값과 작동 중인 압력변동흡착장치에서의 실시간 측정된 동일 시간대의 전체 흡착칼럼 압력치들의 합을 비교할 경우에는 압력변동흡착장치의 작동 상태를 실시간으로 용이하게 판단할 수 있다.
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도 2 내지 7은 도 1의 압력변동흡착장치의 각 흡착칼럼에서 측정된 압력 정보를 이용하여 압력변동흡착장치의 이상상태 여부를 판단하는 일 예를 설명하기 위한 도면으로, 도 2 및 도 3은 정상상태로 판정받은 압력변동흡착장치의 작동 시간에 대한 실제 압력을 도표화한 것이고, 도 4 및 도 5는 정상상태에 있는 압력변동흡착장치의 작동 시간에 대한 실제 압력을 도표화한 것이며, 도 6 및 도 7은 이상상태에 있는 압력변동흡착장치의 작동 시간에 대한 실제 압력을 도표화한 것이다.
먼저 도 2 및 3을 참조하면, 정상상태로 판정받은 압력변동흡착장치에 있어서, 기준 값(S)은 적어도 하나의 흡착칼럼이 한 사이클을 수행하는 시간 즉, A 흡착칼럼이 한 사이클을 수행하는 32분 동안 각 흡착칼럼으로부터 측정된 동일 시간대의 압력치들의 각각의 합(PS)을 평균한 값으로, 도 2 및 3에서의 기준 값은 20.4575 bar일 수 있다. 이때, 상기 임계 값은 ±0.16 bar 미만, 바람직하게는 ±0.06 bar 미만으로, 상기 임계 값 범위에 포함될 경우에는 압력변동흡착장치가 정상상태로 작동되고 있는 것으로 결정할 수 있다.
상기 설정된 기준 값(S)을 토대로, 도 4 내지 도 7에서 나타낸 압력변동흡착장치의 이상상태 여부를 살펴보면, 도 4 및 도 5의 경우에는 각 흡착칼럼은 각각의 사이클 시간에 따라 소정 시간 간격에 의해 동일한 압력하에서 흡착 및 탈착이 진행됨에 따라 흡착칼럼에서 측정된 작동 시간에 대한 압력 변화량은 일정한 반복 패턴으로 나타났으며, 각 흡착칼럼에서 측정된 동일 시간대의 압력치 합(Pt) 역시, 기준 값(S)에서 모두 임계 값 범위인 ±0.06 bar 미만으로 나타나, 정상상태에 있음을 확인할 수 있다.
반면, 도 6 및 도 7의 압력변동흡착장치 경우에는 각 흡착칼럼에서 측정된 작동 시간에 대한 압력 변화량은 육안으로 확인시, 일정한 반복 패턴으로 나타났으나, 10초 이후 각 흡착칼럼에서 측정된 동일 시간대의 압력치 합(Pt)이 기준 값에서 임계 값 범위 ±0.16 bar을 초과하는 것으로 나타남에 따라, 10초 이후의 시간 영역에서는 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
이러한 경우, 압력변동흡착장치 이상 감지 시스템은 실시간으로 흡착칼럼의 압력을 측정하여 산출됨으로써, 사용자가 현장에 없어도 실시간으로 압력변동흡착장치의 상태를 감지할 수 있다.
이와 같이 검출부(120)로부터 압력변동흡착장치의 이상상태가 감지되면, 출력부(130)에서는 이상 신호를 외부로 알람을 출력할 수 있다. 이때, 상기 이상 신호로는 사용자가 확인할 수 있도록 텍스트, 색깔, 모양 및 가청음으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 타 장치 또는 시스템으로 출력할 수 있다.
이때, 타 장치 또는 시스템으로 출력하는 경우, 출력부는 타 장치 또는 시스템과의 유무선 통신을 수행할 수 있으며, 이를 위한 통신 모듈을 포함할 수 있다.
한편, 압력변동흡착장치 이상 감지 시스템은 시스템의 동작을 위한 각종 데이터 및 프로그램을 일시 또는 비일시적으로 저장하는 데이터 저장부(미도시)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 데이터 저장부는 시스템으로부터 입력받은 신호, 이상 발생의 기준 값, 이상 발생의 여부를 판단하는 프로그램, 알람 출력을 위한 프로그램 등을 저장할 수 있다.
이상으로 본 발명에 따른 압력변동흡착장치의 이상 감지 시스템의 구성 및 각 구성의 역할을 실시예들을 바탕으로 설명하였으며, 이하에서는 주어진 흐름도를 참조하여 압력변동흡착장치의 이상 감지방법을 설명하도록 한다.
첨부된 도 8은 본 발명의 예시적인 압력변동흡착장치의 이상 감지 방법의 흐름도를 나타낸 것으로, 도 8을 설명함에 있어, 상술한 바와 동일하거나 대응되는 내용은 생략하여 설명하기로 한다.
본 발명의 예시적인 압력변동흡착장치의 이상 감지 방법은 먼저 다수의 흡착칼럼의 압력을 포함하는 정보를 측정부를 통해 실시간으로 측정 및 수집한다[(a) 정보 측정단계]. 이때, 압력을 포함하는 정보 측정은 바람직하게 초 단위로 수행할 수 있다.
수집된 정보는 검출부로 전송되어 실시간으로 감시하고, 입력된 기준 값과 비교하여 압력변동흡착장치의 이상상태를 판단한다[(b) 판단단계].
상기 이상상태 여부는 측정부에서 측정된 동일 시간대의 전체 흡착칼럼 압력치들의 합이 입력된 기준 값에서 임계 값인 ±0.06 bar 이상, 바람직하게는 ±0.16 bar을 벗어난 경우 이상상태로 판단할 수 있다. 이때, 상기 기준 값은 정상상태의 각 흡착칼럼에서 측정된 동일 시간대의 압력치들의 합을 적어도 하나의 흡착칼럼에서 한 사이클 수행하는 동안 평균한 값일 수 있다.
상기 (b) 단계에서 이상상태가 감지되면, 출력부에서 이상 신호를 출력한다[(c) 출력단계]. 이때, 이상 신호는 상기 이상 신호로는 텍스트, 색깔, 모양 및 가청음으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 타 장치 또는 시스템으로도 출력할 수 있어, 사용자에게 이상상태를 알릴 수 있다. 한편, 상기 (b) 단계에서 정상상태로 판단된 경우에는 (a) 단계 및 (b) 단계를 반복 수행하여 흡착칼럼의 이상상태를 연속적으로 감지한다.
상술한 압력변동흡착장치의 이상 감지 시스템 및 방법에 의하면 시스템 동작 중의 이상 발생을 시간 영역에서 검출할 수 있고, 복잡한 연산을 수반하지 않으며, 압력변동흡착장치에 발생되는 밸브 등의 미세한 오작동 등의 이상상태 여부를 사용자의 직접적인 모니터링 없이 실시간으로 자동 검출할 수 있어 검출 시간이 단축되며, 이상 상태에 대한 즉각적인 대처가 가능하게 된다.
이상으로 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술에 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1 : 흡착칼럼
2 : 압축가스 공급부
6 : 저장탱크
110 : 측정부
120 : 검출부
130 : 출력부
200 : 압력변동흡착장치

Claims (8)

  1. 내부에 흡착제가 수용되어 흡착/탈착 사이클에 따라 혼합가스로부터 이흡착성 성분을 분리하는 다수의 흡착칼럼;
    상기 다수의 흡착칼럼 압력을 포함하는 정보를 실시간 측정하는 측정부;
    상기 측정부로부터 수집된 정보를 실시간으로 감시하고, 이상상태 여부를 판단하는 검출부; 및
    상기 검출부로부터 이상상태가 감지되면, 이상 신호를 출력하는 출력부;를 포함하고,
    상기 검출부는 측정부에서 측정된 동일 시간대의 전체 흡착칼럼 압력치들의 합이 입력된 기준 값에서 임계 값을 벗어난 경우 이상상태로 판단하되, 상기 기준 값은 정상상태의 각 흡착칼럼에서 측정된 동일 시간대의 압력치들의 합을 한 사이클 동안 평균한 값인 것을 특징으로 하는 압력변동흡착장치의 이상 감지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 검출부는 기준 값에서 ±0.06 bar 이상을 벗어난 경우, 이상상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 압력변동흡착장치의 이상 감지 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 정보 측정은 초 단위로 수행하는 것을 특징으로 하는 압력변동흡착장치의 이상 감지 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 출력부는 이상 신호를 텍스트, 색깔, 모양 및 가청음으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 압력변동흡착장치의 이상 감지 시스템.
  5. 내부에 흡착제가 수용되어 흡착/탈착 사이클에 따라 혼합가스로부터 이흡착성 성분을 분리하는 다수의 흡착칼럼이 포함된 압력변동흡착장치의 이상 감지 방법에 있어서,
    상기 압력변동흡착장치의 이상 감지 방법은 (a) 상기 다수의 흡착칼럼 압력을 포함하는 정보를 실시간 측정하는 정보 측정단계;
    (b) 상기 정보 측정단계에서 측정된 정보를 실시간으로 감시하고, 이상상태 여부를 판단하는 판단단계; 및
    (c) 상기 판단단계에서 이상상태가 감지되면, 이상 신호를 출력하는 출력단계를 포함하고,
    상기 (b) 판단단계에서의 이상상태 여부 판단은 측정된 동일 시간대의 전체 흡착칼럼 압력치들의 합이 입력된 기준 값에서 임계 값을 벗어난 경우, 이상상태로 판단하되, 상기 기준 값은 정상상태의 각 흡착칼럼에서 측정된 동일 시간대의 압력치들의 합을 한 사이클 동안 평균한 값인 것을 특징으로 하는 압력변동흡착장치의 이상 감지 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 (b) 판단단계에서의 이상 여부의 판단은 기준 값에서 ±0.06 bar 이상을 벗어난 경우, 이상상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 압력변동흡착장치의 이상 감지 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 (a) 정보 측정단계에서 정보 측정은 초 단위로 수행하는 것을 특징으로 하는 압력변동흡착장치의 이상 감지 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 (c) 출력단계의 이상 신호는 텍스트, 색깔, 모양 및 가청음으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 압력변동흡착장치의 이상 감지 방법.
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