KR102255862B1

KR102255862B1 - 제철소용 산소공급장치 및 액산펌프의 밀봉가스 공급방법

Info

Publication number: KR102255862B1
Application number: KR1020190129536A
Authority: KR
Inventors: 정신교; 성두만
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2019-10-18
Filing date: 2019-10-18
Publication date: 2021-05-25
Also published as: KR20210046144A

Abstract

제철소용 산소공급장치가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 액체산소가 저장되는 액산탱크와, 액산탱크에 저장된 상기 액체산소를 수요처로 공급하는 산소공급라인과, 액산탱크로부터 액체산소를 펌핑하도록 산소공급라인에 설치된 액산펌프 및 액산펌프의 펌프부와 구동부 사이의 기밀 유지를 위한 밀봉가스를 공급하는 밀봉가스라인을 포함하고, 밀봉가스라인은 액산펌프가 대기상태일 때에는 아르곤 가스를 공급하고, 액산펌프가 가동상태일 때에는 질소 가스를 공급하도록 구성된다.

Description

제철소용 산소공급장치 및 액산펌프의 밀봉가스 공급방법{OXYGEN SUPPLYING DEVICE FOR IRONWORKS AND METHOD FOR SUPPLYING SEALING GAS OF LIQUID OXYGEN PUMP}

본 발명은 제철소용 산소공급장치 및 액산펌프의 밀봉가스 공급방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수요처로 고순도의 산소를 공급할 수 있는 산소공급장치 및 액산펌프의 밀봉가스 공급방법에 관한 것이다.

일반적으로 제철소에서는 대기 중의 공기를 흡입, 압축시켰다가 다시 팽창시키면서 온도를 떨어뜨려 비점차에 의하여 공기 중에 포함된 산소와 질소, 아르곤을 분리하는 공기분리설비가 운용되고 있다.

공기분리설비에서 생산된 액체산소는 액체산소 저장탱크에 저장하고, 저장된 액체산소는 액산펌프를 기동하여 수요처로 보내주게 된다.

한편, 액산펌프는 밀봉가스로서 실링부에 질소가스가 공급되어, 펌프부와 구동부 사이를 실링하도록 구성된다.

이 경우, 액산펌프가 대기상태일 때 공급되는 밀봉가스의 압력에 의해 펌프부 쪽으로 질소가스의 누설이 발생하고, 이러한 질소가스는 액체산소가 저장되는 액체산소 저장탱크로 다시 회수되어 액체산소 속에 질소가 농축되어 순도 불량의 원인이 되는 문제가 발생된다.

한국공개특허 제10-2001-0010121호(2001.02.05 공개)

본 발명의 실시 예들은 고순도의 산소를 공급할 수 있는 제철소용 산소공급장치 및 액산펌프의 밀봉가스 공급방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 액체산소가 저장되는 액산탱크와, 상기 액산탱크에 저장된 상기 액체산소를 수요처로 공급하는 산소공급라인과, 상기 액산탱크로부터 상기 액체산소를 펌핑하도록 상기 산소공급라인에 설치된 액산펌프 및 상기 액산펌프의 펌프부와 구동부 사이의 기밀 유지를 위한 밀봉가스를 공급하는 밀봉가스라인을 포함하고, 상기 밀봉가스라인은 상기 액산펌프가 대기상태일 때에는 아르곤 가스를 공급하고, 상기 액산펌프가 가동상태일 때에는 질소 가스를 공급하도록 구성되는 제철소용 산소공급장치가 제공될 수 있다.

또한 상기 밀봉가스라인은 상기 액산펌프 쪽으로 가스 흐름을 제어하는 제1 제어밸브가 설치되며 상기 아르곤 가스가 공급되는 제1 밀봉가스라인과, 상기 액산펌프 쪽으로 가스 흐름을 제어하는 제2 제어밸브가 설치되며 상기 질소 가스가 공급되는 제2 밀봉가스라인을 포함한다.

또한 상기 제1 밀봉가스라인은 일단이 아르곤 압송라인에서 분기되고, 타단은 상기 제2 제어밸브 하류측 상기 제2 밀봉가스라인에 연결될 수 있다.

또한 상기 밀봉가스라인은 상기 아르곤 가스가 공급되는 제1 밀봉가스라인과, 상기 질소 가스가 공급되는 제2 밀봉가스라인과, 상기 제1 밀봉가스라인과 상기 제2 밀봉가스라인의 합류하는 지점에 설치된 3방밸브와, 상기 3방밸브의 출구와 상기 액산펌프를 연결하는 제3 밀봉가스라인을 포함한다.

또한 상기 밀봉가스라인은 상기 액산펌프가 가동상태일 때 상기 액산펌프의 압력이 설정압력을 초과한 경우에만 상기 질소 가스를 공급하도록 구성될 수 있다.

또한 상기 액산펌프 하류측 상기 산소공급라인에 설치된 기화기를 더 포함한다.

또한 상기 액산펌프와 상기 기화기 사이의 상기 산소공급라인에서 분기되어 상기 액산탱크와 연결되는 회수라인은 더 포함한다.

또한 상기 기화기 하류측 상기 산소공급라인에 설치되어 상기 질소가스의 농도를 계측하는 감지센서를 더 포함한다.

또한 상기 감지센서에 의해 감지된 계측량이 기준값을 초과한 경우에는 상기 제1 밀봉가스라인을 통해 상기 아르곤 가스를 상기 액산펌프에 공급하고, 상기 감지센서에 의해 감지된 계측량이 기준값 이하인 경우에는 상기 제2 밀봉가스라인을 통해 상기 질소 가스를 상기 액산펌프에 공급할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 액산탱크의 액체산소를 송출하는 액산펌프의 밀봉가스 공급방법으로서, 상기 액산펌프가 대기 상태일 때는 상기 액산펌프에 아르곤 가스를 공급하고, 상기 액산펌프가 가동 상태일 때는 상기 액산펌프에 질소 가스를 공급하는 액산펌프의 밀봉가스 공급방법이 제공될 수 있다.

또한 상기 질소 가스는 상기 액산펌프가 가동 상태에서 상기 액산펌프의 압력이 설정압력을 초과한 경우에 상기 액산펌프로 공급될 수 있다.

또한 상기 액산펌프에서 송출되어 수요처로 제공되는 상기 질소 가스의 농도를 판단하고, 판단된 상기 질소 가스의 농도가 기준값을 초과하는 경우 상기 질소 가스 대신 상기 아르곤 가스를 상기 액산펌프에 공급할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 액산펌프에서 누설된 질소 가스가 액산탱크로 유입되어 농축되는 것을 방지하여 고순도의 산소를 공급할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 제철소용 산소공급장치를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 액산펌프를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 산소공급장치의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 밀봉가스라인을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 액산펌프로 제공되는 밀봉가스의 공급 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 산소공급장치의 대기상태 시 밀봉가스의 흐름을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 산소공급장치의 가동상태 시 밀봉가스의 흐름을 도시한 것이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 제철소용 산소공급장치를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 액산펌프를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 산소공급장치의 제어 블록도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 제철소용 산소공급장치(10)는 액체산소가 저장되는 액산탱크(20)와, 액산탱크(20)에 저장된 액체산소를 수요처로 제공하는 산소공급라인(30)과, 액산탱크(20)로부터 액체산소를 펌핑하도록 산소공급라인(30)에 설치되는 액산펌프(40)와, 액산펌프(40)에 기밀유지를 위한 밀봉가스를 공급하는 밀봉가스라인(70)과, 액체산소를 기화시켜 수요처로 제공하는 기화기(50)와, 산소공급라인(30)으로부터 액체산소를 회수하기 위한 회수라인(60)을 포함한다.

액산탱크(20)는 제철소의 공기분리설비에서 분리된 액체산소를 공급받아 저장할 수 있고, 필요에 따라서 수요처로 제공되게 된다.

산소공급라인(30)은 액산탱크(20)에 저장된 액체산소를 수요처로 제공하는 배관으로서, 비상 시 번갈아 사용하거나, 또는 수요처에서 필요로 하는 양을 적절히 맞출 수 있도록 두 개의 산소공급라인(30)이 병렬로 연결될 수 있다.

액산펌프(40)는 모터(41)와 모터(41)의 축에 연결된 회전축(42)을 포함하는 구동부(43)와, 구동부(43)의 동작으로 회전하는 임펠러가 구비된 펌프부(44)와, 펌프부(44)로부터 구동부(43) 쪽으로 유체의 누설을 방지하는 실링부(45)를 포함한다.

실링부(45)는 회전축(42)의 외측을 감싸는 레버런스 씰(Labyrinth seal) 구조로 구성될 수 있고, 밀봉가스라인(70)으로부터 밀봉을 위한 가스를 공급받을 수 있다.

본 실시 예에서는 실링부(45)의 일 예로 레버런스 씰 구조에 대하여 설명하나, 밀봉가스를 공급받아 구동부(43)와 펌프부(44) 사이를 밀봉할 수 있는 구조라면 이에 제한되지 않는다.

밀봉가스라인(70)은 아르곤 가스가 공급되는 제1 밀봉가스라인(71)과, 질소 가스가 공급되는 제2 밀봉가스라인(72)을 포함한다.

제1 밀봉가스라인(71)에는 액산펌프(40) 쪽으로 아르곤 가스 흐름을 제어하기 위한 제1 제어밸브(73)가 설치되고, 제2 밀봉가스라인(72)에는 액산펌프(40) 쪽으로 질소 가스 흐름을 제어하기 위한 제2 제어밸브(74)가 설치된다.

제1 제어밸브(73)와 제2 제어밸브(74)는 온,오프 제어 가능한 개폐밸브, 또는 유량 조절이 가능한 유량조절밸브로 구성될 수 있다.

제1 제어밸브(73)와 제2 제어밸브(74)는 밸브 제어부(75)의 제어신호에 따라 개폐 또는 개도가 조절될 수 있다.

밸브 제어부(75)는 후술하는 감지센서(80)에 의해 계측된 정보에 기초하여 제1 제어밸브(73)와 제2 제어밸브(74)를 제어할 수 있다.

제1 밀봉가스라인(71)은 일단이 아르곤 가스가 유동하는 아르곤 압송라인과 연결되고, 타단은 제2 제어밸브(74) 하류측 제2 밀봉가스라인(72)에 연결될 수 있다.

제2 밀봉가스라인(72)은 일단이 질소 가스가 유동하는 질소 압송라인과 연결되고, 타단은 액산펌프(40)의 실링부(45)와 연결될 수 있다.

회수라인(60)은 일단이 액산펌프(40) 하류측 산소공급라인(30)에서 분기되고, 타단은 액산탱크(20)와 연결될 수 있다.

회수라인(60)에는 회수라인(60)의 유체 흐름을 제어하기 위한 회수밸브(61)가 설치될 수 있다.

기화기(50)는 액산펌프(40)에 의해 펌핑된 액체산소를 기화시켜 수요처로 제공한다. 기화기(50)는 액체산소를 열교환시켜 기화시키기 위한 다양한 형태의 열교환기로 구성될 수 있다. 예로서, 오픈 랙 기화기 (ORVs, open rack vaporizer), 원통다관형 기화기 (STVs), 중간 유체 기화기(IFVs), 공기 기화기 및 이들의 조합을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

기화기(50) 하류측 산소공급라인(30)에는 질소가스의 농도를 계측하는 감지센서(80)가 설치될 수 있다.

감지센서(80)는 수요처로 제공되는 기체에 포함된 질소가스의 농도를 계측하고, 계측된 정보를 밸브 제어부(75)로 전송할 수 있다.

한편, 본 실시 예에서의 밀봉가스라인(70)은 제1 밀봉가스라인(71)과 제2 밀봉가스라인(72)에 각각 제1 제어밸브(73)와 제2 제어밸브(74)가 설치된 구성을 도시하였으나, 도 4에서와 같이 제1 밀봉가스라인(71)과 제2 밀봉가스라인(72)이 만나는 합류지점에 두 입구와 하나의 출구를 갖는 3방밸브(75)를 설치하여 액산펌프(40)로 공급되는 밀봉가스의 흐름을 제어하도록 구성할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 제철소용 산소공급장치의 작용에 대하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 액산펌프로 제공되는 밀봉가스의 공급 방법의 흐름도이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 산소공급장치의 대기상태 시 밀봉가스의 흐름을 도시한 것이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 산소공급장치의 가동상태 시 밀봉가스의 흐름을 도시한 것이다.

먼저, 액산탱크(20)에 저장된 액체산소를 액산펌프(40)를 가동하여 수요처로 공급하는 경우, 액산펌프(40)는 항상 대기상태(stand-by)를 유지하게 된다.

액산펌프(40)가 대기상태일 때 액산펌프(40)에 공급되는 밀봉가스의 압력은 액산펌프(40)의 입구측 압력보다 높아 액산펌프(40)의 회전축(42)을 따라 밀봉가스가 액산펌프(40)의 펌프부(44)로 유입되게 되고, 펌프부(44)로 유입된 밀봉가스는 회수라인(60)을 통해 액산탱크(20)로 공급되어 액산탱크(20) 내부에 농축되게 된다.

이때, 밀봉가스가 질소 가스인 경우, 산소공급장치(10)를 통해 수요처로 산소를 공급하는 경우에는 액체산소에 혼합된 질소가스가 공급됨에 따라 순도가 높은 산소 공급이 어려워지고, 이는 수요처가 제강공정일 경우에는 불순물 혼입에 따라 고급 강(질소 규제 강) 생산 시 품질 저하가 발생되게 된다.

이를 방지하기 위해, 액산펌프(40)가 대기상태일 때에는 도 6과 같이, 밸브 제어부(75)는 아르곤 가스를 액산펌프(40)에 제공하도록 제2 제어밸브(74)를 닫고 제1 제어밸브(73)를 열도록 제어한다.

그리고, 액산펌프(40)가 대기상태에서 가동상태로 전환되면, 도 7과 같이, 밸브 제어부(75)는 질소 가스를 액산펌프(40)에 제공하도록 제1 제어밸브(73)를 닫고 제2 제어밸브(74)를 열도록 제어한다.

이때, 액산펌프(40)로 제공되는 질소 가스가 액산탱크(20)로 유입되는 것을 완전히 차단할 수 있도록 하기 위해 액산펌프(40)의 가동상태에서 액산펌프(40)의 압력이 설정압력을 초과한 경우에만 질소 가스가 액산펌프(40)로 공급되도록 제어할 수 있다.

액산펌프(40)를 통해 송출되는 액체산소는 기화기(50)를 통해 기화된 후 수요처로 제공되고, 감지센서(80)는 수요처로 제공되는 가스에 혼입된 질소가스의 농도를 계측하고, 계측된 값을 밸브 제어부(75)로 제공한다.

이때, 밸브 제어부(75)는 감지센서(80)에 의해 계측된 질소가스의 농도가 기준값을 초과하는 경우에는 액산펌프(40)로 아르곤 가스가 공급되도록 제2 제어밸브(74)를 닫고 제1 제어밸브(73)를 열도록 제어할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에서는 제1 밀봉가스라인(71)에 공급되는 밀봉가스로서 아르곤 가스를 예로 들었으나, 이에 한정되지 않으며, 아르곤 가스는 제강 품질에 영향을 주지 않는 불활성 기체로 정의될 수 있다.

이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

10: 산소공급장치, 20: 액산탱크,
30: 산소공급라인, 40: 액산펌프,
41: 모터, 42: 회전축,
43: 구동부, 44: 펌프부,
45: 실링부, 50: 기화기,
60: 회수라인, 70: 밀봉가스라인,
71: 제1 밀봉가스라인, 72: 제2 밀봉가스라인,
73: 제1 제어밸브, 74: 제2 제어밸브,
75: 3방밸브, 80: 감지센서.

Claims

액체산소가 저장되는 액산탱크;
상기 액산탱크에 저장된 상기 액체산소를 수요처로 공급하는 산소공급라인;
상기 액산탱크로부터 상기 액체산소를 펌핑하도록 상기 산소공급라인에 설치된 액산펌프;
상기 액산펌프 하류측 상기 산소공급라인에 설치된 기화기;
상기 기화기 하류측 상기 산소공급라인에 설치되어 질소가스의 농도를 계측하는 감지센서; 및
상기 액산펌프의 펌프부와 구동부 사이의 기밀 유지를 위한 밀봉가스를 공급하는 밀봉가스라인;을 포함하고,
상기 밀봉가스라인은 상기 액산펌프가 대기상태일 때에는 아르곤 가스를 공급하고, 상기 액산펌프가 가동상태일 때에는 질소 가스를 공급하도록 구성되고,
상기 감지센서에 의해 감지된 계측량이 기준값을 초과한 경우에는 상기 밀봉가스라인을 통해 상기 아르곤 가스를 상기 액산펌프에 공급하고, 상기 감지센서에 의해 감지된 계측량이 기준값 이하인 경우에는 상기 밀봉가스라인을 통해 상기 질소 가스를 상기 액산펌프에 공급하는 제철소용 산소공급장치.
제1항에 있어서,
상기 밀봉가스라인은 상기 액산펌프 쪽으로 가스 흐름을 제어하는 제1 제어밸브가 설치되며 상기 아르곤 가스가 공급되는 제1 밀봉가스라인과, 상기 액산펌프 쪽으로 가스 흐름을 제어하는 제2 제어밸브가 설치되며 상기 질소 가스가 공급되는 제2 밀봉가스라인을 포함하는 제철소용 산소공급장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 밀봉가스라인은 일단이 아르곤 압송라인에서 분기되고, 타단은 상기 제2 제어밸브 하류측 상기 제2 밀봉가스라인에 연결되는 제철소용 산소공급장치.
제1항에 있어서,
상기 밀봉가스라인은 상기 아르곤 가스가 공급되는 제1 밀봉가스라인과, 상기 질소 가스가 공급되는 제2 밀봉가스라인과, 상기 제1 밀봉가스라인과 상기 제2 밀봉가스라인의 합류하는 지점에 설치된 3방밸브와, 상기 3방밸브의 출구와 상기 액산펌프를 연결하는 제3 밀봉가스라인을 포함하는 제철소용 산소공급장치.
제1항에 있어서,
상기 밀봉가스라인은 상기 액산펌프가 가동상태일 때 상기 액산펌프의 압력이 설정압력을 초과한 경우에만 상기 질소 가스를 공급하도록 구성되는 제철소용 산소공급장치.
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제1항에 있어서,
상기 액산펌프와 상기 기화기 사이의 상기 산소공급라인에서 분기되어 상기 액산탱크와 연결되는 회수라인은 더 포함하는 제철소용 산소공급장치.
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액산탱크의 액체산소를 송출하는 액산펌프의 밀봉가스 공급방법으로서,
상기 액산펌프가 대기 상태일 때는 상기 액산펌프에 아르곤 가스를 공급하고, 상기 액산펌프가 가동 상태일 때는 상기 액산펌프에 질소 가스를 공급하고,
상기 질소 가스는 상기 액산펌프가 가동 상태에서 상기 액산펌프의 압력이 설정압력을 초과한 경우에 상기 액산펌프로 공급되고,
상기 액산펌프에서 송출되어 수요처로 제공되는 상기 질소 가스의 농도를 판단하고, 판단된 상기 질소 가스의 농도가 기준값을 초과하는 경우 상기 질소 가스 대신 상기 아르곤 가스를 상기 액산펌프에 공급하는 액산펌프의 밀봉가스 공급방법.
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