KR19990013545U - 용광로에 있어서 열풍로 버너 폭발방지장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 용광로에 있어서 열풍로 버너(Burner) 가스 라인의 가스 및 열풍의 누출(Leak)을 감지하여 완전 밀폐되도록 차단시켜서 열풍로의 폭발을 방지할 수 있는 장치에 관한 것이다.

본 고안은 센서부, 차단 봉입부, 소화 냉각부 및 제어부로 구성되는데, 상기 센서부는 버너 밸브(32)의 열풍 누출을 감지하는 버너 밸브 시트 온도계(1), 가스 라인(52)의 방산 기체 중의 가스 센서(2), 열풍로 압력 센서(53)와 가스 라인 압력 센서(18)로 이루어지고, 상기 차단 봉입부는 가스 라인(52)의 긴급 차단을 위한 위급 차단 밸브(3), 가스 밸브(35)와 위급 차단 밸브(3) 사이의 퍼지 및 밀폐(Sealing)를 하기 위한 질소 봉입 밸브(4), 가스 라인(52)의 완벽한 차단을 위한 위급 차단 급수 밸브(27) 및 수봉 밸브(16)로 이루어지며, 상기 소화 냉각부는 가스 밸브(35)의 급속 냉각을 위한 소화 냉각수 자동 밸브(21)와 소화수 승압 펌프(22)로 이루어진다.

따라서 본 고안에 의하면 고온의 열풍로 연소실 버너에 연결된 버너 밸브의 열풍 누출 및 가스 밸브의 가스 누출시에 조기에 이를 감지하여 빠르고 정확하고 완전하게 위급 차단, 소화 냉각, 질소 봉입 및 수봉 차단함으로써 가스 폭발 및 가스 중독을 방지할 수 있다.

Description

용광로에 있어서 열풍로 버너 폭발 방지 장치

본 고안은 용광로에 있어서 열풍로 버너(Burner) 가스 라인의 가스 및 열풍의 누출(Leak)을 감지하여 완전 밀폐되도록 차단시켜서 열풍로의 폭발을 방지할 수 있는 장치에 관한 것이다.

도 1에 도시한 바와 같이 일반적으로 용광로(51)에서는 철광석과 코크스를 내부로 장입하고 이에 열풍로에서 보내진 약 1200℃의 고온의 열풍을 불어넣음으로써 환원 및 용해 작용에 의하여 용선을 생산하게 된다. 상기 열풍로는 용광로(51)에 열풍을 보내 주는 설비로서, 축열을 하는 연소 과정과 축적된 열을 용광로 내부로 보내 주는 송풍 과정이 연속적으로 반복되는 조업 사이클을 갖게 되는데, 더 상세히 설명하면 고로 가스(Blast Furnace Gas)와 코크스 가스(Coke Oven Gas)를 혼합시킨 혼합 가스를 버너용 에어 팬(31)에서 보내 준 공기와 함께 연소실(39)에서 연소시켜 발생되는 연소 열을 축열실 내부의 축열 연와에 축적시켰다가, 송풍기(47)에서 송풍된 약 200℃의 냉풍이 축열실(41)을 통과할 때에 축열실에 축적된 열에 의해 냉풍을 열풍으로 치환하여 용광로(51)에 송풍되는 것이 열풍로 조업의 특징이다.

상기와 같은 열풍로가 연소에서 휴지를 거쳐 송풍으로 이행하는 과정을 살펴보면, 송풍의 이행 전에 연소 계통의 모든 밸브가 시퀀스에 의거 폐쇄되어 휴지 상태가 되면 충압 밸브(45), 송풍 밸브(44), 열풍 밸브(50)의 순서로 차례로 개방되어 열풍을 용광로(51) 내부로 송풍시키게 되는데, 이때 송풍 압력은 현장 실무상 약 4.0 ㎏/㎠의 고압인 것이 보통이다.

그런데, 연소실(39) 버너에 연료를 공급하는 종래의 가스 라인(52)에 있어서는 도 1에 도시된 바와 같이 열풍 또는 가스 누설로 인한 폭발 사고를 예방하기 위하여 버너 밸브(32) 및 가스 밸브(35)가 폐쇄된 상태에서 양 밸브 사이의 구간에 소량의 질소를 투입하는 것이 주된 것이었다.

이때 플래퍼(Flapper)형 밸브인 가스 밸브(35)와 버너 밸브(32)의 시트 패킹(Seat Packing)부 및 시트(Seat)부는 시간이 경과되면서 노후화 되거나 연료 가스 중의 고착성 불순물이 부착되어 마모 및 손상을 일으키면서 열풍 또는 가스 누출을 유발시키는 경우가 많았으며, 이를 조기에 발견하는 것도 용이하지 않아 예상치 못한 열원이 가해지면 쉽게 폭발되는 사례가 많았으며, 작업자의 가스 중독 위험도 상존하는 것도 중요한 문제점이었다.

또한 버너 밸브(32)의 폐 리미트(Limit) 스위치가 상기의 원인 등으로 인하여 고장이 나서 오동작을 하면 상기 밸브가 개방되어 있어도 밸브 개방 신호 및 폐쇄 신호가 동시에 점등되므로 버너 밸브(32)는 실제 열린 상태임에도 불구하고 폐쇄 신호에 의하여 송풍 지령을 보내게 되고, 이에 의해 송풍이 이행되면 열풍압이 그대로 가스 밸브(35) 측에 가해지는데, 이때 가스 밸브(35)의 형태는 버너 밸브(32)와 동일한 플래퍼형 밸브이지만 밸브의 폐쇄 방향이 버너 밸브(32)와 반대 방향이므로 4.0 ㎏/㎠의 고압의 열풍압이 가스 밸브(35)의 폐쇄 압력, 즉 실린더 유압을 초과하게 되면 열풍이 가스 밸브(35) 시트(Seat)부로 누출되어 역류되면서 가스 라인(52) 전단 측의 연료 가스와 급속 연소 즉, 폭발 연소를 유발시킨다는 문제점이 있었다.

한편, 방산 밸브(34)는 송풍 중에는 완전히 개방되어 있는데, 이때 가스 밸브(35)의 폐 리미트 스위치가 복귀 불량으로 오동작하는 경우에도 상기와 동일하게 가스 밸브(35)가 개방된 상태에서 송풍이 되므로 다량의 가스가 개방되어 있는 방산 밸브(34)를 통해 외부로 누출되므로 주위의 작업자에게 가스 중독 위험을 초래하게 될 뿐만 아니라 미세한 열원이라도 가해지면 대형 폭발 연소를 가져오는 문제가 있었다.

따라서 본 고안은 상기의 문제점을 해소하고자 안출된 것으로서, 고온의 열풍로 연소실 버너에 연결된 버너 밸브의 열풍 누출 및 가스 밸브의 가스 누출 시에 조기에 이를 감지하여 빠르고 정확하고 완전하게 위급 차단, 소화 냉각, 질소 봉입 및 수봉 차단함으로써 가스 폭발 및 가스 중독을 방지할 수 있는 폭발 방지 장치를 제공하고자 하는 것이다.

도 1은 용광로의 종래의 열풍로 설비의 구성도

도 2는 본 고안의 폭발 방지 장치의 전체 구성도

도 3은 본 고안의 폭발 방지 장치의 가스관 확대도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 버너 밸브 시트(Seat) 온도계 2 : 방산구 가스 센서

3 : 위급 차단 밸브 4 : 질소 봉입 밸브

5, 6 : 수동 밸브 7 : 질소 라인

8, 9, 10 : 레벨 스위치(Float Level Switch)

11 : 수봉 레벨 센서

12 : 오버 플로우(Over Flow) 배관 13 : 수봉부 배출 차단 밸브

14 : 수봉 밸브 덤프(Dump) 밸브 15 : 실 포트(Seal Pot)

16 : 수봉 밸브 17 : 수봉 급수관 수동 밸브

18 : 가스 라인 압력 센서 19 : 질소 라인 압력 센서

20 : 가스관 온도계 21 : 소화 냉각수 자동 밸브

22 : 소화수 승압 펌프 23 : 소화수 압력 센서

24, 25, 26 : 수동 밸브 27 : 위급 차단 급수 밸브

28 : 위급 차단 배출 밸브

29 : 위급 차단 수봉 센서 스위치 30 : 연소실 버너 에어 밸브

31 : 버너용 에어 팬 32 : 버너 밸브

33 : 연동 링크 아암(Arm) 34 : 방산 밸브

35 : 가스 밸브 36 : 가스 유량 제어 밸브

37 : 버너 질소 퍼지 밸브 38 : 질소 벤트(Vent) 퍼지 밸브

39 : 연소실(버너) 40 : 돔(Dome) 연락관

41 : 축열실 42 : 연도 밸브

43 : 연돌 44 : 송풍 밸브

45 : 충압 밸브 46 : 송풍관(냉풍)

47 : 송풍기 48 : 혼합 냉풍 밸브

49 : 혼냉실 50 : 열풍 밸브

51 : 용광로(고로) 52 : 가스 라인

53 : 열풍로 압력 센서 54 : 제어부

상기 과제를 달성하기 위하여 본 고안은 센서부, 차단 봉입부, 소화 냉각부 및 제어부로 구성되는데, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 상기 센서부는 버너 밸브(32)의 열풍 누출을 감지하는 버너 밸브 시트 온도계(1), 가스 라인(52)의 방산 기체 중의 가스 센서(2), 열풍로 압력 센서(53)와 가스 라인 압력 센서(18)로 이루어지고, 상기 차단 봉입부는 가스 라인(52)의 긴급 차단을 위한 위급 차단 밸브(3), 가스 밸브(35)와 위급 차단 밸브(3) 사이의 퍼지 및 밀폐(Sealing)를 하기 위한 질소 봉입 밸브(4), 가스 라인(52)의 완벽한 차단을 위한 위급 차단 급수 밸브(27) 및 수봉 밸브(16)로 이루어지며, 상기 소화 냉각부는 가스 밸브(35)의 급속 냉각을 위한 소화 냉각수 자동 밸브(21)와 소화수 승압 펌프(22)로 이루어진다.

이하 본 고안의 구성을 도면에 의거하여 상세히 설명하면, 열풍로 연소실(39) 버너의 버너 밸브(32)의 밸브 시트(32c)의 철피 면에 원주 방향으로 일정 간격으로 시트의 온도를 감지하는 시트 온도계(1a ∼ 1h)를 설치 여건에 따라 적정 수로 설치하고, 가스 라인(52) 내의 분위기 온도를 감지하는 가스관 온도계(20)를 가스 라인(52) 상부 중앙에 설치하는 한편, 버너 밸브(32)와 가스 밸브(35) 사이의 가스관 방산 밸브(34)의 후단 측에 방산 기체의 가스 센서(2)를 설치하여 열풍로가 송풍시 가스 밸브(35)의 누설 감지와 연소시 방산 밸브(34)의 가스 누설 여부를 감지하도록 한다.

한편, 상기 가스 센서(2)에서 가스의 누설이 감지되거나 시트 온도계(1a ∼ 1h)에서 버너 밸브(32)의 열풍 누출이 감지될 때 긴급 차단을 행하는 위급 차단 밸브(3)가 가스 밸브(35)의 전단 측에 가스 흐름의 반대 방향으로 동작되는 구조로 설치되는데, 상기 위급 차단 밸브(3)는 플래퍼 형식의 밸브로서, 밸브의 개방 동작은 유압 실린더(3i)에 의하나, 폐쇄 동작은 유압 파괴 밸브(3a)의 동작에 의해 유압이 배출(Drain)되면서 유압 실린더(3i)에 내장된 스프링(3j)의 탄성력에 의하여 1초 이내에 급속 차단되는 밸브이다.

또한, 상기 위급 차단 밸브(3)의 직상단 측방에는 폐쇄되어 있는 상기 위급 차단 밸브(3)와 가스 밸브(35) 사이의 가스 라인(52)에 4.0 ㎏/㎠의 송풍압보다 고압으로 질소를 퍼지하여 두 밸브의 폐쇄 상태가 완벽히 유지되도록 봉입하면서 퍼지해 주는 질소 봉입 라인(4a)이 연결 설치되고, 그 전단에 질소 봉입 밸브(4)가 설치되며, 상기 가스 라인(52)에는 가스 압력을 감지할 수 있는 가스 라인 압력 센서(18)가 설치된다.

또한, 도 2에 도시한 바와 같이 위급 차단 밸브(3)의 전단 측에는 급속 차단된 가스 라인(52)을 더욱 완벽히 차단하도록 급속 수봉이 가능한 수봉 밸브(16)가 설치되며, 상기 수봉 밸브(16)의 레벨을 감지하는 플로트(Float)식 레벨 스위치(8, 9, 10)가 3 단계로 취부되고, 또한 신뢰성을 확보하기 위하여 차압식 수봉 레벨 센서(11)가 설치된다.

한편, 상기 수봉 밸브(16)의 배수관(Drain Line)에는 선택적으로 사용할 수 있도록 덤프 밸브(14)와 수봉부 배출 차단 밸브(13)가 설치되고, 상기 수봉 밸브(16)의 입측에는 가스의 역류를 방지하기 위하여 유(U)자형의 구조를 가지는 수봉 급수 라인이 취부되며, 상기 수봉 급수 라인에는 수봉수 급수 자동 밸브(17a) 및 메이크 업 밸브(17b)가 설치되고, 그 전단 측에는 가스 밸브(35)보다 높은 위치에 수봉수 헤드 탱크(17c)가 설치되는데, 상기 수봉수 헤드 탱크(17c)에는 레벨 플로우 스위치(17d, 17e) 및 탱크 레벨 센서(17f)가 장치되고, 한편 급수용 라인과 탱크 충수 자동 밸브(17i)가 설치되며, 상기 수봉수 헤드 탱크(17c)의 상단 측면에는 오버 플로우 라인(17j)이 취부된다.

한편, 가스 차단을 위한 최종 밸브인 가스 밸브(35) 전단 측 상단에는 고압 분사 노즐(21a)이 취부되고, 상기 노즐에는 공급되는 소화 냉각수를 제어하는 소화 냉각수 자동 밸브(21)가 장치되고, 한편 소화수 승압 펌프(22)의 토출 배관에 상기 소화 냉각수의 승압을 위한 소화수 승압 펌프(22)와 상기 소화수 승압 펌프(22)의 토출압을 검출하는 소화수 압력 센서(23)가 설치되며, 상기 소화수 승압 펌프(22)의 흡입관은 수봉수 헤드 탱크(17c)의 최하단부에서 인출되는 구조로 된다.

한편, 위급 차단 밸브(3)가 폐쇄된 상태에서 위급 차단 밸브(3)의 상부를 수봉하는 위급 차단 급수 밸브(27)가 위급 차단 밸브(3)의 디스크(3g)가 폐쇄된 상태에서 급수되는 구조로 장착되는데, 그 전단 라인은 소화수 승압 펌프(22)의 토출부에서 인출하여 연결되고, 위급 차단 밸브(3)의 수봉수를 배출(Drain)시킬 수 있는 위급 차단 배출 밸브(28)는 위급 차단 밸브(3)의 시트 직상측 측면으로 인출되는 라인에 취부되며, 위급 차단 배출 밸브(28)의 후단 라인은 수봉 밸브(16)의 실 포트(15)에 연결되는 구조이다. 한편, 수봉수 헤드 탱크(17c)의 용량은 수봉 밸브(16) 및 위급 차단 밸브(3)를 수봉할 수 있는 양을 더한 양의 1.5배 수 이상의 용량으로 제작된다.

마지막으로 상기 구성 요소의 제어를 위하여 제어부(54)가 설치된다.

이하 본 고안의 동작 또는 작용을 설명하면, 먼저 제어부(54)에서 시퀀스 선택 스위치를 자동(Auto)에 선택함으로써 시퀀스 진행이 시작된다. 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 열풍로가 송풍 중일 때 버너 밸브(32)의 시트 온도가 관리치 이상으로 상승하여 시트 온도계(1)가 온도 상승을 감지하거나 가스관 온도계(20)가 관리치 이상을 감지하거나 또는 버너 밸브(32)의 개폐 신호가 동시에 점등될 때에 제어부(54)에서 열풍 누출로 판단한다. 이때, 제어부(54)는 위급 차단 밸브(3), 소화 냉각수 밸브(21), 질소 봉입 밸브(4) 및 급속 수봉 밸브의 덤프 밸브(14)를 제어한다.

상기 위급 차단 밸브(3)는 제어부(54)에 의해 유압 라인의 유압 파괴 밸브(3a)가 개방되면 스프링(3j)의 탄성력 작용에 의하여 1초 이내로 빠르게 폐쇄되고, 이 상태에서 위급 차단 밸브(3) 상부를 수봉하는 위급 차단 급수 밸브(27)가 개방되어 봉입 질소 압력보다 고압으로 수봉수가 공급되어 위급 차단 밸브(3)를 수봉하고, 위급 차단 수봉 센서 스위치(29)가 위급 차단 밸브 수봉 완료를 감지하면 위급 차단 급수 밸브(27)는 폐쇄되어 수봉 상태를 유지하게 된다.

한편, 상기 소화 냉각수 밸브(21)도 열풍 누출 판단과 동시에 개방되어 가스 밸브(35)의 전단 측에 소화 냉각수를 투입하며, 소화 냉각수의 압력이 퍼지용 질소압보다 고압으로 일정하게 유지되도록 소화수 승압 펌프(22)가 소화수 압력 센서(23)의 신호를 받아 제어되어 위급 차단 밸브 수봉 센서(29)가 수봉 완료를 감지하면 상기 소화 냉각수 밸브(21)는 폐쇄되어 수봉 상태를 유지하게 된다.

한편, 상기 질소 봉입 밸브(4)도 열풍 누출 판단과 동시에 개방되어 가스 밸브(35)와 위급 차단 밸브(3) 사이에 송풍압보다 높은 질소 압력으로 질소를 퍼지하며, 두 밸브가 완전히 봉입 폐쇄된 상태를 유지할 수 있도록 가스 라인 압력 센서(18)를 점검하여 송풍압보다 봉입 압력이 일정치 이상으로 높게 검출되면 질소 봉입 밸브(4)를 폐쇄하고 송풍압보다 봉입 압력이 일정치 이상으로 낮게 검출되면 질소 봉입 밸브(4)를 개방하는 과정을 반복한다.

또한, 도 2에 도시된 위급 차단 밸브(3) 하측의 수봉 밸브의 덤프 밸브(14)는 열풍 누출 판단과 동시에 폐쇄되고, 이어서 수봉수 급수 자동 밸브(17a)가 개방되어 수봉시키며, 레벨 스위치(8)가 수봉 완료를 감지하면 수봉수 급수 자동 밸브(17a)가 폐쇄된 상태에서 메이크 업 밸브(17b)만 개방되어 소량의 보충수를 공급함으로써 수봉 상태를 유지한다.

따라서 상기 과정에 의하여 모든 차단 작용이 완벽하게 완료되며, 그 후 해당 열풍로는 휴지 상태로 이행된다.

한편, 가스 방산 라인의 가스 센서(2)에서 관리치 이상의 가스를 감지하거나 가스 밸브(35)의 개폐 신호가 동시에 점등하면 제어부(54)는 가스 밸브(35)의 가스 과다 누설로 판단하게 되고, 그 후 상기 열풍 누출 판단의 경우와 동일한 차단 시퀀스가 진행되어 차단 작용이 이행되며, 또한 열풍 누출 감지와 가스 누출 감지 공히 동일하게 해당 열풍로를 휴지로 이행시킨다.

한편, 이와 별도로 수봉수 헤드 탱크(17c)는 레벨 플로우 스위치(17d, 17e) 및 탱크 레벨 센서(17f)에 의하여 탱크 충수 자동 밸브(17i)를 자동 개폐함으로써 상시 정상 수위를 유지하도록 동작한다.

따라서 본 고안에 의하면 고온의 열풍로 연소실 버너에 연결된 버너 밸브의 열풍 누출 및 가스 밸브의 가스 누출시에 조기에 이를 감지하여 빠르고 정확하고 완전하게 위급 차단, 소화 냉각, 질소 봉입 및 수봉 차단할 수 있으므로, 가스 폭발 및 가스 중독을 완벽하게 방지할 수 있는 효과가 있는 매우 실용적인 고안이다.

Claims (1)

1. 용광로의 열풍로 버너 가스 라인의 가스 및 열풍의 누출을 감지하여 완전 밀폐시키는 열풍로의 폭발 방지 장치에 있어서, 센서부, 차단 봉입부, 소화 냉각부 및 제어부로 구성하되, 상기 센서부는 버너 밸브(32)의 시트(32c)에 설치되어 시트의 온도를 감지하는 시트 온도계(1), 가스 라인(52)에 설치하여 가스 라인(52) 내의 분위기 온도를 감지하는 가스관 온도계(20), 가스관 방산 밸브(34)에 설치하여 방산 기체를 검출하는 가스 센서(2), 열풍로에 설치하여 열풍로의 압력을 검출하는 열풍로 압력 센서(53) 및 가스 라인(52) 내에 설치되어 가스 라인(52) 내의 가스 압력을 검출하는 가스 라인 압력 센서(18)로 이루어지고, 상기 차단 봉입부는 개방시에는 유압 실린더(3i)에 의하여, 폐쇄시에는 스프링(3j)에 의하여 가스 라인(52) 내에 가스 흐름의 반대 방향으로 동작되는 구조로 설치되어 가스 라인(52)을 긴급 차단하는 위급 차단 밸브(3), 가스 밸브(35)와 위급 차단 밸브(3) 사이의 퍼지 및 밀폐하기 위하여 가스 라인(52)에 설치되는 질소 봉입 밸브(4), 가스 라인(52)의 완벽한 수봉을 위하여 위급 차단 밸브(3)의 상측에 설치되는 위급 차단 급수 밸브(27) 및 위급 차단 밸브(3)의 하측에 설치되는 수봉 밸브(16)로 이루어지며, 상기 소화 냉각부는 가스 밸브(35)의 급속 냉각을 위하여 가스 라인(52)의 상부에 설치되는 소화 냉각수 자동 밸브(21) 및 소화수의 압력을 증가시키기 위한 소화수 승압 펌프(22)로 이루어지고, 상기 제어부(54)는 상기 모든 구성 요소의 상호 제어 및 조작을 위하여 구비되는데, 상기 가스 밸브(35) 및 위급 차단 밸브(3)가 완벽하게 폐쇄된 상태를 유지하기 위하여 질소 봉입 라인(4a) 및 질소 봉입 밸브(4)에 의하여 송풍압보다 고압으로 질소를 봉입하고, 상기 위급 차단 밸브(3)의 폐쇄상태에서 밀폐를 위하여 수봉시키며, 폭발 빈발 장소인 가스 밸브(35) 부분에 고압 분사 노즐(21a)에 의해 질소 봉입 압력보다 고압으로 소화수를 집중 살수하여 수봉시키고, 수봉 밸브에 수봉수를 채워 가스 누출을 완전 밀폐함을 특징으로 하는 용광로에 있어서 열풍로 버너 폭발 방지 장치