KR20090017305A - 역화방지시스템 및 역화방지방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 역화방지시스템 및 역화방지방법에 관한 것으로, 보다 세부적으로는 연소대상 기체의 고온연소를 위한 연소장치 및 상기 연소장치로 연소대상 기체를 공급하는 공급배관이 갖추어진 기체연소설비에 있어서, 상기 연소대상 기체의 공급개시 및 공급중단 시(時) 나타날 수 있는 공급배관의 역화를 방지하기 위한 역화방지시스템 및 역화방지방법에 관한 것이다.

구체적으로 본 발명은 연소대상 기체의 연소를 위한 연소장치 및 상기 연소장치로 상기 연소대상 기체를 공급하는 공급배관을 포함하는 기체연소설비의 역화방지시스템으로서, 상기 연소장치의 내부압력을 측정하는 압력계와; 상기 공급배관을 여닫는 제 1 밸브와; 상기 제 1 밸브와 상기 연소장치 사이의 상기 공급배관으로 불활성기체를 공급하는 불활성기체공급수단과; 상기 압력계의 측정결과에 따라 상기 제 1 밸브를 여닫되, 상기 제 1 밸브를 열고 닫기 직전에 각각 상기 공급배관에 상기 불활성기체가 공급되도록 상기 불활성기체공급수단을 제어하는 콘트롤러를 포함하는 역화방지시스템 및 역화방지방법을 제공한다.

Description

역화방지시스템 및 역화방지방법{flame arrester and flame arrest method}

본 발명은 역화방지시스템 및 역화방지방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 연소대상 기체의 연소를 위한 연소장치 및 상기 연소장치로 연소대상 기체를 공급하는 공급배관이 갖추어진 연소설비에 있어서, 상기 연소대상 기체의 공급개시 및 공급중단 시(時) 수반될 수 있는 공급배관의 역화를 방지하기 위한 역화방지시스템 및 역화방지방법에 관한 것이다.

일반적으로 역화방지장치(flame arrester)란 폭발가능성을 지닌 기체가 가득 차 있는 배관의 내부로 화염이 침입 및 전파되는 현상을 예방하기 위한 안전장치를 총칭한다. 때문에 역화방지장치는 기체의 연소를 수반하는 모든 종류의 산업설비로서 연소로, 버너, 엔진, 보일러 등은 물론, 가스용접기 등의 광범위한 분야에서 활발하게 사용되며, 1973년 제정된 고압가스안전관리법에 따르면 수소화염 또는 산소, 아세틸렌 화염을 사용하는 모든 시설의 배관에 역화방지장치를 필히 설치할 것을 규정하고 있다.

한편, 기존의 역화방지장치는 구조 및 원리에 따라 크림프 리본 타입(Crimped ribbon arresters), 패러랠 플레이트 타입(Parallel plate arrester), 페블 타입(Pebble arresters), 하이드럴릭 타입(Hydraulic arresters), 와이어 스크린 타입(Wire screen arresters), 와이어 팩 타입(Wire packed arresters), 신터드 타입(Sintered arresters) 등으로 구분될 수 있지만, 이들 일반적인 역화방지장치는 별도의 소염 소자와 방출수단을 요구함에 따라 안정성과 신뢰성의 측면에서 미비점을 나타내고, 구조의 복잡성과 설치공간 상의 문제 등으로 인해 여러 가지 다양한 설비에 범용적으로 적용되기 어려운 단점을 나타낸다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 기체의 연소를 수반하는 모든 종류의 연소설비에 범용적으로 적용 가능한 역화방지방안을 제시하는데 그 목적이 있다. 특히 본 발명은 간단한 구조를 나타내면서도 신뢰성 있는 역화방지가 가능하여 설치면적 상의 제약과 오동작 등의 문제를 해결할 수 있는 역화방지시스템 및 역화방지방법을 제공하고자 하는바, 이를 통해 보다 안전한 공정진행을 추구하는데 궁극적인 목적을 둔다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 연소대상 기체의 연소를 위한 연소장치 및 상기 연소장치로 상기 연소대상 기체를 공급하는 공급배관을 포함하는 기체연소설비의 역화방지시스템으로서, 상기 연소장치의 내부압력을 측정하는 압력계와; 상기 공급배관을 여닫는 제 1 밸브와; 상기 제 1 밸브와 상기 연소장치 사이의 상기 공급배관으로 불활성기체를 공급하는 불활성기체공급수단과; 상기 압력계의 측정결과에 따라 상기 제 1 밸브를 여닫되, 상기 제 1 밸브를 열고 닫기 직전에 각각 상기 공급배관으로 상기 불활성기체이 공급되도록 상기 불활성기체공급수단을 제어하는 콘트롤러를 포함하는 역화방지시스템을 제공한다.

이때, 상기 불활성기체공급수단은, 상기 불활성기체가 저장되는 불활성기체탱크와; 상기 불활성기체탱크로부터 인출된 후 상기 제 1 밸브와 상기 연소장치 사이의 상기 공급배관에 비스듬히 연결되어 상기 연소장치를 향해 상기 불활성기체를 공급하는 불활성기체공급관과; 상기 불활성기체공급관에 부설되어 상기 불활성기체의 공급을 제어하는 제 2 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 불활성기체공급관을 여닫는 제 2 밸브를 더 포함하여, 상기 콘트롤러는 상기 제 1 밸브를 여닫기 직전 상기 제 2 밸브를 각각 열어 상기 공급배관에 상기 불활성기체를 공급하고, 상기 제 1 밸브를 여닫은 직후 상기 제 2 밸브를 각각 닫는 것을 특징으로 한다.

아울러 상기 제 1 밸브는 솔레노이드밸브이고, 상기 불활성기체는 질소인 것을 특징으로 한다.

더불어 본 발명은 연소대상 기체의 연소를 위한 연소장치와, 상기 연소장치로 상기 연소대상 기체를 공급하는 공급배관 및 상기 공급배관에 설치되어 상기 공 급배관을 여닫는 밸브를 포함하는 기체연소설비의 역화방지방법으로서, 상기 밸브를 여닫기 직전, 상기 밸브와 상기 연소장치 사이의 상기 공급배관으로 불활성기체를 공급하는 단계를 포함하는 역화방지방법을 제공한다.

이때, 상기 공급배관으로 상기 불활성기체를 공급하는 단계 이후, 상기 밸브를 여닫은 직후 상기 불활성기체의 공급을 중단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 불활성기체를 공급하는 단계 이전, 상기 연소장치의 내부 압력을 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 역화방지시스템은 기체의 연소현상을 이용하는 모든 종류의 연소설비에 범용적으로 적용 가능한 장점을 나타내는바, 간단한 구조를 나타내면서도 신뢰성 있는 역화방지가 가능하여 설치면적 상의 한계와 오동작 등의 문제를 해결할 수 있다. 따라서 보다 안전한 공정진행을 가능케 한다.

이하, 도면을 참조해서 본 발명을 구체적으로 살펴본다.

첨부된 도 1은 본 발명에 따른 역화방지시스템(60)의 바람직한 일 양태(樣態)를 나타낸 모식도로서, 보이는 것처럼 본 발명에 따른 역화방지시스템(60)은 연소대상 기체의 연소반응이 일어나는 연소장치(52) 및 상기 연소장치(52)로 연소대상 기체를 공급하는 공급배관(54)이 갖추어진 기체연소설비를 그 적용대상으로 하 는바, 공급배관(54)을 통해 연소장치(52)로 공급되는 연소대상 기체의 공급개시 및/또는 공급중단 시(時) 수반될 수 있는 공급배관(54) 내부의 역화현상을 방지하기 위한 것이다.

이때, 연소장치(52)는 연소로, 버너, 보일러, 엔진을 비롯한 가스용접장치 등이 가능한데, 비록 도면상에는 공급배관(54)을 통해서 소정의 압력으로 공급되는 연소대상 기체를 연소시켜 배출관(56)으로 배출하는 연소로가 나타나 있지만, 이는 예시에 불과하며, 연소대상 기체의 연소를 통해 원하는 목적을 달성하는 모든 종류가 가능하다.

또한 공급배관(54)은 기체저장탱크(50)에 저장된 연소대상 기체를 연소장치(52)로 공급하기 위한 관로(管路)로서, 일정직경을 나타내는 내열고무, 내열플라스틱 또는 금속의 관(tube) 형태를 나타낼 수 있다. 또한, 기체저장탱크(50)에서 연소장치(52)로 공급되는 연소대상 기체는 폐 가스, 수소, 산소, 아세틸렌, 증기 형태의 석유연료, LPG와 같이 고온에 의해 연소되는 모든 종류가 될 수 있으며, 기체저장탱크(50)에는 펌프(51) 등의 강제이송수단이 마련되어 연소대상 기체를 연료장치(52)로 강제 이송시킨다.

그리고 이러한 공급배관(54)에는 연소대상 기체의 공급을 제어하기 위한 제 1 밸브(64)가 부설된다.

이때, 제 1 밸브(64)는 전원의 인가여부에 따라 공급배관(54)을 여닫음으로써 기체저장탱크(50)로부터 연료장치(52)로 전달되는 연소대상 기체를 단속하는 직동타입(Direct Acting type) 또는 파이롯트 작동 타입(Pilot Operated type)의 솔 레노이드 밸브(solenoid valve)가 사용될 수 있고, 이 경우 특히 솔레노이드 밸브로 공급되는 전원을 온/오프(on/off) 시켜 공급배관(54)을 여닫는 별도의 스위치(switch)가 마련될 수 있다.

한편, 이상에서 살펴본 기체연소설비의 운용에 있어서, 연소장치(52)의 내부압력이 펌프(51)에 의해 기체저장탱크(50)로부터 연소장치(52)로 강제 이송되는 연소대상 기체의 공급압력 보다 높거나 같아질 수 있고, 이 상태에서 제 1 밸브(64)를 온/오프 동작시키면 순간적으로 연소장치(52)의 화염이 공급배관(54) 내부로 역화될 가능성이 크다.

따라서 이를 방지할 수 있도록 공급배관(54)에는 본 발명에 따른 역화방지시스템(60)이 장착된다.

이를 위한 본 발명에 따른 역화방지시스템(60)은 연소장치(52)의 내부압력을 측정하는 압력계(62)와, 공급배관(54)으로 별도의 불활성가스를 공급하는 불활성기체공급수단(70)과, 압력계(62)의 측정결과를 토대로 제 1 밸브(64)와 불활성기체공급수단(70)을 제어하는 콘트롤러(80)를 포함한다.

그리고 불활성기체공급수단(70)은 질소(N2), 아르곤(Ar) 등의 불활성기체가 충진되는 불활성기체탱크(72)와, 상기 불활성기체탱크(72)와 공급배관(54)을 연결함으로써 불활성기체탱크(72) 내부의 불활성기체를 공급배관(54)으로 공급하는 불활성기체공급관(74)을 포함하며, 이중에서 불활성기체공급관(74)에는 제 2 밸브(76)가 개재되어 불활성기체의 공급을 제어한다. 이러한 제 2 밸브(76)는 솔레노이드 밸브 또는 통상의 체크밸브(check valve), 니들밸브(needle valve) 등이 사 용될 수 있다.

이때, 불활성기체공급관(74)은 연소장치(52)와 제 1 밸브(64) 사이의 공급배관(54) 중에서도 가급적이면 제 1 밸브(64)에 근접해서 설치되는 것이 바람직한바, 도 1의 원내를 확대해서 나타낸 도 2와 같이, 불활성기체공급관(74)은 공급배관(54)으로 공급되는 불활성기체가 연소장치(52)를 향하도록 일정정도의 각도를 유지한 채 비스듬히 연결될 수 있다.

또한 콘트롤러(80)는 압력계(62)의 측정결과를 토대로 제 1 및 제 2 밸브(64,76)를 제어하여 공급배관(54)의 역화를 방지한다. 이를 위한 콘트롤러(80)는 소정의 알고리즘이 내장된 마이컴(micro computer) 등의 논리연산회로를 포함할 수 있고, 기체연소설비 전체를 제어하는 제어부의 일부를 이룰 수도 있다.

상기 콘트롤러(80)의 구체적인 동작을 살펴본다.

먼저, 제 1 밸브(64)가 닫힌 상태를 전제로, 압력계(62)의 측정압력이 최저임계압력에 도달하면 연소장치(52)의 연소동작을 위해서 콘트롤러(80)는 제 1 밸브(64)를 열고, 공급배관(54)을 통해 연소장치(52)로 연소대상 기체를 공급한다.

이때, 최저임계압력이란 연소장치(52)의 연소반응을 통해 소기의 목적을 얻고자 연소대상 기체를 공급 개시하는 압력수치로서, 사용자에 의해 기(旣) 설정된 값일 수 있다. 하지만 이 과정 중에 연소장치(52)의 내부압력이, 펌프(51)에 의해 기체저장탱크(50)로부터 연소장치(52)로 공급되는 연소대상 기체의 공급압력 보다 순간적으로 같거나 높은 상태를 나타낼 수 있고, 이로 인해 연소장치(52)의 고온기체가 공급배관(54)으로 역화될 수 있는바, 콘트롤러(80)는 제 1 밸브(64)를 열 기 직전에 제 2 밸브(76)를 열어 공급배관(54)으로 불활성기체를 공급한 후, 제 1 밸브(64)가 열린 직후에 제 2 밸브(76)를 닫아 연소장치(52)로 연소대상 기체를 공급하는 한편, 불활성기체의 공급을 중단한다. 이를 통해 연소장치(52)의 화염이 공급배관(64)을 통해 역화되는 것을 방지한다.

또한, 제 1 밸브(64)가 열린 상태를 전제로, 압력계(62)의 측정압력이 최대임계압력에 도달하면 콘트롤러(80)는 제 1 밸브(64)를 닫고, 공급배관(54)을 통한 연소대상 기체의 공급을 중단한다.

이때 최대임계압력이란 연소장치(52) 등의 안전을 고려해서 연소대상 기체의 공급을 중단해야 하는 압력수치로서, 이 또한 사용자에 의해 기(旣) 설정된 값일 수 있다. 하지만 이 과정 중에 역시 연소장치(52)의 내부압력이, 펌프(51)에 의해 기체저장탱크(50)로부터 연소장치(52)로 공급되는 연소대상 기체의 공급압력 보다 순간적으로 같거나 높은 상태를 나타낼 수 있고, 이 경우 연소장치(52)의 고온기체가 공급배관(54)으로 역화될 수 있는바, 콘트롤러(80)는 제 1 밸브(64)를 닫기 직전에 제 2 밸브(76)를 열어 공급배관(54)으로 불활성기체를 공급한 후, 제 1 밸브(64)가 닫힌 직후에 제 2 밸브(76)를 닫아 연소대상 기체 및 불활성기체의 공급을 모두 중단한다.

이를 통해 연소장치(52)의 화염이 공급배관(54)을 통해 역화되는 것을 방지한다.

즉, 본 발명에 따른 역화방지시스템(60)은 공급배관(54)을 열고 닫기 직전에 공급배관(54)으로 별도의 불활성기체를 각각 공급함으로써 역화를 방지하는 것을 특징으로 한다.

이하, 도 3을 함께 참조해서 본 발명에 따른 역화방지시스템(60)의 기능 및 작용을 다시 한번 살펴본다. 이때, 도 3은 본 발명에 따른 역화방지방법을 순서대로 나타낸 순서도로서, 편의상 제 1 밸브(64)가 열린 상태를 최초의 상태로 가정하였는바, 해당 상태는 펌프(51)에 의해 기체저장탱크(50)의 연소대상 기체가 공급배관(54)을 통해 연소장치(52)로 원활하게 공급되고, 연소장치(52)에서는 연소대상 기체의 연소현상을 통해 소정 공정이 이루어진다.(st0)

이후, 연소장치(52)의 내부압력이 상승되면 압력계(62)가 최대임계압력에 도달한다.(st1)

이에 따라 콘트롤러(80)는 신속하게 제 2 밸브(76)를 열어 공급배관(54)으로 불활성기체를 공급한 후 곧바로 제 1 및 제 2 밸브(64,76)를 순차적으로 닫아 공급배관(54) 및 불활성기체공급관(74)을 단속하고, 이를 통해 역화를 방지하는 동시에 연소대상 기체의 공급을 중단한다.(st2,st3,st4,st5)

이때, 본 발명에 따른 역화방지시스템(60)이 없는 경우를 가정하면, 제 1 밸브(64)가 닫힘에 따라 순간적인 압력변화가 수반되어 연소장치(52) 내의 화염이 공급배관(54)의 내부로 역화될 수 있지만, 본 발명에 따른 역화방지시스템(60)은 제 1 밸브(64)를 닫기 직전에 질소 등의 불활성기체를 공급배관(54)으로 강제 공급하므로 역화를 방지할 수 있고, 제 1 밸브(64)가 닫힌 후에는 역화의 가능성이 없다.

이어서, 연소장치(52) 내의 압력이 적정수준에 도달하면 압력계(62)는 최저임계압력에 도달한다.

이에 따라 콘트롤러(80)는 신속하게 제 2 밸브(76)를 열어 공급배관(54)으로 불활성기체를 공급한 후 곧바로 제 1 밸브(64)를 열고 제 2 밸브(76)를 닫아 공급배관(54)을 통한 연소대상 기체의 공급을 재개하는 것과 동시에 불활성기체의 공급을 중단한다.

이때, 본 발명에 따른 역화방지시스템(60)이 없는 경우를 가정하면, 제 1 밸브(64)가 열림에 따라 순간적으로 연소장치(52) 내의 화염이 역화될 수 있지만, 본 발명에 따른 역화방지시스템(60)은 제 1 밸브(64)를 열기 직전에 질소 등의 불활성기체를 공급배관(54)으로 강제 공급하므로 역화를 방지할 수 있고, 제 1 밸브(64)가 열린 후에는 펌프(51)의 공급압력으로 인해 역화 가능성이 없다.

따라서 안전한 공정진행이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 역화방지시스템의 모식도.

도 2는 도 1의 원내부분에 대한 확대도.

도 3은 본 발명에 따른 역화방지방법의 순서도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

50 : 기체저장탱크 51 : 펌프

52 : 연소장치 54 : 공급배관

56 : 배출관 60 : 역화방지시스템

62 : 압력계 64 : 제 1 밸브

70 : 불활성기체공급수단 72 : 불활성기체탱크

74 : 불활성기체공급관 76 : 제 2 밸브

80 : 콘트롤러

Claims (7)

1. 연소대상 기체의 연소를 위한 연소장치 및 상기 연소장치로 상기 연소대상 기체를 공급하는 공급배관을 포함하는 기체연소설비의 역화방지시스템으로서,

   상기 연소장치의 내부압력을 측정하는 압력계와;

   상기 공급배관을 여닫는 제 1 밸브와;

   상기 제 1 밸브와 상기 연소장치 사이의 상기 공급배관으로 불활성기체를 공급하는 불활성기체공급수단과;

   상기 압력계의 측정결과에 따라 상기 제 1 밸브를 여닫되, 상기 제 1 밸브를 열고 닫기 직전에 각각 상기 공급배관으로 상기 불활성기체이 공급되도록 상기 불활성기체공급수단을 제어하는 콘트롤러

   를 포함하는 역화방지시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 불활성기체공급수단은,

   상기 불활성기체가 저장되는 불활성기체탱크와;

   상기 불활성기체탱크로부터 인출된 후 상기 제 1 밸브와 상기 연소장치 사이의 상기 공급배관에 비스듬히 연결되어 상기 연소장치를 향해 상기 불활성기체를 공급하는 불활성기체공급관과;

   상기 불활성기체공급관에 부설되어 상기 불활성기체의 공급을 제어하는 제 2 밸브

   를 포함하는 역화방지시스템.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 불활성기체공급관을 여닫는 제 2 밸브를 더 포함하여,

   상기 콘트롤러는 상기 제 1 밸브를 여닫기 직전 상기 제 2 밸브를 각각 열어 상기 공급배관에 상기 불활성기체를 공급하고, 상기 제 1 밸브를 여닫은 직후 상기 제 2 밸브를 각각 닫는 역화방지시스템.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1 밸브는 솔레노이드밸브이고, 상기 불활성기체는 질소인 역화방지시스템.
5. 연소대상 기체의 연소를 위한 연소장치와, 상기 연소장치로 상기 연소대상 기체를 공급하는 공급배관 및 상기 공급배관에 설치되어 상기 공급배관을 여닫는 밸브를 포함하는 기체연소설비의 역화방지방법으로서,

   상기 밸브를 여닫기 직전, 상기 밸브와 상기 연소장치 사이의 상기 공급배관으로 불활성기체를 공급하는 단계를 포함하는 역화방지방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 공급배관으로 상기 불활성기체를 공급하는 단계 이후, 상기 밸브를 여닫은 직후 상기 불활성기체의 공급을 중단하는 단계를 더 포함하는 역화방지방법.
7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,

   상기 불활성기체를 공급하는 단계 이전, 상기 연소장치의 내부 압력을 측정하는 단계를 더 포함하는 역화방지방법.

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