KR20100050505A - 코크스 오븐 유통관 배관 시스템 - Google Patents

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KR20100050505A
KR20100050505A KR1020107003044A KR20107003044A KR20100050505A KR 20100050505 A KR20100050505 A KR 20100050505A KR 1020107003044 A KR1020107003044 A KR 1020107003044A KR 20107003044 A KR20107003044 A KR 20107003044A KR 20100050505 A KR20100050505 A KR 20100050505A
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KR1020107003044A
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에밀리 로날디
토마스 한스만
스테파노 피봇
마리지오 비죠노
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풀 부르스 에스.에이.
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    • C10B27/00—Arrangements for withdrawal of the distillation gases
    • C10B27/06—Conduit details, e.g. valves
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Abstract

코크스 오븐(coke oven)에서 메인 포집부(collecting main, 16)로 코크스 오븐 가스(coke oven gase, 14)를 이송하기 위한 배관 조립체(pipe assembly) 및 유동 오리피스(flow orifice)로부터 유동 오리피스(22)를 주로 방해하는 패쇄 지점(closed position)까지의 특정거리에서 개방 위치(open position) 사이를 축방향으로 이동할 수 있는 결합된 밀폐 부재(associated obturating member, 20)를 가진 상기 배관 조립체에 상기 유동 오리피스(flow orifice, 22)를 포함하는 유동 제어 수단(flow control means)을 포함한다. 적어도 하나의 제어 개구부는 상기 밀폐 부재의 축상 위치에 좌우되는 상기 메인 포집부로 유동하는 가스를 위한 개방 지역을 제공하도록 상기 밀폐 부재의 패쇄 스트로크(closing stroke)의 말단 방향에 배치된다.

Description

코크스 오븐 유통관 배관 시스템{COKE OVEN OFFTAKE PIPING SYSTEM}
본 발명은 코크스 오븐 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각각의 오븐 챔버로부터 메인 포집부(collecting main)에 이르는 원료가스의 흐름을 제어하기 위해 통합된 흐름 제어 밸브를 구비한 코크스 오븐의 유통관 배관에 관한 것이다.
전통적으로, 코크스 오븐들의 배터리를 포함하는 코크스 플랜트에서 원료가스(증류가스 및 증기)는 각각의 단일 오븐에서부터 유통관 배관을 통하여 일반적으로 코크스 오븐들의 배터리 전체길이 이상으로 연장되는 메인 포집부로 유도된다. 유통관 배관 자체는 오븐 루프(oven roof)와 구즈넥(gooseneck) 즉, 스탠드 배관(stand pipe)의 상부와 연결되고 메인 포집부로 유도하는 짧은 커브 형태의 배관으로부터 위쪽으로 연장되는 스탠드 배관(일반적으로 알려진 수직도관(riser pipe) 또는 상승관(ascension pipe))을 포함한다. 하나 이상의 분무노즐들(spraying nozzles)은 약 700 - 800 ℃로부터 약 80 - 100 ℃의 온도까지 원료가스를 냉각(퀀치, quench)시키기 위해 구즈넥에 배치된다.
각각의 코크스 오븐 챔버에서 가스 압력을 개별적으로 제어하기 위해, 유통관 배관에 제어밸브(throttling valve)를 제공하거나 메인 포집부에서 배출 개구부(discharge opening)에 제어밸브를 제공하는 방법이 알려져 있고, 상기 방법으로 유통관 배관을 통하여 가스 흐름을 패쇄 및/또는 제어할 수 있다. 상기 장치들은 증류 과정의 첫번째 단계 동안 과압되는 것을 방지하기 위해 증류시간 동안 오븐의 압력을 지속적으로 제어할 수 있고, 증류 과정의 첫번째 단계 동안 과압되는 것을 방지하며, 메인 포집부에서 부압(negative pressure)을 유지시킴으로써 도어(doors), 투입홀(charging holes) 등으로부터 상기 장치들에 의한 배출은 완전하게 감소시킬 수 있다. 또한, 지속적인 오븐 압력의 제어는 코크스 가스 흐름이 낮을 경우 증류의 마지막 단계 동안 오븐 바닥에서의 상대압력 저감을 피할 수 있다.
압력 제어밸브의 알려진 유형은 미국특허 제7709743호에 개시되어 있다. 상기 밸브는 구즈넥의 수직 배출부의 배출 말단에서 메인 포집부의 내부에 배치된다. 상기 밸브는 오븐 챔버에서 배압(back pressure) 제어를 가능하게 하고, 밸브 내부의 수압 제어에 기반하며, 원료 가스 유동을 통하여 밸브 포트 영역의 변화를 제공한다.
코크스 오븐으로부터의 오염 배출을 감소시키는 방법에 관한 유럽특허 1746142호에는 측면 축 주위에서 회전 가능한 팟 밸브(pot valve)를 사용한다. 각 증류 챔버는 구즈넥에 의해 이와 같이 개재된 팟 밸브를 통하여 메인 포집부에 연결된다. 압력 센서들에 의해 개별적인 증류 챔버들에서 오븐 압력이 검출되고, 오븐에서의 압력에 의존적인 메인 포집부로의 유체 속도를 제어하기 위하여 팟 밸브 위치가 제어된다.
일실시예로서, 밸브 부재는 개방 스트로크(open stroke)의 시작 동안에 유동 단면을 제한하기 위해 굽어진 금속관 구조를 가진다. 상기 밸브의 신뢰할 만한 디자인에도 불구하고, 유량 제어에 있어서 향상된 성능을 발휘하지 못한다.
본 발명의 목적은 향상되고, 통합된 유동 제어 능력을 가진 대체 코크스 오븐 유통관 배관 시스템을 제공하는 데 있다. 상기 목적은 청구항 1에 따른 코크스 오븐 유통관 배관 시스템에 의해 달성될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 코크스 오븐(coke oven)에서 메인 포집부(collecting main, 16)로 코크스 오븐 가스(coke oven gase, 14)를 이송하기 위한 배관 조립체(pipe assembly) 및 유동 오리피스(flow orifice)로부터 유동 오리피스(22)를 주로 방해하는 패쇄 지점(closed position)까지의 특정거리에서 개방 위치(open position) 사이를 축방향으로 이동할 수 있는 결합된 밀폐 부재(associated obturating member, 20)를 가진 상기 배관 조립체에 상기 유동 오리피스(flow orifice, 22)를 포함하는 유동 제어 수단(flow control means)을 포함한다.
본 발명에 따른 코크스 오븐 유통관 배관 시스템은 밀폐 부재의 축 위치에 좌우되는 메인 포집부로 가스가 개방 지역으로 제공되기 위해 상기 밀폐 부재의 패쇄 스트로크(closing stroke)의 말단 방향으로 배치된 적어도 하나의 제어 개구부(throttling opening)를 포함하는 것을 특징으로 하여 통합된 유동 제어 능력을 가진 코크스 오븐 유통관 배관 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면으로부터 더욱 명확해지지만, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 구체예가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 밀폐 부재가 개방된 지점에 있고 제어 개구부 세트를 포함하는 본 발명에 따른 코크스 오븐 유통관 배관 시스템의 첫번째 구체예의 수직단면도이고;
도 2는 밀폐 부재가 제어 위치에서 있는 도 1 구체예의 수직단면도이고;
도 3은 밀폐 부재가 개폐된 위치에 있는 본 발명에 따른 코크스 오븐 유통관 배관 시스템의 두번째 구체예의 수직단면도이고;
도 4는 밀폐 부재가 제어 지점에서 있는 도 3 구체예의 수직 단면도이고;
도 5는 밀폐 부재가 폐쇄 위치에서 있는 도 3 구체예의 수직 단면도이고;
도 6은 밀폐 부재가 개방된 위치에 있는 본 발명에 따른 코크스 오븐 유통관 배관 시스템의 세번째 구체예의 수직단면도이고;
도 7은 밀폐 부재가 중간 유동 조절 위치에 있는 도 6 구체예의 수직단면도이고;
도 8은 밀폐 부재가 제어 위치에 있는 도 6 구체예의 수직단면도이고;
도 9는 밀폐 부재가 패쇄 위치에서 있는 도 6 구체예의 수직단면도이고;
도 10은 밀폐 부재가 개방된 위치에 있는 본 발명에 따른 코크스 오븐 유통관 배관 시스템의 네번째 구체예의 수직단면도이고;
도 11은 밀폐 부재가 제어 위치에 있는 도 10 구체예의 수직단면도이고;
도 12는 밀폐 부재가 개방 위치에 있는 본 발명에 따른 코크스 오븐 유통관 배관 시스템의 5번째 구체예의 수직단면도이고;
도 13은 밀폐 부재가 제어 위치에 있는 도 12 구체예의 수직단면도이고; 및
도 14는 밀폐 부재가 패쇄 위치에 있는 도 12 구체예의 수직단면도이다.
본 발명에 따른 코크스 오븐 유통관 배관 시스템(coke oven offtake piping system)은 코크스 오븐에서 메인 포집부(collecting main)로 코크스 오븐 가스를 이송하기 위한 배관 조립체(pipe assembly)를 포함한다. 결합된 밀폐 부재를 가진 배관 조립체에서 유동 오리피스(flow orifice)를 포함하는 유동 제어 수단(flow control means)과 함께 제공되고, 상기 밀폐 부재는 유동 오리피스로부터 유동 오리피스를 통해 유동을 방해하는 폐쇄 위치(closed position)까지의 특정 거리(즉, 축방향으로 빈공간)에서 개방 위치(open position) 사이를 축방향으로 움직일 수 있다.
적어도 하나의 제어 개구부(throttling opening), 바람직하게는 제어 개구부 세트는 밀폐 부재의 폐쇄 스트로크(closing stroke) 말단 방향으로 작동하기 위해 배치되고, 적어도 하나의 제어 개구부는 밀폐 부재의 축 위치에 좌우되는 메인 포집부로 가스에 대한 개방 지역을 제공한다. 일반적으로 유동 오리피스(개방된 지점에서)보다 낮은 축적 개방 지역을 제공하는 상기 제어 개구부는 메인 포집부로 가스 유량을 우수하게 제어(control, throttling)할 수 있고, 코크스 오븐의 압력을 우수하게 제어할 수 있다.
가스의 양은 공정의 시작 단계(유동 제어 밸브가 완전하게 개방된 곳)에서 많이 낮기 때문에 오븐에서 증류 공정의 마지막 단계로 유량을 미세하게 조절하는 것이 필요하다. 본 발명에서, 폐쇄 스트로크의 말단으로 가스는 유일하게 제어 개구부를 통과하여 흐르고, 개방 지역은 밀폐 부재의 축 위치를 조절함으로써 제어되도록 유동 제어 수단은 디자인된다.
하나 이상의 제어 개구부는 밀폐 부재에 제공될 수 있다. 밀폐 부재는 일반적인 항아리(pot), 돔(dome) 또는 종(bell) 모양을 가질 수 있다. 즉, 일반적으로 측벽을 가지고 한쪽 말단이 패쇄된 속이 빈 몸체(hollow body)로 디자인될 수 있다. 밀폐 부재는 항아리/돔/종 개구부가 상부 또는 하부로 유도되게 배치될 수 있다.
일구체예에서, 밀폐 부재는 일반적인 항아리, 돔 또는 종 모양을 가지며, 제어 개구부 세트는 항아리 모서리에서 항아리 바닥으로 연장되는 다수의 컷-아웃(cut-outs)으로 형성된다. 다른 구체예에서, 밀폐 부재는 제어 개구부 세트를 가진 일반적인 뒤집힌 항아리(inversed pot) 모양을 가진다.
하나 이상의 제어 개구부는 유동 개구부 부근에 예를 들어, 유동 오리피스로부터 축방향으로 연장되는 제어 슬리브(throttling sleeve)에 대안적으로 고정 배치될 수 있다.
일구체예에서, 유동 제어 수단은 유동 오리피스 주위의 제어 슬리브를 포함하고; 밀폐 부재는 제어 개구부를 주로 방해하는 슬리브 부재(sleeve member)의 외면을 따라 밀폐 부재의 패쇄 스트로크의 말단 부분으로 이동할 수 있도록 디자인된 일반적인 항아리, 종 또는 모자(cap) 모양을 가진다.
또 다른 구체예에서, 2-부분(2-part) 밀폐 부재는 제어 슬리브와 결합된다. 밀폐 부재는 제어 슬리브에서 제어 개구부의 개방 지역을 조절 및/또는 유동 오리피스를 패쇄하기 위해 채용된 축방향으로 이동가능한 상부(upper part); 및 상부에 대하여 및/또는 그것과 결합하여 축방향으로 이동 가능하고 유동 오리피스를 통과하는 유동을 제한하기 위한 유동 오리피스에 위치하여 원뿔 부분을 형성하는 하부(lower part)를 포함한다.
추가적인 구체예에서, 밀폐 부재는 일반적인 항아리, 종 또는 돔 모양의 상부와 하나 이상의 제어 개구부를 가진 하부를 포함하며, 하부는 상부에 대해 축방향으로 움직일 수 있다. 상부와 하부는 유동 오리피스 주위의 각각의 시트(seat)와 결합한다. 하부가 시트에 위치된 후 제어 개구부를 따라 이동할 수 있는 커버(cover) 역할을 하기 위해 상부는 디자인된다. 그렇게 함으로써, 가스가 제어 개구부를 통과하여 메인 포집부로 이동하는 유일한 통로를 제공하고, 상부의 축 위치를 변경하여 개방 지역을 조절할 수 있다.
밀폐 부재의 작동은 수동 및/또는 자동으로 작동할 수 있는 적절한 유도 수단에 의해 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 코크스 오븐 유통관 배관 시스템은 작동을 위해 하나 이상의 액추에이터(actuator)와 결합될 수 있다. 엑추에이터(들)는 코크스 오븐 챔버에 압력 센서와 연결되어 있는 전기적/전자적 조절에 의해 제어된다. 제어 유닛(unit)은 오븐 챔버에서 압력이 변화(감소)함에 따라 방전 개구부(discharge opening)의 점진적인 수축(progressive constriction)을 제공하는 방전 오리피스(discharge orifice)에 대하여 밀폐 부재의 위치를 점진적으로 조절(압력 감지에 기반한)하게 설정되는 것이 유리하다.
상기 구체예에서, 일반적으로 밀폐 부재의 상부 표면과 유동 오리피스를 갖는 배관 부분 주위의 공정 유체의 축적으로 밀폐 부재가 패쇄된 위치에 있을 때 수압 밀봉이 형성된다. 반면, 안정성을 향상시키기 위해, 종래의 팟 밸브는 추가적으로 유동 오리피스의 다운스트림(downstream)에 배치될 수 있다.
본 발명은 코크스 오븐의 배터리(battery)와 메인 포집부를 포함하는 코크스 플랜트와 관련되며, 각각의 단일 오븐으로부터 상기에서 정의한 바와 같이 코크스 오븐 유통관 배관 시스템을 통해 메인 포집부로 가스가 유도된다.
본 발명의 다른 측면에 있어서, 코크스 오븐으로부터 가스 유량을 조절하는 방법을 제공하며, 상기에서 기술한 메인 포집부와 같이, 코크스 오븐 챔버는 코크스 오븐 유통관 배관 시스템과 연결된다. 압력 감지에 기반한 압력 센서에 의해 각각의 코크스 오븐 챔버에서 오븐 압력을 감지하는 단계 및 오븐에서 압력의 변화에 따라 방출 개구부의 점진적인 수축을 제공하는 방출 오리피스에 대해 밀폐 부재의 위치를 점진적으로 조절하는 단계를 포함한다. 압력 센서에 의해 발생되는 압력 신호에 반응하는 제어 회로로 제어되는 밀폐 부재에 적절한 솔레노이드 형(solenoid-type) 엑추에이터를 사용하여 수행될 수 있다. 엑추에이터는 제어 유닛으로 송신된 위치 신호를 발생시키는 위치 변환기(positional transducer)와 결합될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 코크스 오븐 유통관 배관 시스템(10)의 첫번째 구체예를 나타낸다. 코크스 오븐 유통관 배관 시스템은 각각의 코크스 오븐 챔버(coke oven chamber)에서 메인 포집부(collecting main)로 원료 증류 가스를 이송하기 위한 배관 조립체(piping assembly)로 구성되어 있다. 본 발명의 첫번째 구체예에서, 배관 조립체는 예를 들어, 코크스 오븐 배터리(coke oven battery)의 슬롯형 챔버(slot-type chamber)인 코크스 오븐의 루프(coke oven roof, 미도시)까지 바닥에 연결되는 스탠드 배관(standpipe, 미도시)을 포함한다. 도면 번호 12는 스탠드 배관의 상부에서 코크스 플랜트의 메인 포집부(16)로 원료 코크스 오븐 가스(화살표 14)를 이송하기 위한 구즈넥(gooseneck, 휘어진 배관)를 나타내며, 일반적으로 코크스 오븐 배터리의 전체 길이 이상으로 연장된다. 상기 배관 요소들은 전통적으로 내화라이닝(refractory lining)에 제공될 수 있다. 유리하게는, 약 700 - 800 ℃의 온도에서 오븐 챔버로 배출되는 가스는 80 - 100 ℃의 온도 아래로 하나(또는 그 이상)의 분사 노즐(spraying nozzle, 18)에 의해 구즈넥(18)에서 냉각된다.
유동 제어 수단은 메인 포집부(16)로 가스유량을 제어하고 각각의 코크스 오븐의 압력을 제어하기 위해 유통관 배관(10)에 제공된다. 본 발명의 유동 제어 수단은 유통관 배관, 바람직하게는 구즈넥(12)의 다운스트림에서 유동 오리피스(22)와 공조하는 밀폐 부재(20)를 포함한다. 유동 오리피스(22)는 내부 배관 부분(24)의 말단으로 고정되고, 예를 들어, 구즈넥 부분(12)에서 배출되는 냉각된 가스의 전체적인 유동은 오리피스(22)를 통과하여 메인 포집부(16)로 흘러들어가도록 원뿔 부분이 배치된다.
본 발명의 구체예에서, 디자인된 밀폐 부재(20)는 일반적인 종 모양(원뿔모양으로 가늘어지는 상단부와 원통형의 하단부)을 가지며, 종 모서리(30)에서 밀폐 말단(32)까지 연장되는 다수의 컷아웃(cut-outs, 28)에 제공된 원통형 벽(26)을 가진다. 상기 컷아웃(28)은 하기에서 설명하는 바와 같이, 제어 개구부(throttling openning) 세트를 형성한다. 밀폐 부재(20)는 배관 조립체에서 축방향으로 구동하게 하는 샤프트(34)까지 밀폐 말단(32)에 고정된다. 유도 샤프트(34)의 구동과 밀폐 부재(20)의 구동은 축방향의 구동력을 상하로 움직이게 하기 위한 샤프트(34)로 전달할 수 있는 다수의 적절한 유도 메커니즘에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 구체예에서 주목해야 할 점은, 밀폐 부재(20)는 기밀하게 유동 오리피스(22)를 통과할 수 있도록 크기가 결정되고, 대체적으로 밀폐되는 동안 이동할 수 있게 크기가 결정된다.
도 1에서, 밀폐 부재(20)는 개방 위치에 있으며, 유동 오리피스(22)로부터 간격(특정 거리에서)을 두고 있다. 밀폐 부재(20)는 코크스 오븐에서 증류 공정의 초기에는 전형적으로 개방 위치에 놓여 있으나, 그 이후에는 다량의 가스가 메인 포집부(16)로 이동하게 된다. 증류 공정이 진행됨에 따라, 밀폐 부재는 전형적으로 개방 오리피스(22) 방향에서 아래 방향으로 움직이게 되고, 밀폐 부재(20)와 오리피스(22) 사이의 간격이 줄어들게 되며, 중간 유량에서 유동 제어 능력이 제공된다.
도 1 및 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 밀폐 부재(20)의 모서리(30)가 유동 오리피스(22)의 높이에 도달하자마자, 냉각된 가스가 메인 포집부(16)로 이동하는 유일한 유로(flow passage)는 제어 개구부(28)에 의해 제공된다. 밀폐 부재가 아래 방향으로 이동하면서, 오리피스(22)를 통과한 유동이 밀폐 부재(20)에 의해 마지막으로 완전하게 저지되는 유동 오리피스(22) 면 아래로 개구부(28)의 안쪽 말단이 통과할 때까지, 제어 개구부(28)에 의해 노출되는 개방 지역은 급격하게 줄어든다(도 2에서, 밀폐 부재(20)는 중간 제어 위치에 있다.).
종 모양(또는 뒤집힌 깔대기 모양)은 기체 역학적으로 적합한 상부가 가늘어지는 모양인 것이 바람직하나, 예를 들어, 뒤집힌 항아리 또는 컵 모양 또는 돔 모양 등의 밀폐 부재로 사용할 수 있는 모양이면 이에 제한되는 것은 아니다. 밀폐 부재는 유동 오리피스(22)를 기밀하게 통과하는 축방향으로 연장된 원통형 부분(제어 개구부가 배치된 곳)을 가지며, 상기 원통형 부분은 말단에서 밀폐되며, 바람직하게는 상부 말단에서 밀폐되어야 한다.
본 발명에서 개시한 바와 같이, 신축 조인트(expansion joint 52)를 통해 구즈넥(12)의 출구를 메인 포집부(16)와 연결하는 연결부(50)에서 유동 오리피스(22)에 의해 내부 배관 부분(24)은 개방된다. 기밀 폐쇄를 제공하기 위해, 연결부(50)는 본 발명에서 개시한 바와 같이, 종래 팟 밸브(60)에 의해 패쇄될 수 있는 끝이 잘린 원뿔모양의 배관(54)를 포함할 수 있다. 도 1 및 도 2에서, 팟 밸브(60)는 개방 지역에 위치하지만, 배관(54)의 말단을 패쇄하고 유체 과정의 축적이 수압 밀봉(hydraulic seal)을 형성하게 하는 수평 위치에서 축(62)에 대해 회전할 수 있다.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 시스템(110)의 또 다른 구체예를 나타낸다. 도면 부호 112는 스탠드 배관의 상부에서 코크스 플랜트의 메인 포집부(116)로 원료 코크스 오븐 가스(화살표 114)를 이송하기 위한 구즈넥(휘어진 배관)을 나타낸다. 가스의 냉각은 분사 노즐(118)에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
유동 제어 수단은 구즈넥(112)의 튜브 부분(tubular section, 123) 다운스트림과 샤프트에 의해 축방향으로 이동가능한 결합된 밀폐 부재(120)에 고정되는 유동 오리피스(122)를 포함한다. 상기 구체예에서, 튜브 부분(123)에 부착되고 유동 오리피스(122)로부터 축 아래 방향으로 연장되는 슬리브(126)에서 제어 개구부는 다수의 컷아웃(128)에 의해 형성된다. 도 1의 구체예와는 반대로, 패쇄 스토로크(closing stroke)는 상승한다.
도 3에서, 밀폐 부재(120)는 개방된 위치에 있고, 메인 포집부(116)로 가스 유동을 차단한다. 밀폐 부재(120)가 위쪽으로 이동할수록, 밀폐 부재(120)와 유동 오리피스(122) 사이의 간격은 급격하게 줄어든다. 밀폐 부재(120)의 주위 모서리(130)가 슬리브(126)의 하단 모서리 높이에 이르면, 메인 포집부(116)로 가스 유동은 오직 제어 개구부(128)를 통과하여 흐를 수 있다. 적절한 개방 지역에 가스 유동을 제공하기 위해 축 방향으로 제어되는 밀폐 부재(120)는 메인 포집부(116)로 적절한 가스 유량을 제어하는 것이 가능하고, 오븐 챔버(도 4 참조)내의 압력 제어도 가능하다. 도 5에 나타난 바와 같이, 유량 제어 수단의 폐쇄 위치는 밀폐 부재(120)의 주위 모서리(130)가 유량 오리피스(122) 위치에 있을 때이다.
도 3 내지 도 5 구체예의 향상된 실행(210)은 도 6 내지 도 9에 도시하였다. 배관 조립체는 동일하지만 밀폐 부재(120)(및 샤프트(124))의 디자인은 중간 지점에서의 향상된 통제와 낮은 유량을 가능하게 하기 위해 변경되었다. 도시한 바와 같이, 밀폐 부재(220)는 각각 2201 및 2202를 나타내는, 축 방향에서 서로 상대적으로 움직일 수 있는 상부와 하부를 포함한다. 상부(2201)는 도 B1에서 밀폐 부재(120)와 동일한 모양을 가지는 것이 바람직하고, 샤프트(2241)에 의해 축으로 움직인다. 하부(2202)는 유동 오리피스(222)의 방향으로 가늘어지고, 샤프트(2241) 내에 동축선상으로 배치된 샤프트(2242)에 의해 축으로 움직일 수 있는 원뿔 부분이다. 하부(2202)는 스포크(spokes)에 의해 샤프트(2242)에 고정될 수 있다.
도 6에 나타낸 밀폐 부재의 개방 위치에서, 상부(2201) 및 하부(2202)는 연결된다: 동일한 지름인 각각의 주위 모서리는 결합된다. 상기 개방 위치는 높은 유량을 위해 채용된 것이다.
오븐으로부터 가스량이 감소할수록, 하부(2202)는 아래 방향으로 움직이고, 유동 오리피스(222)와 공조하여 측면에서 가늘어지는 표면, 환상류(annular flow section), 하부(2202)의 축 위치에 따라 정해지는 범위로 고정된다.
도 7은 중간 유동 위치를 나타내며, 밀폐 부재(220)의 하부(2202)는 상부 모서리가 유동 오리피스(222)의 면에 있기 위해 아래 방향으로 이동하고, 하부(2202)는 축 방향에서 연속 배관 부분(223)을 형성하고 하부 말단과 작아진 유동 오리피스로 고정된다.
소량의 가스 유량을 제어하기 위해, 도 3 내지 도 5에 대해 상술한 바와 같이, 밀폐 부재 상부(2201)로 제어 개구부(228)의 적절한 개방 범위를 고정하기 위해 상부(2201)와 하부(2202)는 다시 투입되고, 동시에 움직인다(도 8 참조).
도 9에 도시한 바와 같이, 상부(2201)의 주위 모서리는 유동 오리피스(222)의 위치에 있으며, 하부(2202)는 상부(2201)와 연결되는 것이 바람직하다.
도 10 및 도 11은 추가적인 구체예(310)를 나타낸다. 유동 오리피스(322)는 구즈넥(312)의 출구에 배치된 관 배관 부분(323)의 말단으로 고정된다. 여기서 유동 제어 수단은 유동 오리피스(322) 주위와 배관 부분(323)에 고정된 축으로 연장된 슬리브(326)를 포함한다. 제어 개구부(328)는 슬리브(326)에서 홀세트에 의해 형성된다. 밀폐 부재(320)는 유도 샤프트(324)에 의해 축 방향으로 유도되는 종 또는 뒤집힌 항아리 모양을 가진다. 밀폐 부재(320) 측벽의 내부 지름은 슬리브(316)를 따라 축방향으로 이동할 수 있게 슬리브(326)의 외부 지름보다 약간 더 크며, 따라서 제어 개구부(328)의 적절한 비율이 되지 못하게 한다.
개방 위치에서, 밀폐 부재(320)는 다량의 가스가 메인 포집부(316)로 모이게 하기 위해 유동 오리피스(322)로부터 떨어진 곳에 위치한다. 메인 포집부(316)로 가스 유동을 정교하게 제어하기 위해, 밀폐 부재 하부 주위의 모서리는 슬리브(326)의 상부 모서리와 겹칠 때까지 밀폐 부재(320)는 하강한다. 축 위치로부터, 가스의 유일한 경로는 제어 개구부(328)를 통과하게 되고, 개방 범위는 밀폐 부재(320)의 축 위치를 변경함으로써 제어할 수 있다(도 11에 나타난 바와 같이, 밀폐 부재(20)는 제어 개구부(328)의 상단과 하단 사이의 중간 지점에 위치한다.)
밀폐 부재의 주위 모서리가 제어 개구부(328)의 하단을 통과하기 위해 밀폐 부재가 하강하면, 유동 제어 수단은 폐쇄 위치에 존재하게 된다.
배관 시스템(410)의 마지막 구체예는 도 12 내지 도 14에 나타내었다. 도면 부호 412는 스탠드 배관(미도시)의 상부로부터 코크스 플랜트의 메인 포집부(416)까지 원료 코크스 오븐 가스(화살표 414)를 이송하기 위한 구즈넥을 나타낸다. 냉각된 가스는 분사노즐(418)에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
유동 제어 수단은 구즈넥(412)의 튜브 부분(423, 원뿔 부분) 다운스트림과 샤프트(424)에 의해 축방향으로 이동하는 밀폐 부재(420)에 의해 고정된다. 상기 구체예에서, 밀폐 부재(420)는 밀폐 부분(4201)과 제어 개구부(428) 세트를 가진 제어 부분(4202)을 포함한다. 밀폐 부분(4201)은 종 모양(또한, 뒤집힌 항아리 또는 컵 모양일 수 있다.)을 가지며, 유도 샤프트(424)에 고정된다.
제어 부분(4202)은 밀폐 부분(4201)에 대해 이동 가능하게 고정되는 팟 또는 슬리브 부재일 수 있고, 따라서 밀폐 부재(4201)의 측벽(4261)은 개방 지역을 제어하기 위해 제어 부분(4202)의 측벽(4262)에서 제어 개구부(428)를 따라 움직일 수 있다. 상기 목적을 위해, 제어 부분(4202)은 샤프트(424)와 등축이고 축방향으로 움직일 수 있는 샤프트 부분(424)을 가지며, 제어 개구부(428)의 전체 개방 지역에 노출시키기 위해 밀폐 부분(4201) 밖으로 돌출됨으로써, 제어 개구부(428)를 완벽하게 방해하는 밀폐 부분(4201)에 구비될 수 있다. 바람직하게는, 제어 부분(4202)은 스프링(440)에 의해 밀폐 부분(4201) 외부 아래 방향으로 편향된다.
밀폐 부분(4201) 및 제어 부분(4202)의 접촉벽(cooperating wall, 4261, 4262)은 유동 오리피스(422)의 지름보다 큰 지름을 가진다. 따라서, 하기에서 기술되는 것과 같이, 상기 두 부분(4201, 4202)은 배관 부분(423) 반대편에 위치한다.
도 12는 밀폐 부재(420)의 개방 위치를 나타낸다; 즉, 유동 오리피스(422)로부터 특정 거리에 위치한다. 도 13에서, 밀폐 부재(420)는 제어 위치에 있고; 즉, 밀폐 부재(420)가 하강하여 제어 개구부(428)를 덮는(겹치는) 상부(4201) 없이 유동 오리피스(422) 주위에 제어 부분(4202) 모서리가 존재하게 하게 된다. 상기 배치에서, 제어 개구부(428)의 전체 부분은 냉각된 가스가 제어 개구부를 통과하여 노출된다. 제어 개구부(428)의 선택된 부분을 덮는 제어 부분(4202)에 대해 밀폐 부분(4201)의 높이를 제어하고, 샤프트(424)를 작동시킴으로써, 메인 포집부(416)로 가스의 유동을 적절하게 제어할 수 있다.
도 14에서, 밀폐 부분(4201)은 개구부(428) 뒤로 하강하며, 튜브 부분(423)에 존재하게 된다. 즉, 폐쇄 위치에 있게 된다.
상기 구체예에서, 배관 요소들, 유동 오리피스 및 밀폐 부재는 간단한 디자인과 손쉬운 제조를 위해 단면이 원형일 수 있다. 반면, 상기 요소들은 다른 원통형일 수 있다.
제어 개구부의 총개방 지역(방해 받지 않을 때)은 유동 오리피스로 고정되는 개방 지역보다 작아야 한다. 제어 오리피스의 모양은 바람직한 유동 특성을 제공하기 위해 어떠한 모양으로도 디자인될 수 있다. 상기 실시예에서, 유동 개구부는 개폐 방향으로 가늘어지는 사다리꼴 모양을 가진다.
다수의 구체예에서, 추가적인 분사 수단들(19, 119, 219)은 세척의 목적에서 유동 오리피스의 높이에 제공된다.
유동 수단은 수압 밀봉이 폐쇄 위치에서 형성될 수 있게 유리하게 디자인된다. 도 1 내지 도 9의 구체예에서, 공정 유체는 배관 부분(24, 123 또는 223)으로 형성되는 V 채널과 밀폐 부재(20, 120, 220(폐쇄 위치에서))의 상부 원뿔 표면에 축적될 수 있다.
도 10 내지 도 14의 구체예에서, 수압 밀봉은 밀폐 부재(320, 420, 패쇄 위치)와 배관 부분(323, 423)의 측벽에 의해 고정된 리세스(recess)에서 공정 유체의 축적으로 형성될 수 있다.
상기 모든 구체예에서, 팟 밸브(60, 160, 260, 360, 460)는 메인 포집부로 가스 유동의 기밀을 보장하기 위해 구즈넥과 유동 오리피스(20, 120, 220, 320, 420)의 다운스트림에 제공된다. 본 발명에서 개시한 바와 같이, 팟 밸브는 가로축(62, 162)에 대해 회전할 수 있고, 가로의 폐쇄 지점(도 14 참조)에서 수압 밀봉(분사 노즐로부터 축적되는 공정 유체에 기인한)을 형성하는 끝이 잘려진 원뿔 배관(54, 154)의 말단과 결합한다.
상기의 팟 밸브(60)는 추가적으로 구비될 수 있다. 특히, 도 10 내지 도 14의 구체예에서 밀폐 부재(320, 420)와 배관 부분(323, 423) 측벽 사이에서 수압 밀봉은 충분히 형성된다.
도 12의 구체예에서 더욱 특별한 점은, 도면 부호 445는 유동 오리피스(422)의 하부에 배치된 과류 수단을 나타내고, 밀폐 부재(420)의 폐쇄 위치(도 14 참조)에서 배관 부분(423)에 모이는 공정 유체는 과류 수단(445)의 위치를 초과할 수 없다.
마지막으로, 도면에 도시하지 않았지만, 수동 및/또는 자동으로 작동되는 유도 수단은 각각의 샤프트를 통해 밀폐 부재를 구동하기 위해 제공될 수 있다.

Claims (14)

  1. 코크스 오븐(coke oven)에서 메인 포집부(collecting main)로 코크스 오븐 가스(coke oven gase)를 이송하기 위한 배관 조립체; 및
    유동 오리피스(flow orifice)로부터 유동 오리피스를 주로 방해하는 패쇄 위치(closed position)까지의 특정거리에 위치한 개방 위치(open position) 사이를 축방향으로 이동할 수 있는 결합된 밀폐 부재(associated obturating member)를 가진 상기 배관 조립체 내의 상기 유동 오리피스(flow orifice)를 포함하는 유동 제어 수단;을 포함하는 코크스 오븐 유통관 배관 시스템에 있어서,
    상기 밀폐 부재의 축상 위치에 좌우되는 상기 메인 포집부로 유동하는 가스를 위한 개방 지역을 제공하도록 상기 밀폐 부재의 패쇄 스트로크(closing stroke)의 말단 방향에 배치되는 적어도 하나의 제어 개구부(throttling opening)를 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐 유통관 배관 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어 개구부는 상기 밀폐 부재에 제공되는 것을 특징으로 하는 코크스 유통관 배관 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 밀폐 부재는 일반적인 종(bell), 항아리(pot) 또는 돔(dome) 형상을 가지고, 제어 개구부 세트는 종 또는 항아리의 가장자리로부터 패쇄된 말단 방향으로 연장된 다수의 컷아웃(cut-out)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐 유통관 배관 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 밀폐 부재는 상기 제어 개구부 세트를 가진 일반적인 뒤집어진 항아리 모양 또는 뒤집어진 종 모양을 가지는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐 유통관 배관 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어 개구부는 상기 유동 오리피스로부터 축방향으로 연장된 제어 슬리브(throttling sleeve)에 공급되는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐 유통관 배관 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 유동 제어 수단은 상기 유동 오리피스 주위에 제어 슬리브를 포함하고; 제어 슬리브에서 제어 개구부를 주로 방해하는 상기 제어 슬리브의 외면을 따라 상기 밀폐 부재의 패쇄 스트로크 말단으로 이동할 수 있도록 일반적인 종, 항아리 또는 모자 모양을 가진 밀폐 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐 유통관 배관 시스템.
  7. 제5항에 있어서, 상기 밀폐 부재는 제어 슬리브에서 제어 개구부의 개방 지역을 조절 및/또는 유동 오리피스를 패쇄하기 위해 채용된 축방향으로 이동가능한 상부(upper part); 및 상부에 대하여 및/또는 그것과 결합하여 축방향으로 이동 가능하고 유동 오리피스를 통과하는 유동을 제한하기 위한 유동 오리피스에 위치하여 원뿔 부분을 형성하는 하부(lower part)를 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐 유통관 배관 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 밀폐 부재는 일반적으로 벨, 항아리 또는 돔 모양의 상부; 상부와 하부가 겹치게 하기 위해 상기 상부에 대하여 축방향으로 이동할 수 있고 하나 이상의 제어 개구부를 가진 하부; 및
    유동 오리피스 주위의 각각의 시트(seat)와 결합하는 상기 상부와 하부를 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐 유통관 배관 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은 각각의 샤프트(shaft)를 통해 상기 밀폐 부재를 작동시키기 위한 수동 및/또는 자동으로 작동할 수 있는 유도 수단(drive means)을 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐 유통관 배관 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은 상기 유동 오리피스의 팟 밸브(pot valve) 다운스트림(downstream)을 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐 유통관 배관 시스템.
  11. 제1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은 코크스 오븐에서 압력 센서에 반응하고, 상기 밀폐 부재와 결합된 작동 수단을 가동하기 위해 연결된 제어 유닛(control unit)을 포함하고, 상기 제어 유닛은 오븐 챔버에서 압력이 변화함에 따라 방전 개구부의 점진적인 수축을 제공하는 방전 오리피스에 대해 밀폐 부재의 위치를 점진적으로 조절하는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐 유통관 배관 시스템.
  12. 코스스 오븐의 배터리와 메인 포집부를 포함하되, 단일 오븐으로부터 가스는 제1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 코크스 오븐 유통관 배관 시스템을 통해 메인 포집부로 유도되는 것을 특징으로 하는 코크스 플랜트.
  13. 코크스 오븐 배터리의 메인 포집부로 가스 유동을 제어하기 위한 제1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 코크스 유통관 배관 시스템의 용도.
  14. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 각각의 코크스 오븐 유통관 배관 시스템으로 메인 포집부와 각각 연결되는 코크스 오븐 챔버의 배터리를 포함하고, 압력 감지에 기반한 압력 센서로 각각의 코크스 오븐 챔버에서 오븐 압력을 감지하는 단계;
    오븐 챔버에서 압력이 변화함에 따라 방전 개구부의 점진적인 수축을 제공하는 방출 오리피스에 대해 밀폐 부재의 위치를 점진적으로 조절하는 단계를 포함하는 코크스 오븐으로부터 가스 유량을 조절하는 방법.
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