KR20190034881A

KR20190034881A - 압력 방폭 구조용 퍼지 컨트롤러

Info

Publication number: KR20190034881A
Application number: KR1020170123449A
Authority: KR
Inventors: 방호식
Original assignee: (주) 코난엔지니어링
Priority date: 2017-09-25
Filing date: 2017-09-25
Publication date: 2019-04-03
Also published as: KR101992741B1

Abstract

본 발명은 위험지역의 용기 내부를 2종 장소(zone 2)에서 비위험지역으로 감소시켜 용기 내에서 범용 전기기기를 사용할 수 있게 하는 퍼지 방식의 컨트롤러에 관한 것이다. 본 발명의 장치는, 내압 방폭 하우징; 용기 내부의 압력을 감지하기 위한 압력센서; 용기의 유입구에 설치되어 제어신호에 따라 온되면 외부로부터 압축된 공기를 내부로 흐르게 하는 퍼지 밸브; 제어신호에 따라 용기의 내부가 기준압력보다 낮으면 경보를 표시하기 위한 알람; 소정의 동작 프로그램과 파라메터들이 저장되어 있는 메모리; 운용자의 이동단말과 무선으로 통신하기 위한 무선통신부; 및 설정모드에서 상기 무선통신부를 통해 운용자 무선단말의 앱과 통신하여 동작모드와 각종 파라메터를 설정하고, 선택된 동작 모드에 따라 상기 퍼지 밸브를 제어하여 퍼징이 이루어지게 하며, 퍼징이 완료되면 용기 내부의 전원을 턴온시키고, 상기 압력센서로부터 용기 내부의 압력 데이터를 입력받아 용기의 내부가 일정한 양 압이 되도록 제어하는 마이콤을 포함한다. 본 발명에 따르면 압력 방폭 구조의 용기 내에서 일반규격의 전기제품을 사용할 수 있도록 하여 설비비용을 절감할 수 있고, WiFi나 블루투스와 같은 무선통신방식으로 운용자의 스마트폰에 탑재된 앱과 연동되어 각종 파라메터를 설정하고, 설비의 동작 상태를 모니터링할 수 있어 설비 운용이 용이한 장점이 있다.

Description

압력 방폭 구조용 퍼지 컨트롤러{ PURGING CONTROLLER FOR PRESSURIZED TYPE ANTI-EXPLOSION }

본 발명은 압력 방폭 구조용 컨트롤러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 위험지역의 용기 내부를 2종 장소(zone 2)에서 비위험지역으로 감소시켜 용기 내에서 범용 전기기기를 사용할 수 있게 하는 퍼지 방식의 컨트롤러에 관한 것이다.

일반적으로, 전기설비(기기)의 방폭(explosion-Proof, anti-explosion)이란 정유공장이나 석유화학공장 및 가스제조공장과 같이 위험지역(Hazardous area)에서 사용되는 전기제품이 원인이 되어 가연성 가스나 증기 또는 분진에 인화되거나 착화되어 발생되는 폭발사고를 방지하는 것이다.

전기설비로 인한 화재폭발이 발생하기 위해서는 위험 분위기와 점화원이 공존하여야 하며, 이 조건이 성립하지 않도록 하는 것이 방폭의 기본이고, 이를 위해 위험 분위기가 생성되는 확률과 전기설비가 점화원으로 되는 확률과의 곱이 0이 되도록 해야 한다.

통상 인화성 또는 가연성 물질이 화재.폭발을 발생시킬 수 있는 농도로 대기 중에 존재하거나 존재할 우려가 있는 장소를 방폭지역이라 하고, 이 방폭지역은 가스 방폭지역과 분진 방폭지역으로 구분하여 위험분위기가 존재하는 시간과 빈도에 따라 그 종별을 결정한다. 방폭지역을 구분하는 목적은 해당 지역의 위험도에 따라 그에 상응하는 전기기기를 설치하고자 하는 것으로서, 방폭지역에 사용되는 전기기기는 소정의 방폭 규격을 만족해야 하며, 가스 방폭지역은 위험분위기의 조건에 따라 지속적인 위험분위기의 0종 장소, 통상상태에서 간헐적인 위험 분위기의 1종 장소, 이상 상태 하에서 위험 분위기의 2종 장소로 구분된다.

이와 같이 위험지역에서 사용되는 전기기기의 방폭 구조로는 내압 방폭구조와, 본질안전 방폭구조, 및 압력 방폭구조가 있다.

내압 방폭구조(Flame-proof; d)는 용기 내부에서 폭발성가스 또는 증기의 폭발시 용기가 그 압력에 견디며, 또한, 접합면, 개구부 등을 통해서 외부의 폭발성가스에 인화될 우려가 없도록 전기설비를 전폐구조의 특수 용기에 넣어 보호한 것으로, 용기 내부에서 발생되는 점화원이 용기 외부의 위험원에 점화되지 않도록 하고, 만약 폭발시에는 이때 발생되는 폭발압력에 견딜 수 있도록 한 구조이다.

본질안전 방폭구조(intrinsic safety type; i)는 방폭지역에서 전기(전기기기와 권선 등)에 의한 스파크, 접점단락 등에서 발생되는 전기적 에너지를 제한하여 사고를 예방 또는 차단하는 구조이다.

압력 방폭구조(Pressurized type; p)는 전기설비 용기 내부에 공기, 질소, 탄산가스 등의 보호가스를 봉입하여 해당 용기의 내부에 가연성 가스 또는 증기가 침입하지 못하도록 한 구조로서, 용기 내로 위험물질이 침입하지 못하도록 점화원을 격리하는 것으로 정상운전에 필요한 운전실과 같이 큰 용기와 기기에 사용된다. 즉, 압력 방폭구조는 용기 내의 압력을 외부 대기압보다 높게 유지하여 대기에 혼합되어 있는 폭발이 가능한 물질 - 아세틸렌, 수소, 에틸렌, 프로판, 먼지 등-이 용기 내로 진입하지 못하게 하는 구조로서, 용기 내에 불활성 기체 혹은 깨끗한 공기를 계속적으로 공급하는 방식이고, 압력방폭을 이용한 용기의 최대 크기는 450L를 넘지 않아야 하며, 전원 인가 전 불활성 기체 혹은 깨끗한 공기로 폭발 가능한 혼합공기 혹은 물질을 퍼지하고 해당 압력을 유지해야 한다.

한편, 압력방폭에 대한 종래기술로서 한국특허 제10-1407978호는 방폭설비의 외부에 별도 설치된 공기압 유지 시스템이 방폭설비로 공급되는 압축공기를 제어하는 구조로서 컨트롤러가 설비의 규격을 입력받고 설비의 체적을 계산하며, 계산된 설비의 체적에 따라 유량계의 유량을 제어하는 구조이다.

KR

10-1407978

B1

KR

10-1063163

B1

압력 방폭구조는 피보호 기기를 용기 내에 넣고 공기 또는 불활성 가스를 대기압 이상의 양(+) 압으로 공급하여 폭발성 가스가 침입하지 못하도록 하여 용기 내를 비방폭지역 상태로 하는 것인데, 가스누출(유입), 차단, 운전실수, 공기 공급설비 고장 등에 의해 위험 원이 용기 내로 유입될 가능성이 있을 경우 보호하는 방식에 따라 경보를 발하는 Z 퍼지(경보방식) 방식과, 기기의 운전이 자동으로 정지되는 X 퍼지(통전정지방식)으로 구분된다.

압력 방폭구조에서 Z 퍼지 시스템은 보호된 용기 내부를 2종 장소(zone2)에서 비위험지역으로, X 퍼지 시스템은 용기 내부를 zone1/zone21에서 비위험지역으로 감소시켜 용기 내에서 범용 전기기기를 사용할 수 있게 하는데, 용기 내부를 퍼징 및 양 압으로 유지하기 위한 퍼지 컨트롤러가 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 필요성을 충족시키기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 압력 방폭 구조에서 보호된 용기 내부를 2종 장소(zone2)에서 비위험지역으로 감소시켜 용기 내에서 범용 전기기기를 사용할 수 있게 하는 Z 퍼지 방식의 컨트롤러를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 WiFi나 블루투스와 같은 무선통신방식으로 운용자의 스마트폰에 탑재된 앱과 연동되어 각종 파라메터를 설정할 수 있게 하고, 설비의 동작 상태를 알려줄 수 있는 압력 방폭 구조용 퍼지 컨트롤러를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는, 내압 방폭 하우징; 용기 내부의 압력을 감지하기 위한 압력센서; 용기의 유입구에 설치되어 제어신호에 따라 온되면 외부로부터 압축된 공기를 내부로 흐르게 하는 퍼지 밸브; 제어신호에 따라 용기의 내부가 기준압력보다 낮으면 경보를 표시하기 위한 알람; 소정의 동작 프로그램과 파라메터들이 저장되어 있는 메모리; 운용자의 이동단말과 무선으로 통신하기 위한 무선통신부; 및 설정모드에서 상기 무선통신부를 통해 운용자 무선단말의 앱과 통신하여 동작모드와 각종 파라메터를 설정하고, 선택된 동작 모드에 따라 상기 퍼지 밸브를 제어하여 퍼징이 이루어지게 하며, 퍼징이 완료되면 용기 내부의 전원을 턴온시키고, 상기 압력센서로부터 용기 내부의 압력 데이터를 입력받아 용기의 내부가 일정한 양 압이 되도록 제어하는 마이콤을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 퍼지 컨트롤러는, 용기의 내부 온도를 감지하기 위한 온도센서; 및 제어신호에 따라 설정상태와 동작상태를 표시하기 위한 표시수단을 더 포함하고, 상기 마이콤은 상기 표시수단에 설정상태와 동작상태를 표시하고, 상기 온도센서로부터 온도를 입력받아 설정된 기준온도 이상이 되면 상기 알람을 표시하도록 제어하는 것이다.

또한 상기 마이콤은 파라메터 설정 단계에서 동작모드를 선택하고, 셧다운 압력(P1), 신호 압력(P2), 프리-퍼지 압력(P3), 최대 압력(P4), 퍼지시간, 히스테리 압력을 설정하고, 초기 동작시 선택된 동작모드에 따라 퍼징을 수행하며, 퍼징이 완료되면 신호압력(P2)으로 양압 상태를 유지하다가 설정된 신호압력(P2) 이하로 하강하면, 퍼지 밸브를 열어 내부의 압력을 상승시키고, 내부 압력이 신호압력(P2)에 히스테리 압력을 합한 압력이 되면 퍼지 밸브를 닫도록 제어하는 것이다.

본 발명에 따르면, 정유공장이나 석유화학공장 및 가스제조공장과 같이 위험지역(Hazardous area)에서 압력 방폭 구조를 구현하여 폭발 위험을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면 압력 방폭 구조의 용기 내에서 범용 규격의 전기기기를 사용할 수 있도록 하여 설비비용을 절감할 수 있고, WiFi나 블루투스와 같은 무선통신방식으로 운용자의 스마트폰에 탑재된 앱과 연동되어 각종 파라메터를 설정하고, 설비의 동작 상태를 모니터링할 수 있어 설비 운용이 용이한 장점이 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 압력 방폭 시스템의 전체 구성 블럭도,
도 2는 본 발명에 따른 압력 방폭 구조용 퍼지 컨트롤러의 구성 블럭도,
도 3은 본 발명에 따른 퍼지 컨트롤러의 동작 순서도,
도 4는 도 3에 도시된 파라메터 설정의 세부 순서도이다.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

도 1은 본 발명이 적용되는 압력 방폭 시스템의 전체 구성 블럭도이다.

본 발명이 적용되는 압력 방폭 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 불활성 가스의 압축공기를 공급하는 압축공기 공급원(10), 압축공기 공급원(10)의 입력 가스압력을 조절하여 설정된 압력으로 출력하는 압력 레귤레이터(20), 2종 위험지역에 설치되어 내부를 비위험지역으로 하여 일반규격의 각종 전기설비를 설치할 수 있게 하는 용기(30), 동작 초기에 용기 내부의 가스를 외부로 배출하는 퍼징을 제어하고 퍼징이 완료되면 용기의 내부가 설정된 양 압을 유지하도록 하는 퍼지 컨트롤러(40)로 구성된다.

도 1을 참조하면, 압축공기 공급원(10)은 고압의 깨끗한 공기나 불활성 가스가 주입되어 있고, 압력 레귤레이터(20)는 수동으로 압력을 설정할 수 있도록 되어 있으며 출력되는 가스압력이 설정된 압력을 일정하게 유지하도록 한다. 용기(30)는 위험공간에 설치되어 있고, 가스 유입구와 배출구가 형성되어 있으며, 가스 유입구에는 제어신호에 따라 열고 닫을 수 있는 퍼지 밸브(33)가 설치되어 있다. 그리고 용기의 배출구에는 용기 내부가 설정된 이상의 압력으로 증가되면 공기를 자동으로 배출하기 위한 벤트 기구(35)가 설치되어 있으며, 압력을 감지하기 위한 압력센서(31-1)와 온도를 감지하기 위한 온도센서(31-2)가 설치되어 있다. 또한 용기의 내부에는 제어신호에 따라 온/오프되어 내부의 설비에 전원을 연결 혹은 차단하기 위한 전원 계전기(32)가 설치되어 있으며, 용기의 외부에는 이상상태를 표출하기 위한 얼람램프(34)가 설치되어 있다.

그리고 컨트롤러(40)는 나중에 자세히 설명하는 바와 같이, 센서들(31)로부터 각종 감지 데이터를 입력받아 퍼지 밸브(33)와 전원 계전기(33), 얼람 램프(34)를 제어하여 용기 내부를 퍼지시킴과 아울러 외부 대기압보다 소정 압력 이상 높도록 양 압 상태를 유지시킨다. 이와 같이 용기 내의 압력을 외부 대기압보다 높게 유지하여 대기에 혼합되어 있는 폭발이 가능한 물질 예컨대, 아세틸렌, 수소, 에틸렌, 프로판, 먼지 등이 용기 내로 진입하지 못하게 하여 방폭 기능을 구현한다. 이때 압력 방폭을 이용한 용기(30)의 최대 크기는 450L를 넘지 않아야 한다.

도 2는 본 발명에 따른 압력 방폭 구조용 퍼지 컨트롤러의 구성 블럭도이다.

본 발명에 따른 압력 방폭 구조용 퍼지 컨트롤러(40)는 도 2에 도시된 바와 같이, 내압 방폭 하우징(41)과, 용기(30) 내부의 압력을 감지하기 위한 압력센서(31-1)와, 용기의 내부 온도를 감지하기 위한 온도센서(31-1)와, 용기(30)의 유입구에 설치되어 제어신호에 따라 온되면 외부로부터 압축된 공기를 내부로 흐르게 하는 퍼지 밸브(33)와, 용기의 내부가 기준압력보다 낮으면 경보를 표시하기 위한 알람램프(34)와, 소정의 동작 프로그램과 파라메터들이 저장되어 있는 메모리(미도시)와, 운용자의 스마트폰(50)과 무선으로 통신하기 위한 무선통신부(42)와, 설정모드에서 무선통신부(42)를 통해 운용자 스마트폰(50)의 앱과 통신하여 동작모드와 각종 파라메터를 설정하고, 선택된 동작 모드에 따라 퍼지 밸브(33)를 제어하여 퍼징이 이루어지게 하고, 퍼징이 완료되면 용기 내부의 전원 계전기(PWR;32)를 턴온시키도록 제어하는 마이콤(44)과 동작상태를 표시하기 위한 LCD(45) 및 LED(46)로 구성된다.

도 2를 참조하면, 컨트롤러(40)의 각종 부품들은 내압 방폭 구조의 하우징(41) 내부에 설치되어 있으며, 압력센서(31-1)와 온도센서(31-2)는 용기(30)의 내부에 설치되어 선을 통해 컨트롤러(40)와 연결되어 있고, 무선통신부(42)는 WiFi나 블루투스, 지그비 등과 같은 무선통신방식으로 운용자의 스마트 폰(50)과 통신하기 위한 것이다. 버튼부(43)는 무선통신이 어려운 상태에서 수동으로 각종 상태를 설정하거나 조작하기 위한 입력부로서, RESET 버튼, +버튼, -버튼, SET 버튼으로 이루어진다. LCD(45)와 LED(46)는 동작 상태와 설정 상태를 표시하기 위한 표시부이다.

MCU(44)는 프로그램이 실행되면 다음 도 3 및 도 4와 같이 전체 동작을 제어함과 아울러 운용자의 스마트폰 조작에 따라 각종 파라메터를 설정한다. 즉, MCU(44)는 파라메터 설정 단계에서 동작모드를 선택하고, 셧다운 압력(P1), 신호 압력(P2), 프리-퍼지 압력(P3), 최대 압력(P4), 퍼지시간, 히스테리 압력을 설정하고, 초기 동작시 선택된 동작모드에 따라 퍼징을 수행하며, 퍼징이 완료되면 신호압력(P2)으로 양압 상태를 유지하다가 설정된 신호압력(P2) 이하로 하강하면, 퍼지 밸브(33)를 열어 내부의 압력을 상승시키고, 내부 압력이 신호압력(P2)에 히스테리 압력을 합한 압력이 되면 퍼지 밸브(33)를 닫도록 제어한다.

도 3은 본 발명에 따른 퍼지 컨트롤러의 동작 순서도이고, 도 4는 도 3에 도시된 파라메터 설정의 세부 순서도이다.

도 3을 참조하면, 컨트롤러(40)를 설치한 후 최초 동작시나 설정이 필요한 경우에 파라메터를 설정한다(S1). 파라메터 설정은 운영자의 스마트폰(50)에 탑재된 앱과 무선통신부(42)를 통해 이루어질 수 있고, 무선설정이 어려운 경우에는 버튼부(43)의 조작을 통해 이루어질 수도 있다.

파라메터 설정단계(S1)에서는 도 4에 도시된 바와 같이, 스마트폰의 앱을 구동한 후 스마트폰과 컨트롤러를 연결한다(S101,S102). 스마트폰(50)과 컨트롤러(40)가 연결되면, 컨트롤러(40)는 스마트폰(50)의 앱을 통해 비밀번호 입력을 요구하고, 비밀번호가 일치하여 인증에 성공하면 파라메터 설정 메뉴를 표시한다(S103~S105).

파라메터 설정메뉴로는 동작모드선택(S106), 압력(P1~P4) 설정(S107), 퍼지시간 설정(S108), 온도/얼람 제어설정(S109), 히스테리 설정(S110), 바이패스 설정(S111), 보고모드 설정(S112) 등이 있다.

동작모드로는 퍼지 1 내지 퍼지 5가 있고, 압력설정에서 P1은 셧다운 압력, P2는 신호 압력, P3는 프리-퍼지 압력, P4는 최대 압력을 나타낸다. 히스테리 설정은 용기의 내부가 P2 압력 이하로 다운된 경우, 퍼지 밸브가 열려 외부의 가스가 유입되어 내부 압력을 상승시키게 되는데, 이때 P2 + '히스테리' 압력이 될 때까지 퍼지 밸브(33)가 동작되도록 설정하는 것이다. 바이패스 설정(S111)은 유지보수를 위해 문이 열리거나 압력이 손실된 경우 전원을 바이패스시키기 위한 것이다. 이와 같은 바이패스는 폭발 위험이 없는 안전한 조건에서 실행되어야 한다.

다시 도 3을 참조하면, 파라메터 설정이 이루어진 후, 동작 초기에 퍼징을 수행한다(S2). 퍼징(S2)은 작동 전 용기 내부에 있는 폭발 가능성 있는 공기를 외부로 모두 배출하고 내부를 불활성 가스로 교체하는 절차이다.

퍼징이 이루어진 후에는 압력센서(31-1)로부터 감지된 압력값을 모니터링하면서 용기의 내부 압력이 설정된 기준압력 이상이 되도록 양 압으로 유지시키고, 이후 설정된 기간 혹은 실시간으로 설비의 운영상태를 운용자 스마트폰(50)으로 제공한다.

이와 같이 본 발명에서는 운영자의 스마트폰(50)에 압력방폭 시스템관리용 프로그램(App)이 탑재되어 무선방식으로 컨트롤러(40)와 통신하여 각종 파라메터(Purge time, Shutdown pressure P1, Signal pressure P2, Pre-purge pressure P3, Maxium internal pressure P4 등)를 설정하고, 설비의 동작 상태를 실시간으로 전송해주며, 작동상태를 누적하여 설비운영정보를 주간 및 월간으로 보여줄 수 있다.

이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

10: 압축공기 공급원 20: 압력 레귤레이터
30: 용기 31: 센서
32: 전원 계전기 33: 밸브
34: 경보램프 40: 퍼지 컨트롤러
41: 하우징 42: 무선통신부
43: 버튼부 44: 마이콤
45: LCD 46: LED
50: 스마트폰

Claims

내압 방폭 하우징;
용기 내부의 압력을 감지하기 위한 압력센서;
용기의 유입구에 설치되어 제어신호에 따라 온되면 외부로부터 압축된 공기를 내부로 흐르게 하는 퍼지 밸브;
제어신호에 따라 용기의 내부가 기준압력보다 낮으면 경보를 표시하기 위한 알람;
소정의 동작 프로그램과 파라메터들이 저장되어 있는 메모리;
운용자의 이동단말과 무선으로 통신하기 위한 무선통신부; 및
설정모드에서 상기 무선통신부를 통해 운용자 무선단말의 앱과 통신하여 동작모드와 각종 파라메터를 설정하고, 선택된 동작 모드에 따라 상기 퍼지 밸브를 제어하여 퍼징이 이루어지게 하며, 퍼징이 완료되면 용기 내부의 전원을 턴온시키고, 상기 압력센서로부터 용기 내부의 압력 데이터를 입력받아 용기의 내부가 일정한 양 압이 되도록 제어하는 마이콤을 포함하는 압력 방폭 구조용 퍼지 컨트롤러.
제1항에 있어서, 상기 퍼지 컨트롤러는
용기의 내부 온도를 감지하기 위한 온도센서; 및 제어신호에 따라 설정상태와 동작상태를 표시하기 위한 표시수단을 더 포함하고,
상기 마이콤은 상기 표시수단에 설정상태와 동작상태를 표시하고, 상기 온도센서로부터 온도를 입력받아 설정된 기준온도 이상이 되면 상기 알람을 표시하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 압력 방폭 구조용 퍼지 컨트롤러.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 마이콤은
파라메터 설정 단계에서 동작모드를 선택하고, 셧다운 압력(P1), 신호 압력(P2), 프리-퍼지 압력(P3), 최대 압력(P4), 퍼지시간, 히스테리 압력을 설정하고, 초기 동작시 선택된 동작모드에 따라 퍼징을 수행하며, 퍼징이 완료되면 신호압력(P2)으로 양압 상태를 유지하다가 설정된 신호압력(P2) 이하로 하강하면, 퍼지 밸브를 열어 내부의 압력을 상승시키고, 내부 압력이 신호압력(P2)에 히스테리 압력을 합한 압력이 되면 퍼지 밸브를 닫도록 제어하는 것을 특징으로 하는 압력 방폭 구조용 퍼지 컨트롤러.