KR101445909B1 - 기체 분리 플랜트의 운전 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 공기로부터 기체를 분리생산하는 플랜트의 정보를 수집하고 플랜트의 효율을 분석한 후 최적의 운전방안을 제공하는 프로세스 컨트롤 시스템을 포함하여 이루어지고, 상기 프로세스 컨트롤 시스템은, 플랜트를 구성하는 설비들로부터 에너지 정보 및 생산 정보를 수집하여 저장하는 데이터 베이스부; 상기 데이터 베이스부에서 수집한 에너지 정보 및 생산 정보를 이용하여 원단위를 분석하는 분석부; 및 상기 분석부에서 분석한 원단위 정보를 이용하여 플랜트의 운전방안을 가이드하는 컨트롤부를 포함하여 이루어진 기체 분리 플랜트의 운전 시스템에 관한 것으로서,
본 발명에 따르면, 플랜트에 프로세스 컨트롤 시스템을 연결시켜 플랜트의 정보를 수집하고 플랜트의 효율 등을 분석한 후 최적의 운전방안을 마련함으로써 플랜트를 효율적으로 운전 관리할 수 있다.
본 발명에 따르면, 플랜트에 프로세스 컨트롤 시스템을 연결시켜 플랜트의 정보를 수집하고 플랜트의 효율 등을 분석한 후 최적의 운전방안을 마련함으로써 플랜트를 효율적으로 운전 관리할 수 있다.
Description
본 발명은 대기의 공기로부터 산소, 질소, 및 아르곤과 같은 기체를 분리 생산하는 플랜트에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 플랜트를 효율적으로 운전할 수 있는 플랜트의 운전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 제철소에서 제선 또는 제강 등을 수행하기 위해서는 산소 공급이 필요하고, 이와 같은 산소 공급을 위해서 대기의 공기로부터 산소를 분리 생산하는 플랜트가 운영되고 있다.
상기 플랜트는 대기의 공기를 압축하고 팽창 냉각한 후 비점차를 이용하여 대기 중에 함유된 산소, 질소, 및 아르곤 기체를 분리하여 생산하게 된다. 이와 같은 플랜트의 구체적인 구성은 특허공고 제1991-0010162호 등에 기재된 바와 같다.
그러나, 종래의 플랜트는 기체 생산에 투여되는 에너지 및 기체 생산을 위해 동작하는 각종 설비들의 관련 데이터를 시스템으로 운용하지 않고 대부분의 데이터를 수작업으로 관리하였기 때문에, 데이터들의 수집 및 분석이 어려워 플랜트를 효율적으로 운전하는데 어려움이 있었다.
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 플랜트를 운전하는데 필요한 데이터들의 수집 및 분석을 용이하게 하여 플랜트를 효율적으로 운전할 수 있는 플랜트의 운전 시스템과 운전 방법 및 그를 이용한 기체 분리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 공기로부터 기체를 분리생산하는 플랜트의 정보를 수집하고 플랜트의 효율을 분석한 후 최적의 운전방안을 제공하는 프로세스 컨트롤 시스템을 포함하여 이루어지고, 상기 프로세스 컨트롤 시스템은, 플랜트를 구성하는 설비들로부터 에너지 정보 및 및 생산 정보를 수집하여 저장하는 데이터 베이스부; 상기 데이터 베이스부에서 수집한 에너지 정보 및 생산 정보를 이용하여 원단위를 분석하는 분석부; 및 상기 분석부에서 분석한 원단위 정보를 이용하여 플랜트 운전방안을 가이드하는 컨트롤부를 포함하여 이루어진 기체 분리 플랜트의 운전 시스템을 제공한다.
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이상과 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 플랜트에 프로세스 컨트롤 시스템을 연결시켜 플랜트의 정보를 수집하고 플랜트의 효율 등을 분석한 후 최적의 운전방안을 마련함으로써 플랜트를 효율적으로 운전 관리할 수 있다.
특히, 본 발명은 플랜트를 운전하기 위해 필요한 각종 에너지 정보, 생산 정보, 및 설비 정보를 분석하여, 에너지 사용 현황, 기체 생산 현황, 설비 효율, 및 원단위 등과 같은 중요한 정보들을 실시간으로 획득함으로써, 플랜트 관련 정보를 실시간으로 제공하여 보다 효율적인 플랜트 운전을 가능하게 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 투여되는 에너지와 기체의 생산량을 고려하여 최적의 운전방안을 마련하고 변화되는 생산 요구 현황에 따라 플랜트의 가동 및 정지와 같은 운전방안을 구체적이면서 실시간으로 가이드할 수 있어, 에너지 낭비를 최소화하면서 능동적으로 기체 생산 관리를 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기로부터 기체 또는 액화 가스를 분리 생산하는 플랜트의 운전 시스템을 보여주는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기로부터 기체를 분리 생산하는 단위 플랜트 및 기체 전달부의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세스 컨트롤 시스템을 보여주는 모식도이다.
도 4는 기체 생산량과 생산 원단위 간의 상관관계를 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기로부터 기체를 분리 생산하는 플랜트의 운전 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기로부터 기체를 분리 생산하는 단위 플랜트 및 기체 전달부의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세스 컨트롤 시스템을 보여주는 모식도이다.
도 4는 기체 생산량과 생산 원단위 간의 상관관계를 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기로부터 기체를 분리 생산하는 플랜트의 운전 방법을 보여주는 흐름도이다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기로부터 기체 또는 액화 가스(이하 '기체 또는 액화 가스'를 '기체'로 통칭함)를 분리 생산하는 플랜트의 운전 시스템을 보여주는 모식도이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 공기로부터 기체를 분리 생산하는 플랜트(100)는 제선 또는 제강 업체 등과 같은 수요처(200)와 연결되어 있어, 상기 플랜트(100)에서 분리 생산한 기체는 수요처(200)에 전달된다. 또한, 상기 플랜트(100)는 프로세스 컨트롤 시스템(300)에 연결되어 있어, 상기 프로세스 컨트롤 시스템(300)에서 플랜트의 정보를 수집하고 플랜트의 효율 등을 분석한 후 최적의 운전방안을 마련하여 상기 플랜트(100)를 관리한다. 이하, 각각의 구성에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
상기 플랜트(100)는 공기로부터 기체를 분리 생산하는 복수 개의 단위 플랜트(101) 및 각각의 단위 플랜트(101)에서 생산한 기체를 수요처(200)에 전달(예로서, 압송)하는 기체 전달부(102)를 포함하여 이루어진다.
상기 단위 플랜트(101)는 공기를 압축하고 압축한 공기를 팽창 냉각한 후 정류하여 산소, 질소 및 아르곤과 같은 기체를 분리 생산하는 것으로서, 여러 가지 종류의 설비들의 조합으로 이루어진다.
상기 기체 전달부(102)는 생산된 기체를 수요처(200)에 바로 전달하거나 또는 생산된 기체를 임시 저장한 후 수요처(200)에 전달하는 것으로서, 복수 개의 단위 플랜트(101)에서 생산된 각각의 기체는 상기 기체 전달부(102)로 집합된 후 수요처(200)로 전달된다. 다만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 복수 개의 단위 플랜트(101) 중에서 일부 단위 플랜트(101)의 경우, 그 단위 플랜트(101)에 개별적으로 기체 전달부(102)가 구비되는 것도 가능하다.
이와 같은, 단위 플랜트(101)와 기체 전달부(102)의 구성을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기로부터 기체를 분리 생산하는 단위 플랜트(101) 및 기체 전달부(102)의 모식도이다.
도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 플랜트(101)는 원료공기 압축부(10), 한냉부(20), 및 정류부(30)를 포함하여 이루어지고, 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 전달부(102)는 저장 탱크(40), 기화기(50), 및 기체 압축기(60)를 포함하여 이루어진다.
상기 원료공기 압축부(10)는 원료공기를 고압으로 압축하는 역할을 하는 것으로서, 제1 공기 압축기(11), 수세 냉각탑(12), 제1 냉수탑(13), 제2 냉수탑(14), 흡착기(15), 및 제2 공기 압축기(16)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제1 공기 압축기(11)는 유입된 원료공기를 압축한다. 상기 제1 공기 압축기(11)는 인터쿨러(intercooler)를 구비한 다단압축기로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다. 도시하지는 않았지만, 상기 제1 공기 압축기(11) 전단에 에어 필터가 추가로 구비될 수 있으며, 이 경우, 유입된 원료공기는 에어 필터에서 분진이 제거되고, 그 후에 공기 압축기(11)로 진입하게 된다.
상기 수세 냉각탑(12)은 상기 공기 압축기(11)와 연결되어 있어, 상기 공기 압축기(11)에서 압축된 공기를 상온까지 냉각하고 압축된 공기에 함유된 분진을 제거한다. 이와 같은 수세 냉각탑(12)에는 제1 냉수탑(13) 및 제2 냉수탑(14)이 연결되어 있어, 상기 제1 냉수탑(13) 및 제2 냉수탑(14)에서 제공하는 냉수를 이용하여 수세 냉각탑(12)에서 공기를 냉각시키게 된다. 보다 구체적으로 설명하면, 상기 제1 냉수탑(13)에서 방출된 냉수의 일부는 상기 수세 냉각탑(12)으로 바로 제공되고, 상기 제1 냉수탑(13)에서 방출된 냉수의 나머지는 상기 제2 냉수탑(14)을 경유하여 더욱더 냉각된 후 상기 수세 냉각탑(12)으로 제공될 수 있다. 이때, 상기 수세 냉각탑(12)은 2층 구조로 이루어져 있어, 1층으로는 상기 제1 냉수탑(13)에서 냉수를 제공받고, 2층으로는 상기 제2 냉수탑(14)에서 냉수를 제공받을 수 있다. 상기 제2 냉수탑(14)은 냉수를 더욱더 냉각하게 되는데, 이때, 냉수를 냉각하는 냉매로서 상기 정류부(30)에서 생산되는 불순 질소를 활용할 수 있다.
상기 흡착기(15)는 상기 수세 냉각탑(12)과 연결되어 있어, 상기 수세 냉각탑(12)에서 수세되고 냉각된 공기에 함유된 불순물, 특히, 폭발가능성이 있는 불순물을 흡착하여 제거한다. 이와 같은 흡착기(15)는 경우에 따라서 생략이 가능하다.
상기 제2 공기 압축기(16)는 상기 흡착기(15)와 연결되어 있어, 상기 흡착기(15)에서 불순물이 제거된 공기를 2차로 압축한다. 이와 같은 제2 공기 압축기(16)도 전술한 제1 공기 압축기(11)와 마찬가지로 인터쿨러(intercooler)를 구비한 다단압축기로 이루어질 수 있다. 한편, 제2 공기 압축기(16)가 반드시 필요한 것은 아니고, 경우에 따라서 제2 공기 압축기(16)는 생략이 가능하다.
상기 한냉부(20)는 상기 원료공기 압축부(10)와 연결되어 있어, 상기 원료공기 압축부(10)에서 압축한 공기를 팽창시키면서 비등점 근방까지 공기를 냉각시키는 역할을 하는 것으로서, 팽창 터빈(21) 및 열교환기(22)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 팽창 터빈(21)은 압축된 공기를 팽창시키면서 냉각시키고, 상기 열교환기(22)는 소정의 냉매, 바람직하게는, 상기 정류부(30)에서 생산되는 불순 질소를 이용하여 압축된 공기를 냉각시킨다. 특히, 상기 열교환기(22)는 압축된 공기로부터 수분 및 이산화탄소를 응결 제거하는 부수적인 기능도 수행한다. 이와 같은 팽창 터빈(21)과 열교환기(22)는 서로 연결되어 있어, 압축된 공기가 팽창 터빈(21)과 열교환기(22) 사이를 이동하면서 팽창 및 냉각될 수 있다.
상기 팽창 터빈(21)은 상기 제2 공기 압축기(16)에서 2차로 압축된 공기를 제공받고, 상기 열교환기(22)는 상기 흡착기(15)로부터 압축 공기를 제공받을 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다. 이와 같은 팽창 터빈(21) 및 열교환기(22)에서 냉각된 공기는 개별적으로 상기 정류부(30)로 제공된다.
상기 정류부(30)는 상기 한냉부(20)와 연결되어 있어, 상기 한냉부(20)에서 팽창 및 냉각한 공기로부터 소정의 기체를 분리 생산하는 역할을 하는 것으로서, 정류탑(31)을 포함하여 이루어진다.
상기 정류탑(31)은 공기를 각 성분별 비점 이하로 냉각하면서 산소, 질소, 및 아르곤 성분의 기체를 분리 생산한다. 이와 같은 정류탑(31)은 도시하지는 않았지만, 복수 개가 직렬로 연결되어, 각각의 정류탑(31)에서 개별적으로 기체를 분리 생산할 수 있다.
상기 기체 전달부(102)는 상기 정류부(30)와 연결되어 있어, 상기 정류부(30)에서 분리 생산한 기체를 수요처에게 전달하는 역할을 하는 것으로서, 저장 탱크(40), 기화기(50), 및 기체 압축기(60)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 저장 탱크(40)는 상기 정류탑(31)에서 생산된 액체 성분인 액화 가스를 저장한다.
상기 기화기(50)는 상기 저장 탱크(40)와 연결되어 있어, 상기 저장 탱크(40)에 저장된 액화 가스를 기화시킨다. 일반적으로, 공기로부터 분리 생산한 액화 가스는 기체 상태로 수요처에 압송되기 때문에, 상기 저장 탱크(40)에 기화기(50)가 연결되는 것이다.
상기 기체 압축기(60)는 상기 정류탑(31)에서 생산된 기체 성분인 가스를 압축하여 수요자에게 기체의 전달을 용이하게 한다. 이와 같은 기체 압축기(60)는 생산되는 기체의 성분별로 구비된다. 즉, 산소 압축기 및 질소 압축기 등의 압축기가 별도로 구비된다. 또한, 각각의 산소 압축기 및 질소 압축기는 복수 개가 병렬로 연결된다. 이와 같은 기체 압축기(60)는 인터쿨러(intercooler)를 구비한 다단압축기로 이루어질 수 있다.
다시, 도 1을 참조하면, 이상 설명한 플랜트(100)는 프로세스 컨트롤 시스템(300)에 의해 컨트롤 된다. 상기 프로세스 컨트롤 시스템(300)은 데이터 베이스(DB)부(310), 분석부(320), 및 컨트롤부(330)를 포함하여 이루어진다.
상기 데이터 베이스(DB)부(310)는 상기 플랜트(100)의 정보를 수집하며, 특히, 복수 개의 단위 플랜트(101) 각각의 정보 및 기체 전달부(102)의 정보를 수집한다.
상기 분석부(320)는 상기 데이터 베이스(DB)부(310)에서 수집한 정보를 이용하여 상기 플랜트(100)의 운전과 관련된 다양한 사항들을 분석한다.
상기 컨트롤부(330)는 상기 분석부(320)에서 분석한 사항을 기초로 하여 상기 플랜트(100)의 운전과 관련된 최적의 운전방안을 마련하고, 마련한 최적의 운전방안에 따라 플랜트(100)를 운전 관리한다. 이때, 상기 컨트롤부(330)는 수요처(200)로부터의 수요정보를 입수하고, 입수한 수요정보를 기초로 하여 플랜트(100)의 최적 운전방안을 마련한다. 또한, 상기 컨트롤부(330)는 상기 분석부(320)에서 분석한 사항을 기초로 하여 개별 설비 또는 개별 단위 플랜트(101)별 문제를 진단하는 기능도 수행할 수 있다.
이와 같은 데이터 베이스(DB)부(310), 분석부(320) 및 컨트롤부(330)에 대해서 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세스 컨트롤 시스템(300)을 보여주는 모식도로서, 이하에서는, 도 3에 도시한 구성들의 설명을 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.
도 3에서 알 수 있듯이, 데이터 베이스부(310)는 에너지 정보, 생산 정보, 및 설비 정보를 수집하고, 수집한 정보를 히스토리 데이터 베이스(History DB) 및 실시간 데이터 베이스(Real-time DB)로 구분하여 저장한다.
상기 에너지 정보는 전력량, 스팀량, 용수량, 압력, 및 온도 등의 정보로 구성되며, 이와 같은 에너지 정보는 전술한 플랜트(100)를 구성하는 개별 설비로부터 제공받는다.
이에 대해서 보다 구체적으로 설명하면, 상기 전력량 정보는 전력을 사용하는 설비, 예로서 단위 플랜트(101) 및 기체 전달부(102)를 구성하는 모든 설비로부터 제공받을 수 있고, 상기 스팀량 정보는 스팀을 사용하는 설비, 예로서 액화 가스를 기화시키는 기화기(50)로부터 제공받을 수 있고, 상기 용수량 정보는 냉각용수를 사용하는 설비, 예로서 인터쿨러가 구비된 제1/제2 공기 압축기(11,16), 수세 냉각탑(12), 및 인터쿨러가 구비된 기체 압축기(60)로부터 제공받을 수 있다. 또한, 상기 압력 및 온도 정보는 압력과 온도에 따라 효율이 변경될 수 있는 설비, 예로서 제1/제2 공기 압축기(11,16), 수세 냉각탑(12), 및 기체 압축기(60)로부터 제공받을 수 있다.
이상과 같이, 전력량, 스팀량, 용수량, 압력 및 온도 등의 에너지 정보는 플랜트(100)를 구성하는 개별 설비들로부터 제공받게 되며, 따라서, 에너지 정보를 상기 데이터 베이스부(310)에 제공해야 하는 플랜트(100)의 개별 설비들은 필요한 에너지 정보를 센싱하기 위한 센서를 구비하고 있다. 예로서, 전력량, 용수량, 압력 및 온도 정보를 데이터 베이스부(310)에 제공해야 하는 제1/제2 공기 압축기(11, 16) 및 기체 압축기(60)는 전력량계, 유량계, 압력계 및 온도계를 구비하고 있다.
상기 생산 정보는 생산량, 저장량, 및 전달량 등의 정보로 구성되며, 이와 같은 에너지 정보도 전술한 플랜트(100)를 구성하는 개별 설비로부터 제공받는다.
이에 대해서 보다 구체적으로 설명하면, 상기 생산량 정보는 기체를 생산하는 설비인 정류탑(31)에서 제공받을 수 있고, 상기 저장량 정보는 액화 가스를 저장하는 설비인 저장 탱크(40)에서 제공받을 수 있고, 상기 전달량 정보는 기체를 전달하는 기체 전달부(102), 보다 구체적으로는, 기체 압축기(60) 및 기화기(50) 후단에 배치될 유량계에서 제공받을 수 있다.
이상과 같이, 생산량, 저장량, 및 전달량 등의 생산 정보는 플랜트(100)를 구성하는 개별 설비들로부터 제공받게 되며, 따라서, 생산 정보를 데이터 베이스부(310)에 제공해야 하는 플랜트(100)의 개별 설비들은 필요한 생산 정보를 센싱하기 위한 유량계를 구비하고 있다.
상기 설비 정보는 가동상태, 고장유무, 및 설비사양 등의 정보로 구성되며, 이와 같은 설비 정보도 정보 종류에 따라 전술한 플랜트(100)를 구성하는 개별 설비로부터 제공받을 수도 있고, 시스템 초기 세팅시에 입력될 수도 있다.
즉, 상기 가동상태 및 고장유무는 플랜트(100)를 구성하는 개별 설비로부터 제공받게 되며, 상기 설비사양은 시스템 초기 세팅시에 입력된 정보를 이용하게 된다. 따라서, 상기 가동상태 및 고장유무와 같은 설비 정보를 데이터 베이스부(310)에 제공해야 하는 플랜트(100)의 개별 설비들은 필요한 설비 정보를 센싱하기 위한 센서를 구비하고 있다.
이상과 같이, 플랜트(100)를 구성하는 개별 설비는 각종 정보를 센싱하기 위한 각종 센서를 구비하고 있으며, 각종 센서에서 센싱한 정보는 유선 또는 무선 통신에 의해서 상기 데이터 베이스부(310)에 제공되고, 상기 데이터 베이스부(310)에서는 정보에 태그(Tag)를 부여하여 제공된 시간과 정보의 구체적인 값을 저장한다.
도 3에서 알 수 있듯이, 분석부(320)는 데이터 베이스부(310)로부터 에너지 정보, 생산 정보 및 설비 정도를 제공받고, 제공받은 정보로부터 다양한 플랜트 운전 관련 정량 분석 및 정성 분석을 수행한다.
상기 정량 분석의 예로는, 제공받은 에너지 정보를 이용하여 에너지 사용 현황을 분석하는 것과 제공받은 생산 정보를 이용하여 기체 생산 현황을 분석하는 것을 들 수 있다.
상기 에너지 사용 현황 분석에 대해서 보다 구체적으로 설명하면, 에너지 종류별(즉, 전력, 스팀 및 용수별) 사용 현황, 사용 시간대별 현황, 설비 종류별 현황, 또는 주요 공정별 현황을 분석하여 실시간으로 에너지 흐름 및 에너지 사용 패턴을 분석할 수 있다.
상기 기체 생산 현황 분석에 대해서 보다 구체적으로 설명하면, 생산된 기체별(즉, 산소, 질소, 및 아르곤) 생산 현황, 또는 생산된 기체의 수요처 전달 현황을 분석하여 실시간으로 기체 생산 및 전달 패턴을 분석할 수 있다.
상기 정성 분석의 예로는, 제공받은 에너지 정보와 생산정보를 이용하여 설비의 효율을 분석하는 것과 원단위를 분석하는 것, 그리고 각종 정보들 간의 상관관계를 분석하는 것을 들 수 있다.
상기 설비 효율 분석에 대해서 보다 구체적으로 설명하면, 각각의 설비에 투여된 에너지량(즉, 전력량, 스팀량, 또는 용수량) 정보와 각각의 설비의 작동 이후에 변화된 온도 또는 압력 정보를 통해서 개별 설비의 효율을 분석할 수 있으며, 이와 같은 효율 분석은 각종 설비별로 당업계에서 널리 이용되는 효율 분석방법을 적용할 수 있다.
상기 원단위 분석에 대해서 보다 구체적으로 설명하면, 상기 원단위 분석은 단위 플랜트(101)의 원단위 분석과 개별 설비의 원단위 분석으로 구분할 수 있다. 상기 단위 플랜트(101)의 원단위 분석은 단위 플랜트(101)에 투여된 전력량 정보와 단위 플랜트(101)에서 생산된 기체의 생산량 정보를 이용한 기체생산량 원단위를 분석하는 것이고, 상기 개별 설비의 원단위 분석은 기체 압축기(60)에 투여된 전력량 정보와 기체 압축기에서 압축하여 전달한 유량 원단위를 분석하는 것을 들 수 있다.
이와 같은 원단위 분석은 생산 기체별(즉, 산소, 질소, 및 아르곤), 에너지 종류별(즉, 전력, 스팀, 또는 용수), 시간대별, 및 개별 설비별로 수행할 수 있다.
상기 각종 정보들 간의 상관관계 분석에 대해서 보다 구체적으로 설명하면, 에너지 정보와 생산 정보 사이의 상관관계, 생산 정보와 설비 정보 사이의 상관관계, 에너지 정보와 설비 효율 사이의 상관관계, 또는 에너지 정보와 원단위 사이의 상관관계 등을 분석할 수 있다.
이와 같이, 분석부(320)는 분석 대상에 따라서 복수 개의 단위 플랜트(101) 별로 정량 분석 및 정성 분석을 수행하고, 분석을 통해 얻은 정보를 컨트롤부(300)에 제공한다.
또한, 상기 분석부(320)에서 분석된 정보는, 디스플레이부(325)로 전달되어 표, 그래프 또는 그림 등으로 형상화되어 표시될 수 있으며, 그에 따라 플랜트 관리를 보다 용이하게 수행할 수 있게 된다.
도 3에서 알 수 있듯이, 컨트롤부(330)는 분석부(320)로부터 분석 정보를 제공받고, 제공받은 분석 정보로부터 최적의 플랜트 운전 방안을 가이드한다. 또한, 컨트롤부(330)는 분석부(320)에서 제공받은 분석 정보로부터 개별 설비별 또는 개별 단위 플랜트별 문제를 진단할 수 있다.
상기 문제 진단에 대해서 보다 구체적으로 설명하면, 분석부(320)에서 분석한 에너지 사용현황, 기체 생산현황, 및 설비 효율 분석 정보 등을 이용하여 각 설비별 고장 유무를 파악하고, 그와 더불어 고장 원인을 진단할 수 있다. 또한, 분석부(320)에서 분석한 단위 플랜트(101)의 원단위 정보의 변화 여부를 모니터링함으로써 단위 플랜트(101)에 대한 이상징후 및 각 설비별 이상징후를 진단하여 알람(alarm) 기능을 수행할 수 있다.
상기 최적의 플랜트 운전 방안 가이드에 대해서 보다 구체적으로 설명하면, 분석부(320)에서 제공받은 기체생산 원단위 정보를 통해서 각 단위 플랜트(101) 별 우선순위를 정하게 된다. 즉, 복수 개의 단위 플랜트(101)들 중에서 어느 단위 플랜트(101)를 먼저 가동할지 여부와 어느 단위 플랜트(101)를 먼저 중지할지 여부를 각 단위 플랜트(101)의 기체생산 원단위 정보를 통해서 결정한다.
또한, 각 단위 플랜트(101)별 우선순위를 정한 이후에는, 총 기체 생산량을 고려하여 가동할 단위 플랜트(101)를 선정하고 총 기체 생산량을 어떠한 양으로 선정된 단위 플랜트(101)에 분배할지 여부, 즉, 선정된 단위 플랜트(101)별 분배량을 결정하게 된다.
한편, 총 기체 생산량은 수요처의 요구에 의존하는 것으로서, 수요처의 수요정보를 미리 파악함으로써, 수요처의 요구 변화에 능동적으로 대처할 수 있게 된다. 보다 구체적으로 설명하면, 상기 컨트롤부(330)는 수요처와 통신하여, 현재와 미래의 수요량 정보 및 장비의 세정/수리 등의 관리(maintenance) 시기 등과 같은 수요정보를 수요처로부터 제공받아 총 기체 생산량을 결정할 수 있으며, 이 경우, 수요처의 수요량 변화를 미리 예측함으로써 총 기체 생산량을 능동적으로 조절할 수 있고, 그에 따라 최적의 플랜트 운전 방안을 제공할 수 있게 된다.
이와 같이, 컨트롤부(330)는 설비별 또는 플랜트별 문제 진단 및 최적의 플랜트 운전 방안을 마련하고, 그에 따라 각 플랜트의 운전을 컨트롤한다.
또한, 상기 컨트롤부(330)에서 진단한 문제 및 최적의 플랜트 운전 방안은, 디스플레이부(325)로 전달되어 표시될 수 있으며, 그에 따라 플랜트 관리를 보다 용이하게 수행할 수 있게 된다. 한편, 도시하지는 않았지만, 상기 컨트롤부(330)에서 진단한 문제 및 최적의 플랜트 운전 방안은, 인터넷 또는 모바일을 통해서 실시간 서비스로 제공될 수도 있다.
이와 같은, 최적의 플랜트 운전 방안 가이드에 대해서 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 4는 기체 생산량과 생산 원단위 간의 상관관계를 보여주는 그래프이다.
도 4(a)에서 알 수 있듯이, 기체 생산량이 증가할수록 생산 원단위는 감소하는 것을 알 수 있다. 즉, 간단히 말하면, 기체 생산량이 증가할수록 생산효율이 증가하는 것을 알 수 있고, 따라서, 생산효율을 증가시키기 위해서는 단위 플랜트(101)의 기체 생산량을 증가시키는 것이 바람직함을 알 수 있다.
도 4(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 각 단위 플랜트(1PL, 2PL, 3PL, 4PL, 5PL)별 우선순위 및 분배량을 결정하는 방안을 설명하기 위해 임의로 설정한 데이터로서, 각 단위 플랜트별로 최대 기체 생산량인 경우의 생산 원단위 및 표준 기체 생산량인 경우의 생산 원단위를 표시한 것이다.
표준 기체 생산량은 각 단위 플랜트를 설계할 때 임의로 설정한 적정 기체 생산량을 의미하고, 최대 기체 생산량은 각 단위 플랜트가 최대로 생산할 수 있는 기체 생산량을 의미한다.
도 4(a)에서 살펴본 바와 같이, 기체 생산량이 증가할수록 생산량 원단위가 감소하는 경향이 있으므로, 도 4(b)에서도 각 단위 플랜트에서 표준 기체 생산량인 경우보다는 최대 기체 생산량인 경우에 생산량 원단위가 감소하게 된다.
따라서, 기체 생산을 효율을 극대화하기 위해서는, 각 단위 플랜트에서 최대 기체 생산량으로 기체를 생산하는 것이 바람직하고, 또한, 최대 기체 생산량을 기준으로 하여 생산량 원단위가 가장 작은 단위 플랜트부터 가장 큰 단위 플랜트 순으로 기체 생산을 위한 가동순서를 정하고, 생산량 원단위가 가장 큰 단위 플랜트부터 가장 작은 단위 플랜트 순으로 정지순서를 정하는 것이 바람직하다.
즉, 기체 생산을 위한 각 단위 플랜트별 우선순위는 최대 기체 생산량을 기준으로 생산량 원단위가 가장 작은 단위 플랜트를 맨처음으로 배치하고 그 이후 생산량 원단위가 증가하는 순으로 차례로 정렬하는 것이 바람직하다.
한편, 기체 총 생산량이 결정된 경우 우선순위별로 정렬된 단위 플랜트에 어떻게 기체 생산량을 분배하는지에 대해서 설명하면, 최대 기체 생산량을 기준으로 하여 생산량 원단위가 가장 작은 단위 플랜트부터 점차 큰 단위 플랜트 순으로 각 단위 플랜트의 최대 기체 생산량을 순차적으로 합산하여 갈 때, 합산한 값이 총 기체 생산량을 처음으로 초과하는 때의 단위 플랜트까지를 가동할 단위 플랜트로 선정하고, 선정한 단위 플랜트에서 최대 기체 생산량을 생산하도록 분배하되, 각 단위 플랜트의 최대 기체 생산량의 합계와 총 기체 생산량 사이의 차이는 단위 플랜트별로 차감하게 된다. 특히, 상기 차감시에는 각 단위 플랜트별 생산량 원단위를 참고로 한다. 이와 같은 단위 플랜트의 선정 및 분배는 아래 예를 참조하면, 보다 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
예를 들어, 만약, 도 4(b)에서와 같은 우선순위을 가지면서, 1PL은 최대 기체 생산량이 100kNm3/hr이고, 4PL은 최대 기체 생산량이 110kNm3/hr이고, 2PL은 최대 기체 생산량이 120kNm3/hr이고, 3PL은 최대 기체 생산량이 100kNm3/hr이고, 5PL은 최대 기체 생산량이 110kNm3/hr인 상황에서, 400kNm3/hr의 기체를 생산해야 한다고 가정하면, 1PL, 4PL, 2PL, 및 3PL의 최대 기체 생산량이 430kNm3/hr이므로, 최하순위인 5PL은 기체생산에서 배제하여 총 4대의 단위 플랜트만을 이용하면서 기체를 생산하게 된다. 이때, 총 4대의 단위 플랜트에서 최대 기체 생산량의 합계(430kNm3/hr)와 총 기체 생산량(400kNm3/hr) 사이의 차이(30kNm3/hr)에 해당하는 만큼 4대의 단위 플랜트 중에서 차감하게 된다. 이와 같은 4대의 단위 플랜트 중에서 차감하는 정도는 각 단위 플랜트별로 동일한 정도씩 차감하는 경우와 원단위가 작은 단위 플랜트에서 원단위가 큰 단위 플랜트 순으로 점차로 증가시키는 경우, 즉, 상대적으로 효율이 낮은 단위 플랜트에서의 차감하는 정도를 크게 설정하는 경우를 비교하여 효율 감소를 최소화할 수 있는 값을 정하여 설정하게 되며, 이에 대한 결정은 미리 준비된 기체 생산량 변동에 따른 생산량 원단위 변화량 데이터를 근거로 한다.
한편, 이상은 각 단위 플랜트별 생산량 원단위 정보를 이용하여 단위 플랜트별 우선순위, 가동할 단위 플랜트 선정 및 생산 분배량을 가이드하는 방안에 대해서 설명하였는데, 유사한 방법으로 기체 전달부를 구성하는 각 기체 압축기(60)별 기체 유량 원단위 정보를 이용하여 복수 개의 기체 압축기별 우선순위, 가동할 기체 압축기 선저 및 유량 분배량을 가이드할 수 있다.
이상 설명한 플랜트의 운전 시스템을 이용하여, 공기로부터 기체를 분리 생산하는 플랜트의 운전 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기로부터 기체를 분리 생산하는 플랜트의 운전 방법을 보여주는 흐름도이다. 이하에서는 도 5에 도시한 흐름도 상의 구성을 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.
우선, 에너지 정보, 생산 정보, 및 설비 정보를 센싱한다(1S).
상기 에너지 정보, 생산 정보, 및 설비 정비에 대한 센싱은 플랜트(100)를 구성한 개별 설비에서 수행한다. 이를 위해서, 센싱을 수행해야 하는 개별 설비는 센싱 대상이 되는 정보에 따라 다양한 센서, 예로서, 전력량계, 유량계, 압력계, 또는 온도계 등을 구비하게 된다.
상기 에너지 정보, 생산 정보, 및 설비 정도에 대한 구체적인 내용 및 센싱을 수행해야 하는 개별 설비에 대한 구체적인 내용은 전술한 바와 동일하므로 반복 설명은 생략하기로 한다.
다음, 상기 센싱한 에너지 정보, 생산 정보, 및 설비 정보를 수집하고 저장한다(2S).
상기 센싱한 정보에 대한 수집 및 저장은 데이터 베이스부(310)에서 이루어진다. 구체적으로, 상기 센싱한 정보는 유선 또는 무선 통신에 의해서 상기 데이터 베이스부(310)로 수집되고, 수집된 정보는 센싱한 시간 정보와 함께 저장된다. 특히, 수집된 정보는 히스토리 데이터 베이스(History DB) 및 실시간 데이터 베이스(Real-time DB)로 구분하여 저장한다.
다음, 상기 수집 저장한 에너지 정보, 생산 정보, 및 설비 정보를 활용하여 정량 분석 및 정성 분석을 수행한다(3S).
상기 정량 분석 및 정성 분석은 분석부(320)에서 수행한다.
상기 분석부(320)는 정량분석부 및 정성분석부를 구비함으로써, 상기 정량분석부에서 에너지 사용현황 및 기체 생산현황 등에 대해서 정량 분석을 수행하고, 상기 정성분석부에서 설비 효율, 원단위, 및 각종 정보들간 상관관계에 대한 정성 분석을 수행한다. 각각의 분석에 대한 구체적인 사항은 전술한 바와 동일하므로, 반복 설명은 생략한다.
이와 같은 분석부(330)에서 분석한 분석 정보는 용이한 플랜트 관리를 위해서 디스플레이될 수 있다(4S).
다음, 상기 분석한 정량 분석 및 정성 분석 자료를 이용하여 플랜트의 문제를 진단하고 운전가이드를 제공한다(5S).
상기 플랜트의 문제 진단 및 운전가이드는 컨트롤부(330)에서 수행한다.
상기 컨트롤부(330)는 전술한 바와 같이, 에너지 사용현황, 기체 생산현황, 및 설비 효율분석 정보 등을 활용하여 개별 설비별 고장 유무를 파악하고, 고장 원인을 진단할 수 있고, 또한, 단위 플랜트(101)에 대한 이상징후를 진단할 수 있다.
또한, 상기 컨트롤부(330)는 기체생산 원단위 정보를 활용하여 복수 개의 단위 플랜트(101)별 우선순위를 정하고, 총 기체 생산량을 고려하여 가동할 단위 플랜트(101)를 선정하고 선정한 단위 플랜트(101) 별 기체 생산량을 결정한다. 이때, 상기 총 기체 생산량은 수요처의 현재와 미래의 수요량 정보 및 장비의 세정/수리 등의 관리(maintenance) 시기 등과 같은 수요정보를 제공받아 결정하는 것이 바람직하다.
이와 같은 컨트롤부(330)에서 진단한 문제 및 최적의 플랜트 운전 방안은 용이한 플랜트 관리를 위해서 디스플레이될 수 있고(4S), 또한, 인터넷 또는 모바일을 통해서 실시간 서비스로 제공될 수 있다(6S).
다음, 상기 문제 진단결과에 따라 플랜트에 알람을 제공하고, 상기 운전방안에 따라 플랜트를 운전한다(7S).
100: 플랜트 101: 단위 플랜트
102: 기체 전달부 200: 수요처
300: 프로세스 컨트롤 시스템 310: 데이터 베이스부
320: 분석부 325: 디스플레이부
330: 컨트롤부 10: 원료 공기 압축부
11: 제1 공기 압축기 12: 수세 냉각탑
13: 제1 냉수탑 14: 제2 냉수탑
15: 흡착기 16: 제2 공기압축기
20: 한냉부 21: 팽창 터빈
22: 열교환기 30: 정류부
31: 정류탑 40: 저장 탱크
50: 기화기 60: 기체 압축기
102: 기체 전달부 200: 수요처
300: 프로세스 컨트롤 시스템 310: 데이터 베이스부
320: 분석부 325: 디스플레이부
330: 컨트롤부 10: 원료 공기 압축부
11: 제1 공기 압축기 12: 수세 냉각탑
13: 제1 냉수탑 14: 제2 냉수탑
15: 흡착기 16: 제2 공기압축기
20: 한냉부 21: 팽창 터빈
22: 열교환기 30: 정류부
31: 정류탑 40: 저장 탱크
50: 기화기 60: 기체 압축기
Claims (16)
- 공기로부터 기체를 분리 생산하는 플랜트의 정보를 수집하고 플랜트의 효율을 분석한 후 최적의 운전방안을 제공하는 프로세스 컨트롤 시스템을 포함하여 이루어지고, 상기 프로세스 컨트롤 시스템은,
플랜트를 구성하는 설비들로부터 에너지 정보 및 생산 정보를 수집하여 저장하는 데이터 베이스부;
상기 데이터 베이스부에서 수집한 에너지 정보 및 생산 정보를 이용하여 원단위 정보를 분석하는 분석부; 및
상기 분석부에서 분석한 원단위 정보를 이용하여 플랜트 운전방안을 가이드하는 컨트롤부를 포함하고,
상기 컨트롤부는 가동할 단위 플랜트별 기체 생산량을 분배하는 것을 특징으로 하는 기체 분리 플랜트의 운전 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 컨트롤부는 상기 원단위 정보를 이용하여 복수 개의 단위 플랜트별 우선순위를 결정하는 것을 특징으로 하는 기체 분리 플랜트의 운전 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 복수 개의 단위 플랜트별 우선순위는 각 단위 플랜트의 최대 기체 생산량을 기초하여 가동순서 및 정지순서로 결정되는 것을 특징으로 하는 기체 분리 플랜트의 운전 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 가동순서는 복수 개의 단위 플랜트 각각의 최대 기체 생산량을 기준으로 하여 생산량 원단위가 가장 작은 단위 플랜트부터 가장 큰 단위 플랜트 순으로 결정하고,
상기 정지순서는 복수 개의 단위 플랜트 각각의 최대 기체 생산량을 기준으로 하여 생산량 원단위가 가장 큰 단위 플랜트부터 가장 작은 단위 플랜트 순으로 결정하는 것을 특징으로 하는 기체 분리 플랜트의 운전 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 컨트롤부는 총 기체 생산량 및 각 단위 플랜트의 최대 기체 생산량을 고려하여 가동할 단위 플랜트를 선정하는 것을 특징으로 하는 기체 분리 플랜트의 운전 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 가동할 단위 플랜트는, 최대 기체 생산량을 기준으로 하여 생산량 원단위가 가장 작은 단위 플랜트부터 점차 큰 단위 플랜트 순으로 각 단위 플랜트의 최대 기체 생산량을 순차적으로 합산하여 갈 때, 합산한 값이 총 기체 생산량을 처음으로 초과하는 때의 단위 플랜트까지로 선정하는 것을 특징으로 하는 기체 분리 플랜트의 운전 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 총 기체 생산량은 수요처의 현재 수요량, 미래 수요량, 장비 세정 시기, 장비 수리 시기 중 적어도 하나의 수요정보를 수요처로부터 제공받아 상기 컨트롤부에서 결정하는 것을 특징으로 하는 기체 분리 플랜트의 운전 시스템. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 단위 플랜트별 기체 생산량 분배는, 선정한 단위 플랜트 각각에 최대 기체 생산량을 분배하되, 단위 플랜트 각각의 최대 기체 생산량의 합계와 총 기체 생산량 사이의 차이를 각 단위 플랜트별로 차감하는 것을 특징으로 하는 기체 분리 플랜트의 운전 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 컨트롤부는, 상기 분석부에서 분석한 원단위 정보의 변화 여부를 모니터링함으로써, 단위 플랜트 및 각 설비별 이상징후를 추가로 진단하는 것을 특징으로 하는 기체 분리 플랜트의 운전 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 분석부는 상기 에너지 정보 및 생산 정보를 이용하여, 에너지 사용 현황, 기체 생산 현황, 및 설비 효율 중 적어도 하나를 추가로 분석하는 것을 특징으로 하는 기체 분리 플랜트의 운전 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 컨트롤부는 상기 분석부에서 분석한 에너지 사용 현황, 기체 생산 현황, 및 설비 효율 중 적어도 하나를 이용하여 각 설비별 고장 유무를 파악하고 고장 원인을 추가로 진단하는 것을 특징으로 하는 기체 분리 플랜트의 운전 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 프로세스 컨트롤 시스템은, 상기 분석부에서의 분석 정보 및 상기 컨트롤부에서의 플랜트 운전방안 중 적어도 하나를 제공받아 표시하는 디스플레이부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 분리 플랜트의 운전 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 컨트롤부는 상기 원단위 정보를 이용하여 복수 개의 기체 압축기별 우선순위를 정하고, 총 기체 유량을 고려하여 가동할 기체 압축기를 선정하고, 가동할 기체 압축기별 기체 유량을 분배하는 것을 특징으로 하는 기체 분리 플랜트의 운전 시스템. - 삭제
- 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110147817A KR101445909B1 (ko) | 2011-12-30 | 2011-12-30 | 기체 분리 플랜트의 운전 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110147817A KR101445909B1 (ko) | 2011-12-30 | 2011-12-30 | 기체 분리 플랜트의 운전 시스템 |
Publications (2)
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