소둔로 내부의 이슬점 온-라인 측정장치 개발

목차

1. 서 론

2. 이슬점 측정 이론

3. 실험 및 결과

3.1 실험장치

3.2 실험결과

(1) 경로상의 응축현상 관찰
(2) 수분량과 이슬점의 관계

4. 현장 설치

5. 결 론

본문내용

omatograph를 이용하여 측정한 수분량과 chilled mirror 이슬점측정장치를 이용하여 구한 이슬점의 관계를 그림 8에 나타냈다. 날짜별로 측정한 결과를 같은 그래프상에 나타내어 측정결과에 대한 재현성을 확인하였다. 그림 8(a)는 질소 peak 크기에 대한 수분 peak 크기의 비와 이슬점의 관계를 나타낸 것이며 그림 8(b)는 질소 peak 면적에 대한 수분 peak 면적의 비와 이슬점의 관계를 나타낸 것이다. 그림 8의 (a)와 (b)를 분석하여 보면, peak 면적비보다 peak 크기비가 이슬점과의 관계에 있어서 더 재현성을 가짐을 알수 있다. 수분 peak 크기는 수분량의 변화에 대해 상대적으로 둔감하기 때문에 날짜별로 약간씩 측정조건이 달라지더라도 측정결과는 더 우수한 재현성을 확보한 것으로 해석된다.
Gas chromatograph를 이용하여 측정한 수분의 변화량은 이슬점과 특징이 있는 관계를 있음을 그림 8을 통해 알 수 있다. 실험적으로 구한 결과를 curve fitting하여 그림 9와 같은 결과를 구하였다. 이 결과는 이슬점과 수증기압과의 관계식과 일치함으로써 본 실험장치를 통해 수분의 량을 측정하여 이슬점을 구할수 있다. 즉, peak 크기비를 gas chromatograph를 이용하여 측정한 후, 실험적으로 구한 관계식을 통해 이슬점을 계산할 수 있다.
실험적으로 구한 관계식은 다음과 같다.
RM DP = a + b (height~ ratio)^c
여기서 curve fitting을 통해 구한 a, b, c는
a = -73.801
b = 231.125
c = 0.187
이다. 이 관계식을 이슬점 계산식으로 활용하여 신호처리장치에서 자동으로 이슬점을 계산하도록 프로그램화하였다.
Fig. 8. (a) a relation between dew point and height ratio and (b) a relation between dew point and area ratio without condensation in pipeline.
Fig. 9. A curve fitting of a relation between dew point and height ratio.
4. 현장 설치
실험을 통해 얻은 결과를 이용하여 온-라인 이슬점 측정장치를 제작하였다. 제작된 측정장치는 포항제철소 전기강판공장에 그림 10과 같이 설치하였다. Gas chromatograph 및 chilled mirror 이슬점측정장치를 포함한 센서부는 전기강판 소둔로(ET#7)옆에 설치하고, 신호처리장치는 운전실에 설치하였다. 일반적으로 센서부는 주변의 온도변화에 대해 영향을 받기 쉽기 때문에 습도 및 온도를 일정하게 유지하는 하우징을 제작하여 센서부를 보호하였다. 경로상에 응축이 발생을 방지하기 위하여 가스 전달 파이프를 적당한 온도로 가열하고, 가스의 온도를 항시 모니터링하도록 설치하였다.
이론적으로 가스시스템에서 유속은 이슬점 측정에 있어서 직접적인 영향을 미치지 않는 것으로 알려져 있으나 실제로는 영향을 미치고 있다. 따라서 유속계와 진공펌프를 설치하여 가스의 유속을 일정하게 유지하여 측정상의 오차요인을 제거하였다. 또한 현장에서 정기적 또는 부정기적으로 소둔로에 대한 정비를 실시할 때 발생되는 오염으로부터 측정시스템을 보호하기 위하여 솔레노이드 밸브를 설치하여 측정중에는 밸브를 열어 놓고, 정비시에는 닫아 놓았다. 신호처리장치의 전원이 꺼지면 밸브는 닫혀진 상태이다.
소둔로 옆에 설치된 센서부로부터 측정된 데이터는 운전실내에 설치된 신호처리장치로 전송되어 컴퓨터에 의해 이슬점을 계산하여 그림 11과 같이 모니터 화면에 실시간으로 데이터를 나타낸다. 모니터 화면에서 확인할 수 있는 데이터는 gas chromatograph에 의한 이슬점, chilled mirror에 의한 이슬점, 가스의 온도 등이고, 이슬점 계산식에 대한 현재의 입력상수의 값을 표시하여 준다.
Fig. 10. The installation layout of an on-line dew point measurement system in an electrical steel line.
Fig. 11. The display of a monitoring screen.
5. 결 론
포항제철 전기강판의 소둔로에 적용가능한 온-라인 이슬점 측정장치를 개발하였다. 전기강판 소둔로에서 요구되는 측정장치는 약 850℃ 이상의 고온이고, 관리범위가 40∼55인 가스에 대하여 연속적으로 측정한다. 새로운 방식에 대한 이론적 검토를 통해 수분량이 이슬점과 관계가 있음을 알아내고, 수분량의 측정에 적합한 gas chromatograph를 구성하였다.
Gas chromatograph를 이용하여 측정한 수분량과 기존방식에 의해 측정한 이슬점을 비교, 분석하여 다음과 같은 관계식을 도출하였다.
RM DP = a + b(height ~ratio)^c
여기서
a = -73.801
b = 231.125
c = 0.187
이다. 이 관계식을 이용하여 이슬점을 연속적으로 측정할 수 있는 장치를 제작하였다. 또한 열선으로 경로상의 파이프를 가열하여 응축을 방지하였고, 경로상의 가스온도를 모니터링할 수 있게 하여 이슬점의 측정조건을 최적화하였다.
본 연구의 결과를 통해 이슬점 10 ∼ 60의 범위 내에서 사용가능한 현장 적용용 온-라인 이슬점측정장치를 제작하여 전기강판공장 소둔로(ET#7)에 설치하였다.
참고 문헌
1. Kulwicki B., Humidity Sensors, J. Am. Ceram. Soc., 74, (1991) pp 697.
2. C. Takahashi, Correction of Saturation, NRLM Bulletin, 43(1) (1994) pp 78.
3. Pieter R. Wiederhold, Water Vapor Measurement, Methodes and Instrument, Marcel Dekker,
New York (1997).
4. Doebelin E., Measurement Systems Application and Design, McGraw-Hill, Singapore (1990).

키워드

소둔로,   이슬점 온-라인