KR101288578B1

KR101288578B1 - 정유 또는 석유화학 공정의 컬럼용 기계식 압력 저감 장치 및 이의 방법

Info

Publication number: KR101288578B1
Application number: KR1020090041666A
Authority: KR
Inventors: 나장훈
Original assignee: 필즈엔지니어링 주식회사
Priority date: 2009-05-13
Filing date: 2009-05-13
Publication date: 2013-07-22
Also published as: JP2010266069A; KR20100122660A; US20100288371A1; EP2256386A2; CN101886710A; US8752576B2; JP5235938B2

Abstract

본 발명은 정유 또는 석유화학 공정의 컬럼용 기계식 압력 저감 장치 및 이의 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정유 또는 석유화학 공정에서 기계적으로 열의 공급을 차단할 수 있는 긴급차단 밸브를 구동하는 안전 릴레이 밸브를 포함하는 기계식 압력 저감 장치 및 이의 방법에 의하여 설치비용의 절감, 공정의 구성 방식의 단순화, 및 기계적인 신호를 사용함에 따른 높은 신뢰도를 확보할 수 있는 장점을 지닌다.

안전 릴레이 밸브, 압력, 긴급차단 밸브, 안전밸브, 플레어

Description

정유 또는 석유화학 공정의 컬럼용 기계식 압력 저감 장치 및 이의 방법{THE MECHANICAL APPARATUS AND METHOD FOR REDUCING PRESSURE IN COLUMN OF REFINERY OR PETROCHEMICAL PROCESS}

본 발명은 정유 또는 석유화학 공정의 컬럼용 압력 저감 장치 및 이의 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 정유 또는 석유화학 공정에서 컬럼의 내부 압력이 일정 수준 이상으로 상승하는 경우, 열을 차단함으로서 컬럼 내의 압력을 일정 수준 이하로 유지하여 플레어 스택(Flare Stack)의 용량을 저감할 수 있는 정유 또는 석유화학 공정의 컬럼에서 기계적으로 압력을 저감하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 정유 공장 및 석유 화학공장에는 플레어 스택(Flare stack)이 반드시 설치되어야 한다. 상기 플레어 스택은 공정 컬럼의 내부 압력이 전원 공급 중단, 냉각수 공급 중단 또는 화재 발생 등의 원인으로 비정상적으로 상승하는 경우, 컬럼의 폭발을 방지하기 위해 컬럼 내부의 가스를 대기로 자동 방출시키며 소각, 처리하는 장치이다.

기존의 시스템은 안전밸브를 통하여 컬럼 내부의 가스를 방출시키기 위하여, 컬럼의 내부 압력이 안전밸브의 설정 압력 이상이 되면 안전밸브가 열려 내부 가스를 대기로 방출하여 컬럼 내부의 압력을 낮춤으로서 컬럼의 폭발을 방지한다.

이러한 안전밸브의 작동에 의하여 방출된 컬럼 내부의 기체는 헤더 라인(Header Line)으로 집결되어, 미스트(Mist) 상의 액체를 분리, 제거하기 위한 녹 아웃 드럼(Knock Out Drum) 및 실 드럼(Seal Drum)을 거쳐 대기로 소각 처리되어 배출된다.

그러나, 기존 설비의 생산량을 증가시키기 위하여 생산시설을 증설 또는 교체하는 등으로 가스 분출량이 기존의 경우보다 증가하는 경우, 별도의 장치가 없이 상기와 같이 안전밸브만을 사용하는 경우에는 플레어 스택의 설계용량을 초과하는 일이 발생하게 된다.

따라서 이를 방지하기 위하여 플레어 스택을 추가적으로 설치해야하는 부담이 발생한다. 또한, 공장을 신설하는 경우에도 분출용량 자체를 낮게 설정하여 플레어 스택의 투자비용의 절감을 도모하기도 한다.

이러한 문제점에 따라 제시된 방법이 계측제어 안전 시스템(Safety Instrumented System, SIS)이다. 상기 계측제어 안전 시스템은 국내뿐만 아니라 해외에서도 상용화가 보편화되어 있다. 이러한 계측제어 안전 시스템은 공정 등의 상태를 컴퓨터 등의 전기적인 시스템을 사용하여 공정 등을 제어한다. 특허문헌 1에서는 이러한 계측제어 안전 시스템을 통하여 공정 플랜트를 제어하는 시스템을 개시하고 있다.

이러한 계측제어 안전 시스템을 공정 컬럼 내의 압력을 저감하는 것에 사용 하여, 안전밸브의 설정 압력 이하의 압력으로 작동 압력을 설정하여, 안전밸브가 작동되기 전에 미리 컬럼 내부의 압력을 낮추어 플레어 스택으로 배출되는 가스의 분출량을 감소시킴으로서 플레어 스택의 처리용량의 감소를 달성하도록 하는 시스템으로 사용되어 왔다.

상기 계측제어 안전 시스템은 압력 상승 감지 시스템, TMR(Triple Modular Redundant) 컨트롤러, 및 긴급 차단 밸브 시스템으로 구성되어 있다. 이러한 계측제어 안전 시스템이 적용된 공정을 도 1에 개략적으로 도시하였다.

도 1을 참조하면, 컬럼(Column)으로 유입된 물질을 가열하고, 컬럼에서는 무거운 물질이 하부로 나가게 되고, 가벼운 가스는 컬럼의 상부로 배출되어 콘덴서에서 액화되어 드럼으로 이동하게 되는 공정에 계측제어 안전 시스템이 적용된 경우를 도시하였다. 정상적인 운전 상태에서는 압력이 위험 수준 이하로 유지되므로, 안전밸브나 계측제어 안전 시스템의 작동이 없다.

그러나 비정상적인 상황, 즉, 전원공급의 중단, 냉각수 공급의 중단 등의 상황이 발생한 경우에, 스팀과 같은 열을 갖는 유체는 계속 컬럼으로 유입되고 응축설비인 콘덴서의 작동이 멈추게 되는 등으로 인하여 장치 내부에 열량이 축적되어 내부 압력의 상승을 일으킬 수 있다.

이러한 경우, 즉, 계측제어 안전 시스템은 컬럼 상부에 설치된 압력 상승 감지 시스템에서 아날로그 신호를 TMR 컨트롤러에 전달한다. 내부 압력 상승으로 인하여 미리 설정된 압력에 도달하면, TMR 컨트롤러는 긴급 차단 밸브에 신호를 보내어 차단 밸브를 닫히게 한다.

따라서, 안전밸브의 작동 압력 이하에서 미리 장치의 압력을 낮출 수 있도록 하여 불필요한 플레어링(Flaring)을 감소시킨다. 결과적으로 이러한 불필요한 플레어링의 감소는 추가적인 플레어 스택의 용량 증가에 따른 비용절감 효과를 달성하고 공장 설계를 단순화할 수 있게 한다.

그러나 상기와 같은 계측제어 안전 시스템은 기존의 방식에 비하여 투자비가 적게 소요되나, 장치구입 등의 설비 투자비가 요구된다. 또한, 승인기관으로부터 본 시스템의 적합성을 인정받기 위해서는 안전밸브에 준하는 신뢰도를 갖추어야 하나, SIS는 전기적인 신호를 사용하는 것으로서 높은 신뢰도를 갖지 못하고, SIS가 구성된 여러 개의 장치 10개 중 1개는 실패할 확률로서 인정하고 있으므로, 분출되는 가스 용량 중 가장 큰 용량은 분출되는 것으로 간주한다. 따라서, 분출되는 것으로 간주되는 용량을 고려하여 플레어 스택의 용량이 설정되어야 하므로 계측제어 안전 시스템을 통한 감소효과가 줄어들게 된다. 이러한 것은, 전기적인 신호로서 차단 밸브를 컨트롤함에 따른 것으로, 그 신뢰도가 기계적인 신호를 사용하는 안전밸브에 미치지 못하는 문제를 갖는다.

특허문헌 1: 미국 등록특허 제7,289,861호

이에 본 발명에서는 정유 또는 석유화학 공정에서 컬럼의 내부 압력이 일정 수준 이상으로 상승하는 경우, 이를 감지하여 재가열기에 열의 공급을 기계적으로 차단함으로서 플레어 스택의 처리 용량을 획기적으로 줄일 수 있고, 신뢰도 또한 안전밸브와 동등한 수준 이상을 달성할 수 있음을 발견하였고, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 정유 또는 석유화학 공정에서 기계적으로 열의 공급을 차단할 수 있는 긴급차단 밸브를 구동하는 안전 릴레이 밸브를 포함하는 기계식 압력 저감 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 장치를 이용하여, 정유 또는 석유화학 공정의 컬럼 내부 압력을 효율적으로 저감시킬 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 압력 저감 장치는 정유 또는 석유화학 공정의 컬럼에 공급되는 열을 차단할 수 있는 긴급차단 밸브; 및 상기 컬럼의 내부 압력에 의해 기계적으로 상기 긴급차단 밸브를 구동하는 안전 릴레이 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 장치에 있어서, 상기 안전 릴레이 밸브는, 측면에 상기 긴급차단 밸브를 구동하는 압축공기가 유동하는 관통구가 형성된 중공관, 상기 중공관 내부에서 유동하면서 상기 관통구를 개폐하는 플런저, 상기 중공관 일단에 연결되어 상 기 플런저에 차단압력을 제공하는 스프링부, 및 상기 중공관 타단에 연결되어 상기 플런저에 상기 컬럼의 내부 압력을 전달하는 압력 전달부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 장치에 있어서, 상기 안전 릴레이 밸브의 중공관에는 상기 플런저가 상승된 경우 이를 고정하기 위한 고정핀이 형성되어 있고, 상기 플런저에는 상기 고정핀을 수용하는 홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 장치에 있어서, 상기 플런저는, 플런저 상승 전에는 상기 긴급차단 밸브가 열림 상태를 유지하고, 상승 시에는 상기 긴급차단 밸브를 닫힘 상태가 되게 하도록 상기 안전 릴레이 밸브 내의 공기 흐름 방향을 조절할 수 있는, 상기 중공관의 내경과 동일한 직경을 갖는 대경부와 상기 중공관의 내경보다 작은 직경을 갖는 소경부를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 장치에 있어서, 상기 압력전달부는 상기 컬럼의 내부 압력에 의하여 상기 플런저를 밀어올리는 디스크를 포함하며, 상기 압력 전달부로 도입된 상기 컬럼 내부의 유체를 배출하고, 상기 플런저가 고정되는 위치에서 유체의 배출이 차단되는 배출관을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 정유 또는 석유화학 공정의 컬럼에서 기계식으로 압력을 저감하는 방법은 정유 또는 석유화학 공정의 컬럼에 공급되는 열을 긴급차단 밸브의 폐쇄작동에 의해 차단하여 컬럼 내의 내부 압력을 저감하는 압력 저감 방법에 있어서, a)상기 컬럼 내의 유체의 일부를 안전 릴레이 밸브로 유도하는 단계, b)상기 유도된 유체의 압력에 의하여 상기 안전 릴레이 밸브를 구동시켜 상기 릴레이 밸브를 유동하여 긴급차단 밸브를 개폐하는 압축공기의 흐름 방향을 변경하는 단계, 및 c)상기 변경된 압축공기의 흐름 방향에 의하여 긴급차단 밸브를 차단시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 따른 방법에 있어서, 상기 안전 릴레이 밸브는 측면에 상기 긴급차단 밸브를 구동하는 압축공기가 유동하는 관통구가 형성된 중공관, 상기 중공관 내부에서 유동하면서 상기 관통구를 개폐하는 플런저, 상기 중공관 일단에 연결되어 상기 플런저에 차단압력을 제공하는 스프링부, 및 상기 중공관 타단에 연결되어 상기 플런저에 상기 컬럼의 내부 압력을 전달하는 압력 전달부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 방법에 있어서, 상기 방법은 상기 플런저가 상승된 경우, 상기 중공관에 형성되어 있는 고정핀에 의하여 상기 플런저가 고정되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 방법에 있어서, 상기 방법은 상기 중공관의 내경과 동일한 직경을 갖는 대경부와 상기 중공관의 내경보다 작은 직경을 갖는 소경부를 갖는 플런저가 상기 중공관 내에서 유동하면서 상기 관통구의 개폐를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 방법에 있어서, 상기 방법은 상기 내경부 및 소경부의 배열에 의하여 상기 플런저의 상승 전에는 상기 관통구를 통하여 상기 긴급차단 밸브로 압축공기가 유입되도록 하고, 상기 플런저 상승 시에는 상기 긴급차단 밸브로 유입된 압축공기를 외부로 배출하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 방법에 있어서, 상기 기계식 압력 저감 방법은 상기 도입된 컬럼 내부 유체는 상기 압력 전달부에 구비된 배출관을 통하여 배출되며, 상기 플런저가 상승하여 고정될 시에는 상기 배출관이 차단되어 상기 내부 유체의 배출이 차단되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부된 도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

기존의 SIS 시스템의 경우 약 1억원 정도의 비용이 요구되나, 본 발명에 따른 SRV를 이용한 시스템의 경우 단지 약 3천만원 정도의 비용만을 필요로 한다. 따라서 본 발명의 SRV 시스템을 적용하는 경우 기존의 SIS 시스템에 비하여 73% 정도의 비용을 절감할 수 있는 효과가 있음을 알 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 장치는 종래의 계측제어 안전 시스템과 같이 복잡한 설비 등을 요하지 않으므로 상대적으로 저렴한 설치비용이 소요되고, 공정의 구성 방식을 단순화 할 수 있는 장점을 지닌다.

종래의 계측제어 안전 시스템이 전기적인 신호를 사용하는 고비용의 SIS 시스템과 비교하여도, 본 발명에 따른 장치는 기계적인 신호를 사용함으로써, 저렴한 비용으로도 높은 신뢰도를 확보할 수 있는 장점이 있다.

더욱이 본 발명의 장치는 안전밸브와 유사한 방식으로 작동되므로, 승인기관에서 종래 계측제어 안전 시스템에 적용하던 것과는 다르게, 개별 장치의 실패확률을 적용하지 않음으로 분출용량의 감소를 극대화하는 효과를 거둘 수 있다.

이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 종래의 계측제어 안전 시스템을 간단하고 높은 신뢰도를 갖는 안전 릴레이 밸브(Safety Relay Valve)로 대체하여, 컬럼 내의 압력이 일정 수준에 도달하게 되면 외보일러에 도입되는 열의 흐름을 차단하도록 긴급차단 밸브를 차단하게 하는 장치를 제공한다.

도 2a 및 도 2b는 각각, 역작동 형태의 긴급차단 밸브가 사용될 때의 본 발명의 안전 릴레이 밸브가 컬럼 내부의 압력이 정상인 경우와 비정상인 경우의 상태에 있는 경우를 도시하고 있다.

상기 도 2a에서 도시된 안전 릴레이 밸브(101)는 긴급차단 밸브의 개폐를 결정할 수 있는 압축공기 유입구(102), 압축공기 배출구(103), 및 압축공기 밴트(104) 등의 유체가 유동하는 관통구를 구비하는 중공관(105), 상기 중공관(105)의 내부에서 유동하면서 상기 관통구를 개폐를 조절하는 플런저(106), 상기 중공관(105)의 상부에 연결되어 상기 플런저(106)에 차단 압력을 제공하는 스프링(109)을 포함하는 스프링부(111), 및 상기 중공관의 하단에 연결되어 상기 플런저(106)에 공정 컬럼 내부의 압력을 전달하는 압력 전달부(112)를 포함한다.

여기서, 상기 스프링(109)은 공정에 구비되어 있는 안전밸브보다 낮은 설정 압력을 갖도록 한다. 이는 안전밸브의 작동 전에 상기 압력 저감 장치가 작동되어 압력의 추가적인 상승을 방지함으로써 안전밸브로 유출되는 공정 컬럼 내부의 가스 양을 차단할 수 있도록 하기 위함이다.

또한 상기 스프링부(111)에는 상기 스프링에 의하여 설정되는 압력이 스프링부(111)의 압축에 의하여 상승하지 않도록 공기를 배출할 수 있는 밴트(110)를 구비할 수 있다.

상기 플런저(106)는 상기 긴급차단 밸브의 개폐를 조절하기 위하여 도입되는 압축공기를 배출하거나 차단할 수 있도록, 일부는 상기 중공관(105)에 밀착되어 관통구를 차단할 수 있는 대경부(108)를 갖고, 일부는 유체가 통과할 수 있도록 대경부보다 작은 직경을 갖는 소경부(107)를 갖는다.

상기 플런저(106)가 대경부(108)와 소경부(107)를 갖음으로써, 상기 안전 릴레이 밸브에 도입되는 압축공기의 흐름방향이 공정장치 내부 압력의 상승에 따라 바뀔 수 있게 된다.

상기 공정 컬럼의 압력이 정상인 경우에는, 상기 압축공기 유입구 및 압축공기 배출구가 구비된 부분에는 상기 플런저(106)의 소경부(107)가 위치하여 압축공기를 상기 긴급차단 밸브(미도시)로 도입되도록 하여 열이 주입되는 관이 열려 있도록 한다.

또한, 상기 압축공기 밴트(104)는 상기 공정 내부의 압력이 정상인 경우에는 도시된 바와 같이 플런저(106)의 대경부(108)가 위치하여 차단된 상태에 있게 된다.

이와 같이 공정 장치의 압력이 정상인 경우에는, 압축공기가 상기 안전 릴레이 밸브(101)를 통과하여 상기 긴급차단 밸브로 도입되므로, 밸브가 열린 상태를 유지하도록 한다. 따라서, 공정 장치의 정상 작동에 영향을 주지 않는다.

상기의 경우는 긴급차단 밸브로 역작동(air-to-open) 형태의 밸브가 사용된 것을 상정한 것이다.

한편, 상기 중공관(105)에는 상기 플런저(106)가 일정 높이로 상승하게 되는 경우, 이를 고정토록 하는 고정핀(113)이 형성될 수 있고, 상기 플런저(106)의 대경부(108)에는 상기 고정핀이 고정되는 홈(114)이 형성될 수 있다.

상기 플런저(106)의 하단에는 압력 전달부(112)가 연결 형성되어 있다. 상기 압력 전달부(112)는 상기 플런저(106)를 밀어 올리는 디스크(115)를 구비한다.

상기 공정 컬럼 내부의 유체가 상기 디스크(115)의 하단의 유체도입관(116)으로 도입되어 상기 스프링(109)에 의하여 설정된 압력 이상이 되면, 상기 디스크(115)를 상부로 밀어 올리게 되고, 이에 의하여 상기 플런저(106)가 위로 상승하게 된다.

이때, 상기 압력 전달부(112)에 도입된 유체가 외부로 배출되도록 하는 배출관(117)이 형성될 수 있다.

도 2b에는 상기 공정의 컬럼 내 압력이 상기 안전 릴레이 밸브(101)의 설정 압력 이상으로 상승한 경우의 안전 릴레이 밸브(101)의 구체예가 도시되어 있다.

상기 도 2b에서 보이듯이, 상기 공정 내부의 유체의 압력이 상승함에 따라 디스크를 밀어 올려, 상기 플런저(106)을 상측으로 올라가게 한다. 이에 따라, 상기 플런저(106)의 대경부(108) 및 소경부(107)의 위치가 변하게 된다.

이 경우, 정상상태에서는 플런저(106)의 소경부(107)가 위치했던 압축공기 유입구(102)의 위치에 대경부(108)가 위치하게 되어 압축공기의 도입이 차단된다.

또한, 상기 압축공기를 상기 긴급차단 밸브로 도입시키던 압축공기 배출구의 위치에는 여전히 소경부(107)가 위치되고, 대신 상기 압축공기 밴트의 위치에 상기 소경부(107)가 위치되게 된다.

이 경우, 상기 긴급차단 밸브에 도입되어 긴급차단 밸브가 열림 상태가 되도록 만들었던 압축공기가 상기 압축공기 배출구(103)를 통하여 상기 압축공기 밴트(104)로 빠져 나가게 된다. 이에 의하여 상기 긴급차단 밸브로 도입되는 압축공기에 의한 압력이 상실되므로, 상기 긴급차단 밸브는 닫힘 상태가 되어, 상기 공정 장치로 도입되던 열을 차단하게 된다.

또한, 상기 중공관(105)에 형성되어 있는, 스프링 등을 이용한 상기 고정핀(113)이 상기 플런저(106)의 상승에 따라, 상기 플런저(106)의 대경부(108)에 형성되어 있는 홈(114)에 고정되게 된다. 따라서 상기 플런저(106)는 일정 압력에 도달한 이후에 상승된 상태로 고정되게 된다.

이러한 고정핀(113)이 없는 경우, 상기 플런저(106)가 압력의 변화에 따라 계속 상하로 움직이게 될 것이고, 이러한 경우 엔지니어는 공정 장치 내에서 발생된 문제를 발견하는 것이 늦어질 수 있다. 압력 상승의 원인이 제거되고 난 이후에는, 상기 고정핀(113)을 수동으로 빼냄으로써 다시 상기 플런저(106)를 본래의 위 치로 내려가게 하여, 정상 운전 모드로 전환시킬 수 있다.

또한, 상기 압력 전달부(112)에 형성된 배출관(117)은 상기 플런저(106)가 상승되어 고정되는 시점에 상기 플런저의 대경부(108)에 의하여 차단되므로, 추가적으로 공정 유체가 외부로 배출되는 것이 방지될 수 있다.

본 발명은 기존의 계측제어 안전 시스템이 다수의 장비 등이 요구되었던 전기적인 장치를 단지 본 발명의 안전 릴레이 밸브로 대체함으로써 동일한 작동이 가능하게 하므로 설치비용이 절감될 수 있고, 공정의 구성방식을 단순화 할 수 있다.

또한, 신호체계가 기존의 계측제어 안전 시스템과 달리 전기적이 아닌 기계적인 신호를 직접 사용함으로서, 높은 신뢰도를 갖게 된다.

한편, 도 3은 본 발명에 따른 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 컬럼(202)의 압력이 증가하여 일정 수준 이상이 되면, 안전밸브(203)가 개방되어 상기 컬럼의 내부 유체가 플레어 스택으로 빠져나가 상기 컬럼 내부의 압력을 낮추게 된다.

그러나 앞서 지적한 바와 같이 별도의 압력 제어 시스템이 없는 경우, 또는 기존의 계측제어 안전 시스템이 적용된 경우에는 플레어 스택의 용량이 커지게 되는 부담이 있었다.

본 발명의 방법에 따르면, 전기적 신호를 이용하는 기존의 계측제어 안전 시스템과 다르게, 안전밸브의 원리와 같이 상기 컬럼 내부의 압력을 직접 기계적으로 측정하여 작동되므로, 높은 신뢰도를 가질 수 있어, 플레어 스택의 용량의 감소 및 비용 절감 등의 효과를 거둘 수 있다.

도 3에서 보이는 바와 같이, 컬럼(202)의 내부 압력을 측정하기 위하여 관을 연결하여 컬럼 내부의 유체 일부를 안전 릴레이 밸브(201)로 유도한다. 상기 유도된 유체는 일정 압력 이상이 되면, 상기 안전 릴레이 밸브(201)를 구동시켜 상기 안전 릴레이 밸브(201) 내를 유동하는 압축공기의 흐름 방향을 변경시킨다. 상기 변경된 압축공기의 흐름에 의하여 상기 긴급차단 밸브(204)의 차단 여부가 결정된다. 상기 긴급차단 밸브(204)가 차단되면 상기 컬럼(202)으로 도입되는 열을 차단함으로써 상기 컬럼(202) 내의 압력이 상승하는 것을 방지할 수 있다.

이 경우, 상기 안전 릴레이 밸브(201)의 설정 압력은 상기 안전밸브(203)의 설정 압력 이하가 되도록 설정될 수 있다. 상기 안전 릴레이 밸브(201)의 설정 압력이 상기 안전밸브(203)의 설정 압력보다 낮게 되어야 상기 안전밸브(203)의 작동 전에 상기 컬럼(202)의 압력을 낮출 수 있어 불필요한 안전밸브(203)의 작동을 줄일 수 있다.

상기 안전 릴레이 밸브(201)는 측면에 상기 긴급차단 밸브(204)를 구동하는 압축공기가 유동하는 관통구가 형성된 중공관, 상기 중공관 내부에서 유동하면서 상기 관통구를 개폐하는 플런저, 상기 중공관 일단에 연결되어 상기 플런저에 차단압력을 제공하는 스프링부, 및 상기 중공관 타단에 연결되어 상기 플런저에 상기 컬럼의 내부 압력을 전달하는 압력 전달부를 포함하는 안전 릴레이 밸브(201)일 수 있다. 상기 안전 릴레이 밸브(201)는 유도된 상기 컬럼(202) 내의 유체에 의하여 상기 플런저의 유동에 따라 압축공기 유동 방향의 조절이 가능하다.

본 발명의 방법에 따르면, 압축공기의 유동 방향은 상기 중공관의 내경과 동일한 직경을 갖는 대경부와 상기 중공관의 내경보다 작은 직경을 갖는 소경부를 갖는 플런저가 상기 중공관 내에서 유동하면서 상기 관통구의 개폐를 조절함에 의하여 이루어진다. 상기 안전 릴레이 밸브(201)는 장치 내의 압력이 정상 상태이면, 상기 안전 릴레이 밸브(201)로 도입되는 압축공기의 흐름이 상기 긴급차단 밸브가 열린 상태를 유지하도록 형성된다. 일 예로, 상기 긴급차단 밸브가 역작동 형태인 경우에는 상기 긴급차단 밸브(204)에 압축공기가 도입되도록 하여 상기 컬럼(202)에 열을 공급하는 관에 설치된 긴급차단 밸브(204)가 열려있는 상태가 되도록 유지한다. 그러나 상기 컬럼 내의 압력이 일정 압력 이상이 되면, 상기 안전 릴레이 밸브(201) 내를 지나는 압축공기의 흐름 방향을 변경하여 상기 긴급차단 밸브(204)에 도입된 압축공기가 외부로 배출되게 하여 긴급차단 밸브(204)를 차단시킨다.

또한, 상기 컬럼(202) 내부의 압력이 상승된 경우, 상기 안전 릴레이 밸브(201)의 플런저는 상기 중공관 또는 플런저에 형성된 고정핀에 의하여 상승된 채로 고정될 수 있다. 전술한 바와 같이 상기 플런저를 상승한 상태에서 고정시키지 않는 경우에는 압력 상승의 원인이 제거되지 않은 채 공정이 계속될 수 있는 문제점을 갖는다.

또한, 상기 안전 릴레이 밸브(201)의 설정 압력을 상기 안전밸브(203)의 설정 압력보다 낮게 설정하여, 안전밸브가 개방되어 플레어 스택으로 유체가 빠져 나가기 전에, 미리 열의 공급을 차단함으로서, 안전밸브를 통하여 플레어 스택으로 유체가 분출되는 것을 방지 할 수 있다. 이러한 작동에 의하여 분출용량의 감소로 인한 투자비용 절감 및 공정 설계를 단순화할 수 있다.

상기 방법은 상기 유도된 컬럼 내부 유체가 압력의 상승에 따라 상기 플런저를 상승시키면서 상기 안전 릴레이 밸브(201) 내로 도입되는 데, 이때 상기 안전 릴레이 밸브(201)에 형성된 배출관을 통하여 유도된 유체를 외부로 배출한다. 이러한 유체의 배출은 상기 플런저가 상승하여 고정될 시에 상기 배출관이 차단되어 상기 내부 유체의 배출이 차단되게 된다. 이러한 것은 상기 배출관이 계속 개방되어 있는 경우, 상기 컬럼(202) 내의 유체가 과도하게 외부로 배출되는 것을 방지하기 위함이다.

한편 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들 역시 본 발명의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

도 1은 종래의 계측제어 안전 시스템을 적용한 공정에 대한 개략도이다.

도 2a는 정상 압력 상태에서의 본 발명에 따른 안전 릴레이 밸브의 구체예를 나타낸 개략도이다.

도 2b는 압력이 상승된 경우의 본 발명에 따른 안전 릴레이 밸브의 구체예를 나타낸 개략도이다.

도 3은 본 발명에 따른 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.

※도면의 주요 부분의 부호의 설명※

101 또는 201: 안전 릴레이 밸브 102: 압축공기 유입구

103: 압축공기 배출구 104: 압축공기 밴트(vent)

105: 중공관 106: 플런저

108: 플런저 대경부 107: 플런저 소경부

109: 스프링 110: 스프링부 밴트

111: 스프링부 112: 압력 전달부

113: 고정핀 114: 고정핀 홈

115: 디스크 116: 유체 도입관

117: 유체 배출관 202: 컬럼 203: 안전밸브 204: 긴급차단 밸브

Claims

정유 또는 석유화학 공정의 컬럼에 공급되는 열을 밸브의 폐쇄작동에 의해 차단할 수 있는 긴급차단 밸브; 및

상기 긴급차단 밸브와 연결되고 압축공기 유동 경로를 포함하며, 상기 컬럼의 내부 압력 자체에 따라 압축공기 흐름이 변경되어 상기 긴급차단 밸브를 구동하는 안전 릴레이 밸브를 포함하고,

상기 안전 릴레이 밸브는, 측면에 상기 긴급차단 밸브를 구동하는 압축공기가 유동하는 관통구가 형성된 중공관, 상기 중공관 내부에서 유동하면서 상기 관통구를 개폐하는 플런저, 상기 중공관 일단에 연결되어 상기 플런저에 차단압력을 제공하는 스프링부, 및 상기 중공관 타단에 연결되어 상기 플런저에 상기 컬럼의 내부 압력을 전달하는 압력 전달부를 포함하며,

상기 관통구는 압축공기 유입구, 배출구, 및 밴트인 것을 특징으로 하는 기계식 압력 저감 장치.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 플런저는 상기 중공관 내부에서 유동하면서 상기 관통구의 개폐를 조절할 수 있도록, 상기 중공관의 내경과 동일한 직경을 갖는 대경부와 상기 중공관의 내경보다 작은 직경을 갖는 소경부를 갖는 것을 특징으로 하는 기계식 압력 저감 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 안전 릴레이 밸브는 상기 플런저가 상승된 경우 이를 고정하기 위한 고정핀이 상기 중공관에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기계식 압력 저감 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 플런저는, 상기 플런저의 상승전에는 유입구로부터 인입된 압축공기가 배출구를 통하여 긴급차단밸브로 유입되도록 하고, 상기 플런저 상승 시에는 플런저가 유입구를 차단하여 압축공기의 인입을 차단하고, 상기 긴급차단밸브 및 상기 압축공기 유동 경로에 잔존하던 압축공기는 배출구로 역류하여 밴트로 배출되도록, 대경부 및 소경부가 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 기계식 압력 저감 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 압력 전달부는 상기 컬럼의 내부 압력에 의하여 상기 플런저를 밀어 올리는 디스크를 포함하며, 상기 압력 전달부로 도입된 상기 컬럼 내부의 유체를 배출하는 배출관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기계식 압력 저감 장치.
정유 또는 석유화학 공정의 컬럼에 공급되는 열을 긴급차단 밸브의 폐쇄 작동에 의해 차단하여 컬럼 내의 내부 압력을 저감하는 압력 저감 방법에 있어서,

a) 상기 컬럼 내의 유체의 일부를 안전 릴레이 밸브로 도입시키는 단계;

b) 상기 도입된 유체의 압력에 의하여 상기 안전 릴레이 밸브가 구동되어 상기 안전 릴레이 밸브 내의 압축공기 유동 경로를 유동하여 긴급차단 밸브를 개폐하는 압축공기의 흐름 방향을 변경시키는 단계; 및

c) 변경된 상기 압축공기의 흐름 방향에 의하여 긴급차단 밸브를 차단시키는 단계를 포함하고,

상기 안전 릴레이 밸브는 측면에 상기 긴급차단 밸브를 구동하는 압축공기가 유동하는 관통구가 형성된 중공관, 상기 중공관 내부에서 유동하면서 상기 관통구를 개폐하는 플런저, 상기 중공관 일단에 연결되어 상기 플런저에 차단압력을 제공하는 스프링부, 및 상기 중공관 타단에 연결되어 상기 플런저에 상기 컬럼의 내부 압력을 전달하는 압력 전달부를 포함하며,

상기 관통구는 압축공기 유입구, 배출구, 및 밴트인 것을 특징으로 하는 기계식 압력 저감 방법.
삭제
청구항 7에 있어서, 상기 방법은 상기 플런저가 상승된 경우 상기 중공관에 형성된 고정핀 및 상기 플런저의 대경부에 형성되어 있는 고정핀 홈에 의하여 상기 플런저가 고정되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기계식 압력 저감 방법.
청구항 7에 있어서, 상기 방법은 상기 중공관의 내경과 동일한 직경을 갖는 대경부와 상기 중공관의 내경보다 작은 직경을 갖는 소경부를 갖는 플런저가 상기 중공관 내에서 유동하면서 상기 관통구의 개폐를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기계식 압력 저감 방법.
청구항 10에 있어서, 상기 방법은 상기 대경부 및 소경부의 배열에 의하여 상기 플런저 상승 유입구로부터 인입된 압축공기가 배출구를 통하여 긴급차단밸브로 유입되도록하고, 상기 플런저 상승 시에는 플런저가 유입구를 차단하여 압축공기의 인입을 차단하고, 상기 긴급차단밸브 및 상기 압축공기 유동 경로에 잔존하던 압축공기는 배출구로 역류하여 밴트로 배출하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기계식 압력 저감 방법.
청구항 7에 있어서, 상기 방법은 압력전달부로 도입된 컬럼 내부 유체가 상기 압력 전달부에 구비된 배출관을 통하여 배출되며, 상기 플런저가 상승하여 고정될 시에는 상기 배출관이 차단되어 상기 내부 유체의 배출이 차단되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기계식 압력 저감 방법.