계장이란 무엇인가?

기술자료 [기초지식]

계장이란 무엇인가?

오찬종/광양제철소

1. 계장이란 무엇인가 ?

계장이란 계기 장치의 약자로서, 설비 즉, 플랜트 운전에 있어서 설비의운전상태를 판정하고 조정해 주는 것을 계장이라 한다.
여기서 운전상태라 하면 온도,유량, 압력, 액위, 성분, 폭, 두께, 무게 등을 말한다.예를 들면 가열로 및 보일러등을 설비 즉, 플랜트라 하며, 이러한 설비의 제어 목적은 여러가지 운전상태 중에서 온도를 적당한 상태로 유지해 주는것이다.
아래 <그림1-1>의 가열로는 슬라브 강종에 따라 압연하기 좋은온도를 얻기 위하여 노내 온도제어를 목적으로 하며, 10개 Zone 으로 구분, 구분된 Zone별 온도측정은 East, West, AVE중 하나의 온도를 선택,제어하도록 운전실 계기반에 온도선택 스위치가 설치되어 있다.

제어방법은 캐스케이드방식과 크로스 리미트방식이 있으며, 온도제어의 목적은 온도만 제어하는게 아니라, 안정된 최저과잉의 공기비에 의한 최저 공연비 실현으로 성에너지와 대기오염 방지등에 있다. 따라서 다양한 제어 방식을 채용하고 있는 것이다.

   <연료 유량제어>
연소로의 목표온도가 1300 ℃ 이고, 온도계에 의해 계측된 현재 온도가  1200 ℃ 이라면 얻어진 신호는 온도 변환기,온도 선택 스위치를 거쳐 온도 조절계(TIC-101)로 보내진다.
온도 조절계에서는 설정한 목표온도 1300 ℃ 와 비교하여 제어편차를 구하고, 연산회로를 거쳐 조절계 출력인 조작량을 증가 시킨다.
증가된 온도 조절계의 출력 조작량은 GAS 유량 조절계로 들어가고, 유량 조절계(FIC-102)에서는 배관내 흐르고 있는 유량을 차압 검출기구 하나인 오리피스를 이용, 차압에 비례한 신호를 차압 발신기에서 출력하고, 신호 변환기등을 거쳐 유량으로 환산된후, 유량 조절계(FIC-102)로 인입된다.
유량 조절계에서는 온도 조절계의 출력 조작량과 현재 유량을 비교하여 제어편차를 구하고, 연산회로를 거쳐 조절계 출력인 조작량을 증가 시켜서 조작부인 콘트롤 밸브가 더 열릴수 있게 함으로써 GAS 유량이 증가하고  온도는 상승하게 된다.

   <공기 유량제어>
공기 유량제어 부분에서도 연료 유량제어 부분과 동일하게 온도 조절계  (FIC-101)로 부터 출력 조작량을 받는다.
이로써, 유량 조절계(FIC-103) 에서는 배관내 흐르고 있는 유량을 오리피스를 이용, 유량을 검출후 유량 조절계(FIC-103)로 인입된다.
유량 조절계에서는 온도 조절계의 출력 조작량과 현재 유량을 비교하여 제어편차를 구하고, 연산회로를 거쳐 조절계 출력인 조작량을 증가 시켜서 조작부인 콘트롤 밸브가 더 열릴수 있게 함으로써 AIR 유량이 증가하고  온도는 상승하게 된다.  이렇게 가열로의 온도를 일정하게 유지해 주는 계기장치가 계장이다.

2. 계장의 목적

계장을 하기 위한 계측제어 기기는 여러가지 검출원리를 응용하고 각종 최신기술을 구사한 제품이 계속 출현하는 등 눈부신 진보를 이룩하였다.
이와 같이 계기장비를 장비하는 목적은 궁극적으로 플랜트를 합리적으로  운전하는데 있다. 즉
       (1) 합리적인 플랜트 실현
       (2) 경제적인 운전의 실현
       (3) 생산성 유지 및 향상
       (4) 제품품질의 유지
       (5) 수작업이 곤란한 조건하에서의 운전실시등을 들수 있다.

또한 환경보존의 측면에서는 계장은
       (1) 상대치의 정확한 파악
       (2) 예측과 대처
       (3) 방지 또는 개선처리의 실행
       (4) 법적규제의 대응
      등을 목적으로 한다.

계장의 대상 및 효과

가. 계장의 대상

제철공정중 고로공정은 장입 밸트로 이송된 코크스를와 철광석은 노내에 장입되고 송풍기에서 보내온 냉풍은 열풍로를 거쳐 1250 ℃까지 승온 시켜 풍구로 송풍되면 풍구 선단에서 코크스가 연소된다. 풍구 앞에서는 코크스와 미분탄의 연소에 의해 생성된 고온의 혼합 가스는 노상 층부를 통과하면서 철광석을 가열 환원 및 용해시킨다.
용해된 용융물인 용선 및 슬래그는 노저로 흘러내려 노상에 고이게 되며 이것은 출선구를 통해 배출, 대탕도를 거친 용선은 예비처리후 제강공정으로 이송되는데 다음 <그림1-2>의 고로공정에서 계측 제어 대상은 다음과 같이 분류할 수가 있다.

(1) 환경 조건에 대한 계측과 제어

어떤 장치의 온도를 일정하게 유지시킨다든가, 압력 및 분위기 가스의 성분 조성을 필요한 값으로 계속 유지 시킬때 시간이라는 함수와 온도를 같이 생각하여 제어 한다면 플랜트 운전은 어려운 난관에 봉착하게 될 것이다.
예를 들어, 가열로를 생각하면 일반적으로 노내압의 제어 장치라는 것이 설치되어 있는데, 이것은 노내의 압력을 일정하게 유지시키는 것이 대단히 중요하여, 노내의 압력이 높아지면 노 틈등으로 열이 방출될뿐만 아니라 노체등을 손상시키는 경우가 발생된다. 또한 압력이 너무 떨어지면 외부의 차가운 공기가 노내로 흡입되어 효율을 떨어뜨리는 원인이 된다.

(2) 원료.제품의 품질에 대한 계측과 제어

정수 플랜트의 경우 하천등으로 부터 원수의 유입량과 탁도를 계측하여 그 값을 기초로 약품 주입량의 제어가 행해진다.
또한 정수 플랜트에서는 깨끗이 된 물 즉, 정수에 대해서도 계속적으로 배수지 배수 유량 수질등의 계측 감시가 행해진다.
다음의 <그림 1-3>은 정수 플랜트에 있어서 중요한 계측제어 흐름을 표시한 것이다. 이와같이 원료.제품의 질 또는 양의 계측 제어는 생산설비에 있어 중요한 계장의 대상이다.

(3) 운전용 에너지의 질과 량에 대한 계측과 제어

생산설비에 있어서는 전력,가스,연료유등에 대한 각종의 에너지가 사용되고 있는데 연료유를 사용하는 경우의 예를 보면은 온도와 압력을 일정하게 유지시켜 보관하지 않으면 좋은 연소를 할 수 없게 된다. 또한 소비되는 에너지의 양의 정확한 파악은 관리면에서도 대단히 중요한 계측이다.
이와같이 플랜트를 운전하기 위한 에너지에 대해서도 여러가지 계측제어가 필요한 것이다.

계속 됩니다.