게시판 > 질답게시판 > [추가]Pump Minimum Continuous Flow 관련하여.

낭만고양이 kornight

15-01-02 16:13

그림과 같은 형태로 MCF Line 및 Valve를 설치할 경우 Pump Discharge Flow Control을 두 군데서 하기 때문에
간섭이 생기게 됩니다. (MCF Line 및 Product/Reflux Line)

MCF Line의 Flow Controler와 LPG Product/Reflux Flow Rate을 하나의 Controler가 맡거나,(Split range 등으로)
여러개의 FC를 cascade 하셔야 할 것 같습니다.

혹은, MCF Line 대신에 Reflux Line C/V에 interlock 을 걸어서 MCF처럼 동작하도록 하는 방안도 있습니다.
MCF Line을 따로 두는 것보다 차라리 그편이 낫겠습니다.

모든게 귀찮다면 MCF Line에 Control Valve 대신 Restricted orifice를 설치하는 방법도 있겠으나,
Pump Size가 필요 이상으로 커질 수 있고 동력비가 낭비될 수 있습니다.

P&ID에서 FY로 표현된 item 이 뭘 의믜 하는지는 잘 모르겠네요...
Actuator 는 아닌 것 같은데.

스테파노 Stefano

15-01-02 17:04

Control System Logic상 문제(의문)가 있는 사항을 나열해 봅니다. 그림이 틀리게 그려져 있을 수도 있으므로 세부적으로 면밀히 검토해 보도록 하세요.

(1) Column TIC ('Master')에 연결되어 있는 ('Slave') Controller가 Reflux Drum Product Flow Controller (FIC-2)에 연결되어 있는 것은 오류입니다. Product Line 유량으로 Column Top의 온도를 조절할 수 없습니다.

Column 온도조절계(TIC-1) 출력은 Reflux 조절기 (FIC-1)의 설정치(SP)를 제공 하도록 연결되어야 합니다.

(2) Reflux Drum Level Controller(LIC-1, 'Master')에 연결되어야 할 ('Slave') Controller는 Product Flow Controller (FIC-2)가 되어야 합니다. Reflux Drum이 넘친다고 해서 Column으로 되돌려 보내면 Reboiler에 의해 다시 증발되어 Condenser로 들어오게 되므로 Overhead Product의 누적 문제를 해결할 수 없습니다.

(3) Reflux 유량(F1)과 Product 유량(F2)을 합한 유량은 Pump의 총 배출량인데 이 값을 계산하여 현재값PV)로 감지하고 Reflux Drum의 액면조절기(LIC-1)의 출력을 설정치(SP)로 하여 동작하는 전체유량(F1+F2)조절기(FIC-3)를 조절하도록 시스템이 그려져 있는데 이는 잘못입니다.

전체유량(F1+F2)조절기는 Reflux Drum의 액면의 명령(설정치)를 받아들일 수가 없습니다. 명령을 내린다고 해도 액면변화 효과와는 무관합니다. 위 (2)에서 설명한 것처럼 LIC-1의 출력은 FIC-2의 설정치(SP)가 되어야 합니다.

(4) 전체유량(F1+F2)을 계산하여 Pump의 Minimum Flow와 비교해보는 것은 의미가 있겠으나 이 값을 기준으로 Reflux 유량(F1)을 조절할 수 있도록 한 조절기(FIC-1)은 잘못입니다. 설정치가 오라갈수록 밸브가 열려야 하는 불안정상태의 조절계를 구성하게 됩니다.

전체유량(F1+F2)은 시스템 기능상 Pump의 Minimum Flow 이상값만을 유지하면 될 것이므로 전체유량조절기(FIC-3)의 출력중에서 (F1+F2)값이 Fm을 초과하는 경우("Range A")에는 Minimum Flow Control Valve(FV-3)의 Opening 0, Fm에 미달하는 경우("Range B") FV-1이 더 열려 최소한의 유량을 유지할 수 있도록 열려야할 것입니다. 이 때 FV-1이 TIC-1의 Set Point와 연결도어 있는 경우라면 FIC-3의 출력으로 대체(Override) 시켜야 합니다.

(5) Minimum Flow Controller를 위해 별도의 유량계/전송기를 두고 있는데 이는 비경제적일 것이므로 Pump 배출유량은 Reflux 유량(FT-1)과 Product 유량(FT-2)을 PLC 혹은 DCS상에서 합산하여 계산하도록 하고 이를 감지하고 펌프의 Minimum Flow를 최저유지 유량으로 설정하여 조절하록 하는 것이 적당할 것입니다.

그러나 앞선 답글에서 설명한 것처럼 Electric Control System이나 Control Valve의 작동실패에 대비하여 기계식 Minimum Flow Bypass Check Valve를 달아두는 것이 훨씬 안전하다고 판단됩니다. (시스템 안전에 관한사항이므로 협의 결정필요)

Control System Logic상 문제(의문)가 있는 사항을 나열해 봅니다.   그림이 틀리게 그려져 있을 수도 있으므로 세부적으로 면밀히 검토해 보도록 하세요.

(1) Column TIC ('Master')에 연결되어 있는 ('Slave') Controller가 Reflux Drum Product Flow Controller (FIC-2)에 연결되어 있는 것은 오류입니다.  Product Line 유량으로 Column Top의 온도를 조절할 수 없습니다.

Column 온도조절계(TIC-1) 출력은 Reflux 조절기 (FIC-1)의 설정치(SP)를 제공 하도록 연결되어야 합니다.

(2) Reflux Drum Level Controller(LIC-1, 'Master')에 연결되어야 할 ('Slave') Controller는 Product Flow Controller (FIC-2)가 되어야 합니다.   Reflux Drum이 넘친다고 해서 Column으로 되돌려 보내면 Reboiler에 의해 다시 증발되어 Condenser로 들어오게 되므로 Overhead Product의 누적 문제를 해결할 수 없습니다.

(3) Reflux 유량(F1)과 Product 유량(F2)을 합한 유량은 Pump의 총 배출량인데 이 값을 계산하여 현재값PV)로 감지하고 Reflux Drum의 액면조절기(LIC-1)의 출력을 설정치(SP)로 하여 동작하는 전체유량(F1+F2)조절기(FIC-3)를 조절하도록 시스템이 그려져 있는데 이는 잘못입니다.

전체유량(F1+F2)조절기는 Reflux Drum의 액면의 명령(설정치)를 받아들일 수가 없습니다.  명령을 내린다고 해도 액면변화 효과와는 무관합니다.  위 (2)에서 설명한 것처럼 LIC-1의 출력은 FIC-2의 설정치(SP)가 되어야 합니다.

(4) 전체유량(F1+F2)을 계산하여 Pump의 Minimum Flow와 비교해보는 것은 의미가 있겠으나 이 값을 기준으로 Reflux 유량(F1)을 조절할 수 있도록 한 조절기(FIC-1)은 잘못입니다.  설정치가 오라갈수록 밸브가 열려야 하는 불안정상태의 조절계를 구성하게 됩니다.

전체유량(F1+F2)은 시스템 기능상 Pump의 Minimum Flow 이상값만을 유지하면 될 것이므로 전체유량조절기(FIC-3)의 출력중에서 (F1+F2)값이 Fm을 초과하는 경우("Range A")에는 Minimum Flow Control Valve(FV-3)의 Opening 0,  Fm에 미달하는 경우("Range B")  FV-1이 더 열려 최소한의 유량을 유지할 수 있도록 열려야할 것입니다.  이 때 FV-1이 TIC-1의 Set Point와 연결도어 있는 경우라면 FIC-3의 출력으로 대체(Override) 시켜야 합니다.

(5) Minimum Flow Controller를 위해 별도의 유량계/전송기를 두고 있는데 이는 비경제적일 것이므로  Pump 배출유량은 Reflux 유량(FT-1)과 Product 유량(FT-2)을 PLC 혹은 DCS상에서 합산하여 계산하도록 하고 이를 감지하고 펌프의 Minimum Flow를 최저유지 유량으로 설정하여 조절하록 하는 것이 적당할 것입니다.

그러나 앞선 답글에서 설명한 것처럼 Electric Control System이나 Control Valve의 작동실패에 대비하여 기계식 Minimum Flow Bypass Check Valve를 달아두는 것이 훨씬 안전하다고 판단됩니다.  (시스템 안전에 관한사항이므로 협의 결정필요)

Great대진 hansome016

15-01-05 19:01

Stefano 님 감사드립니다.
일단 그림은 Uxx PID를 바탕으로 그린 것입니다.

조금 더 면밀한 검토가 필요 할 것 같네요.ㅠ.ㅠ

지리부도 qkd84

15-01-06 14:28

Great대진님께서 올려주신 첨부는 Column TIC의 signal을 받아서 LPG Product flowrate를 조절하는 것으로 Material Balance Control에 의한 LPG Product의 Composition Control 입니다. Distillation flowrate가 Reflux flowrate보다 상대적으로 작거다 Distillation Product의 Composition이 중요한 공정 변수 일때 사용합니다. 하지만 응답속도가 늦기 때문에 실제로는 널리 사용되지 않습니다.

응답속도가 늦은 이유는 Material Balance Control의 procedure를 이해하면 설명됩니다.
Column composition이 변경하게 되면 Column TIC가 이를 감지하여 LPG Product flowrate를 조절합니다. 변화된 LPG Product flowrate는 Reflux Drum Level에 변화를 주게 되고 설정된 Level을 맞추기 위해 Reflux Drum LIC가 Reflux flowrate를 조절하여 Reflux 양을 변화 시켜서 Composition을 원하는 값에 맞추게 됩니다.

예를 들어 LPG Product가 Spec. 보다 Heavier 한 상태라면 Column TIC는 높은 온도를 나타낼 것이고 LPG Product flowrate를 감소시키게 됩니다. LPG Product flowrate가 감소하므로 Reflux Drum Level은 높아지고 Level을 맞추기 위해서 Reflux flowrate는 증가하고 Column TIC는 온도가 내려가고 LPG Product on-Spec.으로 변하게 됩니다.

Material Balance Control은 Column TIC가 직접 Reflux flowrate를 조절하는 것이 아니고 위의 procedure 처럼 여러 단계를 거치기 때문에 응답속도가 늦게 됩니다. 하지만 Energy Balance와 간섭이 적고 internal reflux가 일정하다는 장점이 있습니다.

응답속도가 늦은 이유는 Material Balance Control의 procedure를 이해하면 설명됩니다. 
Column composition이 변경하게 되면 Column TIC가 이를 감지하여 LPG Product flowrate를 조절합니다. 변화된 LPG Product flowrate는 Reflux Drum Level에 변화를 주게 되고 설정된 Level을 맞추기 위해 Reflux Drum LIC가 Reflux flowrate를 조절하여 Reflux 양을 변화 시켜서 Composition을 원하는 값에 맞추게 됩니다.

예를 들어 LPG Product가 Spec. 보다 Heavier 한 상태라면 Column TIC는 높은 온도를 나타낼 것이고 LPG Product flowrate를 감소시키게 됩니다. LPG Product flowrate가 감소하므로 Reflux Drum Level은 높아지고 Level을 맞추기 위해서 Reflux flowrate는 증가하고 Column TIC는 온도가 내려가고 LPG Product on-Spec.으로 변하게 됩니다.

Material Balance Control은 Column TIC가 직접 Reflux flowrate를 조절하는 것이 아니고 위의 procedure 처럼 여러 단계를 거치기 때문에 응답속도가 늦게 됩니다. 하지만 Energy Balance와 간섭이 적고 internal reflux가 일정하다는 장점이 있습니다.

스테파노 Stefano

15-01-08 20:52

(0) 지리부도님의 답글에서 Material Balance Control 방식에 관해 잘 설명해 주셨습니다. 그러나..

(1) 이 Control System에서 Pump의 Minimum Flow Control System과 관련지어 고려해 보면 Reflux Drum 액면이 높을 경우 DCS 에 의한 전체유량(F1+F2)조절기의 설정치를 늘여 Reflux유량(F1)을 늘여주면 Column TIC값이 떨어지게되고 Product 유량(F2)조절기의 설정치를 줄여주게 되는데...

이로 인하여 Column내로 Reflux 되어 다시 끓어 올라 Reflux Drum에 액이 쌓이게 되므로 액면조절 효과가 나타나지 않을 것이라는 판단입니다.

또한 Reflux(F1)를 늘이고 Product Rate(F2)를 줄이게 된다고 해도 전체유량(F1+F2)값이 Pump Minimum Flow(Fm) 미만으로 떨어지면 대책이 없을 것 같다는 생각입니다.

(2) 유명한 Henry Z. Kister의 저서 "Distillation Operation"을 찾아보니 이런 방식은 Direct Material Balance Control (Fig 16-4(d), p 498)인데 ⓐ갑작스런 비에 의해 Condenser, Reflux Drum, Column이 비에의해 온도가 갑자가 떨어져 Internal Reflux가 증가되었을 때 효과적이라는 이야기가 있고 ⓑ응답속도가 느려서 Tray Column의 경우보다 Column Loading이 비교적 작은 Packed Column에서 효과를 본다는 이야기가 있습니다.

(3) 결론적 이야기지만.. LPG와 같이 Vaporizing이 심하거나 공회전시 Gas가 발생하는 Amine Pump등과 같은 경우에는 Pump Minimum Flow문제늘 해결하기 위해서는 유량조절기나 조절밸브를 사용하는 것보다 기계식 Minimum Flow Bypass Valve로 해결하는 것이 안전하다고 생각됩니다.