하수처리에서 DCS 적용 및 자동운전 사례 - 소화조 가스교반송풍기 자동운전

10-17. 소화조 가스교반송풍기 자동운전

『하수처리에서 DCS 적용 및 자동운전 사례』
Automation of Sewage Treatment Facilities by DCS

연구 : 서울특별시 가양하수처리사업소 (현재 서남하수처리사업소) 김영수

5-13. 소화조 가스교반송풍기 자동운전

1. 머 리 말
2. 소화조 개요
3. 소화조 가스교반 송풍기 개요
3-1. 가스교반 송풍기 현황
3-2. 가스교반 송풍기 기존 수동운전 방법
3-3. 가스교반 송풍기 자동운전에 따른 계장반 개선
3-4. 가스교반 송풍기 이상상태 경보표시기 개선 작업
4. 가스교반 송풍기 자동운전 세부사항
4-1. 자동운전 개요
4-2. 자동운전에 따른 운전 선택
4-3. 가스교반 송풍기 운영자 운전선택
4-4. 운전시간 및 휴식시간 지정
4-5. 가스교반 송풍기 자동운전 조건 설정
5. 가스교반 송풍기 자동운전에 따른 소화조 운영 분석
5-1. 소화조 운영 분석 개요
5-2. 제1처리장 주요 공정별 설계치 계산
5-3. 제1처리장 소화조 운영 현황
5-4. 제1처리장 소화조 운영자료 분석
5-5. 가스교반 송풍기 기존 단속운전 운영자료 분석
5-6. 가스교반 송풍기 단속운전 경제성 검토
5-7. 가스교반 송풍기 중앙감시실 자동운전 의견
5-8. 가스교반 송풍기 자동운전 주요내용 및 추진일정
6. 맺 음 말

본 내용중에서 목차의 5번 항목은 10-c 가스교반송풍기 자동운전에 따른
소화조 운영 분석 내용을 참고하시기 바랍니다.

1. 머 리 말

가스교반 송풍기(Gas Agitation Blower)는 소화가스를 재순환시켜 소
화조내의 슬러지를 혼합시키는 장치이며, 24시간 연속운전으로 운전관리
를 해왔으므로 자동운전의 필요성이 크게 부각되지 않았었다.
최근 들어 하수처리 공정에 경영 합리화 개념을 도입하여 지금까지의
고정관념을 탈피하여 24시간 연속으로 운전하는 소화조 가스교반 송풍기
운전시간에 대하여 처리수질에 영향을 주지 않는 범위에서 효율적으로
관리하여 하수처리 예산을 절감시키는 방안이 연구되고 있다.
환경부 제정 하수도 시설기준(한국수도협회 발행 1998. 2) 책자의 혐
기성 소화 혼합장치 내용을 참조하면,소화조내의 슬러지를 계속 혼합시
켜야만 효과적이라고 할 수 없으며 1∼3시간 정도로 매일3∼6회 혼합
하여도 충분하다고 설명되어 있다.

혐기성 소화조 혼합장치를 단속운전으로 하여도 충분하다는 것에 자신
감을 얻어 중앙감시실 분산제어시스템(DCS) 컴퓨터에 의한 제1처리장
소화조 가스교반 송풍기 자동운전을 계획하여 추진하게 되었다.
가스교반 송풍기는 용량이 55Kw이며 냉각장치, 윤활장치, 각종 보호
장치 등의 여러 부속기기를 포함하고 있으므로 기계적으로 복잡하다.
가스교반 송풍기를 중앙감시실에서 컴퓨터로 자동운전 하기 위해서는
위와 같은 부속기기를 제어하는 소화조 2층 현장의 가스교반 송풍기 현
장 조작반(LCP)과 송풍기를 Y-△방식으로 구동시키는 3상 유도전동기
전동기 제어반(MCC)을 제어할 수 있어야 한다.
또한 기존 소화조 계장반의 수동운전 방법을 그대로 유지시키면서 중
앙감시실 컴퓨터로 자동운전이 가능하도록 운전선택(수동, 자동) 전환스
위치를 추가로 설치하여야 하므로 소화조 계장반에 대한 제어회로 개선
작업이 필수적이다.
중앙감시실 컴퓨터에 의한 가스교반 송풍기 자동운전을 실시하게 되면
소화조 현장 여건에 적합하도록 운전조건과 운전시간, 휴식시간 등을 융
통성있게 설정하여 운전할 수 있으므로 유지관리에 효과적이다.

2. 소화조 개요

혐기성 소화란 용존산소가 존재하지 않는 환경에서 유기물이 미생물
에 의해 분해되는 과정으로 슬러지 중의 유기물은 미생물의 활동에 의하
여 제거된다.
소화조는 혐기성 미생물에 의한 슬러지중의 유기물을 분해시켜 슬러지
의 안정화, 슬러지량의 감소 및 멸균과 소화과정의 부산물인 메탄가스를
얻기 위하여 설치한다.
혐기성 가온 2단 소화방식을 채용한 가양하수처리사업소 제1처리장 소
화조에 유입된 농축슬러지는 약 35℃의 온도로 중온 소화되어 약 30일간
체류되며, 혐기성 발효에 의하여 슬러지 중에 포함된 유기물의 약 50%
가 메탄올 주성분으로 소화가스와 물로 전환된다.
혐기성 소화에 의한 슬러지의 분해과정은 크게 [그림 1]에 나타난 바와
같이 3단계로 나룰수 있다. 각 단계의 반응은 발효균, 아세트산 및 수소
생성균, 그리고 메탄 생성균 등 서로 다른 미생물에 의하여 이루어지며
이들의 활동은 유기적으로 연결되어 있다.

[그림 1] 혐기성 분해의 3단계 (자료 : 하수도 시설기준)

가스분해 및 발효 단계에서는 슬러지가 휘발성 유기산, 단당류, 아미노
산과 같은 용해성 유기물을 거쳐 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 고분
자 유기산 및 H2와 CO2로 변화하게 된다.
이 단계에서는 유기물이 분해되어 무기물로 변하지 않고 단지 다른 형
태의 유기물로 변하기 때문에 유기물의 총 COD는 변하지 않는다.
슬러지의 혐기성 소화과정에서는 가수분해 단계가 느리기 때문에 전체
처리 속도를 제한한다.
아세트산은 발효단계에서 직접 생성되기도 하지만, 발효단계의 생산물
인 프로피온산, 부티르산 및 고분자 휘발성 유기산 등에서도 생성된다.
후자의 경우를 아세트산과 수소생성 단계라고 칭한다.
메탄화 과정에서는 앞 단계에서 생성된 수소 및 아세트산이 메탄으로
변화한다. 이 과정에서 유기물의 COD가 가스 상태의 메탄으로 변화함으
로써 실질적인 유기물의 제거가 이루어지게 된다.
수소 및 아세트산으로 부터의 메탄 생성식은 다음과 같다.

4H2＋CO2 → CH4＋2H2O (메탄가스＋물)
CH3COOH → CH4＋CO2 (메탄가스＋이산화탄소)

혐기성 소화의 단점으로는 높은 온도(35℃ 혹은 55℃)를 요구한다는
것인데 이는 발생하는 메탄가스를 열원으로 이용하면 해결할 수 있는 문
제이다. 또한 미생물의 성장속도가 느리기 때문에 초기 운전시나 온도,
부하량의 변화 등 운전조건이 변화할 때 그에 적응하는 시간이 길다는
점과 암모니아와 H2S에 의한 악취도 단점으로 지적될 수 있다.

하수처리장에서 발생하는 슬러지를 혐기성으로 소화시키는 목적은 다
음과 같다.
1) 슬러지내의 유기물을 분해시킴으로서 슬러지를 안정화시킨다.
2) 슬러지의 무게와 부피를 감소시킨다.
3) 이용 가치가 있는 메탄을 부산물로 얻을 수 있다.
4) 병원균을 죽이거나 통제할 수 있다.

소화조 운영에 있어서 교반의 역할은 매우 중요하다. 교반은 소화조내
의 성층화에 의한 스컴층 및 온도 경사의 억제, 독성물질의 분산, 미생물
효소와 유기물과의 접촉증대에 필요하다.
슬러지를 혐기성으로 소화시킬 때 혼합이 필요한 이유는 다음과 같다.
1) 유입되는 슬러지를 소화조내에 균등히 분배하여 미생물에 연속적인
양분을 공급
2) 소화조 온도를 모든 부분에 같게하며, 층이 형성되는 것을 방지
3) 완충제인 알카리도를 소화조내에 균등하게 분배함으로서 pH 조정
4) 미생물의 성장을 방해하는 물질의 농도를 최소화
5) 스컴의 형성을 줄이거나 방지

소화조에 유입된 슬러지는 적절한 소화 온도로 적당한 소화 일수를 지
내면 가스화되어 25∼60% 정도 감소한다.
유입된 슬러지는 소화 후 침전 분리하면 용해성 유기물을 포함한 상징
수, 소화가스 및 안정된 소화슬러지가 된다.
혐기성 소화공정을 적절하게 운전 및 관리하기 위해서는 유입슬러지의
상태 및 주입량, 소화조 내의 슬러지 성상, 거품 등을 지속적으로 파악하
여 이상 상태가 발생하면 신속하고 적절한 조치를 취할 수 있도록 다음
사항을 고려하여야 한다.
1) 운전상태 및 소화의 진행상태 파악을 위해 유입슬러지량, 소화슬러
지량, 상징수량 및 가스발생량을 측정한다.
2) 유입슬러지, 소화슬러지, 소화조내의 슬러지 성상을 파악하기 위해
온도, TS, VS, pH, 휘발산 및 알카리도를 측정한다.
3) 상징수의 TS, VS, pH 등을 측정하고 하수처리 계통에 미치는 영향
을 파악하기 위해 BOD, 질소, 인, 농도를 측정한다.
4) 위의 사항을 정기적으로 측정하여 이상이 발생하였을 경우 정상시
기록과 비교하여 그 원인을 파악하고 신속히 적절한 조치를 취한다.
(자료 : 하수도 시설 기준)

혐기성 가온 2단 소화방식으로 운영하는 경우 1단 소화조에서는 농축
오니가 유입되고 가스교반 송풍기에 의한 교반작용을 실시하여 소화조내
에 슬러지를 분산 혼합시켜서 슬러지의 질을 균등하게 하고 온도분포를
균일하게 유지시키고 발생한 소화가스 발생을 촉진시킨다.
또한 소화조 온도를 유지하기 위하여 열교환기로부터 가온된 슬러지가
순환오니 펌프에 의하여 이송된다.
2단 소화조는 정지되어 있으므로 슬러지 중의 미세한 기포가 부착하여
스컴이 액면을 덮으므로 스컴 방지장치를 설치한다.
가스교반 송풍기는 1단 (Primary) 소화조의 슬러지 교반작용 및 2단
(Secondary) 소화조의 스컴 파쇄 작용을 위하여 소화가스 압축 및 공급
을 수행한다.
소화된 소화오니는 2단 소화조 하부에서 소화오니펌프에 의하여 탈수
기동 저류조로 이송된 후 케익(Cake)라 불리는 고형물로 탈수된 후 반출
처리되고 소화상징수는 수처리 계열로 반송되어 재처리된다.


    [그림 2] 가양하수처리사업소 제1처리장 혐기성2단 소화조 계통도 



    [그림 3] 가양하수처리사업소 제1처리장 오니(Sludge) 처리 계통도  




    [그림 4] 가양하수처리사업소 제1처리장 소화조 단면도  



    [표 1] 가양하수처리사업소 제1처리장 소화조 주요 구성설비
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    기기명          규   격      대수         기     능
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 1 소화조      ø26m              16  농축슬러지를 30일간 중온혐기성 소화
                 유효높이 12.5m        시켜  가스발생과 슬러지안정화
 2 가스교반    ø200㎜×20m3/분   16  1단소화조의 슬러지를 혼합교반 및 2단
   송풍기       11,500㎜Aq×55Kw       소화조의 스컴브레이크 장치 가스공급
 3 센터 돔     원형 가스돔       16  스테인레스 강재구조, 가스수집통
   장치         ø2,600㎜ 
 4 소화조      과압 방출기       16  소화조나 가스홀더의 안전을 위해 부착,
   안전기       ø200㎜×350㎜Aq       탱크의 팽창 및 가스누출 방지
 5 소화조      자동식            16  탱크 외부로부터 화염의 역류 차단,
   역화방지기   ø200㎜                작은 압력차에서도 큰 유량을 제공
 6 스컴 브레   가스분사식         8  소화가스를 이용 기계실 브로워를 거쳐
   이크장치     STS파이프ø80㎜        2단소화조의 스컴 파괴 역할
 7 중앙 가스   가스드래프트튜브식 8  소화가스를 이용 기계실 브로워를 거쳐
   교반장치     ø200㎜ 액면하10m      1단의 오니를 혼합교반이 주목적
 8 워터 트랩   정치식 원통형      8  가스에 포함된 수증기의 결로수 제거 및
                ø200㎜                배관막힘을 방지, 응축수를 포집
 9 가스 필터  건식 원통형         8  가스내에 내포된 먼지등을 제거,
                ø200㎜                가스교반송풍기 보호
10 오일 트랩  정치식 원통형       8  토출가스에 포함된 오일을 효율적으로
                ø200㎜                제거 배관의 막힘 방지
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  소화조에서 발생한 소화가스는 가스교반 송풍기에 의하여 1단  소화조 
중앙에 설치된 중앙가스 교반장치(Draft Tube 식)의 가스주입  파이프로 
분사되어, 소화조 하부로 부터 가스압력에 의해 슬러지는 중앙가스 교반
장치 하부에서 상부로, 상부 슬러지 계열에서 가장자리로, 가장자리 계면
에서 하부로 순환한다. 
  1단 소화조는 교반장치가 가동되어 스컴 발생이 적으나, 2단 소화조는 
정지되어 있으므로 스컴 발생이  쉬우므로 2단 소화조 상부로  부상되는 
스컴을 분쇄시키기 위하여 주기적(1주  1회 정도)으로 스컴파쇄기(Scum 
Breaker)를 이용하여 스컴을 파쇄한다.


3. 소화조 가스교반 송풍기 개요

   3-1. 가스교반 송풍기 현황

     제1처리장 소화조 가스교반  송풍기가 각  계열(3∼6계열)에 4대씩 
총16대 있으며, 기계설비 및 운전조작과 관련된 전동기 제어반(MCC)과 
현장조작 판넬(LCP)이 각 소화조 2층에 설치되어 있다. 
  제1처리장 소화조는 장기간 단계적으로 걸쳐 시공되어 계열별로  가스
교반 송풍기, MCC 등의 제조회사 및 시공회사가  다르며, 이에 따라 기
본적인 운전방법은 비슷하지만 계열별로 기계장치 및 운전조작 제어회로
의 구성 등이 조금씩 다르다.   가스교반 송풍기 제조회사는 3,  6계열이 
미국의 Fuller사 제품이며, 4, 5계열은 일본의 Yamada사 제품이고, 시공
한 회사는 3계열이 삼원풍력 4, 5, 6계열이 서원풍력에서 설치하였다. 

  가스교반 송풍기의 구동은 방폭형 3상  380V 농형 유도전동기로 용량
은 55Kw이며 Y-△방식으로  운전하며, 소화조내의  가스를 교반하기에 
적합한 단단식 로타리 슬라이딩  베인형 압축기이며 로타, 케이싱,  베어
링, 윤활계통, 냉각계통 및 부속장치로 구성한다. 
  단조강으로 제작된 로터(Rotor)에는  Fuller사 제품이  8개, Yamada사 
제품이 12개의 날개를 구비하고 있으며, 압축기구를 이루도록 케이싱 안
에 편심으로 제작되어 있으며, 로터 회전시 브레이드(Brade)가 원심력에 
의하여 밖으로 나오면서 각 구간 챔버(Chamber)의 공기를 압축하며, 축
은 윤활유로 윤활되고 오일-씰로 축봉된 볼베어링으로 지지한다.
  케이싱은 고강도의 주철로서 입, 출구 및 연결구를 포함한 일체형으로 
케이싱과 측면 덮개 사이에 내부 냉각실이 있다.
  냉각방식은 수냉식으로 기동시 냉각수가 자동적으로 공급될 수 있도록 
솔레노이드 밸브가 설치되어  있으며, 냉각수 라인의  흐름을 감지할 수 
있는 압력스위치와 불순물을 제거하기 위한 스트레이너가 있다.
  윤활방식은 Fuller사는 오일 펌프에 의한  강제 윤활방식이고 Yamada
사는 자연 공급 방식이며, 윤활유 저장조, 여과기 등이 설치되어 있다. 

  가스교반 송풍기의 부속장치로는 흡입 및 토출가스 배관의 팽창과  진
동흡수를 위한 신축이음관(벨로우즈형 150mm), 관로가  막히는 등의 발
생으로 압력이 상승할 경우 가스교반 송풍기를 보호하기 위한 과압력 제
거변(스프링타입 DN100), 가스의 역류를  방지하기 위해 송풍기  토출측
에 설치된 역행방지용 체크변(스윙타입 125mm)이 있다.
  기타 부속장치로는   가스량을 확인하기  위한  가스유량계(Flow  cell
형,150mm), 가스의 압력상승을 감지하기 위한 압력스위치(방폭형¼") 및 
압력계(0-5.6Kg/㎠), 온도 상승을 감지하기 위한 온도 스위치(방폭형⅜")  
냉각수 유량제어를 위한 냉각수용 전자변(PT¾"), 냉각수의 흐름을 감지
하기 위한 플로우 스위치(¾", Water Flow Switch) 등이 있다. 

  [그림 5]는 Fuller사의 가스교반  송풍기 운전계통도이며, Yamada사의 
송풍기도 윤활방식이 자연공급인 것을 제외하면 거의 동일하다.

    [그림 5] 가스교반 송풍기 운전 계통도 (Fuller사)



   3-2. 가스교반 송풍기 기존 수동운전 방법  

     가스교반 송풍기의 수동운전은 ①현장조작  판넬(LCP), ②MCC ③
계장반에서 조작이 가능하도록 되어있다. . 

  ①번 현장조작 판넬에서 운전조작은 소화조 2층 현장에서 LCP 내부의 
자체 연동 시이퀸스(Sequence) 제어회로에 의해서 가스교반송풍기  운전
관련한 부속기기 및 냉각수 밸브, 윤활유 펌프, 가스 온도, 가스 압력 등
의 이상 유무를 검사하여  이상이 없으면, LCP에서 MCC로  운전명령을 
보내어 가스교반 송풍기용  전동기를 Y-Δ기동방법에  의하여 기동하여 
가스교반 송풍기를 운전하는 방법으로 소화조 2층 현장에서 기기 상태를 
감시하면서 운전하는 방법이다. 

  ②번 MCC에서 수동(Manual)에 의한 운전조작 방법은 가스교반  송풍
기 구동용 전동기에 대한 단순한 운전명령이므로, 가스교반 송풍기 운전
에 중요한 냉각수 밸브,  윤활유 펌프, 가스압력,  가스온도 등의 조건에 
관계없이 동작을 시키는 것이므로 매우 위험한 운전조작 방법이다. 
  그러므로 가스교반 송풍기 운전조작에서 MCC  수동운전은 특별한 경
우에만 충분한 감시하에 짧은 시간에 한하여 주의하여 적용하여야 한다.

  ③번 계장반에서 운전조작은 가스교반  송풍기 현장조작 판넬의  연동 
시이퀸스 제어회로에 ON(Run) 또는 OFF(Stop) 접점 신호를 주어  운전
조작을 수행하는 것이다.
  소화조 계장반에서 운전조작 방법은 소화조 2층 기계실 현장의 부속기
기 및 운전조건에 대한 직접감시는 할 수 없으나, 실제 운전조작 방법은 
현장조작 판넬 (LCP)에서 조작하는 것과 전기적으로는 동일한 방법으로 
계장반에서 원격으로 가스교반 송풍기를 수동운전하는 것이다. 
  가스교반 송풍기를 중앙감시실에서 컴퓨터로 조작하기 위한 계장반 개
선작업은 기존에 사용중인 소화조 계장반 수동운전 조작 제어회로에  운
전절환 2단스위치와 컴퓨터의 출력접점을 연결하여 기존 계장반  수동운
전과 중앙감시실 자동운전을 선택하도록 하는 것이다. 

   3-3. 가스교반 송풍기 자동운전에 따른 계장반 개선 

   [그림 6] Fuller 가스교반 송풍기 제어회로도 (소화조 3, 6계열)
  


   [그림 7] Yamada 가스교반 송풍기 제어회로도 (소화조 4, 5계열)
  


  가스교반 송풍기는 연속운전하는 것으로 설계되어 기존 소화조 계장반
에서는 운전상태 감시 및 수동조작만 가능하다. 
  중앙감시실 컴퓨터에 의한 자동운전을 실시하려면 소화조 가스교반 송
풍기 16대에 대하여  현장조작 판넬(LCP)  운전제어 회로인 [그림  6]과 
[그림 7]에 대한 개선작업이 선행되어야 한다. 
  개선작업은 기존 현장운전과  계장반 운전방법을  그대로 수용하면서, 
추가로 컴퓨터에 의한 자동운전이  가능하도록 가스교반 송풍기  16대의 
기존 LCP 수동제어 회로를 [그림  8] 우측의 점선 부분의 운전선택스위
치(계장반, 중앙)와 소화조 현장컴퓨터의 출력접점을 추가하는 것이다.

    [그림 8] 가스교반 송풍기 현장 조작판넬 제어회로 부분 상세도

 기존 LCP 수동제어 회로          개선 제어회로 (점선부분 추가) 

  [그림 8]에서 R00은 [그림 6] Fuller사 및  [그림 7] Yamada사의 가스
교반 송풍기 현장조작 판넬(LCP) 제어회로도(경보 및 표시회로  제외)에
서 가장 상단의 R00 계전기 부분만을을 확대하여 표시한 것이다.
  R00 계전기는 소화조 2층 현장조작 판넬  내부에 설치되어 있으며 원
격조작 계전기(Remote Control Relay) 역할을 수행한다. 
  Fuller사 송풍기는 Yamada사 송풍기와 비교하여  강제 윤활방식에 따
른 오일펌프 제어회로가 추가되어 현장조작 판넬(LCP) 제어회로가 조금 
더 복잡하게 구성되어 있다. 
  가스교반 송풍기가 Fuller사와 Yamada사 제작회사별로 기계적인 사양
과 전기적인 제어회로가 조금씩 상이하지만,  중앙감시실 컴퓨터로 자동
운전을 하기 위한 소화조  계장반 개선작업은 현장조작판넬의  원격조작
(Remote Control) R00 계전기 조작회로만 보완하면 가능하다.

  즉 [그림 8]  우측 그림 점선내의  제어회로를 가스교반송풍기 16대에 
대하여 동일한 방법으로 추가하면 된다. 
  이 방법은 앞서 설명한 각 소화조 2층 기계실 현장에서 운전조건을 감
시하며 수동운전하는 방법과 (거리가 떨어져  있는 것만 다르고) 전기적
으로는 동일한 것이며, 기계적으로도 안전한 운전조작 방법이다. 
  즉 현장조작 판넬내의 [그림 6]와 [그림 7]의 가스교반  송풍기 운전조
건 및 부속장치 제어에 대한 연동 시이퀸스 제어회로에 중앙감시실 컴퓨
터 자동운전 프로그램에 의한  운전(Run) 또는 정지(Stop)  명령을 주는 
방법으로 자동운전을 수행하는 것이다. 
  현재 소화조 계장반에는 [그림 8]  좌측 그림 점선내의 계장반(ICP)에 
해당하는 가스교반 송풍기용  수동조작 Run/Stop용  푸시버튼 스위치가 
설치되어 있고 계장반  옆에 현장  컴퓨터(DCU8)가 설치되어 있으므로, 
각 소화조 2층 현장의 현장조작 판넬의 제어회로는 그대로 두고  소화조 
전기실내에서 비교적 간단하게 계장반 개선작업만 실시하면 된다.
  소화조 계장반의 열교환기 출구온도 기록계(2대)와 소화조온도 기록계
(4대) 사이의 빈 공간에 기존 계장반 수동운전과 중앙감시실 자동운전을 
소화조 근무자가 선택할 수 있도록 2단 절환스위치 16개를 설치하고, 계
장반과 소화조 현장컴퓨터(DCU8)간에 제어용 전선을 배선하면 된다.
  중암감시실 컴퓨터에 의한 소화조  가스교반 송풍기 자동운전에  따른 
소화조 계장반 개선작업에 필요한 주요 재료는 물품구입을 하고, 작업인
원은 중앙감시실 자체인원으로 실시하였다. 


   3-4. 가스교반송풍기 이상상태 경보표시기 개선 작업

     소화조 계장반에서는 단순히 가스교반송풍기 구동용  유도전동기의 
운전상태(가동, 정지)만 감시가 가능하여 이상상태를 확인하기  위해서는 
원시적인 현장 순찰에만 의존하여 개선이 필요하였다. 

    [그림 9] 가스교반송풍기 이상상태 검출 상세도 (계열당 4대)

     
  가스교반송풍기 MCC 및 LCP에  이상발생시 소화조 계장반  및 
중앙감시실에서 감시가 가능하도록, 기존 소화조 계장반에  유도전동
기 과부하(49X) 및 운전상태(88X) 표시용 릴레이가 설치된 것을 최대로 
이용하여 [그림 9]와 같이 점선부분을 추가하여 개선작업을 하였다.
  [그림 9]에서 소화조 각 계열별로 이상상태 검출회로가 조금씩 상이한 
것은 가스교반송풍기 설치년도, 제조회사, 설치회사 등이 다르고 MCC와 
LCP 제어회로에 사용된 부품(계전기, 타이머) 등이 다르기 때문이다. 

  즉 소화조 현장  LCP의 이상(Fault) 발생시  동작하는 계전기  접점과 
운전중 냉각수나 윤활유 공급이  중단되면 이것을 검출하여  접점신호로 
기존 MCC 49X 접점신호와 병렬로 연결하여 계장반에 신호를 보낸다.
  소화조 계장반에서는 가스교반송풍기 16대에 대하여 이상신호  발생시 
작동되는 제어계전기(Control Relay)  A접점을 경보표시기(Annunciator)
로 보내어 경보를 발생하고 해당 기기의 번호를 표시하도록 하였다.
  또한 가스교반송풍기가 운전중 정지되었을 때 근무자가  경보표시기의 
경보발생 유무를 현장 상황에 따라서 토글스위치로 선택하도록 하였다.

    [그림 10] 가스교반송풍기 이상상태 계장반 경보표시 상세도 (1대분)


  [그림 10]은 가스교반송풍기  1대에 대한  경보표시 상세도이고 RX는 
MCC반 유도전동기 운전(Run)시 작동되는  계전기이고, RY는 가스교반
송풍기 이상(Fault) 발생시 작동되는 계전기이다. 

    [표 2] 가스교반 송풍기 이상상태 경보표시 구성도 
---------------------------------------------------------------------
 가스교반송풍기    TAG    MCC        CVV 5C      계전기 번호   경보기
 이상Fault 명칭    명칭   단자번호  케이블명칭    RX  RY       번호
---------------------------------------------------------------------
 3계열1호 이상    3A FLT  23, 24    G-2101- 5    113  114      117
 3계열2호 이상    3B FLT  23, 24    G-2101- 6    115  116      118
 3계열3호 이상    3C FLT  23, 24    G-2101- 7    117  118      119
 3계열4호 이상    3D FLT  23, 24    G-2101- 8    119  120      120
 
 4계열1호 이상    4A FLT  27, 28    G-2101- 9    121  122      127
 4계열2호 이상    4B FLT  27, 28    G-2101-10    123  124      128
 4계열3호 이상    4C FLT  27, 28    G-2101-11    125  126      129
 4계열4호 이상    4D FLT  27, 28    G-2101-12    127  128      130

 5계열1호 이상    5A FLT  27, 28    G-2101-13    129  130      137
 5계열2호 이상    5B FLT  27, 28    G-2101-14    131  132      138
 5계열3호 이상    5C FLT  27, 28    G-2101-15    133  134      139
 5계열4호 이상    5D FLT  27, 28    G-2101-16    135  136      140

 6계열1호 이상    6A FLT  27, 28    G-2101-17    137  138      147
 6계열2호 이상    6B FLT  27, 28    G-2101-18    139  140      148
 6계열3호 이상    6C FLT  27, 28    G-2101-19    141  142      149
 6계열4호 이상    6D FLT  27, 28    G-2101-20    143  144      150
---------------------------------------------------------------------

 ※ 가스교반송풍기 이상(Fault) 상태 경보표시기 감시 현항 
      가스교반송풍기 구동용 유도전동기(55Kw) 과부하(OverLoad)
      가스교반송풍기 가스압력 상승(High) 또는 가스온도 상승(High)
      가스교반송풍기 운전중 냉각수공급 중지 (4, 5 야마다)
      가스교반송풍기 운전중 냉각수 또는 윤활유공급 중지 (3, 6 풀러)
      가스교반송풍기가 운전중 정지되었을 때 근무자가  경보표시기의 
경보발생 유무를 현장 운전상황에 따라서 토글스위치로 선택

4. 가스교반 송풍기 자동운전 세부사항

4-1. 자동운전 개요

가스교반 송풍기 자동운전 프로그램은 연속운전중인 것을 컴퓨터로
시간에 의한 단속운전을 실시하는 것이므로 계측기에 대한 조건 설정이
없으므로 비교적 단순하다. 소화조 현장컴퓨터의 메모리 허용 범위내에
서 현장에 적합한 운전조건과 시간설정으로 자동운전이 가능하도록 하였
고 운영자키보드 GAK 53∼56에 자동운전 정보가 등록되어 있다.
자동운전 방법은 소화조 계장반에서 신설된 운전선택(계장반, 중앙) 전
환스위치를 중앙으로 선택하고 자동운전 프로그램을 실행시키면, 현장조
작 판넬의 연동시이퀸스 제어회로에 운전 또는 정지명령을 내리게 된다.
운전방법은 소화조 현장사정에 따라 가스교반 송풍기 운전을 8가지 방
법으로 운영자가 선택하여 운전할 수 있으며, 운전시간 및 휴식시간 등
을 분(Minute) 단위로 현장여건에 알맞도록 관리할 수 있다.

4-2. 자동운전에 따른 운전 선택

가스교반 송풍기를 소화조 계장반의 수동운전 또는 중앙감시실 자
동운전을 하기 위해서는 소화조 2층 MCC 판넬에 설치된 2개의 절환 스
위치(Select Switch) 중에서 상단의 수동(Manual), 자동(Auto) 절환스위
치는 수동(Manual)에 선택이 되고, 하단의 현장(Local), 원격(Remote) 절
환스위치는 원격(Remote)에 선택이 되어 있어야 한다.
그리고 소화조 2층 기계실의 현장조작 판넬(LCP)에 설치된 현장
(Local), 원격(Remote) 절환스위치는 반드시 원격(Remote)에 선택이 되
어 있어야 한다. 상기 조건이 갖추어져 있을 때만 소화조 계장반에서
가스교반 송풍기의 수동운전이 가능하다.
컴퓨터에 의한 자동운전이 되기 위해서는 상기 조건이 반드시 갖추어
진 상태에서 소화조 계장반에 신설한 계장반, 중앙 절환스위치가 반드시
중앙으로 선택이 되어 있어야 자동운전이 가능하다.

4-3. 가스교반 송풍기 운영자 운전 선택

소화조는 4개 계열로 구성되어 있고 가스교반 송풍기 자동운전
프로그램은 각 계열별로 독립적으로 구성되어 있다.
소화조 1개 계열 당 A측 2대, B측 2대씩 4대가 설치되어 있고 편의상
자동운전 프로그램에서는 각 계열별로 가스교반 송풍기 번호를 A측은 1
번, 2번으로 B측은 3번, 4번으로 인식된다.
각 계열별로 4대의 가스교반 송풍기 중에서 2대의 가스교반 송풍기는
예비이므로 자동운전 조건에 따라서 1, 2번 중에서 1대, 3, 4번 중에서 1
대를 선택운전할 수도 있고 또는 자동으로 교대운전할 수도 있다.
현장에서 점검 또는 고장 발생이 있는 송풍기는 자동운전 대상에서 제
외할 수 있고, 이상(Fault) 신호가 입력되거나 운영자 운전선택에서 제외
된 송풍기는 자동운전 프로그램에서 운전명령을 내리지 않는다.
PAR1의 1에 A측, PAR1의 2에 B측 송풍기 번호를 입력한다.

4-4. 운전시간 및 휴식시간 지정

자동운전 프로그램은 가스교반 송풍기를 운영자가 운전조건 및
운전(가동)시간과 휴식(정지)시간을 1분 단위로 지정할 수 있다.
가스교반 송풍기 자동운전에서는 기본적으로 운전조건 8가지 중에서
조건 7번으로 설정하여 A측 운전타이머 120분(2시간), B측 운전타이머
120분(2시간), 휴식타이머 120분으로 설정하여 소화조 A측과 B측의 가
스교반 송풍기가 2시간 운전과 2시간 정지를 반복한다.
①A측 운전시간 지정 : A측 가스교반 송풍기 (1번 또는 2번)
의 운전시간을 지정하는 것이다.
②B측 운전시간 지정 : B측 가스교반 송풍기 (3번 또는 4번)
의 운전시간을 지정하는 것이다.
③휴식시간 지정 : A측과 B측의 가스교반 송풍기 운전을 마
친 후 현장여건에 따라 휴식시간을 지정할 수도 있다.

4-5. 가스교반 송풍기 자동운전 조건 설정

가스교반 송풍기 자동운전은 각 계열별로 설치된 4대(A측 2대, B
측 2대)의 송풍기를 8가지 조건으로 운전가능하고 PAR1의 8에 자동운전
조건을 현장여건에 따라 운영자가 변경할 수 있다.

1) 조건 1번은 소화조 A측만 자동운전이며 가스교반 송풍기 1번
과 2번중 운영자가 선택한 송풍기만 운전할 수 있다.
2) 조건 2번은 소화조 B측만 자동운전이며 가스교반 송풍기 3번
과 4번중 운영자가 선택한 송풍기만 자동운전할 수 있다.
3) 조건 3번은 소화조 A측만 자동운전이며 가스교반 송풍기 1번
과 2번이 지정된 운전조건이 되었을 때 교대로 자동운전할 수 있다.
4) 조건 4번은 소화조 B측만 자동운전이며 가스교반 송풍기 3번
과 4번이 지정된 운전조건이 되었을 때 교대로 자동운전할 수 있다.
5) 조건 5번은 소화조 A측, B측 교대 자동운전이며 가스교반 송
풍기 1, 2번중에서 1대, 송풍기 3, 4번 중에서 1대를 운영자가 선택하여
자동운전할 수 있다.
6) 조건 6번은 소화조 A측, B측 교대 자동운전이며 가스교반 송
풍기 1번과 2번, 그리고 3번과 4번이 해당 지에 운전조건이 되었을 때
교대로 자동운전할 수 있다.
7) 조건 7번은 소화조 A측, B측 동시 자동운전이며 가스교반 송
풍기 1, 2번 중에서 1대, 가스교반 송풍기 3, 4번 중에서 1대를 운영자가
선택하여 자동운전할 수 있다.
8) 조건 8번은 소화조 A측, B측 동시 자동운전이며 가스교반 송
풍기 1번 또는 2번, 그리고 가스교반 송풍기 3번 또는 4번이 해당 지에
운전조건이 되었을 때 교대로 자동운전할 수 있다.

자동운전 조건 7번, 8번은 A측과 B측의 동시 자동운전이므로, B측
타이머는 의미가 없으며 A측 타이머와 휴식시간 타이머의 설정시간에
의해 가스교반 송풍기가 운전과 정지를 반복한다.
또한 조건 2번, 4번, 6번, 8번일 경우에는 각 계열 별로 예비용 가스교
반 송풍기를 자동으로 교대로 교체운전하므로, 운영자의 가스교반 송풍
기 운전선택 의미는 자동운전을 최초 시작할 때 운전할 가스교반 송풍기
번호를 정하여 주는 것이 되다.

[그림 11] 가스교반송풍기 자동운전 순서도 (Flow Chart)

5. 가스교반 송풍기 단속운전에 따른 소화조 운영 분석

5-1. 소화조 운영분석 개요
5-2. 제1처리장 주요 공정별 설계치 계산
5-3. 제1처리장 소화조 운영 현황
5-4. 제1처리장 소화조 운영자료 분석
5-5. 가스교반 송풍기 기존 단속운전 운영자료 분석
5-6. 가스교반 송풍기 단속운전 경제성 검토
5-7. 가스교반 송풍기 단속운전의 중앙감시실 자동운전 의견
5-8. 가스교반 송풍기 자동운전 주요내용 및 추진 일정


6. 맺 음 말 

    자동운전을 준비하는 과정으로 소화조 가스교반 송풍기의 현장 조작 
판넬(LCP)과 MCC, 계장반 제어회로 및 기계적인 작동사항 등에 대하여 
자동운전 가능성을 조사하였다.
  또한 단속운전에 따른 기존의 소화조  운영자료를 검토 분석하였으며, 
소화조 현장컴퓨터(DCU8)의 메모리가 지원하는 범위내에서 자동운전 프
로그램을 작성하였다.
  가스교반 송풍기의 현장조작 판넬 내부의 제어회로는 부속기기와 운전
조건이 연동으로 복잡하게 구성되어 있으나,  중앙감시실 컴퓨터로 가스
교반 송풍기를 자동운전하기 위하여 현장조작 판넬의 연동 시이퀸스  제
어회로에 운전 명령을 주는 방법으로 자동운전을 실시하도록 하였다.
  이에 따라 제1처리장 소화조 계장반  계장반 제어회로를 변경하고, 자
동운전과 별도로 이상 상태에 대한 경보감시 개선작업을 추진하였다. 
  컴퓨터에 의한 가스교반 송풍기 자동운전 방법은 소화조 현장의  현장
조작 판넬에서 운전조건을 감시하면서 운전하는 방법과 전기적으로는 동
일한 것이며 기계적으로도 안전한 운전조작 방법이다.

  그러므로 가스교반  송풍기와 같이  부속기기를 거느린  하수처리장의  
대용량 기기의 자동운전에 참고하여 충분히 응용할 수 있을 것이다. 
  가스교반 송풍기 자동운전은 하수처리 공정의 대용량 기기에 대한  자
동운전의 첫걸음이라 할  수 있으며, 이를  디딤돌로 삼아서 수동운전에 
의존하고 있는 대용량 기기의 자동운전에 대해서 꾸준한 연구로  실현될 
수 있도록 노력을 하여야겠으며 이에따른 지속적인 관심과 지원이 필요
하다고 생각한다. 
  끝으로 자동운전을 현장에 적용시킬 때 적극적으로 협조하여 주신  담
당 직원들에게 감사드리며, 개선사항 등에 대하여 충고를 부탁드린다. 
  본 내용이 하수처리장 업무에 근무하는 분들에게 도움이 되길 바라며, 
하수처리 자동제어와 관련된 자료 및 문의는 필자 김영수 개인 홈페이지 
에이블덕닷컴 http://www.ableduck.com 을 참고하기 바란다.   끝.

10-17. 소화조 가스교반송풍기 자동운전 끝.

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