KR101852283B1 - 침착물 형성을 제어하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 서브시스템(2) 내부 침착물(60) 형성이 메인시스템(1) 내부보다 더 촉진되는 방식으로 메인시스템(1) 내부 액체(5)의 성질과 다르도록 서브시스템(2) 내부 액체(5)의 성질을 바꾸는 단계를 포함하는, 액체(5)가 메인시스템(1) 및(또는) 서브시스템(2) 내부로 수송되는, 메인시스템(1) 및 서브시스템(2)을 포함하는, 액체(5) 수용 시스템(100) 내 침착물(60) 형성을 제어하기 위한 방법을 기재한다. 서브시스템(2)은 바이패스로 설계될 수 있다. 침착물(60) 형성은 서브시스템(2) 내부에서 예를 들어 초음파에 의해 검출될 수 있고, 초음파 신호가 방출되고 반사된 초음파 신호가 검출된다. 침착물을 제어하기 위한 장치가 또한 청구된다.

Description

침착물 형성을 제어하기 위한 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING DEPOSIT FORMATION}
본 발명은 물 수용 시스템, 특히 개방 재순환 냉각수 시스템에서의 침착물 제어에 관한 것이다.
개방 재순환 냉각수 시스템은 여러 가지의 산업 공정으로부터의 폐열의 폐기를 위한 공정에 널리 사용되는 공정이다. 이러한 시스템은 물이, 예를 들어 냉각탑에서 증발함에 따라 개방된다. 게다가, 재순환수의 제어된 제거는 부식, 물때(scaling) 및 오염(fouling)을 야기하는 용해된 종의 축적을 제한하는 데 필요하다. 배출수는 소위 "블로우다운 스트림(blowdown stream)"으로 제거된다.
특이적으로 부식, 물때 또는 오염을 피하기 위한 재순환수에 첨가될 수 있는 다양한 첨가제가 시중에 나와 있다. 이러한 첨가제는 보통 재순환수에서 상대적으로 일정한 농도를 유지하는 데 필요한 공급 속도로 공급된다. 공급 속도는 전형적으로 재순환 시스템 내에서 소비되는 및 블로우다운 스트림으로 제거되는 첨가제의 양을 대체하도록 제어된다.
그러나, 이 유형의 침착물 제어는 정적이고, 재순환수의 조성이 예상외로 변할 때 적절하게 반응할 수 없다. 이러한 예상외의 변화는 다양한 원인이 있을 수 있다. 예를 들어, 시스템에 첨가되는 담수 (용수)의 온도 및 이에 따라 조성 또한 해에 걸쳐 달라진다.
예상외의 사건의 경우에서 일어나는 공정을 더 잘 이해하고, 적절하게 반응하기 위하여 재순환수의 성질을 모니터링하도록 하는 다양한 시도가 있었다. 모든 이러한 시도는 재순환수의 pH 값, 재순환수의 전기 전도도, 재순환수 내 항-침착물 첨가제의 농도와 같은 하나 이상의 핵심 작동 지표의 모니터링에 의존한다.
이러한 핵심 작동 지표의 측정된 값을 기초로, 침착물을 형성하려는 재순환수 흐름의 경향에 대해 결론을 끌어낸다. 필요하다면, 특정 항-침착물 첨가제의 투여량을 증가시키는 것과 같이, 적절하다고 여겨지는 대응책이 개시된다. 더 폭넓은 데이터의 기반을 개시된 대응책의 기초로 하기 위하여 복수의 핵심 작동 지표를 동시에 모니터링하려는 시도가 또한 있었다.
그러나, pH 값, 전기 전도도 등과 같은 핵심 작동 지표는 침착물 형성과 직접적으로 관련되지 않는다. 비록 전기 전도도 및 pH 값이 시간이 지남에 따라 안정하다고 하더라도, 원하지 않는 물때가 생길 수 있다. 계속 진행 중인 공정은 서로 보완할 수 있다. 예를 들어, pH 값이 어떠한 이유로 감소될 때, 이는 예컨대 재순환수에서 염기성 CaCO3의 농도의 증가로 이어질 수 있고, 이에 따라 pH 값을 다시 증가시킨다. 더욱이, 예를 들어, pH 값의 갑작스러운 변화는 다양한 이유가 있을 수 있다. 재순환수에 산 또는 염기를 공급하는 펌프가 고장날 수 있고, pH 미터가 고장날 수 있으며, 산, 염기 또는 완충액을 포함하는 저장 탱크가 비어있는 등이 있을 수 있다. 따라서, 핵심 작동 지표는 모두 원하지 않는 침착물 형성의 동일한 결과를 갖는 다양한 이유에 대하여 바뀔 수 있다.
US 2009/0277841은 증발 재순환 냉각 시스템의 작동 방법을 개시한다. 물때 및 물의 부식성을 감소시키는 것에 추가로, 이 방법은 처리 공정의 결과로서 어떠한 국소 부식 또는 물때 상태를 생성시킴이 없이 시스템으로부터의 배출물을 제거하거나 감소시킨다고 한다. 기재된 측정 및 제어 시스템은 일반적으로 다수의 측정, 제어 논리를 수행하는 수단, 용수를 처리하도록 하는 이온 교환 장치 활성화를 포함하는 다수의 제어 동작을 포함한다. 바람직하게, 측정은 pH, 전도도, 경도, 알칼리도, 부식성, 물때가 생기는 경향, 처리 첨가제 투여량 수준 및 용수, 처리된 용수 및 재순환수의 처리 첨가제 잔여물 중 하나 이상을 포함한다.
US 2010/0176060 및 US 2013/0026105는 냉각수의 pH, 알칼리도 및 Ca2 + 농도의 측정을 기초로 CO2가 있는 냉각수 시스템에서의 물때의 제어를 개시한다.
추가의 문제는 특정 침착물의 형성은 비가역적이라는 것이다. 이는 특히 물때의 경우이다. 적절한 투여량으로 표면 상에 물때의 침착을 효과적으로 피할 수 있는 정교한 항-물때 첨가제가 시중에서 입수가능한 반면에, 이는 보통 한번 침착된 물때를 제거할 수 없다. 결과적으로, 재순환수 내 항-물때 첨가제의 투여량은 물때가 비가역적으로 형성되는 것이 없게 하도록, 물때 형성을 피하기 위해 정말 필요한 것보다 전형적으로 높게 유지된다.
물 수용 시스템 내 침착물 형성, 특히 물때를 제어하고, 종래 기술의 방법과 비교하여 이점이 있는 적절한 대응책을 개시하는 방법에 대한 수요가 있다.
본 발명의 목적은 메인시스템 및 서브시스템을 포함하는 액체 수용 시스템 내 침착물 형성을 제어하기 위한 방법에 의해 해결되고, 여기서 액체는 메인시스템 및(또는) 서브시스템 내부로 수송되고, 방법은 서브시스템 내부 침착물 형성이 메인시스템 내부보다 더 촉진되는 방식으로 메인시스템 내부 액체의 성질과 다르도록 서브시스템 내부 액체의 성질을 바꾸는 단계를 포함한다.
놀랍게도 인위적인 공정 조건이 침착물 형성을 촉진하는, 즉 침착물 형성에 대한 더 강한 공정 조건이 달성될 수 있다는 것이 발견되었기 때문에, 감시 장치로서 또는 조기 경보 시스템으로서 서브시스템을 사용하는 것이 여기에서 유리하게 가능하다. 따라서, 이러한 더 강한 공정 조건 하에서 처리되는 액체는 메인시스템 내부 액체 수용 시스템의 흐름 작동 조건 하에서 처리되는 재순환 액체 보다 먼저 서브시스템 내부 침착물, 특히 물때를 형성하는 경향이 있다. 이러한 방법은 액체 수용 시스템의 메인시스템 내부 침착물 형성이 시작하기도 전에 적당한 대응책이 개시되도록 할 수 있다. 특히, 메인시스템 및 서브시스템은 액체가 메인시스템 및 서브시스템 모두에 접근을 갖도록 구성된다. 그 결과 서브시스템 내부 처리 화학물질의 농도는 유리하게 메인시스템 내부 처리 화학물질의 농도와 동일하다. 처리 화학물질은 처리 화학물질이 항침착물 성분을 포함하도록 구성될 수 있다. 게다가 액체가 액체 수용 시스템 내부로 재순환되는 것이 제공된다. 바람직하게 액체는 물을 포함하고, 액체 수용 시스템은 냉각탑 또는 탱크를 포함한다. 침착물은 예컨대 물때, 오염 및(또는) 부식물 예를 들어 산화철이다. 특히 처리 화학물질은 안티슬링(antisling) 생성물, 항오염물 및(또는) 항부식물(anticorrosion product)을 포함한다. 더욱이 이 대응책은 이와 같은 침착물에 조정되는 것이 제공된다. 그 결과 처리 화학물질의 조성은 이와 같은 침착물에 조정될 수 있다. 예를 들어 처리 화학물질이 서브시스템 내부에서 검출되는 구체적인 오염을 감소시키는 항오염 성분을 포함한다. 처리 화학물질이 액체 수용 시스템에 공급 속도로 공급된다는 것이 또한 있을 수 있고, 공급 속도는 침착물의 유형에 좌우된다. 특히 처리 화학물질이 액체 수용 시스템에 연속적인 또는 펄스(pulsed) 형태로 공급되는 것이 있을 수 있다. 게다가 처리 화학물질이 액체 수용 시스템에 내내 공급되는 것이 제공되고, 처리 화학물질의 조성은 서브시스템 내부 침착물 형성이 검출되자마자 바뀐다. 나아가 놀랍게도 인위적인 공정 조건은 상이한 강도가 가능하도록 넓은 범위에 걸쳐 조절될 수 있다는 것이 발견되었다. 그 결과, 바이패스에서 더 강한 조건과 작동 물 수용 시스템에서의 흐름 조건 사이의 완충액은 각각, 비교적 빠른 또는 비교적 느린 대응책의 개시를 허용하도록 자유롭게 조절될 수 있다. 침착물 형성은 pH 값, 전기 전도도 등과 같은 핵심 작동 지표를 검출하는 것으로부터 유도된다는 것 또한 생각할 수 있다. 또한 메인시스템 및 서브시스템의 파이프가 동일한 물질로부터 만들어지는 것이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서 서브시스템은 침착물 형성을 검출하기 위한 검출 장치를 포함하는 것이 제공된다. 따라서 핵심 수행 지표를 직접 검출하는 것이 유리하게 가능하다. 본 명세서의 목적을 위해, 본 발명에 따른 핵심 수행 지표는 침착물, 특히 부식, 물때 및(또는) 오염의 존재 또는 부재와 직접 관련된 성질이다. 놀랍게도 침착물 제어는 pH-값과 같은 핵심 작동 지표의 모니터링이 아니라, 대신 예컨대 부식, 물때 및 오염과 같은 핵심 수행 지표, 즉 침착물 형성을 모니터링에 기초할 때 실질적으로 개선될 수 있다는 것이 발견되었다. 주로 물 수용 시스템에 노출되어 침착물이 물질의 표면에 형성될 수 있는 물질의 온도, 특히 이의 열전달 계수를 측정하여 핵심 수행 지표에 대한 정보를 얻는 것 또한 가능하다. 예를 들어, 열 교환기의 다양한 위치에서의 온도 또는 더 정확하게 열전달 계수를 측정하는 것은 열용량 및 열전도도의 변화로 인한 침착물 형성에 대한 정보를 제공할 수 있다는 것이 알려져 있다. 핵심 수행 지표, 즉 침착물은 다양한 수단, 예컨대 광학적으로, 전기적으로, 기계적으로 또는 X-선으로 검출될 수 있다. 서브시스템은 서브시스템이 메인시스템으로부터 분리될 수 있도록 구성되는 것 또한 있을 수 있다. 이어서 서브시스템은 유리하게 메인시스템의 작동을 멈추지 않고 침착물 형성 및(또는) 침착물의 유형에 대해 조사된다.
또 다른 실시양태에서 서브시스템은 바이패스인 것이 제공된다. 놀랍게도 핵심 수행 지표의 모니터링은 침착물 형성을 촉진하는 인위적인 공정 조건이 바이패스 내부에 놓여지는 바이패스에서 유리하게 수행될 수 있다는 것이 발견되었다. 예를 들어 물때의 시작과 같이, 일단 핵심 수행 지표의 상당한 변화가 바이패스 내의 인위적인 조건 하에서 검출되면, 적절한 대응책, 예를 들어 항-물때 첨가제의 투여량을 증가시키는 것이 개시될 수 있다. 바이패스에서의 환경이 메인시스템에서보다 침착물 형성에 대해 더 유리함에 따라, 물때는 메인시스템에서 아직 시작되지 않았고, 이에 따라 효과적으로 예방될 수 있다. 이는 한번 표면 상에 침착되었으면 항-물때 첨가제에 의해 보통 제거될 수 없는 물때에 대해 특히 유리하다. 바람직하게, 바이패스에서의 액체, 특히 재순환수의 조건은 메인시스템에서의 액체의 조건과 다르다. 바람직하게, 바이패스에서 재순환수의 온도 및(또는) 유속은 메인시스템에서 재순환수의 것보다 높다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서 서브시스템 내부 액체의 하나 이상의 성질이 조작 장치에 의해 조작되는 것이 제공된다. 바람직하게 서브시스템 내부 액체및 메인시스템에서 액체는 오직 하나의 비등가 성질을 갖는다. 그 결과로서 서브시스템은 유리하게 메인시스템을 가능한 한 가깝게 나타낸다. 또한, 놀랍게도 인위적인 공정 조건은 시스템의 열적 조건을 실질적으로 바꾸지 않고서 달성될 수 있다는 것이 발견되었다. 특히, 놀랍게도 바이패스에서 재순환수의 온도는 작동 물 수용 시스템에서 재순환수의 온도와 비교하여 바뀔 필요가 없다는 것이 발견되었다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서 서브시스템 내부 액체는 서브시스템 내부 액체의 레이놀즈 수가 8,000 초과이고, 바람직하게 10,000 내지 20,000이 되도록 구성되는 것이 제공된다. 놀랍게도 레이놀즈 수가 메인시스템 내부보다 서브시스템 내부에서 크고, 서브시스템 내부 레이놀즈 수가 8,000 초과이고, 바람직하게 10,000 내지 20,000이면, 침착물 형성이 촉진된다는 것이 발견되었다. 바람직하게, 메인시스템에서 스트림은 난류가 아닌 층류인 반면에, 바이패스 내부 스트림은 층류가 아닌 난류이다. 전형적으로 레이놀즈 수는 액체의 밀도, 점도, 유속 및 크기에 좌우된다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서 서브시스템 내부 액체의 제1 유속은 서브시스템 내부 제1 유속이 메인시스템 내부 제2 유속보다 크도록 구성되는 것이 제공된다. 바람직하게 바이패스에서 액체의 부피 유량은 메인시스템에서 액체의 부피 유량보다 크다. 바람직하게, 바이패스에서 부피 유량 또는 제1 유속은 메인시스템에서 액체의 유속보다 0.01 m/sec 이상, 더 바람직하게 0.05 m/sec 이상, 또한 더 바람직하게 0.1 m/sec 이상, 또한 더 바람직하게 0.15 m/sec 이상, 가장 바람직하게 0.2 m/sec 이상 및 특히 0.25 m/sec 이상 더 크다. 바람직하게, 바이패스에서 재순환수의 온도는 작동 물 수용 시스템에서 재순환수의 온도와 크게 다르지 않다. 바람직하게, 온도 차이는 1 ℃ 이하, 더 바람직하게 0.5 ℃ 이하, 가장 바람직하게 0.2 ℃ 이하이다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서 서브시스템 내부 제1 유속은 주로 펌핑 장치에 의해 구현되는 것이 제공된다. 특히 유속은 바이패스 내부 적합한 펌프에 의해 쉽게 조절될 수 있다. 놀랍게도 바이패스에서 액체의 제1 유속을 증가시키기 위해 펌프로 혼입된 운동 에너지는 그렇지 않고서 바이패스에서 물 온도를 증가시켜 혼입될 에너지보다 훨씬 적다는 것을 발견하였다. 바람직한 실시양태에서 유체정역학적 또는 유체역학적 수단에 의해 유속을 조작하는 것이 제공된다. 특히 메인시스템의 유체정역학적, 유체역학적 또는 대기압은 촉진을 위하여만 사용된다. 따라서, 큰 유속이나 일정한 온도에서 바이패스를 통해 재순환수를 안내할 때, 바이패스 내부 열역학적 조건은 작동 물 수용 시스템에서의 열역학적 조건과 매우 유사하다. 따라서 메인시스템에서의 흐름 상황은 침착물 형성에 대해 유리한 조건에서 바이패스에서의 흐름 상황에 의해 매우 밀접하게 반영된다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서 침착물 형성은 초음파에 의해 검출되며, 초음파 신호가 방출되고 반사된 초음파 신호가 검출되는 것이 제공된다. 바람직하게 측정은 침착물의 두께 및(또는) 조성에 대한 정보를 제공한다. 초음파에 의해 핵심 수행 지표를 측정하는 적합한 방법 및 장치는 종래 기술로부터 알려져 있다. 이러한 방법 및 장치는 바람직하게 온도 값으로부터 추가적인 결론을 이끌어낼 수 있도록 온도를 또한 모니터링한다.
특히 침착물이 액체 수용 시스템 내부의 반사 영역 내의 침착물을 검출하기 위한 장치에 의해 검출되는 것이 제공되며, 장치는 반사 영역을 향해서 초음파 방출 신호를 방출하기 위한 초음파 변환기 및 반사 영역 내 초음파 방출 신호의 반사에 의해서 획득되는 초음파 반사 신호를 검출하기 위한 제1 검출 수단을 포함하고, 제2 검출 수단이 반사 영역에 배치되고, 제2 검출 수단은 특정 종류의 침착물을 검출하도록 구성된다. 액체 수용 시스템 내부 반사 영역에서 오염 및(또는) 물때 침착물을 검출하는 방법에 의해 침착물을 검출하는 것 또한 가능하며, 이 방법은 초음파 변환기에 의해 반사 영역을 향해서 초음파 방출 신호를 방출하는 제1 단계, 제1 검출 수단에 의해 반사 영역 내 초음파 방출 신호의 반사에 의해 획득되는 초음파 반사 신호를 검출하는 제2 단계 및 반사 영역 내 배치된 제2 검출 수단에 의해 특정 종류의 침착물을 검출하는 제3 단계를 포함한다. 침착물의 유형 또는 종류 또는 조성을 확인하고 그 후에 침착물의 종류에 처리 화학물질을 조정하는 것이 여기에서 유리하게 가능하다.
또 다른 바람직한 실시양태에서 서브시스템 내부 침착물 형성이 WO 2009/141 135에서 개시된 방법 중 하나에 의해 검출되는 것이 제공된다. 바람직하게 침착물 형성은 유체 파이프 내부 오염 및(또는) 물때 침착물의 특성의 또는 유체 파이프 내부 벽 일부의 특성의 고정밀도 측정을 위한 방법에 의해 검출되고, 초음파 변환기가 사용되며, 반사 영역은 벽 일부 내 또는 초음파 변환기의 실질적으로 반대 위치에서의 유체 파이프의 벽 부분에 부착되어 제공되고, 이 방법은
a) 초음파 변환기에 의해서 초음파 방출 신호를 방출하는 단계 및
b) 한편으로 초음파 변환기와 다른 한편으로 유체/침착물 경계면 또는 유체/벽 경계면 사이의 거리를 절대 거리 측정으로 유체/침착물 또는 유체/벽 경계면의 시간-도메인 반사 신호를 평가하는 것에 의해서 측정하는 단계를 포함하고, 여기서 유체/침착물 또는 유체/벽 경계면은 반사 영역 상 침착물과 유체의 경계면이거나 반사 영역 내 벽과 유체의 경계면이고, 시간-도메인 분해능은 1 ns 또는 1 ns 미만이다. 바람직하게 침착물은 WO 2009/141 135에서 개시된 장치 중 하나에 의해 검출된다. 특히 유체 파이프 내부 오염 및(또는) 물때 침착물의 특성의 또는 유체 파이프 내부 벽 일부의 특성의 고정밀도 측정을 위한 장치가 개시되며, 장치는 초음파 변환기를 포함하고, 장치는 벽 일부에서 또는 초음파 변환기의 실질적으로 반대 위치에서의 유체 파이프의 벽 부분에 부착된 반사 영역을 추가로 포함하고, 한편으로 초음파 변환기와 다른 한편으로 유체/침착물 경계면 또는 유체/벽 경계면 사이의 거리를 절대 거리 측정으로 유체/침착물 또는 유체/벽 경계면의 시간-도메인 반사 신호를 평가하는 것에 의해서 측정되고, 유체/침착물 또는 유체/벽 경계면은 반사 영역 상 침착물과 유체의 경계면이거나 반사 영역 내 벽과 유체의 경계면이고, 장치의 시간-도메인 분해능은 1 ns 또는 1 ns 미만이다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시양태에서 서브시스템 내부 침착물은 WO 2013/092 819에서 개시된 방법 중 하나에 의해 검출되는 것이 제공된다. 특히 침착물 형성을 검출하기 위한 방법은 반사 영역 상, 특히 액체 수용 시스템 내부 침착물을 검출하고 분석하기 위한 방법을 포함하며, 하기의 단계를 포함한다:
-- 추가의 제1 단계에서 초음파 변환기에 의해서 반사 영역을 향해서 초음파 방출 신호를 방출하는 단계;
-- 추가의 제2 단계에서 검출 수단에 의해서 반사 영역의 영역 내의 초음파 방출 신호의 반사에 의해서 획득된 초음파 반사 신호를 검출하는 단계;
-- 추가의 제3 단계에서 특정 변수에 응답하여 검출된 초음파 반사 신호의 런 타임의 분포를 결정하는 단계; 및
-- 침착물이 반사 영역 상에서 적어도 부분적으로 침착되는지를 측정하기 위해서 추가의 제4 단계에서 분포를 분석하는 단계. WO 2013/092819는 반사 영역 내 침착물을 검출 및 분석하기 위한 장치를 또한 개시한다. 이러한 장치는 침착물 형성을 검출하기 위해서 서브시스템에 부착될 수 있다. 바람직하게 장치는 반사 영역을 향해서 초음파 방출 신호를 방출하는 초음파 변환기, 반사 영역의 영역 내의 초음파 방출 신호의 반사에 의해서 획득된 초음파 반사 신호를 검출하기 위한 검출 수단, 및 특정 변수에 응답하여 검출된 초음파 반사 신호의 런 5 타임의 분포를 결정하기 위한 및 침착물이 반사 영역 상에서 적어도 부분적으로 침착되는지를 결정하기 위해서 분포를 분석하기 위한 분석 유닛을 포함한다.
본 발명의 또 다른 특히 바람직한 실시양태에서 침착물 형성은 WO 2013/092820에서 개시된 장치들 중 하나에 의해 검출된다. 특히 침착물을 검출하기 위한 장치는 반사 영역을 향해서 초음파 5 방출 신호를 방출하기 위한 초음파 변환기 및 반사 영역의 영역 내 초음파 방출 신호의 반사에 의해서 획득된 초음파 반사 신호를 검출하기 위한 검출 수단을 포함하는 액체 수용 시스템 내부의 반사 영역 내의 침착물을 검출하기 위한 장치를 포함하며, 장치는 반사 영역의 온도를 증가시키기 위한 히터를 추가로 포함한다. WO 2013/092820은 반사 영역 내, 특히 액체 수용 시스템 내부 오염 및(또는) 물때 침착물을 검출하기 위한 방법을 또한 개시하며, 이는 초음파 변환기에 의해서 반사 영역을 향해서 초음파 방출 신호를 방출하는 단계 및 검출 수단에 의해서 반사 영역의 영역 내 초음파 방출 신호의 반사에 의해서 획득된 초음파 반사 신호를 검출하는 단계를 포함하고, 반사 영역의 온도는 히터에 의해 증가된다. 바람직하게 침착물은 WO 2013/092820에서 개시된 방법 중 하나에 의해 측정된다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서 액체 수용 시스템 내부 처리 화학물질의 농도가 연속적으로 또는 단계적으로, 특히 수학적 함수를 따라 감소되는 것이 제공된다. 특히 감소는 침착물 형성이 서브시스템 내부에 검출될 때까지 계속된다. 또한 액체 수용 시스템 내부 처리 화학물질의 농도가 매 시간 간격마다 조작, 특히 감소되는 것이 제공되고, 시간 간격은 체류 시간에 상응한다. 바람직하게 체류 시간은 액체 수용 시스템의 가동 동안 액체의 손실 및 액체 수용 시스템 내부 액체의 총 부피와 같은 액체 수용 시스템을 설명하는 기본 파라미터에 의해 정해진다. 특히 액체 수용 시스템 내부 처리 화학물질의 농도는 액체 수용 시스템의 가동 동안 액체 및(또는) 처리 화학물질의 손실을 보완하기 위해서 액체 수용 시스템에 공급되는 액체 및(또는) 처리 화학물질의 양을 조작하는 것에 의해 조절되는 것이 제공된다. 또한 액체 수용 시스템 내부 처리 화학물질, 특히 항물때 생성물의 농도는 서브시스템 내부 침착물 형성이 검출되자마자 증가되는 것이 제공된다. 바람직하게 액체 수용 시스템에 공급된 처리 화학물질의 양은 이전 시간 간격에서 액체 수용 시스템에 공급된 처리 화학물질의 양의 배, 특히 두배이다. 또한 액체 수용 시스템 내부 처리 화학물질의 농도는 처리 화학물질의 농도가 이전 시간 간격에서 감소된 후에 다시 감소되는 것이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서 서브시스템 내부 온도가 모니터링되는 것이 제공된다. 특히 바이패스를 통하여 액체를 안내하는 파이프의 벽에서의 온도가 모니터링된다. 온도는 양성적으로(positively) 서브시스템 내부 온도를 제어하는 데 사용될 수 있다. 검출된 온도가 침착물 형성을 나타낼 수 있다는 것 또한 있을 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서 서브시스템은 히터를 포함하는 것이 제공된다. 이러한 히터는 서브시스템 내 액체를 가열할 수 있다. 그 결과로서 서브시스템에서 멀리 떨어진 메인시스템의 부분의 열역학적 조건을 시뮬레이팅하는 것이 유리하게 가능하고, 메인시스템의 부분 내부 액체는 가열되지 않은 서브시스템 내부 액체보다 높은 온도를 갖는다. 메인시스템의 이러한 부분은 예를 들어 열 교환을 책임지는 메인시스템의 부분이다. 서브시스템에서 멀리 떨어진 메인시스템의 부분의 온도는 더 낮은 온도를 갖는 메인시스템의 그러한 부분과 비교하여 메인시스템의 부분 내부 침착물 형성에 유리하다. 서브시스템 내부 및 기질로부터 멀리 떨어진 메인시스템의 부분 내부 액체의 열역학적 조건을 동등하게 하는 것은 서브시스템이 보통 침착물 형성에 대해 유리한 메인시스템의 부분을 위한 조기 경고 시스템으로서도 작동하는 것을 보장할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서 액체 수용 시스템은 파이프의 벽에서의 온도를 모니터링하기 위한 장치를 포함하는 것이 제공되며, 액체는 파이프에 의해 안내되고, 파이프의 벽에서의 온도를 모니터링하기 위한 장치는 제1 지점에서의 제1 온도를 측정하기 위한 제1 수단 및 제2 지점에서의 제2 온도를 측정하기 위한 제2 수단을 포함하고, 제1 지점은 파이프의 벽으로부터 제1 거리로 간격을 두고, 제2 지점은 파이프의 벽으로부터 제2 거리로 간격을 두고, 제2 거리는 제1 거리보다 크고, 온도는 제1 온도 및 제2 온도를 기초로 근사치가 계산된다. 바람직하게 파이프의 벽에서의 온도를 모니터링하는 장치는 서브시스템에 배열된다. 액체 수용 시스템 내부, 특히 서브시스템 내부 스트림에 영향을 줄 수 있는 장치를 사용하지 않고서 파이프의 벽에서의 또는 액체 수용 시스템 내부 액체의 온도의 근사치를 계산하는 것이 여기에서 유리하게 가능하다. 게다가 파이프 내부 리세스 없이 파이프에 온도를 모니터링하기 위한 장치를 유리하게 조정할 수 있으며, 리세스는 온도를 모니터링하기 위한 장치를 받아들이는 것을 목적으로 한다. 그 결과로서 바람직하게 견고한 서브시스템을 구현하는 것이 가능하다. 온도를 측정하기 위한 제1 및 제2 수단이 공통 바디에 포함되는 것 또한 있을 수 있다. 게다가 히터 및 온도를 모니터링하기 위한 장치가 유닛을 형성하는 것이 제공된다.
또 다른 실시양태에서 액체 수용 시스템은 유출 및 유입을 갖는 냉각수 시스템인 것이 제공되며, 물은 메인시스템 및(또는) 서브시스템 내부로 수송되고, 서브시스템은 바이패스이고, 방법은 서브시스템 내부 물때 형성이 메인시스템 내부보다 더 촉진되는 방식으로 메인시스템 내부 물의 성질과는 다르도록 바이패스 내부 물의 성질을 바꾸는 단계를 포함하고, 서브시스템 내부 액체의 제1 유속이 메인시스템 내부 제2 유속보다 크고, 서브시스템 내부 물의 레이놀즈 수가 10,000 내지 20,000이고, 서브시스템 내부 물때 형성이 초음파에 의해 검출되고, 초음파 신호가 방출되고, 반사된 초음파 신호가 검출된다. 또한 서브시스템 내부 온도가 히터에 의해 조정되는 것이 있을 수 있다.
또 다른 실시양태에서 추가적인 처리 화학물질이 서브시스템 내부 침착물이 검출되자마자 액체 수용 시스템에 공급되는 것이 제공된다.
본 발명의 또 다른 대상은 메인시스템 및 서브시스템을 포함하는 액체 수용 시스템에서의 침착물 형성을 제어하기 위한 장치이고, 액체는 메인시스템 및(또는) 서브시스템 내부로 수송 가능하고, 장치는 서브시스템 내부 침착물 형성이 메인시스템 내부보다 더 촉진되는 방식으로 메인시스템 내부 액체의 성질과 다르도록 서브시스템 내부 액체의 성질을 바꾸도록 구성된다.
메인시스템 내부 침착물 형성을 피하기 위해 서브시스템 내부 침착물을 검출 및(또는) 확인하고 대응책을 개시하는 것에 의해 시기적절하게 반응하는 것이 여기에서 유리하게 가능하다.
또 다른 대상은 액체 수용 시스템을 위한 업그레이드 키트이고, 업그레이드 키트는 전술한 것과 같은 장치 및 서브시스템을 포함한다.
액체 수용 시스템에 서브시스템을 쉽게 탑재하는 것이 여기에서 유리하게 가능하다. 그 결과로서 탑재된 업그레이드는 서브시스템 내부 침착물 형성, 특히 물때를 시기적절하게 확인할 수 있고, 이에 따라 액체 수용 시스템 내부 침착물 형성을 피하기 위해 적절한 대응책이 시작될 수 있다.
본 발명의 이러한 그리고 다른 특성, 특징 및 장점이 첨부 도면과 함께 설명된 이하의 구체적인 설명으로부터 자명해질 것이고, 상기 도면은, 예로서, 본 발명의 원리를 도시한다. 그러한 설명은 단지 예로서 주어진 것이고, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 이하에서 설명된 참조 도면은 첨부 도면을 지칭한다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 제1 예시적인 실시양태를 보여준다.
도 2는 본 발명에 따른 방법의 제1 예시적인 실시양태를 보여준다.
도 3은 본 발명에 따른 방법의 제1 예시적인 실시양태를 보여준다.
도 4는 파이프에 배열된 침착물 형성 검출을 위한 예시적인 장치를 보여준다.
본 발명은 특별한 실시양태에 대해서 그리고 특정 도면을 참조하여 설명될 것이나, 본 발명은 그에 의해서 제한되지 않고 청구항에 의해서만 제한된다. 기재된 도면은 도식적일 뿐이고 그리고 비제한적이다. 도면에서, 설명을 위해서, 일부 요소의 크기가 과장되어 있을 수 있고 그리고 실척으로(scale) 도시되어 있지 않을 수 있다.
단수형 명사를 언급할 때 정관사 또는 부정관사(예를 들어 "하나", "한", "그")가 사용되는 곳에서, 특별한 다른 설명이 구체적으로 진술되지 않은 경우에, 이는 복수의 명사를 포함한다.
또한, 상세한 설명 및 청구항의 제1, 제2, 제3 등의 용어는 유사한 요소들 사이의 구분을 위해서 사용된 것이고, 반드시 순차적인 또는 연대적인 순서를 설명하기 위한 것은 아니다. 그렇게 사용된 용어가, 적절한 상황 하에서, 상호 교환적으로 사용될 수 있다는 것 그리고 여기에서 설명된 본 발명의 실시양태가 여기에서 예시적으로 설명된 것과 다른 순서로 작동할 수 있다는 것을 이해될 것이다.
도 1에서 본 발명에 따른 액체 수용(100) 시스템 내 침착물(60) 형성을 제어하기 위한 방법의 제1 예시적인 실시양태가 도시되어 있다. 액체 수용 시스템(100) 내부 액체(5), 특히 물은 액체 수용 시스템(100)을 통해 수송, 특히 재순환되는 것이 제공된다. 본 발명에 따라 액체 수용 시스템(100)은 메인시스템(1) 및 서브시스템(2)을 포함하는 것이 제공된다. 특히 메인시스템(1)은 액체(5)를 안내하는 파이프(3)를 포함한다. 메인시스템(1)은 탱크, 냉각수 탑, 냉각 또는 공정 시스템과 같은 다른 구성을 또한 포함하는 것이 있을 수 있다. 게다가 서브시스템(2)은 바이패스로 구성되는 것이 제공되며, 즉 액체(5)의 스트림은 액체 수용 시스템(100)의 메인시스템(1) 내부에 남아있는 액체(5)의 나머지를 우회하는(bypassing) 분리된 파이프(3')에서 안내된다. 그 결과 서브시스템(2) 내부 액체(5)는 주로 메인시스템(1) 내부 액체(5)와 동등하다. 예를 들어 서브시스템(2) 내부 액체(5)는 메인시스템(1) 내부 액체(5)와 비교하여 처리 화학물질의 동일한 농도를 갖는다. 본 발명에 따라 액체 수용 시스템(100)은 서브시스템(2) 내부 액체(5)가 메인시스템(1) 내부 액체(5)와 비교하여 침착물(60)을 형성하려는 촉진된 경향을 갖도록 구성되는 것이 제공된다. 그 결과로서 침착물(60)은 처음에 서브시스템(2) 내 형성된다. 바람직하게 서브시스템(2)은 침착물(60) 형성을 검출하기 위한 검출 장치(8)를 포함하고, 그 결과 액체 수용 시스템(100)의 메인시스템(1) 내부에서 침착물(60) 형성이 시작하기 전에 서브시스템(2) 내부 침착물(60)을 유리하게 검출할 수 있다. 다시 말해서: 본 발명에 따른 서브시스템(2) 및 침착물 형성을 검출하기 위한 검출 장치는 액체 수용 시스템(100)의 메인시스템(1)을 위한 감시 장치 또는 조기 경보 시스템을 형성한다. 특히 서브시스템(2) 내부 침착물(60)의 검출은 메인시스템(1) 내부 침착물(60) 형성을 유리하게 예방하는 대응책을 시작하는 것이 제공된다. 예를 들어 항물때 생성물은 처음부터 액체 수용 시스템(100) 내부의 물때를 피하기 위하여 즉시 액체 수용 시스템(100)에 공급된다. 침착물(60)의 성장이 서브시스템(2)에서 검출되자마자 과량 부분의 처리 화학물질이 액체 수용 시스템(100)에 공급되도록 제공되는 것 또한 생각할 수 있다. 임의적으로 서브시스템(2)은 펌핑 장치(4)를 포함한다. 펌핑 장치(4)는 액체 수용 시스템(100)의 서브시스템(2) 내부 액체(5)를 촉진시킨다. 바람직하게 메인 (100)으로부터 유체정역학적 또는 유체역학적 압력은 펌핑 장치 대신에 촉진을 위해서도 사용된다. 따라서 펌핑 장치(4)를 떠나는 서브시스템(2) 내부 액체(5)의 부피 유량은 제1 속도를 갖고, 제1 속도는 메인시스템(1) 내 액체(5)의 부피 유량을 나타내는 제2 속도보다 크다. 놀랍게도 각각 부피 유량 또는 유속을 증가시킴에 의해 침착물(60) 형성의 경향이 증가될 수 있다는 것이 발견되었다. 그 결과로서 제1 예시적인 실시양태에 따른 서브시스템(2)은 서브시스템(2) 내부 침착물(60)을 형성하는 경향이 메인시스템(1) 내부보다 서브시스템(2)에서 크도록 구성되고, 열적 조건은 주로 일정하다.
도 2에서 본 발명에 따른 방법의 제2 예시적인 실시양태는 개략적으로 도시되어 있다. 제2 예시적인 실시양태는 히터(80) 및 파이프(3)의 벽에서의 온도를 모니터링하기 위한 장치에 의해 제1 예시적인 실시양태를 보강한다. 특히 도 2는 히터(80) 및 파이프의 벽에서의 온도를 모니터링하기 위한 장치를 포함하는 서브시스템(1)의 부분을 보여준다. 바람직하게 서브시스템(2) 내부 액체(5)는 메인시스템(1) 및 서브시스템(2) 내부 침착물 형성을 위한 비교가능한 조건을 제공하기 위해 메인시스템(1) 내부 액체(5)와 가능한 한 동등하다. 놀랍게도 침착물(60) 형성의 경향은 액체(5)의 온도에 의해 영향을 받을 수 있다는 것이 발견되었다. 특히 오염 형성의 경향은 증가하는 온도와 함께 증가한다. 서브시스템(2)의 구성 때문에 서브시스템(2) 내부 온도는 메인시스템(1) 내부 온도와 동등하지 않을 수 있다. 특히 파이프(3, 3')의 벽에서 탑재된 온도를 모니터링하기 위한 장치는 파이프(3, 3')의 벽에서의 온도를 측정하는 것이 제공된다. 이 목적을 위해 제1 온도(75)를 측정하기 위한 제1 수단(81)은 파이프(3, 3')의 벽으로부터 제1 거리(69)로 간격을 둔 제1 지점에 위치한다. 추가적으로 제2 온도(74)를 측정하기 위한 제2 수단(82)은 파이프(3, 3')의 벽으로부터 제2 거리로 간격을 둔 제2 지점에 위치한다. 바람직하게 제2 거리(72)는 제1 거리(75)보다 크고(크거나) 제1 온도(75)를 측정하기 위한 제1 수단(81) 및 제2 온도(74)를 측정하기 위한 제2 수단(82)이 균일한 열전도도를 갖는 공통 바디 내에 포함된다. 게다가 제1 지점 및 제2 지점은 파이프(3, 3')의 벽 및 히터(80) 사이에 위치한다. 만약 히터에서의 온도(78)가 파이프의 벽에서의 온도(76)와 다르다면, 온도는 플롯에서 도시되고, 도 2의 왼쪽 편에 놓인 것과 같이, 히터(80)에서 파이프(3, 3')의 벽으로 점진적으로 변한다. 플롯은 거리(73)에 의존하는 온도(70)를 보여준다. 거리(73)와 온도(70) 간의 선형 관계 때문에 파이프의 벽에서의 온도(76)를 제1 온도(75) 및 제2 온도(74)를 기초로 근사치가 유리하게 계산될 수 있다. 바람직하게 벽에서의 온도(71)의 근사는 제1 및 제2 거리 (69 및 72)를 또한 고려한다. 특히 파이프의 벽에서의 온도는 제1 지점에서 제1 온도(75) 및 제2 지점에서 제2 온도(74)로부터 추정된다. 게다가 특히 파이프의 벽에 수직인 방향을 따라, 파이프(3, 3') 내부 온도 프로파일은 알려져 있고, 따라서 파이프(3, 3')의 중심선(51)에서 온도(77)는 또한 근사치가 계산될 수 있는 것을 생각할 수 있다. 또한 제1 지점 및 제2 지점 사이의 제3 거리(71)는 파이프(3, 3')의 벽의 두께보다 큰 것이 제공된다.
도 3에서 본 발명에 따른 침착물(60) 형성을 제어하기 위한 방법의 제3 실시양태가 도시된다. 제3 실시양태에 따라 서브시스템(2)은 적어도 부분적으로 직육면체와 같은 형태이다. 바람직하게 히터(80)는 서브시스템의 중심선(51)에 대칭으로 위치하고, 즉 히터(80)의 대칭축은 서브시스템(2)의 중심선에 위치한다.
도 4에서 침착물(60) 형성 검출을 위한 예시적인 장치가 도시되어 있고, 침착물 검출을 위한 장치(8)가 파이프에 탑재된다. 바람직하게 파이프(3)는 원통형 바디를 갖고, 액체(5)는 수송 방향(7)을 따라 수송된다. 전형적으로 침착물(60) 형성은 서브시스템(2)의 파이프(3)의 내부 표면 상에서 일어난다. 바람직하게 침착물 검출을 위한 장치(8)는 파이프(3)에 부착된다. 침착물 형성, 특히 물때를 검출하기 위한 장치(8)는 초음파 신호를 방출하기 위한 수단 및 반사된 초음파 신호를 검출하기 위한 수단을 특히 포함한다. 바람직하게 초음파 변환기는 방출된 초음파 신호(20)를 방출하고, 이어서 방출된 초음파 신호(20)는 반사 영역(10)으로부터의 반사에 의해 반사된 초음파 신호(21)로 변환되고, 마지막으로 초음파 신호는 검출 수단에 의해 검출된다. 바람직하게 반사 영역(10)은 침착물, 특히 물때를 검출하기 위한 장치(8)의 반대에 위치한다. 초음파 신호의 도달 시간에 기초하여 파이프의 유효 지름(42)을 측정할 수 있고, 파이프의 유효 지름(42)은 침착물 형성 때문에 파이프의 지름(42)과 비교하여 감소된다. 침착물 형성 검출을 위한 장치(8)는 침착물을 확인할 수 있는 추가 검출 수단을 포함하는 것이 있을 수 있다. 이러한 추가 검출 수단은 물때, 오염 및(또는) 부식을 확인할 수 있다. 특히 침착물 형성, 특히 물때를 검출하기 위한 장치(8)는 물때 또는 물때의 성장에서의 증가를 검출하고 이어서 액체 수용 시스템(100) 내부 항물때 생성물의 농도가 시간 간격 후 즉시 증가되는 것이 제공된다.
1 메인시스템
2 서브시스템/바이패스
3 메인시스템의 파이프
3' 서브시스템의 파이프
4 펌핑 장치
5 액체
7 메인시스템에서의 수송 방향
7' 서브시스템에서의 수송 방향
8 검출 장치
10 반사 영역
20 방출된 초음파 신호
21 반사된 초음파 신호
51 중심선
41 파이프의 지름
42 파이프의 유효 지름
60 침착물
69 제1 거리
70 온도
71 제3 거리
72 제2 거리
73 거리
74 제2 온도
75 제1 온도
76 파이프의 벽에서의 온도
77 액체의 온도
78 히터에서의 온도
80 히터
81 제1 온도를 측정하기 위한 제1 수단
82 제1 온도를 측정하기 위한 제2 수단
83 격리
100 액체 수용 시스템

Claims (15)

  1. 메인시스템(1) 및 서브시스템(2)을 포함하고, 액체(5)가 메인시스템(1) 및 서브시스템(2) 내부로 수송되고, 서브시스템(2)은 바이패스로 설계되고, 서브시스템(2) 내부 침착물(60) 형성이 메인시스템(1) 내부보다 더 촉진되는 방식으로 메인시스템(1) 내부 액체(5)의 성질과 다르도록 서브시스템(2) 내부 액체(5)의 성질을 바꾸는 단계를 포함하고, 서브시스템(2) 내부 액체(5)의 제1 유속은 서브시스템(2) 내부 제1 유속이 메인시스템(1) 내부 제2 유속보다 크도록 구성되고, 침착물(60) 형성은 서브시스템(2) 내부 검출 장치(8)에 의해 검출되고, 서브시스템(2) 내부 제1 유속은 펌핑 장치(4)에 의해 구현되는 것인, 액체(5) 수용 시스템(100) 내 침착물(60) 형성을 제어하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 서브시스템(2) 내부 액체(5)의 하나 이상의 성질이 조작 장치에 의해 조작되는 것인 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 서브시스템(2) 내부 액체(5)는 서브시스템(2) 내부 액체(5)의 레이놀즈 수가 8,000 초과가 되도록 구성되는 것인 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 침착물(60) 형성은 초음파에 의해 검출되고, 초음파 신호가 방출되고, 반사된 초음파 신호가 검출되는 것인 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 서브시스템(2) 내부 온도가 모니터링되는 것인 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 서브시스템(2)은 히터(80)를 포함하는 것인 방법.
  7. 메인시스템(1) 및 서브시스템(2)을 포함하고, 액체(5)가 메인시스템(1) 및 서브시스템(2) 내부로 수송되고, 서브시스템(2) 내부 침착물(60) 형성이 메인시스템(1) 내부보다 더 촉진되는 방식으로 메인시스템(1) 내부 액체(5)의 성질과 다르도록 서브시스템(2) 내부 액체(5)의 성질을 바꾸는 단계를 포함하고, 서브시스템(2) 내부 액체(5)의 제1 유속은 서브시스템(2) 내부 제1 유속이 메인시스템(1) 내부 제2 유속보다 크도록 구성되고, 액체 수용 시스템(100)은 온도를 모니터링하기 위한 장치를 포함하고, 장치는 액체(5)를 안내하는, 파이프(3,3')의 벽에 배열되고, 파이프(3,3')의 벽에서의 온도를 모니터링하기 위한 장치는 제1 지점에서 제1 온도(75)를 측정하기 위한 제1 수단(81) 및 제2 지점에서 제2 온도(74)를 측정하기 위한 제2 수단(82)을 포함하고, 제1 지점은 파이프의 벽으로부터 제1 거리(69)로 간격을 두고, 제2 지점은 파이프의 벽으로부터 제2 거리(72)로 간격을 두고, 제2 거리는 제1 거리보다 크고, 파이프(3,3') 내부 온도가 제1 온도(75) 및 제2 온도(74)를 기초로 근사치가 계산되는 것인, 액체(5) 수용 시스템(100) 내 침착물(60) 형성을 제어하기 위한 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 처리 화학물질이 서브시스템(2) 내부 침착물(60)이 검출되자마자 액체 수용 시스템(100)에 공급되는 것인 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 액체 수용 시스템(100)은 유출 및 유입을 갖는 냉각수 시스템이고, 물은 메인시스템(1) 및 서브시스템(2) 내부로 수송되고, 서브시스템은 바이패스이고, 방법은 서브시스템(2) 내부 물때(scaling)(60) 형성이 메인시스템(1) 내부보다 더 촉진되는 방식으로 메인시스템(1) 내부 물(5)의 성질과는 다르도록 바이패스(2) 내부 물(5)의 성질을 바꾸는 단계를 포함하고, 서브시스템(2) 내부 액체(5)의 제1 유속이 메인시스템(1) 내부 제2 유속보다 크고, 서브시스템(2) 내부 물의 레이놀즈 수가 10,000 내지 20,000이고, 서브시스템(2) 내부 물때 형성이 초음파에 의해 검출되고, 초음파 신호가 방출되고, 반사된 초음파 신호가 검출되는 것인, 방법.
  10. 메인시스템(1) 및 서브시스템(2)을 포함하고, 액체(5)가 메인시스템(1) 및 서브시스템(2) 내부로 수송 가능하고, 서브시스템(2) 내부 침착물(60) 형성이 메인시스템(1) 내부보다 더 촉진되는 방식으로 메인시스템(1) 내부 액체(5)의 성질과 다르도록 서브시스템(2) 내부 액체(5)의 성질을 바꾸도록 구성되고, 펌핑 장치(4)를 떠나는 서브시스템(2) 내부 액체(5)의 부피 유량은 제1 속도를 갖고, 제1 속도는 메인시스템(1) 내 액체(5)의 부피 유량을 나타내는 제2 속도보다 큰 것인, 액체(5) 수용 시스템(100) 내 침착물(60) 형성을 제어하기 위한 장치.
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