KR20210128764A - 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템 - Google Patents

데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템에 관한 것으로, 일단이 막혀 있는 데드 엔드형(Dead end type) 현장 전송기; 상기 현장 전송기에 연결되는 도압관; 상기 도압관에 설치되는 확관부; 상기 확관부에 설치되며, 상기 확관부의 온도를 측정할 수 있는 온도 센서; 상기 온도 센서의 온도 변화를 감지하는 제어부;를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 온도 센서에서 측정된 온도를 통해 상기 도압관의 누설 또는 동결 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템 {Leakage and freezing detection system of pressure pipe/tube having dead-end type field transmitter}
본 발명은 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 데드 엔드형(dead-end type) 현장 전송기가 설치된 도압관에 응축수 포트 또는 확관 배관으로 이루어진 확관부를 통해 온도 센서를 설치하고, 제어부로 온도 센서의 온도 변화를 측정하여 도압관의 누설 및 동결을 감지할 수 있는 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템에 관한 것이다.
발전소에는 다양한 기계계통(배관, 탱크, 유량계 등)이 존재하고 해당 계통에는 다양한 종류의 현장 전송기가 설치된다. 현장 전송기의 종류로는 유량전송기, 수위전송기, 압력전송기 등이 있다.
일반적으로, 기계계통과 현장 전송기 간에는 다수의 설치 자재(Pipe, Tube, Condensate Pot, Pipe Fitting, Tube Fitting, Pipe Vale, Tube Valve 등)가 설치되며, 현장 전송기들은 설치 위치, 설치 목적에 따라 현장 계기함 내부에 설치된다.
그러나 종래의 현장 전송기 설치에는 다음과 같은 문제점이 있다. 기계계통과 현장 전송기 간에 설치되는 다수의 설치자재는 발전소 운영과정에서 누설사고의 발생요인으로 작용한다.
특히, 웰딩(Welding) 형식으로 설치되는 Pipe, Pipe Fitting, Pipe Valve와는 달리, 압축(Compression) 형식으로 주로 설치되는 Tube, Tube Fitting, Tube Valve는 진동에 의한 조임부가 느슨해지는 현상, Valve Packing 부가 마모되는 현상, 외부충격 등의 원인으로 인한 누설사고 발생 가능성이 높은 실정이다.
또한, 도 1을 참조하면, 종래의 현장 전송기(20)는 하나의 계기함(10)에 복수 개의 현장 전송기(20)가 설치된다. 이와 같이 하나의 계기함(10)에 복수 개의 현장 전송기(20)가 설치되면, 단일 누설사고에 따른 전체 고장발생의 가능성이 높아지는 문제점이 있다.
이를 방지하기 위해, 발전소 트립 및 부하 감발 제어용의 중요 현장 전송기는, 단일 누설사고에 따른 전체 고장을 방지하기 위해 별도의 현장 계기함 내부에 설치하기도 하지만, 발전소 내부 설치 공간 부족의 이유로 별도로 현장 계기함을 마련하기 어려운 실정이다.
또한, 계기함 내부에 격벽을 설치하고 각 공간을 분리하기도 하지만, 이와 같은 방법으로는 단일 누설사고에 따른 전체 고장을 방지하기 어려운 문제점이 있다.
계기함 내부 누설사고는 타 설비들에 대한 2차적인 피해뿐만 아니라 운전원의 인명피해를 유발할 수 있다. 따라서 계기함 내부 누설사고를 정확하고 신속하게 감지할 필요가 있다. 그러나 종래의 복수 개의 현장 전송기가 설치되는 계기함에는 계기함 내부 누설사고를 정확하고 신속하게 감지를 할 수 있는 장치가 마련되고 있지 않아 이와 같은 문제를 해결하지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 더욱 상세하게는 데드 엔드형(dead-end type) 현장 전송기가 설치된 도압관에 응축수 포트 또는 확관 배관으로 이루어진 확관부를 통해 온도 센서를 설치하고, 제어부로 온도 센서의 온도 변화를 측정하여 도압관의 누설 및 동결을 감지할 수 있는 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템에 관한 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템은, 일단이 막혀 있는 데드 엔드형(Dead end type) 현장 전송기; 상기 현장 전송기에 연결되는 도압관; 상기 도압관에 설치되는 확관부; 상기 확관부에 설치되며, 상기 확관부의 온도를 측정할 수 있는 온도 센서; 상기 온도 센서의 온도 변화를 감지하는 제어부;를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 온도 센서에서 측정된 온도를 통해 상기 도압관의 누설 또는 동결 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템의 상기 확관부는, 응축수 포트 또는 확관 배관일 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템의 상기 현장 전송기는, 유량을 측정하는 유량 전송기, 수위를 측정할 수 있는 수위 전송기, 압력을 측정하기 위한 압력 전송기 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템은 상기 온도 센서에 연결되며, 상기 온도 센서의 측정값을 상기 제어부로 송신할 수 있는 온도 전송기를 더 포함할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템의 상기 제어부는, 지정된 시간에 대한 상기 온도 센서의 측정값의 변화율이, 지정된 제1값 보다 큰 경우 상기 도압관에 대량 누설이 발생한 것으로 판별하고, 지정된 시간에 대한 상기 온도 센서의 측정값의 변화율이, 지정된 제1값 보다 작고, 지정된 제2값보다 큰 경우 상기 도압관에 미세 누설이 발생한 것으로 판별하며, 지정된 시간에 대한 상기 온도 센서의 측정값의 변화율이, 지정된 제3값 보다 작은 경우 상기 도압관에 동결이 발생한 것으로 판별하되, 상기 제1값은 상기 제2값보다 크며, 상기 제2값은 상기 제3값 보다 클 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템의 상기 제어부는, 10초에 대한 상기 온도 센서의 측정값의 변화율이 5 보다 큰 경우 상기 도압관에 대량 누설이 발생한 것으로 판별할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템의 상기 제어부는, 10초에 대한 상기 온도 센서의 측정값의 변화율이 5 보다 작고 0.3 보다 큰 경우 상기 도압관에 미세 누설이 발생한 것으로 판별할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템의 상기 제어부는, 10초에 대한 상기 온도 센서의 측정값의 변화율이 -0.3 보다 작은 경우 상기 도압관에 동결이 발생한 것으로 판별할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템의 상기 도압관에는, 상기 제어부의 신호에 따라 상기 도압관을 차단할 수 있는 구동밸브가 구비될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템의 상기 제어부는, 상기 온도 센서의 온도가 지정된 제1온도 이상으로 올라가거나 지정된 제2온도로 내려갈 경우, 점검 경보를 송신할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템의 상기 제어부는, 상기 도압관의 누설이 발생한 것을 판별할 경우, 상기 현장 전송기의 측정값을 상기 도압관의 누설이 발생하기 직전의 측정값(last value holding)으로 고정시킬 수 있다.
본 발명은 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템에 관한 것으로, 데드 엔드형(dead-end type) 현장 전송기가 설치된 도압관에 응축수 포트 또는 확관 배관으로 이루어진 확관부를 통해 온도 센서를 설치하고, 제어부로 온도 센서의 온도 변화를 측정함에 따라 도압관의 누설 및 동결을 감지할 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명은 온도 센서에서 측정되는 온도 변화를 통해 잠재적 누설점 및 잠재적 동결점을 예측할 수 있으며, 이를 통해 누설 및 동결을 방지하기 위한 사전 조치를 취함으로써 설비 운전의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 현장 전송기로 수위 전송기를 사용하는 경우, 확관부에 설치되는 온도 센서를 통해 정확한 유체의 온도를 측정할 수 있으며, 이를 바탕으로 정확한 유체의 밀도 값을 산출할 수 있어 수위 측정에 대한 정확도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 계기함에 복수 개의 현장 전송기가 배치되는 것을 나타내는 도면이다.
도 2(a) 및 도 2(b)는 본 발명의 실시 예에 따른 데드 엔드형 현장 전송기가 압력 전송기로 이루어질 때, 확관부에 온도 센서가 구비된 것을 나타내는 도면이다.
도 3은 현장 전송기가 도압관을 이용해 데드 엔드 형태로 설치는 경우 도압관의 설치 거리에 따른 도압관 내부 유체의 온도 분포을 나타내는 도면이다.
도 4(a) 및 도 4(b)는 본 발명의 실시 예에 따라 응축수 포트로 이루어진 확관부에 온도 센서가 구비된 것을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 확관 배관으로 이루어진 확관부에 온도 센서가 구비된 것을 나타내는 도면이다.
도 6(a) 및 도 6(b)는 본 발명의 실시 예에 따른 데드 엔드형 현장 전송기가 유량 전송기로 이루어질 때, 확관부에 온도 센서가 구비된 것을 나타내는 도면이다.
도 7(a) 및 도 7(b)는 본 발명의 실시 예에 따른 데드 엔드형 현장 전송기가 수위 전송기로 이루어질 때, 확관부에 온도 센서가 구비된 것을 나타내는 도면이다.
도 8은 수위 전송기의 수위 계산식을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 제어부를 통해 도압관의 누설 및 동결 여부를 판별하는 것을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따라 지정된 시간에 대한 온도 센서의 측정값의 변화율을 측정하여 도압관의 누설 및 동결 여부를 판별하는 것을 나타내는 것이다.
본 명세서는 본 발명의 권리범위를 명확히 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있도록, 본 발명의 원리를 설명하고, 실시 예들을 개시한다. 개시된 실시 예들은 다양한 형태로 구현될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 발명(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어, 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 결합되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명은 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템에 관한 것으로, 데드 엔드형(dead-end type) 현장 전송기가 설치된 도압관에 응축수 포트 또는 확관 배관으로 이루어진 확관부를 통해 온도 센서를 설치하고, 제어부로 온도 센서의 온도 변화를 측정하여 도압관의 누설 및 동결을 감지할 수 있는 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템에 관한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 2(a) 및 도 2(b)를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템은, 현장 전송기, 도압관(120), 확관부(130), 온도 센서(140), 제어부(160)를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 현장 전송기는 발전소에서 사용되는 다양한 현장 전송기일 수 있으며, 일단이 막혀 있는 데드 엔드형(Dead end type)으로 이루어질 수 있다. 발전소에는 다양한 기계계통(배관, 탱크, 유량계 등)이 존재하고, 해당 계통에는 다수의 현장 전송기가 사용된다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 현장 전송기는 일단이 막혀 있고, 타단으로는 상기 도압관(120)이 연결되는 데드 엔드형(Dead end type) 현장 전송기로, 다양한 기계계통에서 사용될 수 있는 것이다.
상기 현장 전송기는, 압력을 측정하기 위한 압력 전송기(111), 유량을 측정하는 유량 전송기(112), 수위를 측정할 수 있는 수위 전송기(113) 중 어느 하나로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 발전소에 사용되는 다양한 현장 전송기일 수 있다. 상기 현장 전송기는 계기함(110) 내부에 설치될 수 있는 것으로, 상기 계기함(110) 내부에는 복수 개의 상기 현장 전송기가 설치될 수도 있다.
상기 도압관(120)은 상기 현장 전송기에 연결되는 것이다. 도 2(a) 및 도 2(b)를 참조하면, 상기 도압관(120)에는 상기 도압관(120)을 수동으로 차단할 수 있는 루트 밸브(122)가 구비될 수 있다.
도 3을 참조하면, 현장 전송기가 도압관을 이용해 데드 엔드형(Dead end type)으로 설치될 경우, 도압관의 루트 밸브로부터 4feet(1.2192m)만 떨어지면 자연 냉각되어 도압관 내부의 고온유체가 도압관 주변 온도(140°F)에 가깝게 낮아지게 됨을 알 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템은 이와 같이 루트 밸브에서 멀어질수록 도압관의 내부 유체 온도가 주변 온도와 가깝게 낮아지는 점을 이용하는 것으로, 상기 도압관(120)의 상기 루트 밸브(122)에서부터 일정 거리 이상 떨어진 지점에 상기 온도 센서(140)를 설치하여 온도 변화에 따라 상기 도압관(120)의 누설 및 동결을 감지할 수 있는 것이다.
구체적으로, 도 2(a) 및 도 2(b)를 참조하면, 상기 온도 센서(140)는 상기 도압관(120)에 설치되는 확관부(130)에 설치될 수 있다. 상기 확관부(130)는 상기 루트 밸브(122)에서부터 상기 도압관(120)의 내부 유체 온도가 주변 온도와 가깝게 온도가 낮아지는 지점에 구비되는 것으로, 상기 온도 센서(140)는 상기 확관부(130)를 통해 설치될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 확관부(130)는 측정하고자 하는 유체의 종류에 따라 응축수 포트(131) 또는 확관 배관(132)으로 이루어질 수 있다. 측정하고자 하는 유체가 스팀일 경우에는 상기 응축수 포트(131)가 사용되고, 측정하고자 하는 유체가 물일 경우에는 상기 확관 배관(132)이 사용될 수 있다.
도 4(a) 및 도 4(b)를 참조하면, 발전소의 스팀계통의 압력, 유량, 수위를 측정하기 위한 현장 전송기는 응축수 포트(131)를 통해 고온의 스팀으로부터 현장 전송기를 보호한다. 상기 응축수 포트(131)는 고온의 증기를 응축시켜 액체를 만드는 것으로, 상기 응축수 포트(131)와 상기 현장 전송기 사이에는 항상 응축수로 채워지게 된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 온도 센서(140)는 상기 응축수 포트(131)에 설치되어 사용될 수 있다. 도 4(a) 및 도 4(b)를 참조하면, 상기 온도 센서(140)는 보호관(thermowell)(141)을 통해 상기 응축수 포트(131)에 설치될 수 있다. 이때, 상기 보호관(141)은 상기 온도 센서(140)의 빠른 응답성을 위해 최대한 두껍지 않도록 제작될 수 있다.
도 4(a)를 참조하면, 상기 응축수 포트(131)에 상기 온도 센서(140)를 설치할 때 쓰레드(thread)(142)가 사용될 수 있으며, 이 경우 상기 응축수 포트(131)에 물을 주입시 상기 보호관(141)을 분리하여 물을 주입할 수 있다.
또한, 도 4(b)를 참조하면, 상기 응축수 포트(131)에는 별도의 물 주입 벨브(131a)가 구비되면서 상기 응축수 포트(131)에 물이 공급될 수도 있으며, 상기 온도 센서(140)와 상기 보호관(141)은 웰딩(143)을 통해 상기 응축수 포트(131)에 설치될 수 있다.
상기 온도 센서(140)가 상기 응축수 포트(131)에 설치되는 경우, 상기 온도 센서(140)를 통해 상기 응축수 포트(131) 내부의 온도를 측정함에 따라 상기 응축수 포트(131) 내부까지 물이 채워져 있는지를 확인할 수도 있다.
측정하고자 하는 유체가 물이고, 상기 도압관(120)의 폭이 작은 경우에는, 상기 온도 센서(140)는 확관 배관(132)으로 이루어진 상기 확관부(130)에 설치될 수도 있다. 도 5를 참조하면, 상기 온도 센서(140)는 상기 도압관(120) 보다 넓은 폭으로 이루어진 상기 확관 배관(132)에 설치될 수 있는 것으로, 상기 온도 센서(140)는 상기 보호관(thermowell)(141)을 통해 상기 확관 배관(132)에 설치될 수 있다. 이때, 상기 보호관(141)은 상기 온도 센서(140)의 빠른 응답성을 위해 최대한 두껍지 않도록 제작될 수 있다.
상기 제어부(160)는 상기 온도 센서(140)의 온도 변화를 감지하는 것이다. 상기 제어부(160)는 상기 온도 센서(140)에서 측정된 온도를 수신받아 온도 변화를 감지할 수 있는 것으로, 상기 제어부(160)는 발전소의 제어설비에 설치될 수 있다. (여기서, 상기 제어설비는 발전소의 다양한 지점에 배치될 수 있는 것으로, 상기 제어설비의 배치 지점은 특정한 곳으로 제한되지 않는다.)
상기 제어부(160)는 상기 온도 센서(140)에서 측정된 온도를 통해 상기 도압관(120)의 누설 또는 동결 여부를 판별할 수 있는 것이다. 상술한 바와 같이 상기 도압관(120)의 내부 유체 온도는 상기 루트 밸브(122)에서 일정한 거리 이상으로 멀어지게 되면, 주변 온도만큼 낮아지게 된다.
상기 제어부(160)는 상기 온도 센서(140)에서 측정되는 온도의 변화율을 산출하고, 이를 통해 상기 도압관(120)의 누설 또는 동결 여부를 판별하게 된다.
구체적으로, 상기 제어부(160)는 지정된 시간에 대한 상기 온도 센서(140)의 측정값의 변화율이 지정된 제1값보다 큰 경우 상기 도압관(120)에 대량 누설이 발생한 것으로 판별할 수 있다.
또한, 상기 제어부(160)는 지정된 시간에 대한 상기 온도 센서(140)의 측정값의 변화율이, 지정된 제1값 보다 작고, 지정된 제2값보다 큰 경우 상기 도압관에 미세 누설이 발생한 것으로 판별할 수 있다.
여기서, 상기 제1값은 상기 제2값보다 큰 값이 되는 것으로, 지정된 시간에 대한 상기 온도 센서의 측정값의 변화율이 제1값보다 큰 경우에는 대량 누설이 발생한 것으로 판별하고, 지정된 시간에 대한 상기 온도 센서의 측정값의 변화율이 제2값과 제1값 사이이면 미세 누설로 판별할 수 있다.
이와 함께, 지정된 시간에 대한 상기 온도 센서(140)의 측정값의 변화율이, 지정된 제3값 보다 작은 경우 상기 도압관(120)에 동결이 발생한 것으로 판별할 수 있다. 여기서, 상기 제3값은 제2값 보다 작은 값이 되는 것으로, 상기 제3값은 음의 값일 수 있다.
상기 도압관(120)에 동결이 발생하면, 상기 온도 센서(140)에서 측정된 값은 점진적으로 낮아지게 된다. 상기 제어부(160)는 이를 판별할 수 있는 것으로, 지정된 시간에 대한 상기 온도 센서(140)의 측정값의 변화율이 음의 값이면서 지정된 제3값보다 작은 경우 상기 도압관(120)에 동결이 발생했다고 판별할 수 있다. 상기 제어부(160)를 통해 상기 도압관(120)의 대량 누설, 미세 누설, 동결 여부를 판별하는 실시 예에 대해서는 후술하도록 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템은 온도 전송기(150)와 구동 밸브(121)를 더 포함할 수 있다.
도 2(a) 및 도 2(b)를 참조하면, 상기 온도 전송기(150)는 상기 온도 센서(140)에 연결되면서, 상기 온도 센서(140)의 측정값을 상기 제어부(160)로 송신할 수 있는 것으로, 상기 제어부(160)는 상기 온도 전송기(150)를 통해 상기 온도 센서(140)의 온도 측정값을 수신받을 수 있게 된다.
상기 구동 밸브(121)는 상기 도압관(120)에 설치되는 것으로, 상기 제어부(160)의 신호에 따라 상기 도압관(120)을 차단할 수 있는 것이다. 상기 제어부(160)는 상기 구동 밸브(121)에 신호를 전송할 수 있는 것이다.
상기 제어부(160)에서 상기 도압관(120)의 누설 여부가 판별되며, 상기 제어부(160)는 상기 구동 밸브(121)로 신호를 송신하여 상기 구동 밸브(121)를 통해 상기 도압관(120)을 차단할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템의 작동 과정을 상세하게 설명하기로 한다.
도 2(a) 및 도 2(b)는 상기 현장 전송기가 스팀 압력을 측정하기 위한 상기 압력 전송기(111)로 이루어지며, 상기 확관부(130)가 상기 응축수 포트(131)로 이루어진 경우를 나타내는 실시 예이다.
도 2(a)와 같이 누설이 없는 정상 상태인 경우, 상기 압력 전송기(111)와 상기 응축수 포트(131) 사이는 응축수로 채워져 있으며, 상기 온도 센서(140)에서 측정되는 유체 온도는 상온(주변 온도)으로 측정될 수 있다.
도 2(b)와 같이 어떠한 사유로 상기 계기함(110)의 누설이 발생하면, 상기 압력 전송기(111)의 데드 엔드(dead-end)가 무너지게 되고, 측정라인에 채워져 있던 응축수는 누설점을 통해 외부로 흘러 나가게 된다. 이에 따라 스팀이 측정라인으로 유입되면서 상기 온도 센서(140)에서 측정되는 온도가 상승하게 된다.
상기 제어부(160)는 상기 온도 센서(140)에서 온도가 상승되는 것을 감지하고 판별할 수 있는 것으로, 상기 제어부(160)는 상기 온도 센서(140)에서 지정된 시간에 대한 상기 온도 센서의 측정값의 변화율이 지정된 값보다 크게 되면 누설이 발생했다고 판별한다.
도 6(a) 및 도 6(b)는 상기 현장 전송기가 스팀 유량을 측정하기 위한 상기 유량 전송기(112)로 이루어지며, 상기 확관부(130)가 상기 응축수 포트(131)로 이루어진 경우를 나타내는 실시 예이다.
도 6(a)와 같이 누설이 없는 정상 상태인 경우, 상기 유량 전송기(112)와 상기 응축수 포트(131) 사이는 응축수로 채워져 있으며, 상기 온도 센서(140)에서 측정되는 유체 온도는 상온(주변 온도)으로 측정될 수 있다.
도 6(b)와 같이 어떠한 사유로 상기 계기함(110)의 누설이 발생하면, 상기 유량 전송기(112)의 데드 엔드(dead-end)가 무너지게 되고, 측정라인에 채워져 있던 응축수는 누설점을 통해 외부로 흘러 나가게 된다. 이에 따라 스팀이 측정라인으로 유입되면서 상기 온도 센서(140)에서 측정되는 온도가 상승하게 된다.
상기 제어부(160)는 상기 온도 센서(140)에서 온도가 상승되는 것을 감지하고 판별할 수 있는 것으로, 상기 제어부(160)는 상기 온도 센서(140)에서 지정된 시간에 대한 상기 온도 센서의 측정값의 변화율이 지정된 값보다 크게 되면 누설이 발생했다고 판별한다.
도 6(a) 및 도 6(b)를 참조하면, 상기 유량 전송기(112)는 두 개의 라인을 동시에 측정할 수 있는 것으로, 두 개의 라인 사이에는 배관을 통과하는 스팀 유량에 따른 차압을 형성하기 위한 차압 형성기(123)가 구비될 수도 있다.
또한, 상기 유량 전송기(112)는 스팀 유량을 측정하기 위한 것으로 설명하였으나, 상기 유량 전송기(112)의 유체가 액체인 경우에도 유량을 측정할 수도 있다. 이 경우 상기 확관부(130)는 상기 응축수 포트(131)가 아닌 상기 확관 배관(132)이 사용되면서 상기 온도 센서(140)가 설치될 수도 있다.
도 7(a) 및 도 7(b)는 상기 현장 전송기가 급수 가열기의 수위를 측정하기 위한 상기 수위 전송기(113)로 이루어지는 것이며, 상기 확관부(130)가 상기 응축수 포트(131)와 상기 확관 배관(132)으로 이루어진 경우를 나타내는 실시 예이다.
도 8을 참조하면, 상기 수위 전송기(113)는 상부에 작용하는 압력과 하부에 작용하는 압력의 차를 측정하고 측정된 압력의 차를 수위로 환산해서 수위를 측정하는 것이다. 상온의 물인 경우 상기 수위 전송기(113)에서 측정되는 차압이 1bar 이면 탱크의 수위는 10m로 환산할 수 있다. 상기 수위 전송기(113)는 상부 압력을 측정하는 부분과 하부 유체의 압력을 측정하는 부분이 존재하기 때문에, 상기 응축수 포트(131)와 상기 확관 배관(132)을 동시에 사용할 수 있다.
구체적으로, 도 7(a)의 왼쪽 하부에서 들어오는 유체가 유입되는 부분은 상기 확관 배관(132)을 통해 상기 온도 센서(140)가 설치될 수 있으며, 도 7(a)의 오른쪽 상부에서 스팀이 유입되는 부분은 상기 응축수 포트(131)를 통해 상기 온도 센서(140)가 설치될 수 있다.
도 7(a)와 같이 누설이 없는 정상 상태인 경우, 상기 수위 전송기(113)와 상기 응축수 포트(131) 사이, 상기 수위 전송기(113)와 상기 확관 배관(132) 사이는 응축수로 채워져 있으며, 상기 온도 센서(140)에서 측정된 유체 온도는 상온(주변 온도)으로 측정될 수 있다.
도 7(b)와 같이 어떠한 사유로 상기 계기함(110)의 누설이 발생하면, 상기 수위 전송기(113)의 데드 엔드(dead-end)가 무너지게 되고, 측정라인에 채워져 있던 응축수는 누설점을 통해 외부로 흘러 나가게 된다. 이에 따라 급수 가열기의 내부의 물이 측정라인으로 유입되면서 상기 온도 센서(140)에서 측정되는 온도가 상승하게 된다.
상기 제어부(160)는 상기 온도 센서(140)에서 온도가 상승되는 것을 감지하고 판별할 수 있는 것으로, 상기 제어부(160)는 상기 온도 센서(140)에서 지정된 시간에 대한 상기 온도 센서의 측정값의 변화율이 지정된 값보다 크게 되면 누설이 발생했다고 판별한다.
도 2(b), 도 6(b), 도 7(b)와 같이 상기 제어부(160)에서 누설이 발생했다고 판별하면, 상기 제어부(160)는 상기 구동 밸브(121)를 작동시켜 상기 도압관(120)을 차단할 수 있다. 또한, 상기 제어부(160)는 누설이 발생했다고 판별하면, 경보 장치를 통해 운전원과 같은 사용자에게 경보 신호를 보낼 수도 있다.
도 9 및 도 10을 참조하여, 상기 제어부(160)를 통해 상기 도압관(120)의 누설 또는 동결 여부를 판별하는 것을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. 도 9 및 도 10은 상기 현장 전송기가 상기 압력 전송기(111)인 경우를 나타내는 실시 예이며, 상기 계기함(110)에는 복수 개의 상기 압력 전송기(111)가 구비될 수 있다. 이때 각각의 상기 압력 전송기(111)에 연결되는 상기 확관부(130)가 구비되면서 상기 온도 센서(140) 및 상기 온도 전송기(150)가 설치될 수 있다.
상기 제어부(160)는 지정된 시간에 대한 상기 온도 센서(140)의 측정값의 변화율이 지정된 제1값보다 큰 경우 상기 도압관(120)에 대량 누설이 발생한 것으로 판별할 수 있다. 여기서, 상기 지정된 시간은 10초(도 9의 (a))일 수 있으며, 상기 제1값은 5일 수 있다.
즉, 도 9 및 도 10을 참조하면, 10초에 대한 상기 온도 센서(140)의 측정값의 변화율이 5 보다 큰 경우(도 9의 (a-1))에는 상기 제어부(160)가 대량 누설이 발생한 것으로 판별할 수 있고, 이 경우 상기 제어부(160)는 상기 구동 밸브(121)를 통해 상기 도압관(120)을 닫히게 할 수 있다.
또한, 상기 제어부(160)는 지정된 시간에 대한 상기 온도 센서(140)의 측정값의 변화율이, 지정된 제1값 보다 작고, 지정된 제2값보다 큰 경우 상기 도압관에 미세 누설이 발생한 것으로 판별할 수 있다. 여기서, 상기 지정된 시간은 10초(도 9의 (a))일 수 있으며, 상기 제1값은 5일 수 있으며, 상기 제2값은 0.3일 수 있다.
즉, 도 9 및 도 10을 참조하면, 10초에 대한 상기 온도 센서(140)의 측정값의 변화율이 5 보다 작고 0.3 보다 큰 경우(도 9의 (a-2))에는 상기 제어부(160)가 미량 누설이 발생한 것으로 판별할 수 있고, 이 경우 상기 제어부(160)는 미세 누설에 대한 경보를 발생시킬 수 있다.
이와 함께, 지정된 시간에 대한 상기 온도 센서(140)의 측정값의 변화율이, 지정된 제3값 보다 작은 경우 상기 도압관(120)에 동결이 발생한 것으로 판별할 수 있다. 여기서, 상기 지정된 시간은 10초(도 9의 (a))일 수 있으며, 상기 제3값은 -0.3일 수 있다.
즉, 도 9 및 도 10을 참조하면, 10초에 대한 상기 온도 센서(140)의 측정값의 변화율이 -0.3 보다 작은 경우(도 9의 (a-3))에는 상기 제어부(160)는 동결이 발생한 것으로 판별할 수 있고, 이 경우 상기 제어부(160)는 동결에 대한 경보를 발생시킬 수 있다.
상기 도압관(120)에 동결이 발생하면, 상기 온도 센서(140)에서 측정된 값은 점진적으로 낮아지게 된다. 상기 제어부(160)는 이를 판별할 수 있는 것으로, 상기 온도 센서(140)의 측정값의 변화율이 음의 값이면서 지정된 제3값(-0.3)보다 작은 경우 상기 도압관(120)에 동결이 발생했다고 판별할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 제어부(160)는 상기 온도 센서(140)의 온도가 지정된 제1온도 이상으로 올라가서나 지정된 제2온도로 내려갈 경우, 점검 경보를 송신할 수도 있다. (여기서, 상기 제1온도는 상기 제2온도 보다 높은 값이다.)
구체적으로, 도 9를 참조하면, 상기 온도 센서(140)의 온도가 27.5도(제1온도) 보다 크거나 22.5도(제2온도) 보다 작은 경우(도 9의 (b)) 상기 도압관(120)의 충수 점검 경보를 송신할 수 있다. 상기 제1온도 및 상기 제2온도는 27.5도 및 22.5도로 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 변경될 수 있다. 가령, 상기 제1온도 및 상기 제2온도는 26도 및 24도 일 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 제어부(160)를 통해 상기 도압관(120)의 누설이 발생한 것을 판별할 경우, 상기 제어부(160)는 상기 현장 전송기의 측정값을 상기 도압관(120)의 누설이 발생하기 직전의 측정값(last value holding)으로 고정할 수도 있다. (도 9의 (c))
여기서, 도 10을 참조하면, 상기 온도 센서(140)의 온도가 변하는 시점이 대형 누설, 미세 누설, 동결이 발생하는 시점이 될 수 있다. 발전소의 다양한 계통은 PID 제어(proportional integral derivative control)되는데, 상기 제어부(160)는 PID 제어루프의 난조를 방지하고 신뢰성을 제고하기 위해, 제어 설비에서 누설사고가 발생한 계기함을 공유하는 모든 현장 전송기 측정값을 누설이 발생하기 직전의 측정값(last value holding)으로 고정 처리할 수 있다.
상기 제어부(160)를 통해 현장 전송기 측정값을 누설이 발생하기 직전의 측정값(last value holding) 고정 처리하지 않으면, PID 제어값에 영향을 미치게 됨에 따라 목표로 하는 제어가 되지 않을 위험이 있다.
이를 방지하기 위해 상기 제어부(160)를 통해 계기함을 공유하는 모든 현장 전송기 측정값을 누설이 발생하기 직전의 측정값(last value holding) 고정 처리할 수 있고, 이를 통해 제어루프 대한 안정성을 제고하고 난조를 예방할 수 있는 장점이 있다.
상술한 본 발명의 실시 예에 따른 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템은 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템에 관한 것으로, 데드 엔드형(dead-end type) 현장 전송기가 설치된 도압관에 응축수 포트 또는 확관 배관으로 이루어진 확관부를 통해 온도 센서를 설치하고, 제어부로 온도 센서의 온도 변화를 측정함에 따라 도압관의 누설 및 동결을 감지할 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명의 실시 예에 따른 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템은 온도 센서에서 측정되는 온도 변화를 통해 잠재적 누설점 및 잠재적 동결점을 예측할 수 있으며, 이를 통해 누설 및 동결을 방지하기 위한 사전 조치를 취함으로써 설비 운전의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템은, 상술한 바와 같이 도압관의 누설 및 동결을 신속하고 정확하게 감지함과 동시에 제어부와 구동 밸브를 통해 즉각적으로 해당 도압관을 계통에서 분리시킬 수 있다.
이를 통해 현장 전송기들의 단일 고장요인에 따른 전체고장 가능성을 최소화 할 수 있으며, 타 설비들에 대한 2차 피해를 최소화함과 동시에 운전원의 인명피해를 최소화할 수 있는 장점이 있다.
도 8을 참조하면, 수위 전송기의 경우 하부에 작용하는 유체의 밀도(γ1)와 응축수 포토에 작용하는 유체의 밀도(γ2)가 수위(h1)을 산출하기 위한 계산식에 사용되는데, 종래의 경우에는 응축수 포트에 작용하는 유체의 밀도(γ2)를 단순히 상온(25℃)에서의 밀도 값으로 간주해서 수위 계산식에 적용함에 따라 정확하지 않은 문제점이 있었다.
그러나 본 발명의 실시 예에 따른 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템은, 현장 전송기로 수위 전송기를 사용하는 경우 확관부에 설치되는 온도 센서를 통해 정확한 유체의 온도를 측정할 수 있고, 이를 통해 정확한 온도에 따른 밀도 값을 수위 계산식에 적용할 수 있어 수위 측정에 대한 정확성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이와 함께 본 발명의 실시 예에 따른 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템은, 상기 제어부를 통해 제어 설비에서 누설사고가 발생한 계기함을 공유하는 모든 현장 전송기 측정값을 누설이 발생하기 직전의 측정값(last value holding) 고정 처리함에 따라, PID 제어루프의 난조를 방지하고 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시 예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
110...계기함 111...압력 전송기
112...유량 전송기 113...수위 전송기
120...도압관 121...구동 밸브
122...루트 밸브 130...확관부
131...응축수 포트 132...확관 배관
140...온도 센서 141...보호관
142...쓰레드(thread) 143...웰딩
150...온도 전송기 160...제어부

Claims (11)

  1. 도압관의 누설 및 동결을 방지하는 시스템에 있어서,
    일단이 막혀 있는 데드 엔드형(Dead end type) 현장 전송기;
    상기 현장 전송기에 연결되는 도압관;
    상기 도압관에 설치되는 확관부;
    상기 확관부에 설치되며, 상기 확관부의 온도를 측정할 수 있는 온도 센서;
    상기 온도 센서의 온도 변화를 감지하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 온도 센서에서 측정된 온도를 통해 상기 도압관의 누설 또는 동결 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 확관부는, 응축수 포트 또는 확관 배관인 것을 특징으로 하는 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 현장 전송기는,
    유량을 측정하는 유량 전송기, 수위를 측정할 수 있는 수위 전송기, 압력을 측정하기 위한 압력 전송기 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 온도 센서에 연결되며, 상기 온도 센서의 측정값을 상기 제어부로 송신할 수 있는 온도 전송기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    지정된 시간에 대한 상기 온도 센서의 측정값의 변화율이, 지정된 제1값 보다 큰 경우 상기 도압관에 대량 누설이 발생한 것으로 판별하고,
    지정된 시간에 대한 상기 온도 센서의 측정값의 변화율이, 지정된 제1값 보다 작고, 지정된 제2값보다 큰 경우 상기 도압관에 미세 누설이 발생한 것으로 판별하며,
    지정된 시간에 대한 상기 온도 센서의 측정값의 변화율이, 지정된 제3값 보다 작은 경우 상기 도압관에 동결이 발생한 것으로 판별하되,
    상기 제1값은 상기 제2값보다 크며, 상기 제2값은 상기 제3값 보다 큰 것을 특징으로 하는 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    10초에 대한 상기 온도 센서의 측정값의 변화율이 5 보다 큰 경우 상기 도압관에 대량 누설이 발생한 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    10초에 대한 상기 온도 센서의 측정값의 변화율이 5 보다 작고 0.3 보다 큰 경우 상기 도압관에 미세 누설이 발생한 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    10초에 대한 상기 온도 센서의 측정값의 변화율이 -0.3 보다 작은 경우 상기 도압관에 동결이 발생한 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 도압관에는, 상기 제어부의 신호에 따라 상기 도압관을 차단할 수 있는 구동밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 온도 센서의 온도가 지정된 제1온도 이상으로 올라가거나 지정된 제2온도로 내려갈 경우,
    점검 경보를 송신하는 것을 특징으로 하는 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 도압관의 누설이 발생한 것을 판별할 경우,
    상기 현장 전송기의 측정값을 상기 도압관의 누설이 발생하기 직전의 측정값(last value holding)으로 고정시키는 것을 특징으로 하는 데드 엔드형 현장 전송기가 설치된 도압관의 누설 및 동결 감지 시스템.
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