KR0167588B1 - 보일러 시스템 누설 감지 방법 - Google Patents

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씨. 아벨론 스탠리
더블유. 포위 로저
알. 맥도날드 제임스
제이. 퓨리본도 니콜라스
Original Assignee
죠지 브랜논
낼코 케미칼 캄파니
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Abstract

스팀은 보일러에 공급된 급수로부터 보일러내에서 발생되며, 보일러내에서 보일러 워터내의 불순물의 농축물은 부가적인 급수를 투입하는 동안에 블로다운에서 보일러 위치 형성될때까지 소량을 제거함으로서 감소되는 보일러 워터 시스템으로 부터의 누설은 결정된다. 보일러는 농축물 싸이클 밸류를 가지며, 농축물 싸이클 밸류는 급수(CI)에서 비활성 성분의 농축물에 의해 분리된 정상 상태(CF)에서 블로다운내의 비활성 성분의 농축물의 평균값이다. 정상 상태에서 보일러내의 비활성 성분의 농축물은 시간 주기내에서 CF보다 높은 밸류를 가진 고농축물(CH)로 부터 CI와 CF사이의 밸류를 가진 저농축물(CL)까지 다양하다. 이 방법은, 비활성 성분으로서 비활성 트레이서를 사용하는 단계와, 보일러 워터내의 농축물과 동등한 정상 상태에서 보일러내의 비활성 트레이서의 특성을 감지하는 단계와, 감지된 특성을 보일러 워터내의 비활성 트레이서의 농축물과 동등한 밸류로 전환하는 단계와, 비활성 트레이서의 싸이클 농축물 변동에서의 변화가 보일러내의 누설과 일치할 때 신호를 발생하는 단계를 포함한다.

Description

보일러 시스템 누설 감지 방법
제1도는 보일러, 급수관, 스팀관 및 블로다운관으로 구성된 보일러 시스템을 도식적 형태로 도시한 도면.
제2도는 보일러내의 비활성 트레이서(inert tracer)와 보일러의 급수를 연속적으로 모니터하기 위한 기구를 개략적으로 도시한 도면.
제3도는 보일러의 연속 모니터와 싸이클을 포함한 도식적 가상 성능 기록을 도시한 도면.
제4도는 보일러의 싸이클 수치가 적당한지 증명하기 위한 도식적 가상 연속 레지스터 출력을 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 보일러 시스템 12 : 보일러
14 : 급수관 18 : 블로다운관
20 : 급수밸브 22 : 블로다운 밸브
28, 32 : 사이드스트림 130 : 샘플관
150 : 신호기
[발명의 기술분야]
본 발명은 보일러 정비의 기술분야, 특히 보일러 시스템의 누설을 감지하는 것에 관한 것이다.
[발명의 배경]
보일러는 워터가 연속적으로 가열에 의해 스팀으로 증발되는 용기(vessel)이다. 발생된 스팀은 직접 또는 간접 열전달 매체로서 전력을 발생하는데 종종 사용된다. 일반적으로 고압 및/또는 고용량 보일러는, 워터가 튜브내에서 순환하며, 가해진 열(불꽃 및 가열 연소 가스와 같은 연소 생성물)은 튜브의 외측에 대해 유동하는 수관 보일러(water-tube boilers)이다. 대부분의 상기 수관은 열 발생 연소가 이뤄지는 노의 벽을 포함한다.
대부분의 수관은 보일러 노내에 있으며, 따라서 보일러 시스템에서의 누설은 중대한 문제가 될 수 있다. 예컨대, 회수 보일러에서 누설에 의해 발생된 악취/물 폭발의 심각한 위험은 펄프와 종이 산업분야에서 잘 인식되어 있고, 상기 위험을 감소시키기 위한 방법을 모색하는 광범위한 노력들이 이뤄지고 있다. 이러한 목표는 회수 보일러 제조자, 보험회사 및 높은가성(high caustic) 레벨의 유기 용액을 연소시키는 회수 보일러를 작동하는 펄프 공장에서는 상당히 중요한 것이다. 누설에 의해 발생된 폭발은 누수(leaking water)가 스팀과 바로 접촉하기 때문에 오일이나 천연 가스를 연소시키는 파워 보일러와 관련이 없지만, 누설은 보일러 작동 효율을 감소시키고 보일러 유지비를 증가시킴으로서 누설을 감지해야 한다. 화학 처리 산업에서 보일러용의 1차적인 누설의 중요성은 예컨대 보일러 벽의 한 측면상에 암모니아 스트림을 가진 암모니아 제조 플랜트에서 처리 스트림을 오염시킨다는 것이다. 원자력 발전 산업은, 높은 방사성 오염 레벨이 고압차에 있으며 누설이 초기 억제를 지나 오염이 분산되기 때문에 보일러 워터 누설을 회피할 필요가 있다.
보일러 누수를 감지하기 위해 특히 초기에 노의 수벽 누설을 감지하기 위한 많은 기술이 행해졌고 현재도 계속되고 있다. 이러한 기술들은 스팀 드럼 레벨 제어, 컴퓨터 연산 및 다른 것들을 이용한다. 누설을 초기에 감지하기 위한 최근에 발전된 기술은 튜브 누설을 감지하도록 나트륨 이온 농축물을 이용[보일러 급수와 블로다운(blowdown) 사이의 나트륨 이온 질량의 균형을 잡음]하지만, 나트륨 특정 전극의 민감도는 다른 급수 변수중에 pH에 의해 영향을 받는다. 몇몇 보일러 조작자는 누설을 감지하기 위해 복잡한 연산의 보일러 작동 데이터를 사용하기 위해 복잡한 컴퓨터 시스템을 현재 사용하고 있다.
높은 민감성의 누설 감지 방법이 필요한데, 이는 누설의 초기 감지는 동력 워터 시스템으로부터 상당히 작은 양의 워터 누설을 감지해야 하기 때문이다. 높은 민감성의 누설 감지 방법은 급수를 보일러내로 공급하기 전에 깨끗하게 하기 위해 사용된 탈염제, 혼합 베드 광택제 또는 다른 기술의 작동 효율로 다양한 양의 보일러 급수에 존재할 수 있는 화학적 종류와 무관하다.
본 발명의 목적은 적은 비용과 간단하게 작동할 수 있는 높은 민감성의 보일러 튜브 누설 감지 방법을 제공하기 것이다. 본 발명의 목적은 동력 보일러 워터 시스템으로부터 상당히 작은양의 워터 손실을 감지할 수 있는 초기 누설 감지 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 목적은 보일러 급수의 양 변화와 무관하고 보일러내로 공급하기 전에 급수를 깨끗하게 하기 위해 사용된 탈염제, 혼합 베드 광택제 또는 다른 기술의 작동 효율과 무관한 높은 민감성의 누설 감지 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 이들 및 다른 목적은 이하에 설명한다.
[발명의 개요]
본 발명은, 보일러에 공급된 급수로부터 스팀이 발생되고, 보일러 워터내의 불순물의 농축물이 추가 급수를 공급하는 동안 소량의 블로다운과 보일러 워터 생성을 방지함으로서 감소될 수 있는, 보일러 워터 시스템으로부터의 누설을 감지하는 방법을 제공하는 것이다. 상기 보일러는 급수에서의 농축물(CI)에 의해 분할된 정상 상태(steady state)에서 정상 블로다운내의 비활성 성분의 평균 농축물(CF-)의 수치인 농축물 싸이클 수치를 갖고 있다. 정상 상태에서 보일러내의 비활성 성분의 농축 워터는 보다 높은 수치(CF)인 고 농축물(CH)로부터 시간 주기(A)내에서 CI와 CF사이인 수치를 가진 저 농축물(CL)까지 다양하다. 이 방법은 하기의 단계들을 포함한다 :
1. 비활성 성분으로서 공지된 농축물(CI)에서 급수에 첨가된 비활성 트레이서(inert tracer)를 사용하는 단계와.
2. 보일러 워터의 농축물과 동등한 정상 상태에서 보일러내의 비활성 트레이서의 특성을 감지하는 단계와,
3. 보일러 워터의 비활성 트레이서의 농축물과 동등한 수치로 감지된 특성을 전환하는 단계와,
4. 보일러 워터내의 비활성 트레이서의 CH내지 CL의 싸이클 농축물 변동을 선택적으로 기록하는 단계와,
5. 비활성 트레이서의 싸이클 농축물 변동에서의 변화가 보일러 워터의 누설을 나타낼 때 신호를 발생하는 단계로 구성된다.
특정 시간에 보일러내의 비활성 트레이서의 농축물은 보일러 워터를 받는 사이드스트림(sidestream)에서 트레이서의 농축물로부터 결정되며, 상기 사이드스트림은 블로다운관을 벗어난 사이드스트림이며, 양호하게는 연속적으로 보일러 워터를 받는다.
보일러 워터의 누설과 일치하는 비활성 트레이서의 싸이클 농축물 변동에서의 변화 발생을 나타내는 다수의 인디케이터가 있으며, 주어진 보일러는 하나 이상의 변화 인디케이터로 감지될 수 있다.
본 발명의 양호한 실시예에서, 변화 인디케이터는 예컨대 CL-CD의 비활성 트레이서 농축물, 양호하게는 CD가 CL의 적어도 5 또는 10%인 비활성 트레이서의 정상 저 농축물(CL)과 동등한 것보다 낮은 수치를 가진 보일러에서 비활성 트레이서 농축물이며, 신호 발생은 보일러내의 트레이서 농축물이 정상 최저 농축물의 90 또는 95%일 때 발생한다. 그러한 변화 인디케이서는 시간과 무관하며, 보일러로 부터의 워터 누설과 일치하는 조건은 변화 인디케이터가 발생할 때는 언제나 나타난다.
본 발명의 양호한 실시예에서, 변화 인디케이터는 설정 시간내에, 여기에서는 시간 주기(B)내에 정상 고 농축물(CH)까지 도달한 보일러내의 비활성 트레이서 농축물이다. 정상 시간에 여기에서 시간 주기(A)이며, 완전한 비활성 트레이서 농축물 싸이클의 약 1/2인 CL농축물로부터 CH농축물에 도달하도록 비활성 트레이서의 농축물이 정상적으로 발생하는 시간의 두배로 시간 주기(B)를 설정한다. 양호한 실시예에서, 변화 인디케이터는 보일러내에서 개방/폐쇄 블로다운 밸브 작동을 감지하며, 시간 주기(B)는 정상 블로다운 유동체를 차단하는 블로다운 밸브의 폐쇄로부터 블로다운 밸브를 정상적으로 재개방하는 시간까지 측정한다. 이 보일러에서, 시간 주기(B)는 시간 주기(A)의 길이와 동일하다.
많은 대형 보일러에서, 블로다운 밸브는 정상적으로 개방되고 블로다운 비율은 정상적으로 제로로 떨어지지 않는다. 블로다운 밸브 대신에 보일러내의 몇몇 불순물 형성에 따라 좌우되는 블로다운 비율을 조정할 수 있으며, CH와 CL사이에서 변동할 때 보일러내의 비활성 트레이서의 농축물 시도(示度)에 따라 표시될 수 있다. 보일러내의 비활성 트레이서 농축물이 비활성 트레이서의 정상 저 농축물(CL), 예컨대 CD가 CL의 약 5 또는 10%인 CL∼CD의 비활성 트레이서 농축물과 동등한 것보다 낮은 수치를 가질 때, 정상 개방 블로다운 밸브는 상기 시도에 반응하여 폐쇄될 것이다. 트레이서 감지 장치가 블로다운 밸브보다 앞에 있다면, 블로다운 밸브의 유량계 하류에는 유체가 없는 동안에 분석기는 트레이서 농축물을 관찰하며, 조건들을 조합하면 보일러 누설과 일치할 것이다. 트레이서 감지 장치대신에 블로다운 밸브이 다운스트림(downstream)을 이용한다면, 분석기는 트레이서 농축물을 관찰하지 못하며, 조건은 보일러 누설과 일치할 것이다.
다른 양호한 실시예에서, CH와 CL사이에서 보일러내의 비활성 트레이서 농축물의 정상 변동에서 변화 인디케이터는 다른 작동 변수와 비교할 수 있으며, 잠재적인 보일러 워터 누설 신호는 다른 작동 변수의 불균형이 관찰될 때만 발생될 것이다. 양호하게, 비활성 트레이서 변화 인디케이터는 예컨대 CD가 적어도 CL의 약 5 또는 10%인 CL∼CD의 비활성 트레이서 농축물인 비활성 트레이서의 정상 저 농축물(CL)과 동등한 것보다 작은 비활성 트레이서 농축물 수치를 감지하거나, 설정 시간 주기(B)내에 정상 고 농축물(CH)에 도달한 보일러내의 비활성 트레이서 농축물을 감지할 것이다. 상기 변화 인디케이터는 유동체 신호로부터 결정된 스팀 로드에서 균형과 비교된다. 이 실시예에서, 보일러내로 유동하는 급수 비율과, 배출되는 스팀 비율 사이의 불균형은 모니터에서 볼 수 있는 비활성 트레이서 농축물의 정상 변동에서 변화 인디케이터가 신호가 발생되기 전에 누설을 나타낸다. 다른 실시예에서, 다른 작동 변수는 보유 시간 인덱스이다. 보유 시간 인덱스와 연산 블로다운 비율 사이에 불균형이 나타남과 동시에 비활성 트레이서 농축물의 정상 변동에서 변화 인디케이터가 감지된다면, 조합된 조건은 누설을 나타내고 신호가 발생한다.
[양호한 실시예]
농축물의 보일러 싸이클은 잘 감지되거나 잘 감지해야 할 작동 변수이다. 보일러내의 최대 불순물 농축물을 제한하기 위해 보일러 싸이클 농축물의 범위는 보일러 및 터빈 제조자, 워터 처리 회사 및 보일러를 이용한 산업 플랜트에 의해 통상적으로 설정된다. 그러한 제한은 다른 수성 워터 처리 프로그램에도 불구하고 심각한 정도의 형성/침전을 방지하고자 하는 것이며 이것을 방지하는데 필요하다. 형성 워터 및 재순환 응축 워터로 구성된 보일러 급수는 상기 워터가 보일러에 공급되기 전에 처리하는 한도와 무관하게 몇몇 불순물을 포함한다. 스팀이 발생될 때, 대부분의 순수 H2O 증기는 보일러로부터 배출되지만, 보일러 워터내의 그 농축물을 증가시키는 불순물(용해된 현탁물질)은 잔류한다. 배출된 스팀은 오염물을 함유한 급수로 대체된다. 보일러 워터내의 용해 현탁 고체의 증가된 농축물은 침전물 형성, 부식, 거품과 잔품, 증가된 열 전도율, 보일러 튜브 결함이나 흡장(吸藏)등을 포함한 매우 심각한 문제가 불가피하게 발생한다. 보일러 불순물 농축물(보일러 물질 농축물)은 정상 블로다운으로서 워터를 회수함으로서 상쇄된다. 그러나 정상 블로다운에서 열 에너지는 보일러 열 효율을 감소시키는 주요 요인이며, 블로다운 비율이 고체 농축물을 제한하는데 필요한 것을 초과하는 것은 양호하게 회피된다. 또한, 초과한 블로다운 비율은 워터 비용을 불필요하게 상승시킨다.
정상 블로다운에서 고체 농축물과 급수에서의 고체 농축물의 비율은 보일러 작동의 싸이클 수치, 농축물의 싸이클, 농축물 싸이클 또는 싸이클 이라 불리운다. 보일러가 농축물 싸이클에 있어서 너무 낮게 작동된다면, 블로다운 비율은 너무 높으며, 작동은 효과가 없다. 과잉 블로다운으로 열의 과도한 손실은 열효율을 감소시키는 동시에 워터 비용을 상승시킨다. 보일러가 매우 높은 농축물 싸이클에서 작동된다면, 블로다운 비율은 너무 낮으며 물 때 침전물(scale deposit) 및 부식과 같은 고체 유도 문제에 대한 가능성이 크다. 따라서, 농축물의 싸이클은 감지된 1차 작동 변수중 하나이다.
본 발명의 방법은 농축물의 보일러 작동 싸이클의 감지를 포함할 수 있다. 1991년 8월 20일에 클라우디아 씨.피어스, 로저 더블유, 포위 및 존 이.허츠등에게 허여된 미국 특허 제5,041,386호에는 보일러 농축물 싸이클을 감지하기 위한 비활성 트레이서를 이용하는 것이 기재되어 있고 본원에서 참고로 구체화했다. 보일러 싸이클은 공지된 농축물에서 보일러에 충전된 급수에 비활성 트레이서를 첨가하고, 정상 블로다운에서 그 농축물의 아날로그를 결정함으로써 연산된다. 싸이클 수치가 보일러 제조자에 의해 제안된 또는 조작자가 설정하거나 워터 처리 공급자에 의해 제안한 싸이클 수치일 수 있는 표준 작동 수치와 비교할 수 없다면, 블로다운 비율 및/또는 워터 처리제의 투여량을 조절할 수 있다. 양호하게, 비활성 트레이서는 연속기준에 따라 싸이클(보일러 워터내의 불순물 또는 오염물 농축물)을 결정하도록 사용하는 것이 양호하다. 비활성 트레이서 싸이클 결정과 함께 부수적으로 워터 처리제 농축물 레벨 등의 농축물을 감지하는 참조 표준으로서 퍼센트 유지시간(반감기 시간)의 결정과 같은 다른 목적을 위해 사용될 수 있다.
보일러 분야에서 잘 알 수 있고 여기에서 사용할 기술과 같은 보일러 싸이클(보일러 수치, 농축물 싸이클, 농축물의 싸이클등등)은 급수(초기 농축물 또는 CI)에서의 농축물까지 정상 상태(최종 농축물 또는 CF)에서 정상 블로다운에서 특정 불순물 또는 성분(IMP)의 농축물의 비율이며, 이 비율은 하기의 식(I)으로부터 결정된다.
식(I) 싸이클(CF)/(CI) 또는
IMP 의 정상상태 블로다운 농도
IMP 의 공급수 농도 이며,
동등한 수치인 수치는 정상 블로다운에서 불순물 IMP가 워터가 스팀으로서 제거되기 때문에 급수에서 보다 항상 더 농축되어 항상 1보다 크다(싸이클 수치를 1보다 작게 하기에 충분한 크기의 급수 품질의 혼란상태는 보일러 분야에서 수용할 수 없으며 주요 보일러 작동 결함의 외측에서 발생되지 않는다.
본 발명의 공정에서, 비활성 트레이서는 상기 식(I)의 불순물 또는 IMP이며, 비활성 트레이서를 위한 약어 IT는 IMP 명칭 대신에 사용한다. 본 발명은 실제의 보일러 시스템 작동시에 CF는 절대 상수가 아니며 보일러 작동으로 지적된 싸이클 수치는 CF의 평균 수치에 의거하여, 그에 따라 본 발명은 싸이클 수치의 결정과는 거리가 멀으며 싸이클 수치 결정을 포함할 필요가 없다. 더욱이, 본 발명의 목적을 위해서, 비활성 트레이서는 급수에 대해 공지되고 균일한 부분으로 보일러 시스템내로 도입해야 하며, 양호하게 꼭 필요하지는 않지만 급수에 대한 공지되고 일정한 농축물에서 급수의 성분으로서 보일러 시스템내로 도입해야 한다.
중간 그리고 높은 압력의 보일러는 100,000 Btu/ft2-hr(2,500cal/m2-hr)를 초과한 열전달율을 가지며, 보일러내의 상당히 얇은 접착층이 존재하는 튜브 금속의 온도를 심각하게 상승시키는 원인이 된다. 따라서, 급수 불순물은 매우 많으며 급수에 도입된 불순물의 허용된 농축물은 매우 낮다. 이것은 거의 일정한 스팀 발생 수요로서 거의 변함없는 고 싸이클 수치 보일러이다. 상기 보일러의 싸이클 수치가 스팀내로 조금이라도 이동되지 않고 매우 낮은 농축물(예컨대 0.005ppm 또는 그 이하)에서 선택적으로 감지될 수 있는 미국 특허 제5,041,386호에 기재된 비활성 트레이서로 감지될 때, 주어진 보일러 시스템에서 평균 싸이클 수치는 평균치(CF)로부터 결정될 수 있을 뿐만 아니라 CF변동의 정상 범위가 결정되고 변화가 감지된다는 것을 발견하였다. 또한 이것은 중간 또는 높은 압력 보일러가 아닌 보일러에서 행해진 것이다(본 발명의 양호한 실시예의 몇몇을 이용하는 것을 포함한 하나의 보일러 작동 변수는 1,800psig를 초과한 압력일 수 있으며, 이 압력은 이하에 기재하는 양호한 술폰산 나프탈렌 및 술폰산 피렌 비활성 트레이서를 분해시킬 수 있다).
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 CF변동의 정상범위로부터 변위(excursion)가 감지될 때 신호를 발생한다. 상술한 변화 인디케이터는 정상 실제 싸이클 수치 범위(CF의 변동과 함께 실제 싸이클 수치 변동)에서의 드롭(drop)과, 정상 평균 싸이클 수치에서의 드롭 및 정상 상태로 도달한 후에 정상 평균 CF에서의 드롭을 나타낸다. 보일러 스팀 로드(이 보일러들은 일정 질량 유동률에서 정상임)에서의 첨부한 변경없는 변경들은 누설을 나타낸다.
실시예에서 본 발명의 방법은 급수로 도입된 비활성 트레이서를 사용한 보일러에서 비활성 트레이서의 농축물을 연속 감지하는 단계를 포함한다. 보일러내의 비활성 트레이서 농축물의 연속 결정은 정상 CH와 CL사이의 비활성 트레이서의 변동에서 어떤 변화 인디케이터와 세트포인트 이하의 어떤 드롭을 감지하며, 상기 세트포인트는 CH와 CL사이의 비활성 트레이서의 정상 변동에 의거하여 결정되어 보일러는 누설 경보 신호를 발생한다. 보일러 조작자는 누설이 발생하는 가능성을 인식하고 누설이 발생하는 위치를 찾아내도록 다른 시스템 체크 및/또는 검사(예컨대 화재 경보기 및/또는 구멍)에 따라 작동 및/또는 초점을 맞출 수 있다.
보일러 분야에서 잘 이해될 수 있는 여기에 사용된 기술과 같은 정상 상태(Steady state)는 , 보일러 시스템의 워터내에 비활성 트레이서(또는 급수와 함께 보일러내로 도입된 다른 적다한 물질)의 농축물이 일정할 때 단정할 수 있는 고 농축물(CH)로부터 단정할 수 있는 저 농축물(CL)까지 비활성 트레이서의 반복성 싸이클링 변동이 존재하는 조건이며, 상기 상태는 급수로 공급된 비활성 트레이서의 개시시에 발생하는 일시적 조건이 사소할 때 도달된다. 본 발명의 목적을 위해, 보일러에서 비활성 트레이서의 농축물의 CH와 CL사이의 비활성 트레이서의 변동에서 중요한 변화가 없고 블로다운 비율, 급수 비율, 트레이서를 보일러로 공급하는 비율(또는 보일러에 공급될 때 급수에서의 트레이서의 농축물) 및 보일러 누설이 없을 경우에 증기 비율에서의 중요한 변화가 없을 때, 보일러는 비활성 트레이서에 대해 정상 상태에서의 작동을 고려할 수 있다. 누설로 인한 워터의 손실은 도달한 정상상태를 방해할 수 있다. 본 방법을 사용하여 보일러 누설을 감지하기 위해, 비활성 트레이서 농축물에 관한 정상 상태에 먼저 도달해야 하며, CL및/또는 CH수치 또는 수치 비율을 결정해야 한다.
보일러 분야에서 일반적으로 잘 알려진 불로다운은 보일러 시스템으로부터 배출된 워터이다. 보일러내에서 트레이서 농축물을 연속 감지하기 위해 보일러 워터를 계속 받는 사이드스트림(sidestream)은 이러한 정의하에서 블로다운을 고려할 수 있다. 보일러 시스템으로부터 누설한 워터는 이러한 정의하에서 블로다운을 고려할 수 있다. 용어의 혼란을 회피하고 모든 블로다운 스트림이 정확하게 제한될 수 있도록, 용어 정상 블로다운은 보일러 누설로 부터의 워터 손실이 배제될 때 사용한다. 이러한 배출시에, 정상 블로다운 및 다른 블로다운 스트림은 그때에 보일러 시스템내에 보유된 워터와 동일한 합성물을 갖고 있다. 본 발명의 목적을 위해 감지되는 보일러로부터의 워터의 스트림은 예컨대 정상 유동 정상 블로다운 스트림을 차단하는 사이드스트림일 수 있다. 그러한 감지된 보일러 워터 스트림은 개별 보일러 출구로부터의 스트림일 수 있거나 중간 정상 블로다운 유동체를 가진 보일러에서 블로다운 밸브보다 앞서 있는 블로다운관으로부터의 사이드스트림일 수 있다. 이 경우에 감지된 스트림은 상술한 바와 같은 정상 블로다운의 일부분이며, 일반적으로 공지된 비율의 그리고 의도하는 모든 경우에 있을 수 있다.
균일한 싸이클링 보일러 시스템용 보일러에서 비활성 트레이서의 고 농축물(CH)은 정상 블로다운의 평균(CF)보다 높으며, 물론 보일러 워터 사이드스트림이 보일러내의 비활성 트레이서의 농축물을 감지할 때 결정된다. 보일러에서 비활성 트레이서의 저 농축물(CL)은 정상 블로다운의 평균(CF) 보다 낮지만, 보일러 워터가 싸이클링 동안에 급수로 완전히 대체되지 않기 때문에 CI와 같이 낮지는 않다.
상술한 바와 같이, 본 방법의 누설 감지 기능은 비활성 트레이서에 대한 정상 상태가 도달한 후에만 작동될 수 있다. 비활성 트레이서의 균일한 적용량(공급물)에 도달한 후에 정상 상태는 하기의 식(II)으로부터 연산될 수 있다.
식 II t = -(M/B)ln(1-CT/CF)
여기에서 M은 보일러 워터(1bs)의 중량이며, B는 정상 블로다운 비율(1bs/hour)이며, CF는 정상 상태에서 도달한 후에 정상 블로다운에서 비활성 트레이서의 농축물 또는 평균 농축물이며, CT는 시간(t)에서 정상 블로다운에서 비활성 트레이서의 농축물이다. M/B 인자는 균일한 정상 블로다운 비율하에서 주어진 보일러 작동을 위한 상수(보일러 상수 K)이다. M은 설계 서류에서 또는 비활성 트레이서의 공지된 양으로 빨리 보일러에 가하고 차단된 정상 블로다운으로 얻은 수치(CF)를 측정함으로서 결정될 수 있다. 보일러 워터의 중량이 정밀하게 공지되어 있지 않다면, 비활성 트레이서에 관한 정상 상태에 도달했는가 하는 결정은 균일한 평균 싸이클 수치가 CI상수가 유지되는 동안에 약 1내지 2주동안 비활성 트레이서를 감지함으로서 알 수 있을 때 이뤄진다.
본 발명의 목적을 위한 비활성 트레이서 선택은 보일러의 수변(waterside)상에 존재하는 온도를 억제해야 한다. 비활성 트레이서는 이하에 설명한 바와 같이 형광 트레이서(fluorescence tracer)가 양호하다.
[보일러 싸이클 및 누설의 결정]
제1도에는 보일러(12), 급수(FW)가 보일러(12)내로 유동하는 급수관(14), 발생된 스팀이 보일러(12)를 빠져나가는 스팀관(16) 및 정상 블로다운(BD)이 보일러(12)로부터 배출되는 블로다운관(18)으로 구성된 보일러 시스템(10)이 도식적으로 도시되어 있다. 보일러(12)에 급수를 공급하는 것은 급수 밸브(20)에 의해 제어된다. 보일러(12)로 부터의 정상 블로다운의 배출은 블로다운 밸브(22)에 의해 제어된다. 블로다운관(18)을 차단하는 사이드스트림(28)은 제1도에 도식적으로 도시하고 이하에 상세히 설명하는 적당한 장치(30)에 의해 보일러에서 비활성 트레이서의 농축물을 감지하기 위해 연속적으로 작은 냉각 샘플 스트림을 공급한다. 급수 사이드스트림(32)은 급수관(14)에 연결되고, 급수 사이드스트림(32)은 이하에 설명하는 바와 같이 급수 감지 장치(34)이다. 정상 블로다운이 보일러(12)로부터 배출되는 비율은 급수와 함께 보일러(12)로 불순물(고체)의 도입 비율과 저앙 블로다운으로 보일러(12)로부터의 고체 배출 비율 사이의 원하는 균형으로 지시된다. 원하는 균형은 통상 동일 균형이다. 고체 배출 비율은 주어진 시간 주기 동안에 고체 도입율과 동일해야 한다. 정상 상태로 도달한 후에 주어진 시간내에 보일러(12)내에서 고체의 농축물은 소정의 한계내에 있어야 한다.
급수와 함께 보일러로 불순물(고체)의 도입 비율과 정상 블로다운으로 보일러로부터의 고체 배출 비율 사이의 균형은 아래와 같은 가상 보일러 작동에 의해 대표될 수 있다 :
(1) 소정의 시간에서 보일러내에 최대 고체 농축물이 보일러 워터의 리터당 1,000mg 고체의 당량을 설정한다.
(2) 급수가 100mg/리터의 평균 고체 농축물을 가지며 매일 1,000,000 1b의 비율로 보일러에 공급되며, 그에 따라 100 1b의 고체가 매일 보일러에 공급된다.
(3) 정상 블로다운에서 평균 고체 농도가 1,000mg/리터의 고체 농축물 최대값[상기 (1)를 참조]과 동일하고, 100 1b의 고체가 매일[상기 (2)를 참조] 배출되어야 하며, 정상 블로다운 비율이 매일 100,000 1b 이어야 한다.
(4) 기본적으로 고체 함유물이 제로인 스팀은 매일 900,000 1b의 비율에서 보일러로부터 발생 및 배출된다.
그러한 보일러 균형을 위한 원하는 싸이클 수치는 1,000/100 = 10이다. 즉, 정상 블로다운에서 고체의 농축물은 급수에서의 고체의 농축물의 10배이다. 그러나, 전처리 시스템 작동 및 귀환된 응축물의 양으로 인해 대표적인 급수 고체 농축물은 5%에서 25%까지 범위가 다양하다. 보다 순수한 급수, 보다 다양한 범위로 인해 정상 급수 불순물로부터 정확한 보일러 싸이클 측정을 보다 어렵게 한다. 실제의 싸이클 수치는 급수에 비활성 트레이서의 균일 적용량을 연속 첨가하고 각 급수관과 블로다운관과 함께 급수와 정상 블로다운에서 그 농축물을 감지함으로써, 그리고 식(I)으로 결정된 농축물로 대체함으로서 쉽게 측정될 수 있다. (비활성 트레이서는 본 발명을 위해 급수관과 함께 감지할 필요는 없다). 비활성 트레이서에 의해 결정된 싸이클 수치가 원하는 것보다 낮다면, 블로다운 비율은 낮으며, 비활성 트레이서에 의해 결정된 싸이클 수치가 원하는 것보다 높다면 정상 블로다운 비율은 증가한다.
블로다운 비율이 원하는 싸이클 수치를 제공하도록 설정될 때, 블로다운관(18)(보일러 워터의 작은 양을 단지 포함함)을 차단하는 사이드스트림(28)은 보일러 워터에서 비활성 트레이서의 농축물을 연속 기준에 의거하여 결정하도록 감지될 수 있다. 사이드스트림(28)은 블로다운 밸브(22) 앞에 있다. 장치(30)에 의해 감지된 비활성 트레이서의 농축물은 급수 비율이 정상 블로다운 비율을 초과한 후의 시간 주기내에서의 포인트에서 저 수치(CL)로부터 정상 블로다운 비율이 급수 비율을 초과하기 전의 시간 주기내에서의 포인트에서 고수치(CH)까지 통상 변동한다. 상기 장치는 하나 이상의 세트포인트를 포함한다. 예컨대 낮은 세트포인트는 정상 CL수치 이하이며, 그러한 세트 포인트에 도달하는 것은 변화 인디케이터일 수 있다. 높은 세트포인트는 CH일 수 있으며, 그러한 세트포인트에 도달하지 못하는 것은 변화 인디케이터일 수 있다. 예컨대 50의 싸이클 수치를 가진 보일러의 급수에서 비활성 트레이서 농축물이 1ppm 이라면, 정상 블로다운(평균 CF)에서 평균 농축물은 50ppm일 것이다. 보일러(CH)에서 높은 수치가 55ppm이라면 낮은 수치(CL)는 예컨대 45ppm 일 수 있다. 보일러에서 트레이서 농축물이 40ppm이라면, 이러한 시도와 평균 50ppm(CF) 사이에는 20%차이가 있고, 상기 시도와 정상 낮은 비활성 트레이서 시도(CL) 사이에는 11% 차이가 있다. 또한 보일러가 일정 스팀 로드 보일러이라면 급수 비율에서 변화가 있을 것이다. 이 급수 비율 변화는 급수 비율 변화가 단지 0.5% 정도이기 때문에 ±3%의 정확도를 가진 정상 분석기를 이용하여 확실하게 감지하기가 지극히 어려울 것이다. (일정한 스팀 로드 보일러에서, 급수 비율은 스팀 비율 더하기 블로다운 비율이며, 50의 싸이클 수치를 가진 보일러용 스팀 비율은 정상 블로다운 비율에 200배이다. 유량계는 오기 및 정확도 문제 때문에 정상 블로다운 유동 배율을 결정하도록 사용할 수 없다.)
상술한 바와 같이, 정상 레벨로부터 CL수치의 드롭과 정상 상태동안에 정상 CH에 도달 실패는 누설을 나타낸다. 워터는 발생된 스팀과 정상 블로다운 배출과 다른 루트에 의해 보일러는 빠져나가며, 비활성 트레이서의 적당량이 그 워터와 함께 보일러를 빠져나간다. 급수 제어 시스템은 비활성 트레이서 보다 낮은 농축물을 함유한 워터와 함께 워터 손실 위치에 위치되며, 보일러 워터에서 전체 트레이서 농축물을 묽게 한다. 이 누설은 보일러의 워터 함유물과 그리고 급수 정제효율 또는 급수의 다른 가변 변수에 의해 영향받지 않는 비활성 트레이서와 함께 비교하여 작은 워터 손실을 야기시키고, 상기 워터 손실 및 동반한 비활성 트레이서 희석액은 감지될 수 있다. 예컨대 상술한 바와 같이 보일러에 의한 워터 소비를 단지 0.5% 증가시키는 누설은 평균 50ppm으로부터 트레이서 농축물에서 20% 감소와, 45ppm의 낮은 정상 수치로부터 트레이서 농축물에서 11% 감소를 제공할 수 있다. 워터 손실과 비활성 트레이서의 정밀 희석액의 양은 양적으로 결정할 필요가 없는데, 이는 상기 양 결정이 본 발명의 방법을 사용하면 쉽게 이뤄질 수 있기 때문이다. 이러한 사실은 보일러 조작자에게 평가할 수 없는 누설 경계 장점일 수 있다.
[실험 기구]
보일러에서 비활성 트레이서를 연속 감지하기 위한 양호한 실험 기구는 제2도에 개략적으로 도시되어 있고 도면부호(110)로 표시되어 있고, 많은 주요 부품을 포함한다.
1. 비활성 트레이서의 온-스트림 특성으로부터 샘플의 농축물을 결정하고, 특성을 측정하기 위한 분석기(114)와, 농축물 분석에 대응하는 전기 신호(전압)를 발생하는 변환기(116) (통신 시스템의 부품 사이에 삽입된 파워 전달 장치)를 포함한 센서 또는 감지기(112)와,
2. 시간 기능으로서 보일러에서 비활성 트레이서의 농축물의 연속 기록을 발생하는 LED 디지털 정보 판독기 및 전자 데이터 레코더 장치(118) 또는 다른 레지스터와,
3. 비활성 트레이서의 온-스트림 분석이 소정의 정상 싸이클 시간 주기에서 소정의 고 농축물(CH)에 도달하거나 소정의 저 농축물(CL) 이하일 때 작동하는 누설 경보 신호기(150)와,
4. 변환기(116)로 부터의 전압 신호에 의해 나타나는 비활성 트레이서의 농축물의 온-스트림 분석에 따라 신호기(150)가 작동되도록 하는 피드백 제어기(140 ; 모니터)를 포함한다. 급수에 공지된 농축물(CI)을 첨가한 후에, 샘플은 종래의 블로다운 탭 위치로부터 취하고, 보일러 샘플에서 비활성 트레이서의 농축물이 연속 분석되는 분석기(114)의 유동 셀(132)내로 샘플관(130 ; 도관)[제1도의 블로다운 사이드스트림(28)과 같은]을 통해 통과한다. 비활성 트레이서의 농축물은 비활성 트레이서의 농축물의 분석에 의해 리얼-타임기준에 의거하여 측정된다. 정상 상태에서 싸이클은, 비활성 트레이서의 온-스트림 분석이 정상 싸이클 시간 주기내에서 고 농축물(CH)에 도달하거나 CL보다 낮은 수치인 CL-D의 소정 농축물에 도달할 때 작동되는 누설 경보 신호기(150)를 위해 고 농축물(CH), 저 농축물(CL) 및 정상 싸이클 시간 주기가 결정되고 설정되기 전에 감지 및 연산된다. 또한, 퍼센트 유지 시간은 바람직하게 연산할 수 있다.
분석기(114)는 70psi의 유압 비율을 가진 토너 디자인(선리베일, 켈리포니아) 모델 형광계 10 AU[Turner Designs(Sunnyvale, California) Model Fluorometer 10 AU]가 양호하다. 상기 형광계는 직경이 0.3cm 이며 큰 형광도를 갖도록 2인치 유동셀(132)을 가지며, 소정의 소스로부터 적당한 형광도로 셀을 통과한다. 일반적으로, 큰 통과길이를 가진 형광계는 자외선(UV) 지역에서 여기 및 감지를 하는데 사용할 수 있다.
유동셀(132 : flowcell)은 상술한 치수를 가진 석영 실린더이다. 유동셀(132)은 유동셀(132)의 한 측면에 대향한 라이트 소스에서 발생한 자외선 방사선으로 투명하다. 라이트 소스로부터의 90° 각도에는 0 내지 5볼트 직류 전압내로 형광 비활성 트레이서의 방사율과, 비활성 트레이서의 농축물이 변하는 방사율(전압 출력)을 전달하는 변환기(116)가 있다. LED 인디케이터(118)는 비활성 트레이서의 농축물을 관찰할 수 있도록 변환기(116 : 0 내지 5볼트의 직류)의 출력 전압에 반응한다. 비활성 트레이서 농축물의 리얼-타임 출력을 위한 출력 기록 장치(118)는 분석기(114)에 포함된 변환기(116) 요소의 전압 출력(4 내지 20 밀리암페어의 출력)으로 연속 라인 기준에 따라 반응한다. HI, LO 릴레이 접점을 가진 모니터(140)는 비활성 트레이서의 농축물을 효과적으로 평가하는 변환기(116)의 출력과 연통한다. 평가값이 비활성 트레이서(CH)를 위해 설정한 높은 농축물 표준에 도달하지 않거나 비활성 트레이서의 농축물이 정상 레벨(CL) 이하라면, 변화 인디케이터가 잠재적인 누설을 나타내어 신호기(150)는 작동된다. 릴레이에 대응하는 모니터(140)의 세트포인트(도시하지 않음)는 예컨대 5 밀리암페어와 15 밀리암페어일 수 있다. 하나의 코일(도시하지 않음)은 제2도에 도시한 모든 접점으로서 작용하며, 모든 접점은 반전된다(CR 폐쇄). CR 이 폐쇄될 때, 4 내지 20 밀리암페어 신호는 보일러 조작자 신호 패널 신호(150 ; 또는 부스나 도시하지 않은 분산 제어 시스템)로 10 내지 20 밀리암페어 신호 출력을 경유하여 전달된다. 제2도에 도시한 바와 같은 연속 모니터(140)는 보일러에서 비활성 트레이서의 농축물을 감지하다록 사용된다. 유사한 모니터는 트레이서의 농축물을 결정하기 위해 급수를 감지하도록 설정될 수 있다. 급수와 블로다운 샘플을 위한 모니터 판독은 정상 상태에 도달했을 때 사이클 수치를 결정하도록 비율로 될 수 있다. 퍼센트 기간 유지 시간을 연산할 수 있다.
연속 감지 및 싸이클을 포함한 가상 성능 레코더는 제3도에 그래프로 도시했다. 두 개의 실험 눈금은 예컨대 0.5 및 0.6ppm 2-나프탈렌 술폰산(2-NSA) 트레이서인 두 개의 표준을 이용하여 체크할 수 있다. 기구는 모의 실험에서 증류수(DI)에 대해 우선 연산하고 0.6ppm 2-NSA 트레이서 표준에 대해 연산한다. 상기 측정을 수행한 후에, 기구는 비활성 트레이서에 관한 정상 상태가 보일러내에서 성취된 후에 0.05ppm 2-NSA 트레이서가 투여된 급수를 공급한 보일러를 연속 감지하도록 사용될 수 있다. 시간이 경과한 후 보일러에서 비활성 트레이서의 싸이클 상승 및 하강은 제3도에 도시되어 있으며, 제3도에는 시간 T-5에서 정상 싸이클 농축물 변화로부터의 편차가 도시되어 있고, 트레이서 농축물 상태에 도달하고 가상 보일러 시스템에서 누설은 개시된 것을 나타낸다.
제4도에 도시한 바와 같은 연속 레지스터 출력으로부터, 싸이클이 적당하다면 단일 문제점을 결정하거가 변화시킬 수 있다. 따라서, 배경 또는 제어 A 조건(트레이서가 없음)은 공지되어 있고, 급수에서 트레이서의 개시 농축물은 공지되어 있고(6.5), 정상 상태(70)에서의 정상 블로다운 농축물 또한 공지되어 있다. 싸이클 수치는 CI/CF=(70-10.5)/6.5 = 10.2이다.
본 발명은 다른 보일러 작동 변수의 결정을 부수적으로 이용할 수 있다. 따라서, 적당한 성분인 트레이서 농축물의 연속 판독은 식(II)에서 ln(1-CI/CF)의 가변 수치의 직선을 그래프로 계산하거나 보일러 상수(K)의 역함수 또는 역수를 제공하는 경사를 결정하도록 농축물 주기 동안에 충분한 CI/CF포인트의 정확한 결정을 허용한다. K와 CF는 공지되고 %HT(P) = -K ln[1-(P/100)]의 유지시간 방정식은 공지되지 않았고, 여기에서 (P)는 성분 C 및 P=CP/CFx 100의 퍼센트 수명을 나타내고, CP는 원하는 %HT에서 성분(C)의 농축물이며, CF는 성분(C)의 정상 상태 보일러 농축물이며, 유지 시간을 연산하게 한다.
[비활성 트레이서]
비활성 트레이서는 보일러 시스템(보일러에서 스팀으로 배출된 워터는 제외)의 워터로 전달될 수 있으며, 따라서 만나는 온도나 압력하에서 사용된 농축물에서 전체가 수용성이다. 양호하게, 선택된 비활성 트레이서는 하기의 기준과 일치된다.
1. 열적으로 안정되고 보일러내의 온도에서 분해되지 않음,
2. 급수 및 블로다운 워터에서 수행될 수 있는 정확도, 반복성을 가진 농축물 측정을 할 수 있고 연속 또는 반연속 기준에 따라 감지할 수 있음,
3. 비활성 트레이서가 사용될 수 있는 보일러 시스템의 워터내에 통상 존재하는 화학 종류로 실제 성질이 맞지 않음.
4. 비활성 트레이서가 사용될 수 있는 보일러 시스템의 워터에 통상 존재하는 화학 종류에 의해 또는 바이어싱에 의한 간섭으로 실제로 통하지 않음
5. 선택적인 나머지를 포함한 보일러 시스템의 워터로부터 그 자체의 잠재적인 특정 손실로 실제로 통하지 않음,
6. 비활성 트레이서가 사용될 수 있고 효력을 감소시키지 않는 보일러 시스템의 워터에 사용되는 모든 처리제와 화합성임,
7. 형식화의 모든 성분과 화합성이며, 형식화시에 트레이서 및/또는 다른 성분의 필요한 농축물과, 만나는 저장 및/또는 전달 조건에도 불구하고 견딜 수 있는 화합성임,
8. 사용할 수 있는 보일러 시스템의 워터의 주변내에서 뿐만 아니라 배출시까지 환경적으로 안정되고 적당하게 비유독성일 것 등이다.
일반적으로, 상황에 대해 실제적인 비활성 트레이서의 최소 양을 사용하는 것이 바람직하며, 보일러 시스템의 워터에 첨가된 비활성 트레이서의 양은 원하는 결정을 위해 유효한 최소양이어야 한다. 포함된 비용과 비활성 트레이서의 존재에 의해 발생된 보일러의 워터의 양에 따른 유독한 영향을 조정하도록 행하는 실제이 목적이 없기 때문에, 비활성 트레이서는 최소 유효 양을 전체적으로 초과하는 양에서 보일러 시스템의 워터에 좀처럼 신중히 공급되지 않는다. 전체적으로 초과함이 없이 유효한 보일러 시스템의 워터에 첨가된 비활성 트레이서의 양은 제한없이 선택된 비활성 트레이서 및 감지 방법, 선택된 방법으로 배경 간섭을 위한 가능성, 블로다운에서 예상된 비활성 트레이서의 농축물의 크기, 감지모드(일반적으로 온-라인 연속 감지 모드) 및 다른 유사 인자를 포함한 인자를 변화시킴으로서 변할 수 있다. 일반적으로, 보일러 시스템의 워터의 비활성 트레이서의 투여는 블로다운에서 100 또는 200ppm까지의 적어도 0.1ppb, 통상은 적어도 5ppb 또는 더 높은 정상 상태에서 블로다운내에 트레이서 농축물을 제공하기에 적어도 충분하다.
사용한 용어 트레이싱(tracing)은 달리 지적되지 않는한 블로다운에서 비활성 트레이서의 농축물의 결정을 의미한다. 상기 트레이싱은 본 발명의 목적을 위해 단일, 간헐적 또는 반연속 기준에 따라 거의 전달될 수 없지만, 그 대신에 연속 기준에 따라 행하며, 양호하게 농축물 결정은 보일러 또는 블로다운에서 비활성 트레이서 농축물이 정상 농축물로부터 떨어지거나 블로다운 유동률이 정상과 비교할 때 감소된다는 최소 사실에 의해 급속한 감지를 제공하도록 온-사이트(보일러 시스템의 사이트에서)로 전도된다. 비활성 트레이서는 단지 트레이서로서 일컫는다.
상술한 바와 같이, 비활성 트레이서는 급수로 공지된 부분에서 보일러 시스템의 워터에 첨가해야 하며, 양호하게 비활성 트레이서는 공지된 그리고 일정한 농축물에서 급수와 함께 보일러 시스템내로 도입되는 것이 양호하다. 트레이서 공식화 또는 제품은 시스템에 첨가될 수 있는 적당한 빠르기로 분산되는 수성 용액 또는 다른 동종 혼합물일 수 있다. 대부분의 실례에서, 비활성 트레이서는 건조 고체 또는 순수 액체보다는 형식화의 성분으로서 보일러 시스템에 첨가될 수 있으며, 트레이서 농축물은 비활성 트레이서 자체의 수치적 농축물이 아니라, 형식화가 필요할 때나 필요하다면 비활성 트레이서의 농축물에 연관될 수 있는 제품의 농축물 대신에 연관될 수 있다.
양호한 실시예에서, 비활성 트레이서로 선택된 화학성분은 소비나 손실이 추측할 수 있는 비율이 아닌, 감성(degradation), 침전, 복합성 또는 다른 현상으로 인한 보일러 시스템의 워터로 소비 또는 손실되지 않는다. 본 발명에 사용된 비활성 트레이서는 사용시에 실제로 소비되지 않는 것이 양호하다. 워터 시스템 상황에서 모두 비활성인 비활성 트레이서는 보일러 시스템에 첨가될 수 있는 워터에서 성분과 반응하지 않으며, 보일러 시스템의 워터의 성분과 반응하지 않으며, 보일러 시스템의 워터의 환경에서 감성되지 않으며, 이 보일러 시스템내의 방법에서 커플링 및/또는 침전되지 않으며 그리고 금속 합성, 열교환 또는 열함유와 같은 다른 시스템 변수에 의해 영향받지 않는다. 산업 보일러 시스템에서 만날 수 있는 유사한 수성 환경에서 모두 비활성 또는 대부분 비활성인 워터-수용성 비활성 트레이서가 있다. 더욱이, 블로다운 성분을 부가 및 배출하는 시간 동안에 작용, 감성, 결합 및/또는 침전으로 손실되는 것이 중량 퍼센트로 10% 이상되지 않는 비활성 정도를 가진 비활성 트레이서는 전체는 아니지만 대부분의 트레이서 감지를 위해 본 발명의 목적을 위해 충분한 비활성인 것을 알 수 있다.
이러한 보일러-시스템-비활성 형광 성분중에는 본 발명에 사용하기에 양호한 비활성 트레이서인 수용성 소금, 특히 가변 나프탈렌 모노술폰산 이성체와 가변 나프탈렌 디술폰산 이성체를 포함한 모노-, 디- 및 트리-술폰 나프탈렌(mono-, 야-, and trisulfonated naphthalenes)이다. 나프탈렌 모노- 및 디-술폰산 이성체는 수용성이며, 일반적으로 입수 가능하며, 공지된 형광 분석 기술에 의해 쉽게 검출 및 측량할 수 있다. 나프탈렌 모노- 및 디-술폰산 이성체는 2-NSA 및 예컨데 1,5-NDSA의 나프탈렌 디술폰산(NDSA 또는 NDA)과 같은 나프탈렌 술폰산(NSA)의 수용성 소금이다. 이러한 비활성 트레이서(모노-, 디- 및 트리-술폰 나프탈렌 및 이들의 혼합물)의 대부분은 대부분의 보일러 시스템의 환경에 매우 적합하다. 양호한 형광 트레이서, 2-NSA 및 (1,5-NDSA)는 통상의 보일러 유지 시간과 비례한 시간 주기 동안에 적어도 540℃(1004°F)까지와, 24시간 동안 285℃(545°F) 및 1,500psig 까지의 압력에서 열적으로 안정(실제로 비활성)된 것을 발견했다. 비활성 형광 트레이서는 5 내지 50ppb 까지의 범위내의 농축물에서 보일러 워터에 500ppt 이하의 농축물이 존재할 때 공업용 보일러로부터 배출된 스팀내로 이송되는 것을 발견했으며, 따라서, 이들 트레이서는 스팀내 선택적으로 이송되지 않으며 적당 양이 스팀내로 전달되지 않는다. 또한, 모노-, 디- 및 트리-술폰 나프탈렌의 전도성에 기여는 보일러 블로다운 또는 블로다운에서 형광 결정을 위해 사용된 ppb 레벨에서 최소이다.
본 발명의 방법, 특히 약 1,000psi 보다 크지 않은 압력하에서 사용하기에 양호한 비활성 형광 트레이서의 다른 그룹은 1, 3, 6, 8-피렌 테트라술폰산과 같은 피렌의 다양한 술폰 유도체와, 이 술폰 피렌 유도체의 다양한 수용성 소금이다.
트레이서에는 본 방법의 목적을 위해 형광 분석법 및 양호한 분석 기술에 의해 쉽게 양을 잴 수 있다. 비활성 트레이서 사용할 수 있는 다른 분석법은 이하에 상술하는 HPLC 및 형광 분석 조합이다.
[형광 발산 분광학]
형광 발산 분광학에 의해 특정 물질의 감지 및 계량은 방출된 빛의 양과 형광 물질의 양 사이의 균형에 따라 이뤄진다. 자외선 및 가시광선을 포함한 빛의 형태인 에너지가 샘플 셀내로 향할 때, 그 안에 있는 형광 물질은 에너지를 흡수하며 흡수된 빛보다 파장이 긴 빛으로서 그 에너지를 발산한다. 형광 분자는 기초 에너지 상태로부터 여기 상태까지 전자의 조장에서 발생하는 광자를 흡수한다. 전자 여기된 상태는 높은 에너지 진동 여기 상태로부터 낮은 진동 여기 상태까지 완화되어 있고, 에너지는 열 형태로 손실된다. 전자가 기초 전자 상태까지 완화될 때 빛은 열 에너지 손실로 인해 흡수된 것보다 낮은 에너지에서 발생되고, 그에 따라 흡수보다 긴 파장을 발생한다. 발산된 빛의 양은 광 검출기에 의해 결정된다. 실제로, 빛은 광빛 필터를 통해 샘플 셀내로 향하는데, 이는 전달된 빛이 여기 파장으로 일컫고 일반적으로 나노미터(nm)인 공지된 파장이 되도록 하기 위함이다. 발산된 빛은 발산된 빛의 양이 발산 파장이라 일컫고 일반적으로 나노미터로 공지된 파장으로 측정되도록 필터를 통해 유사하게 스크린된다. 특정 물질의 측정 또는 저 농축물에서 물질의 카테고리가 본 발명의 방법을 위한 경우에 필요할 때, 필터는 최적의 저레벨 측정을 위해 선택된 여기 및 발산 파장의 특정 조합을 위해 설정된다.
일반적으로, 비활성 트레이서의 농축물은 여기 파장/발산 파장의 동일 세트를 위해 샘플 발산 농도의 비교로부터 소정의 트레이서 농축물 대 발산의 측정 곡선까지 결정될 수 있다. 감지된 발산이 양호하게 동등한 농축물로 반전되는 농축물 비교는 선형 발산 반응이 나타나는 농축물 범위내에 있는 비활성 트레이서의 농축물을 결정하도록 사용되며, 이 농축물 범위는 선형-발산-반응 농축물 범위라 일컫는다. 선형-발산-반응 농축물 범위는 특정 비활성 트레이서와 사용한 여기 파장/발산 파장세트에 따른 범위이다. 주어진 비활성 트레이서 선형-발산-반응 농축물 범위보다 높은 비활성 트레이서 농축물에서, 이상(선형) 반응으로부터 부정적인 편차가 있으며, 소정의 농축물을 위한 발산의 정도는 선형 추정에 의해 나타난것보다 낮다. 이 경우에, 샘플은 비활성 트레이서의 농축물이 선형-발산-반응 농축물 범위내에 있을때까지 공지된 인자에 의해 묽게된다. 비활성 트레이서가 단지 매우 낮은 농축물에서 샘플내에 존재한다면, 그 농축물이 선형-발산-반응 농축물 범위내에 있거나 예컨대 액체-액체 추출에 의해 보다 쉽게 측정될 때까지 공지된 인자에 의해 비활성 트레이서를 농축시키기 위한 기술이 있다. 물론, 선형-발산-반응 농축물 범위내에 있는 보일러에서 비활성 트레이서의 농축물을 제공하기에 충분한 양에서 보일러 시스템의 급수에 첨가될 수 있다. 일반적으로, 비활성 트레이서의 선형-발산-반응 농축물 범위는 이 목적을 위해 충분한 비활성 트레이서의 양을 쉽게 추정하도록 충분히 넓다. 선형-발산-반응 농축물 범위는 m의 농축물로부터 적어도 10m의 농축물까지 농축물 범위를 통해 연장될 수 있다.
형광 비활성 트레이서의 존재 결정과 보일러 시스템으로 부터의 블로다운에서 농축물은, 보일러에서의 비활성 트레이서의 농축물이 본 발명의 방법에 사용할 수 있는 비활성 트레이서의 대부분을 위해 수백만(ppm) 또는 일정 10억(ppb)일 때 결정된다. 양호한 실시예에서, 보일러 시스템에 첨가된 형광 비활성 트레이서의 양은, 여기에 언급한 비활성 트레이서가 5또는 7ppm을 초과하여 분석된 샘플에서 존재하지 않을지라도 5ppb 내지 100또는 200ppm까지 분석할 수 있는 블로다운에서 비활성 트레이서의 농축물을 제공하기에 충분하다. 상기 분석, 즉 블로다운으로 전달된 빛에 반응하여 발산된 빛의 측정은 상술한 광 검출기 및 스크린과 같은 간단한 이동 장비로서 거의 순간 및 연속 기준에 따라 온-사이트(on-site)로 이뤄진다.
이때에, 다수의 비활성 트레이서를 사용하는 것이 바람직하다. 예컨대, 트레이서 특정 손실에 영향받지 않거나 다른 변화나 다른 변수의 감지를 위해 소정의 변화와 다른 것을 감지하기 위한 하나의 트레이가 영향받지 않도록 다수의 비활성 트레이서를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 개별 및 별개의 비활성 트레이서는, 발산의 각 파장이 서로 간섭되지 않는다면 형광 트레이서임에도 불구하고 단일 워터 블로다운 소량을 감지 및 계량할 수 있다. 따라서, 다중 비활성 트레이서를 위한 공동 분석은 적당한 스펙트럼 특성을 가진 비활성 트레이서를 선택함으로서 가능하다. 양호하게, 방사선의 넓은 개별 파장은 비활성 트레이서의 각각을 여기하도록 사용될 수 있으며, 형광체 발산은 광범위하게 분리된 발산 파장에서 관찰 및 측정된다. 개별 농축물 눈금 곡선은 각 비활성 트레이서를 위해 준비 및 제조될 수 있다. 달리 말하면, 하나 이상의 비활성 트레이서를 사용할 수 있으며, 보일러 시스템에서 상기 각 비활성 트레이서의 존재 및/또는 농축물은 각 비활성 트레이서를 위해 유효한 분석 변수(특히 여기/발산 파장)를 사용하여 결정될 수 있다.
최소의 주어진 시간 주기 동안에 실제의 연속 기준에 따라 형광 발산 분광학은 본 발명의 목적을 위한 양호한 분석 기술중 하나이다. 상기 분광학은 보일러 시스템에서 비활성 트레이서의 농축물의 양을 계량 및 결정하기 위한 양호한 분석 기술이며, 중요한 장점을 가진 분석 기술이다. 형광 화학적 트레이서 및 감지 기술은 공지되어 있으며, 예를들면 1988년 11월 8일에 제이.이.허초와 비.이.헌트에게 허여된 미국 특허 제4,783,314호에 기재되어 있고 참고로 구체화했으며, 비활성 형광 트레이서는 2-나프탈렌 술폰산의 나트륨 소금과 같은 형광 감지제와 결합하여 사용된다.
비활성 트레이서가 나프탈렌 술폰산(NSA)의 수용성 소금중 하나인 2-NSA 일 때, 보일러 시스템으로부터의 블로다운에서의 농축물은 277nm에서의 여기와 344nm에서 발산 측정과, 산 반응으로서 0.5ppm 2-NSA를 함유한 표준 수성 용액에서 관찰되는 발산에 의해 형광계로 측정된다.
길포드 플루오르 IV 이중-모노 크로마터 스팩트럼 형광계는 부정 기준상에서 전도된 형광계 분석과 온-라인 형광 감지를 위해 사용할 수 있으며, 적당한 여기와 발산 필터를 구비한 휴대용 형광계와 셀을 통해 유동하는 석영을 사용할 수 있으며, 이것은 상술한 토너 디자인(선리베일, 캘리포니아) 모델 형광계 10AU 로부터 상업적으로 입수할 수 있다.
일반적으로 적당한 정도의 실용성을 가진 대부분의 형광 발산 분광학법을 위해서, 비활성 트레이서를 어떤 방법으로, 분리하지 않고 분석을 수행할 수 있다. 따라서, 형광 분석이 행해지는 블로다운에서 어느정도의 자연 형광이 있을 수 있고, 자연 형광은 본 방법과 관련이 없는 보일러 시스템에서의 화학적 성분으로부터 나온다. 예컨대, 자연 형광이 낮을 때, 트레이서 대 자연 방사선의 관련 농도(표준 농축물에서 표준 형광 합성물에 대해 측정하고 예컨대 100인 관련 농도로 할당된)는, 여기 및 발산 파장의 특정 조합이 낮은 형광 합성 농축물에서 사용될 때 100/10 또는 500/10의 비율로 매우 높으며, 이 비율은 각각 10과 50의 관련 형광(유사 조건하에서)으로 나타날 수 있다. 양호한 실시예에서, 여기/발산 파장/발산 파장 및/또는 사용한 트레이서의 양은 예상한 소정의 자연 형광을 위해 적어도 약 5또는 10의 관련 형광성을 제공하도록 선택된다.
예컨대, 대부분의 보일러 워터 자연방사선을 위해서, 적당한 농축물에서 최소한 5인 관련 형광성을 가진 합성물은 비활성 트레이서로서 매우 적당하다. 자연 방사선에서 적당히 높은 형광성의 특정 화학적 종류(specie)일 때, 트레이서 및/또는 여기 및/또는 발산 파장은 상기 종류의 존재에 의해 야기된 트레이서 측정의 간섭을 최소로 줄이거나 무효로 만들도록 선택될 수 있다.
형광 발산 분광학 및 다른 분석에 의해 비활성 트레이서와 같은 화학적 트레이서의 연속 온-스트림 감지를 위한 한 방법은 참고로 여기에 구체화하고 1991년 2월 12일자로 비.이.모리어리터, 제이.제이, 히케이, 더블유.에이취.호이, 제이.이.허츠 및 디.에이.존슨에게 허여된 미국 특허 제4,992,380호에 기재되어 있다.
[조합된 HPLC-형광분석]
고압 액체 크로마토그래픽(HPLC)와 형광 트레이서의 형광 분석과의 조합은 비활성 트레이서의 매우 낮은 레벨이 사용되거나 조우한 자연 방사선 형광이 형광 분석의 효력으로 달리 간섭될 때 이 방법 위해 강력한 수단이다. HPLC-형광 분석법은 트레이서 합성물이 유동체 메트릭스로부터 분리될 수 있도록 하며, 트레이서 농축물을 측정할 수 있다. HPLC-형광분석의 조합은 매우 오염된 유동체에서 트레이서의 작은 레벨을 측정하기에 특히 유효하다.
HPLC 방법은 형광 분석과 다른 트레이서 감지 방법을 사용하기 위해 유동체 메트릭스로부터 트레이서 합성물을 분리하여 효과적으로 사용할 수 있으며, 상기 다른 트레이서 감지 방법은 빛 흡수, 포스트-칼럼 유도, 전도성등을 제한함이 없이 할 수 있으며, 이 방법은 1982년 뉴욕의 존 윌리 앤 선스사에서 출판하고 씨.에프.심슨이 쓴 유동체 크로마토크래피에서의 기술이라는 책의 121 내지 122 페이지 까지와, 1989년 아메리칸 퍼블릭 핼스 어소시에이션에서 출판한 물 앤드 폐수의 시험을 위한 표준법이라는 제17판의 6내지 9와 6내지 10페이지까지 기재되어 있고 참고로 여기에 구체화했다.
분리하지 않고 화학적 종류의 존재 및/또는 농축물의 양을 측정하기 위한 분석 기술은 현재 기술내에 있으며, 본 발명의 방법에서 비활성 트레이서를 감지하는데 사용하기 위한 적당한 분석 기술중 상기 조사는 철저하지 않으며, 본 발명의 목적을 위해 상기와 동등한 유사 기술은 앞으로 개발될 것이다.
비활성 트레이서의 하나 이상의 분석 기술중 좋은 소정의 방법으로 선택될 수 있으며, 또는 분석 기술은 하나 이상의 비활성 트레이서중 좋은 소정의 방법으로 선택할 수 있다.
상술한 바와 같이, 양호한 실시예에서 비활성 트레이서로서 선택된 화학적 합성물은 첨가될 수 있는 보일러 시스템에서 가용성일 수 있으며, 비활성 트레이서의 예기된 유효 수명을 위한 환경에 적당해야 하거나 감성, 침전, 복합체 또는 다른 현상으로부터의 손실은 예상할 수 있고 보상할 수 있는데, 이는 비활성 트레이서의 양의 존재를 감지할 뿐만 아니라 농축물 및 농축물의 변화를 결정할 수 있다. 양호한 실시예에서, 비활성 트레이서의 선택된 화학적 합성물과 트레이서의 존재를 결정하기 위해 선택된 분석 기술이 조합은 비활성 트레이서의 분리없이 결정할 수 있고 연속 및/또는 온-라인 기준에 따라 결정된다.
본 발명은 보일러 워터 시스템으로부터의 누설을 결정하는 방법이며, 스팀은 보일러에 공급된 급수로부터 보일러에서 발생되며, 보일러 워터에서의 급수 도입 불순물과, 보일러내의 보일러 워터에서 불순물의 농축물은 보일러-물 생성으로서 부가적인 급수를 부여하는 동안에 블로다운에서 소량을 제거함으로서 감소된다. 보일러는 농축물 싸이클 수치를 가지며, 농축물 싸이클 수치는 급수(CI)에서 비활성 합성물의 농축물에 의해 분리된 정상 상태(CF)에서 블로다운에서의 비활성 성분의 농축물의 평균 수치이다. 정상 상태에서 보일러내의 비활성 성분의 농축물은 CF보다 높은 수치를 가진 고 농축물(CH)로부터 시간 주기내에서 CI와 CF사이에서의 수치를 가진 저 농축물(CL)까지 다양하다. 이 방법은,
급수에 대한 비활성 트레이서의 공지된 농축물(CI)과 동등한 비율에서 보일러 워터에 첨가된 비활성 트레이서의 농축물 성분으로서 사용하는 단계와,
보일러 워터와 동등한 정상 상태에서 보일러에서 비활성 트레이서를 비활성 성분으로서 사용하는 단계와,
보일러 워터에서 비활성 트레이서의 농축물과 동등한 수치로 감지된 특성을 전환하는 단계와,
보일러 워터에서 CH부터 CL까지 비활성 트레이서의 싸이클 농축물 변동을 선택적으로 기록하는 단계와,
보일러 워터의 누설과 일치하는 비활성 트레이서의 싸이클 농축물 변동에서의 변화 인디케이터의 감지시에 신호를 작동하는 단계로 구성된다.
양호한 실시예에서, 변화 인디케이터는 비활성 트레이서의 정상 저 농축물(CL)과 동등한 것보다 낮은 수치를 가진 보일러에서 비활성 트레이서 농축물이거나, 시간 주기(B)내에서 정상 고 농축물(CH)에 도달하는 보일러에서 비활성 트레이서 농축물이며, 시간 주기(B)는 CH와 CL사이의 비활성 트레이서의 변동이 발생하는 시간 주기이다. 양호한 실시예에서, 변화 인디케이터는 비활성 트레이서의 정상 저 농축물(CL)과 동등한 것보다 낮은 수치를 가진 보일러에서의 비활성 트레이서 농축물이며, 변화 인디케이터는 CL-CD의 비활성 트레이서의 농축물이며, 여기에서 CD는 CL의 수치의 적어도 5%이다.
양호한 실시예에서, 변화 인디케이터는 시간 주기(B)내에서 정상 고 농축물(CH)에 도달하는 보일러에서의 비활성 트레이서 농축물이며, 보일러는 개방/폐쇄 블로다운 밸브 작동을 하며, 시간 주기(B)는 블로다운 밸브를 폐쇄하는 시간으로부터 블로다운 수치가 정상적으로 재개방하는 시간까지 측정된다.
양호한 실시예에서, 보일러 시스템은 보일러내에 내장된 몇몇 표시 성분에 따라 블로다운 비율을 조정하는 정상 개방 블로다운 밸브를 가지며, 보일러에서 비활성 트레이서 농축물이 비활성 트레이서의 정상 저 농축물(CL)과 동등한 것보다 낮은 수치를 가질 때 정상-개방 블로다운 밸브는 판독에 반응하여 폐쇄되며, 트레이서 감지 장치는 블로다운 밸브 앞에 있으며 감지 장치는 블로다운 밸브의 유량계 다운스트림에서 유동이 없는 동안 트레이서 농축물을 볼 수 있으며, 이 조건들의 조합은 변화 인디케이터이다.
본 발명의 다른 양호한 실시예에서, 보일러 시스템은 보일러내에서 비활성 트레이서의 농축물에 따라 좌우되는 블로다운 비율을 조정하는 정상-개방 블로다운 밸브를 갖는다. 보일러내의 비활성 트레이서 농축물이 비활성 트레이서의 정상 저 농축물(CL)과 동등한 수치를 갖을때 누설이 시작된다면 정상-개방 블로다운 밸브는 폐쇄되고 정상 블로다운관을 통한 블로다운 유동은 발생하지 않는데, 이는 누설로 인한 보일러로 부터의 워터 손실이 CL농축물 조건을 만족하도록 블로다운의 충분한 양이기 때문이다. 비활성 트레이서의 농축물은 누설로부터의 워터 손실이 증가할 때 CL농축물 이하로 떨어진다. 비활성 트레이서 농축물이 정상 저 농축물(CL) 이하로 떨어지기 전에, 정상-개방 블로다운 밸브의 폐쇄와, 정상 저 농축물(CL)과 동등한 보일러에서 비활성 트레이서 농축물과 조합한 정상 블로다운관을 통한 블로다운 유동이 없는 것은 누설을 나타내는 변화이다.
양호한 실시예에서, 보일러 시스템은 보일러내의 표시 성분에 따라 좌우되는 블로다운 비율을 조성하는 정상-개방 블로다운 비율을 가지며, 보일러내이 비활성 트레이서 농축물이 비활성 트레이서의 정상 저 농축물(CL)과 동등한 것보다 낮은 수치일 때 정상-개방 블로다운 밸브는 판독에 반응하여 폐쇄되며, 트레이서 감지 장치는 블로다운 밸브의 다운 스트림이며, 장치는 트레이서 농축물을 볼 수 없으며 이 조건은 변화 인디케이터이다.
다른 양호한 실시예에서, 변화 인디케이터는 비활성 트레이서의 정상 저 농축물(CL)과 동등한 것보다 낮은 수치를 가진 보일러에서 비활성 트레이서의 농축물이거나 시간 주기(B)내에서 정상 고 농축물(CH)에 도달하는 보일러에서 비활성 트레이서 농축물이며, 시간 주기(B)는 CH와 CL사이의 비활성 트레이서의 변동이 발생하는 시간 주기의 것이며, 변화 인디케이터는 보일러 시스템의 작동 변수이며 신호는 작동 변수에서 불균형이 나타나는 동시에 변화 인디케이터가 감지될 때만 작동된다.
예를 들면, CH와 CL사이에서 보일러내에서의 비활성 트레이서 농축물의 변동은 유동 신호로부터 결정된 보일러에서 스팀 로드에서의 균형과 비교하며, 급수 비율 사이의 불균형은 보일러내로 유동하고 스팀 비율은 신호가 작동되기 전에 비활성 트레이서 농축물의 정상 변동에서 변화 인디케이터가 누설을 나타내는 동시에 감지 장치에 의해 나타날 때 배출된다. 다른예에서, CH와 CL사이의 보일러 워터에서 비활성 트레이서 농축물의 변동은 보일러의 유지 시간에서의 균형과 보일러의 연산된 블로다운 비율을 비교하며, 유지 시간과 연산된 블로다운 비율 사이의 불균형은 신호가 작동되기 전에 비활성 트레이서 농축물의 정상 변동에서 변화 인디케이터가 누설을 나타내는 동시에 감지 장치에 의해 볼 수 있다.
양호한 실시예에서, 비활성 트레이서는 형광성이며, 비활성 트레이서의 감지된 특성은 비활성 트레이서의 형광방사율의 농도이다. 보다 양호한 실시예에서, 비활성 트레이서의 선택과, 보일러 워터에 첨가된 비활성 트레이서의 양과, 비활성 트레이서 형광 방사율을 감지하기 위해 선택된 여기 및 발산의 파장은 보일러 워터의 자연방사 형광을 위해 최소한 5의 비활성 트레이서의 관련 형광성을 제공한다. 다른 양호한 실시예어서, 정상 상태에서 비활성 트레이서의 CL농축물은 적어도 1ppb 이다. 양호한 실시예에서, 정상 상태에서 비활성 트레이서의 CH농축물은 약 200ppm 보다 크지 않다. 비활성 트레이서는 모노술폰 나프탈렌, 디술폰 나프탈렌, 트리술폰 나프탈렌, 술폰 피렌 또는 수용성 소금이 양호하며, 특히 2-나프탈렌 술폰산의 수용성 소금, 1, 5-나프탈렌 디술폰산 또는 1, 3, 6, 8-피렌이 양호하다. 다른 양호한 실시예어서, 정상 상태에서의 비활성 트레이서의 CL농축물은 5ppb 내지 7ppm이다.
비활성 트레이서는 공지된 농축물(CI)에서 급수의 성분으로서 보일러내로 양호하게 도입된다. 양호한 실시예에서, CF/CI의 평균 싸이클 수치는 급수와 블로다운에서 비활성 트레이서의 평균 농축물에 의해 결정되며, 싸이클 수치는 보일러의 작동을 위해 표준 작동 싸이클 수치와 비교하며, 블로다운 비율은 결정된 싸이클 수치가 표준 작동 싸이클 수치가 아니라면 변화될 수 있다.
여기에서 달리 표현하지 않았지만, 삽입구에서 접두사 또는 접미사의 포함은 대안으로서 접두사 또는 접미사를 가진 단어로 나타냈다. 예를들면, 종류(들)는 종류 및/또는 종류들을, 결정(들)은 결정 및/또는 결정들을, 기술(들)은 기술 및/또는 기술들을, 위치(들)은 위치 및/또는 위치들을, 화학품(들)은 화학품 및/또는 화학품들을, 성분(들)은 성분 및/또는 성분들을, 트레이서(들)는 트레이서 및/또는 트레이서들을 의미한다. ppm은 중량으로 백만을 의미한다. ppb는 중량으로 10억을 의미한다.
본 발명의 목적을 위해 보일러에서 비활성 트레이서의 농축물은 샘플을 보일러에서 제거한 후에 보일러 워터 샘플에서 비활성 트레이서의 농축물에 의해 결정되며, 상기 샘플은 정상 블로다운에서 유도되었는지 또는 그렇지 않은지에 상관없이 블로다운의 광범위한 제한내에 있다. 용어 정상 블로다운은 누설에 의해 보일러로부터 손실된 워터를 고려하지 않으며 비활성 트레이서의 농축물을 위해 감지한 워터 스트림이 아니며, 상기 스트림은 보일러로부터 불순물을 제거하도록 블로다운 유동세트이거나 분리된 것이다.
[본 발명의 산업 적용성]
본 발명은 비활성 트레이서의 유용한 보일러 또는 보일러 시스템을 사용하는 모든 산업에 적용할 수 있다.

Claims (22)

  1. 보일러에 공급되고 보일러 워터에 불순물(impurities)이 들어간 급수(feedwater)로부터 보일러내에서 스팀(steam)은 발생하며, 상기 보일러내에서 상기 보일러 워터의 불순물의 농축물(concentration)은 부가적인 급수를 투입하는 동안의 블로다운(blowdown)에서 보일러 워터 형성까지 소량을 제거함으로써 감소되며, 상기 보일러는 농축물 싸이클 수치(concentration cycle value)를 가지며, 상기 농축물 싸이클 수치는 상기 급수(CI)에서 비활성 성분(inert component)의 농축물에 의해 분리된 정상 상태(steady state : CF)에서 상기 블로다운내의 비활성 성분의 농축물의 평균치이며, 상기 보일러에서 정상 상태의 비활성 성분의 농축물은 시간 주기내에서 CF보다 높은 수치를 가진 고 농축물(CH)로부터 CI와 CF사이의 수치를 가진 저 농축물(CL)까지 다양한, 보일러 워터 시스템의 누설 감지 방법에 있어서, 상기 급수에 대한 비활성 트레이서의 공지된 농축물(CI)과 동등한 비율에서 보일러 워터에 첨가된 비활성 트레이서를 상기 비활성 성분으로서 사용하는 단계와, 상기 보일러 워터에서의 농축물과 동등한 정상 상태에서 상기 보일러내의 비활성 트레이서의 특성을 감지하는 단계와, 상기 보일러 워터에서의 비활성 트레이서의 농축물과 동등한 수치로 상기 감지된 특성을 전환시키는 단계와, 상기 보일러 워터에서 CH로부터 CL까지 비활성 트레이서의 상기 싸이클 농축물 변동을 선택적으로 기록하는 단계와, 보일러 워터가 누설될 때 비활성 트레이서의 싸이클 농축물 변동에서의 변화 인디케이터 검출시에 신호를 발생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 누설 감지 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 변화 인디케이터는 시간 주기(B)내에서 정상의 고 농축물(CH)로 도달했을 때 보일러내의 비활성 트레이서 농축물이며, 상기 시간 주기(B)는 CH와 CL사이에서 비활성 트레이서의 상기 변동이 정상적으로 발생하는 시간 주기인 것을 특징으로 하는 누설 감지 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 변화 인디케이터는 상기 비활성 트레이서의 정상 저 농축물(CL)과 동등한 것보다 낮은 수치를 갖는 보일러에서의 비활성 트레이서 농축물인 것을 특징으로 하는 누설 감지 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 변화 인디케이터는 상기 비활성 트레이서의 정상 저 농축물(CL)과 동등한 것보다 낮은 수치를 갖는 보일러에서의 비활성 트레이서 농축물이며, 상기 변화 인디케이터는 CL-CD의 비활성 트레이서의 농축물이며, 여기에서 CD는 CL수치의 적어도 5%인것인 것을 특징으로 하는 누설 감지 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 변화 인디케이터는 시간 주기(B)에서 정상 고농축물(CH)에 도달했을 때 보일러내의 비활성 트레이서 농축물이며, 상기 보일러는 개방/폐쇄 블로다운 밸브 작동체를 가지며, 상기 시간 주기(B)는 블로다운 밸브의 폐쇄시간부터 블로다운 밸브가 정상적으로 재개방되는 시간까지 측정한 것을 특징으로 하는 누설 감지 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 보일러 시스템은 보일러내에 내장된 표시 성분에 따라 블로다운 비율을 조정하는 정상-개방 블로다운 밸브를 가지며, 상기 보일러내의 비활성 트레이서 농축물이 상기 비활성 트레시서의 정상 저농축물(CL)과 동등한 것보다 낮은 수치를 가질 때 상기 정상-개방 블로다운 밸브는 상기 기록에 반응하여 폐쇄되며, 트레이서 감지 장치는 상기 블로다운 밸브 앞에 있고 이 감지 장치는 블로다운 밸브의 유량기 다운스트림에서 유동이 없는 동안 트레이서 농축물을 관찰하고 이 조건들의 조합은 상기 변화 인디케이터인 것을 특징으로 하는 누설 감지 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 보일러 시스템은 상기 보일러내에서 비활성 트레이서의 농축물에 따라 블로다운 비율을 조정하는 정상-개방 블로다운 밸브를 가지며, 상기 보일러에서 비활성 트레이서 농축물이 상기 비활성 트레이서의 정상 저 농축물(CL)과 동등한 수치를 가질 때 상기 정상-개방 블로다운 밸브가 폐쇄되거나 정상 블로다운관을 통한 블로다운 유동은 없으며, 이러한 조건들의 조합은 상기 변화 인디케이터인 것을 특징으로 하는 누설 감지 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 보일러 시스템은 보일러내에서 내장된 표시 성분에 따라 블로다운 밸브를 가지며, 상기 보일러내의 비활성 트레이서 농축물이 상기 비활성 트레이서의 정상 저 농축물(CL)과 동등한 것보다 낮은 수치를 가질 때 상기 정상-개방 블로다운 밸브는 상기 기록에 반응하여 폐쇄되며, 트레이서 감지 장치는 상기 블로다운 밸브의 다운스트림이며 트레이서 농축물이 아닌 것을 관찰하며, 이 조건이 상기 변화 인디케이터인 것을 특징으로 하는 누설 감지 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 변화 인디케이터는 상기 비활성 트레이서의 정상 저 농축물(CL)과 동등한 것보다 낮은 수치를 가진 보일러에서의 비활성 트레이서 농축물이거나 또는 시간 주기(B)내에서 정상 고농축물(CH)에 도달했을 때 보일러내의 비활성 트레이서 농축물이며, 상기 시간 주기(B)는 CH와 CL사이에서 상기 비활성 트레이서이 상기 변동이 정상적으로 발생하는 시간 주기이며, 상기 변화 인디케이터는 상기 보일러 시스템의 작동 변수이며, 상기 작동 변수에 불균형이 관찰되는 동시에 상기 변화 인디케이터가 감지될 때만 작동되는 것을 특징으로 하는 누설 감지 방법.
  10. 제1항에 있어서, CH와 CL사이에서 상기 보일러 워터내의 비활성 트레이서 농축물의 변동을 유동 신호로부터 결정된 보일러에서 스팀 로드에서의 균형과 비교하며, 비율이 불균형한 급수가 보일러내로 유동하며, 배출되는 스팀 비율을 감지 장치에 의해 관찰해야 하며 동시에 상기 비활성 트레이서 농축물의 정상 변동에서 변화 인디케이터는 신호를 발생하기 전에 누설을 표시하는 것을 특징으로 하는 누설 감지 방법.
  11. 제1항에 있어서, CH와 CL사이의 보일러 워터에서 비활성 트레이서 농축물의 변동을 상기 보일러 유지 시간과 보일러의 연산된 블로다운 비율에서의 균형과 비교하며, 상기 유지 시간과 연산된 블로다운 비율 사이의 불균형을 감지 장치에 의해 관찰해야 하는 동시에 비활성 트레이서 농축물의 정상 변동에서 변화 인디케이터가 신호를 발생하기 전에 누설을 표시하는 것을 특징으로 하는 누설 감지 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 비활성 트레이서가 형식화된 제품의 성분으로서 상기 보일러에 첨가되며, 상기 보일러 워터내의 비활성 트레이서의 농축물과 동등한 수치는 형식화된 제품의 농축물인 것을 특징으로 하는 누설 감지 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 비활성 트레이서는 형광성이며, 상기 비활성 트레이서의 감지된 특징은 비활성 트레이서 형광 방사율의 농도(intensity)인 것을 특징으로 하는 누설 감지 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 비활성 트레이서의 선택과, 상기 보일러 워터에 첨가된 비활성 트레이서의 양 및 상기 비활성 트레이서 형광 방사율을 감지하기 위해 선택된 여기와 발산의 파장은 보일러 워터의 자연방사선 형광성에 대해 적어도 5인 비활성 트레이서의 관련 형광성을 제공하는 것을 특징으로 하는 누설 감지 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 정상 상태에서 비활성 트레이서의 상기 저 농축물(CL)은 적어도 1ppb 인 것을 특징으로 하는 누설 감지 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 정상 상태에서 비활성 트레이서의 상기 저 농축물(CL)은 적어도 1ppb이며, 정상 상태에서 비활성 트레이서의 농축물(CH)은 적어도 200ppm 보다 크지 않은 것을 특징으로 하는 누설 감지 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 정상 상태에서 비활성 트레이서의 상기 저 농축물(CL)은 5ppb 내지 7ppm인 것을 특징으로 하는 누설 감지 방법.
  18. 제13항에 있어서, 상기 비활성 트레이서는 모노술폰 나프탈렌, 디술폰 나프탈렌, 트리술폰 나프탈렌, 술폰 피렌 또는 수용성 소금인 것을 특징으로 하는 누설 감지 방법.
  19. 제13항에 있어서, 상기 비활성 트레이서는 2-나프탈렌 술폰산 또는 1,5-나프탈렌 디술폰산의 수용성 소금인 것을 특징으로 하는 누설 감지 방법.
  20. 제13항에 있어서, 상기 비활성 트레이서는 1,3,6,8-피렌 테트라술폰산의 수용성 소금인 것을 특징으로 하는 누설 감지 방법.
  21. 제1항에 있어서, 상기 비활성 트레이서는 공지된 농축물(CI)에서 상기 급수의 성분으로서 상기 보일러내로 도입되는 것을 특징으로 하는 누설 감지 방법.
  22. 제21항에 있어서, CF/CI의 상기 평균 싸이클 수치는 상기 급수와 블로다운내의 비활성 트레이서의 평균 농축물에 의해 결정되며, 상기 싸이클 수치는 상기 보일러의 작동을 위해 표준 작동 싸이클 수치와 비교하며, 블로타운 처리제의 투여는 상기 결정된 싸이클 수치가 표준 작동 싸이클 수치와 일치하지 않을 때 변경되는 것을 특징으로 하는 누설 감지 방법.
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