KR101179846B1 - Flowrate measurement device and method using fluorescence density of flow in piping - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 형광물질의 강도를 이용한 계통 유량 측정장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 형광물질을 추적자로 이용하고 형광광도계를 이용하여 형광강도를 측정하여 현장에서 유량을 계산하는 유량 측정장치 및 그 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a system flow measurement device and method using the intensity of the fluorescent material, and more particularly, a flow rate measuring device for calculating the flow rate in the field by measuring the fluorescence intensity using a fluorescent material as a tracer and a fluorescence photometer And to a method thereof.
종래 기술은 화학추적자를 계통에 주입하여 화학추적자와 계통수가 충분히 혼합된 위치에서 시료를 샘플링한다. 샘플링 시료의 농도 변경을 예방하기 위해 현장에서 전처리(preprocessing) 후 실험실로 옮겨 정밀분석기(ICP-MS)로 농도를 분석한다. 주입액이 계통수와 혼합되면서 농도가 낮아진다. 주입액 대비 희석률을 주입유량에 곱하여 계통의 유량을 계산한다. The prior art injects a chemical tracer into the system to sample the sample at a location where the chemical tracer and the plant are sufficiently mixed. To prevent changes in the concentration of sampling samples, preprocessing in the field and then transfer to the laboratory to analyze the concentration with a precision analyzer (ICP-MS). The concentration decreases as the infusion is mixed with the plant water. Calculate the flow rate of the system by multiplying the injection rate by the dilution rate.
첨부 도면 중 도 1은 종래 기술의 유량측정 원리를 설명하기 위한 유량 검증 실험시스템이다.1 is a flow rate verification experimental system for explaining the principle of flow measurement in the prior art.
도 1의 유량 검증 실험시스템은, 수조(Water tank)(1)와, 원심펌프(centrifugal pump)(2)와, 배관의 상류에 위치하며 화학추적자의 주입을 위한 화학 추적자 주입점(6) 직후에 위치한 원추형 오리피스(cone orifice)(3)와, 배관의 하류에 위치하며 주입된 화학 추적자의 시료 채취를 위한 시료 채취점(sampling point)(7)과, 터빈유량계(turbine flow meter)(4)와, 배관에 설치된 상기한 터빈유량계(4)의 유량검증을 위해 물 무게를 측정하기 위한 물 무게 측정장치(water tank)(5)와 복수개의 밸브(8)로 구성된다. 원심펌프(2)를 구동하여 수조(1)의 물이 원추형 오리피스(3), 터빈유량계(4)를 통하여 유량 Q0 로 배출되고 있을 때, 추적자 주입점(6)에서 화학추적자를 유량 Qin 으로 배관 내에 주입하게 되면, 배관 하류에서의 혼합유량 Q1 은 (Q0 + Qin) 이 된다. 한편, 상기한 추적자 주입점(6)에서 주입된 추적자의 농도를 Cin, 주입된 화학 추적자가 배관의 하류에서 완전히 혼합된 때의 농도를 C1 , 저수조의 물에 주입된 화학 추적자 성분이 포함되어 있을 경우의 상류측 저수조에서 검출되는 시료의 농도를 C0 라 하면, 질량보존의 법칙(화학추적자 유량과 계통수를 이용한 연속방정식)으로부터 다음의 식이 성립한다. The flow rate verification experimental system of FIG. 1 is a water tank 1, a centrifugal pump 2, located upstream of the pipe and immediately after the chemical
C 0 Q 0 + C in Q in = C 1 Q 1 --------------------- (1) C 0 Q 0 + C in Q in = C 1 Q 1 --------------------- (One)
Q 0 + Q in = Q 1 ---------------------- (2) Q 0 + Q in = Q 1 ---------------------- (2)
상기 식(2)를 식(1)에 대입하여, Q 0 에 대하여 정리하면, Substituting Equation (2) into Equation (1) and arranging for Q 0 ,
----------------------- (3) ----------------------- (3)
로 나타낼 수 있다..
상기 식 (3) 으로부터, 주입된 화학추적자 유량 Q in 과, 상류측 저수조 추적자 주입점(6), 시료 채취점(7)의 각 장소에서의 시료농도 C 0 , C in , C 1 을 알면, 원하는 배관 내의 유량 Q 0 를 구할 수 있다. From the above formula (3), knowing the injected chemical tracer flow rate Q in , the sample concentrations C 0 , C in , and C 1 at each of the upstream reservoir
종래기술은 현장 적용에 아래와 같은 문제점을 포함하고 있다.The prior art includes the following problems in field applications.
(1) 극미량의 화학추적자 주입만 허용된다. (1) Only trace tracer chemical tracers are allowed.
즉, 실험실에서 사용할 경우는 화학추적자의 주입량에 제한이 없으나, 발전소 적용 시에는 수질관리 측면에서 주입량을 엄격히 제한하여 극미량의 주입만 허용된다. 따라서, 샘플링 시료의 농도는 10 ppb(10 x E-09) 이하가 되며 극미량을 주입할 경우 농도 분석기의 분해능, 측정 오차 등으로 정확한 유량측정에 문제가 있다. In other words, when used in the laboratory, there is no restriction on the amount of chemical tracer injected, but when the power plant is applied, only a very small amount is allowed due to the strict restriction on the water quality management. Therefore, the concentration of the sampling sample is 10 ppb (10 x E-09) or less, and when a very small amount is injected, there is a problem in accurate flow rate measurement due to the resolution of the concentration analyzer, measurement error, and the like.
(2) 샘플링 시작 시각 결정의 어려움이 있다. (2) There is a difficulty in determining the sampling start time.
즉, 화학추적자를 주입펌프를 이용하여 계통 내 주입 한 후 계통수와 충분히 혼합된 후에 시료를 샘플링 하여야 한다. 일반적으로 직관부에서는 배관 구경의 10배 이상 떨어진 거리에서 샘플링 하면 대표 시료를 얻을 수 있으나, 주입 조건 및 곡관부의 존재 여부 등 현장여건에 따라서 혼합거리가 결정된다. 따라서 실험실에서의 실험을 통하여 각 조건에 따른 데이터를 취득하여 혼합거리를 결정하나, 현장여건이 다르기 때문에 보수적으로 충분한 시간이 지난 후에 시료를 샘플링한다. 이에 따라 시료 샘플링 시간이 길어지고, 계통에 주입되는 화학추적자(이물질)의 량이 증가하여 발전소 수질관리에 나쁜 영향을 미칠 수 있다. In other words, the chemical tracer should be injected into the system using an injection pump, and then sampled after being sufficiently mixed with the system water. In general, in the straight pipe section, a representative sample can be obtained by sampling at a distance of more than 10 times the pipe diameter, but the mixing distance is determined according to the site conditions such as the injection condition and the presence of the curved pipe. Therefore, the mixing distance is determined by acquiring the data according to each condition through experiments in the laboratory, but the sample is sampled after sufficient time conservatively because the site conditions are different. This results in a longer sample sampling time and an increase in the amount of chemical tracer (foreign material) injected into the system, which may adversely affect power plant water quality management.
(3) 상시 유량 측정의 어려움이 있다. (3) There is difficulty in measuring the flow rate at all times.
종래 기술에서는 샘플링한 시료를 현장에서 전 처리(preprocessing)한 후에 실험실로 이동하여 정밀분석기(ICP-MS)를 활용하여 분석을 수행함으로써 정확도가 떨어지고 실시간 유량 측정이 불가능하다.In the prior art, after the sampled sample is preprocessed in the field, the sample is moved to a laboratory and analyzed using an ICP-MS, which reduces accuracy and makes it impossible to measure the flow rate in real time.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것이다. 형광물질을 추적자로 사용하여 계통의 유량을 측정하기 위한 것으로 농도와 유량을 알고 있는 화학추적자를 계통에 주입하여 계통수와 충분히 혼합한 후 시료를 샘플링하여 주입액 대비 희석률로 계통 유량을 측정하는 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the conventional problems as described above. In order to measure the flow rate of the system using the fluorescent material as a tracer, a chemical tracer who knows the concentration and flow rate is injected into the system, mixed with the system water sufficiently, and the sample is sampled to measure the system flow rate with the dilution rate compared to the injection liquid. And to provide a device.
본 발명의 형광물질을 추적자로 이용하고 형광광도계를 이용하여 형광강도를 측정하여 현장에서 유량을 계산하는 유량측정장치는 형광물질 추적자 용액 보관용 탱크, 상기 형광물질을 계통에 일정하게 주입하기 위한 단일공정용적식 펌프, 유량측정용 배관과 연결된 역류방지밸브를 갖는 프로브, 유량측정용 배관과 연결되는 샘플링 라인에 설치되어 있는 형광광도계, 형광물질의 강도를 확인하기 위해 형광광도계와 연결된 기록계, 시료채취용 보틀로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다. The flow measurement device using the fluorescent material of the present invention as a tracer and measuring the fluorescence intensity using a fluorescence photometer is used to calculate the flow rate in the field. Process volume pumps, probes with backflow check valves connected to flow measurement pipes, fluorophotometers installed on sampling lines connected to flow measurement pipes, recorders connected to fluorophotometers to check the intensity of fluorescent materials, and sampling It is characterized by consisting of a dragon bottle.
또한, 본 발명의 형광물질을 추적자로 이용하고 형광광도계를 이용하여 형광강도를 측정하여 현장에서 유량을 계산하는 유량측정방법은, 형광물질로 로다민을 주입액으로 준비하고 계통수를 이용하여 형광물질 주입액을 준비하는 단계(1단계); 상기 형광물질 주입액을 일정한 유량으로 계통의 배관에 계속적으로 주입하는 단계(2단계); 상기 형광물질 주입액의 혼합정도를 확인한 후 시료 샘플링을 시작하고 형광광도계를 이용하여 형광강도를 감시하는 단계(3단계); 농도 평형상태가 끝나기 전에 샘플링을 완료하는 단계(4단계); 표준용액을 준비하는 단계(5단계); 상기 표준용액과 상기 샘플링 용액을 각각 형광광도계로 강도차이를 분석하는 단계(6단계); 상기 형광광도계의 측정결과로부터 유량을 결정하는 단계(7단계)로 이루어지는 것을 특징으로 한다. In addition, the flow measurement method of using the fluorescent material of the present invention as a tracer and measuring the fluorescence intensity using a fluorescence photometer to calculate the flow rate in the field, preparing rhodamine as an infusion solution as a fluorescent material and using a phylogenetic tree Preparing an injection solution (step 1); Continuously injecting the fluorescent material injection liquid into a pipe of a system at a constant flow rate (step 2); Confirming the degree of mixing of the fluorescent substance injection solution, starting sample sampling, and monitoring fluorescence intensity using a fluorophotometer (step 3); Completing sampling before the concentration equilibrium is over (step 4); Preparing a standard solution (step 5); Analyzing the difference in intensity between the standard solution and the sampling solution with a fluorophotometer (step 6); And determining the flow rate from the measurement result of the fluorophotometer (7 steps).
본 발명의 유량측정장치 및 방법은 형광물질을 추적자로 이용하고 형광광도계를 이용하여 형광강도를 측정하고 현장에서 유량을 계산함으로써 운반 및 시간경과에 따른 오차 요인이 적으며 시료 샘플링과 동시에 계통유량측정이 가능한 효과가 있다. The flow rate measuring apparatus and method of the present invention uses a fluorescent material as a tracer, measures the fluorescence intensity using a fluorescence photometer, calculates the flow rate in the field, and has less error factors due to transport and time, and measures the system flow at the same time as the sample sampling. This has a possible effect.
도 1은 종래의 유량측정원리를 설명하기 위한 실험실 유량 검증 시스템이다.
도 2는 본 발명에 따른 형광물질의 강도를 이용한 계통 유량 측정장치에서 형광물질 주입시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 형광물질의 강도를 이용한 계통 유량 측정장치에서 샘플링 설비의 구성도이다.
도 4는 형광물질의 강도를 이용한 계통 유량 측정방법에 대한 블록다이아그램이다.
도 5는 샘플링 시료 시점 결정을 위한 대표적인 농도 평형상태 플롯이다. 1 is a laboratory flow rate verification system for explaining the conventional flow measurement principle.
2 is a block diagram of a fluorescent material injection system in a system flow measurement device using the intensity of the fluorescent material according to the present invention.
3 is a block diagram of a sampling facility in the system flow measurement apparatus using the intensity of the fluorescent material according to the present invention.
Figure 4 is a block diagram of a system flow measurement method using the intensity of the fluorescent material.
5 is a representative concentration equilibrium plot for determining sampling sample time points.
본 발명의 형광물질의 강도를 이용한 계통 유량 측정장치 및 그 방법은 주입 용액과 분석 방법에서 특징이 있다. 즉, 본 발명에서는 형광의 강도가 형광물질의 농도에 비례한다는 점에 착안하여 형광물질을 화학추적자로 선정하고, 농도분석 대신에 형광물질의 강도를 형광광도계로 측정하여 유량 계산에 활용한다. 형광물질 중에서 로다민(Rhodamine WT)을 주입물질로 선택하며, 로다민은 0.01 ppb 까지 형광광도계로 강도 측정이 가능하나 분해능 등을 고려하여 분석대상 용액이 10ppb 강도의 형광물질을 포함하도록 조정한다. 로다민은 배관 벽면에서의 흡착율이 적고 기타 여러 가지 장점으로 인하여 광범위하게 사용되고 있다. 로다민은 극미량인 10ppb 에서도 분해능이 양호하여 극미량을 주입으로도 유량을 측정할 수 있다. 또한 발전소의 경우 계통수의 이물질인 유량추적자 주입을 최소화 할 수 있어 수질관리에 미치는 영향이 적다.System flow measurement apparatus and method using the intensity of the fluorescent material of the present invention is characterized in the injection solution and analysis method. In other words, the present invention focuses on the fact that the intensity of fluorescence is proportional to the concentration of the fluorescent material, and the fluorescent material is selected as a chemical tracer, and instead of the concentration analysis, the intensity of the fluorescent material is measured by a fluorescence photometer and used for the flow rate calculation. Rhodamine (Thodamine WT) is selected from among fluorescent materials, and rhodamine can be measured in intensity with a fluorophotometer up to 0.01 ppb, but the solution to be analyzed is adjusted to include 10ppb intensities in consideration of resolution. Rhodamine is widely used due to its low adsorption rate on pipe walls and other advantages. Rhodamine has a good resolution even at a very small amount of 10ppb, so the flow rate can be measured by injecting a very small amount. In addition, in the case of power plants, the flow tracer injection, which is a foreign substance in the system water, can be minimized, so that the impact on the water quality management is small.
또한, 본 발명의 형광물질의 강도를 이용한 계통 유량 측정장치 및 그 방법은, 형광광도계를 활용하는 것을 특징으로 한다. 즉, 시료 샘플링 라인에 형광광도계를 설치하여 형광강도를 측정하고 기록계에 기록을 하며, 강도가 평형상태에 도달한 후에 시료 샘플링을 시작하여 강도가 떨어지게 전에 샘플링을 완료한다. 따라서, 기록계를 통하여 샘플링 시작 및 완료시점을 결정하여 주입기간을 최소화함으로써 계통에 주입되는 형광물질의 량을 최소화할 수 있는 특징이 있다.In addition, the system flow measurement device and the method using the intensity of the fluorescent material of the present invention is characterized by using a fluorescent photometer. That is, a fluorescence photometer is installed in the sample sampling line to measure the fluorescence intensity and recorded on the recorder. After the intensity reaches the equilibrium state, the sampling is started and the sampling is completed before the intensity drops. Therefore, it is possible to minimize the amount of fluorescent material injected into the system by minimizing the injection period by determining the sampling start and completion time through the recorder.
또한, 본 발명의 형광물질의 강도를 이용한 계통 유량 측정장치 및 그 방법은, 형광광도계를 컴퓨터에 연결하여 계산하는 것을 특징으로 한다. 즉, 샘플링 라인에 설치된 형광광도계를 이용하여 표준용액과 시료의 형광강도를 측정하여 컴퓨터에 전송하고, 컴퓨터에서는 이미 계산된 표준용액의 형광물질 희석률에 형광강도 비율을 곱하여 주입용액의 희석률을 최종 결정하고, 이를 주입용액에 곱하여 계통 유량을 결정하는 것이다. 따라서 상시 유량측정이 필요한 경우 샘플링 시료를 형광광도계로 측정하여 컴퓨터에서 실시간으로 유량데이터를 얻을 수 있다는 특징이 있다.In addition, the system flow measurement device and the method using the intensity of the fluorescent material of the present invention is characterized in that the fluorescence photometer is connected to a computer to calculate. That is, the fluorescence intensities of the standard solution and the sample are measured by using a fluorescence photometer installed in the sampling line and transmitted to a computer. The final decision is made and multiplied by the injection solution to determine the system flow rate. Therefore, when constant flow measurement is required, the flow rate data can be obtained in real time from a computer by measuring a sampling sample with a fluorophotometer.
이하 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같으며 동일부품에 대해서는 동일 부호를 사용하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals will be used for the same parts.
첨부도면 중 도 2와 3은 본 발명에 따른 형광물질의 강도를 이용한 계통 유량 측정장치의 구성도로서, 형광물질 추적자 용액을 보관하고 있는 탱크(21), 상기 형광물질을 측정하려는 계통에 일정한 유량으로 계속적으로 정밀하게 주입할 수 있도록 된 단일공정용적식펌프(22), 유량을 측정하려는 계통의 배관과 연결된 역류방지밸브를 갖는 프로브(23), 상기 유량측정용 배관(24)과 연결되어 있고 샘플링 라인(25)에 설치되어 있는 샘플링 시료를 통과시켜 시료의 형광강도를 측정하기 위한 형광광도계(26), 형광물질의 강도를 확인하기 위해 상기 형광광도계(26)와 연결된 기록계(27), 시료채취용 보틀(28)로 구성되어 있다. 2 and 3 of the accompanying drawings is a configuration diagram of a system flow measurement device using the intensity of the fluorescent material according to the present invention, the
이와 같은 본 발명에 따른 유량 측정장치를 이용하여 유량을 측정하는 방법을 설명하면 다음과 같다.Referring to the method for measuring the flow rate using the flow rate measuring apparatus according to the present invention as follows.
첨부 도면 중 도 4는 본 발명에 따른 형광물질의 강도를 이용한 계통 유량 측정방법에 대한 단계별 절차를 나타낸 것으로서, 각 단계별로 구성 및 절차를 설명하면 아래와 같다. Figure 4 of the accompanying drawings shows a step-by-step procedure for the method for measuring the flow rate of the system using the intensity of the fluorescent material according to the present invention, the configuration and procedure for each step is as follows.
제1단계는 화학추적자를 준비하는 단계로서, 형광물질로 로다민을 주입액으로 준비하고 계통수를 이용하여 형광물질 주입액을 준비하는 단계이다. 즉, 형광물질을 포함한 화학추적자(로다민, Rhodamine)가 주입되어 계통에 혼합되었을 때 형광물질 강도가 10ppb가 되도록 주입용액을 준비한다. 이는 로다민의 형광광도계에서의 분석능이 10ppb에서 아주 좋기 때문이다. 계통수를 이용하여 형광물질 주입수를 준비한다. 주입액 강도 계산 예는 아래와 같다. The first step is to prepare a chemical tracer, preparing rhodamine as an injection liquid as a fluorescent material and preparing a fluorescent material injection liquid using a phylogenetic tree. That is, when the chemical tracer (rhodamine, Rhodamine) including the fluorescent material is injected and mixed in the system, the injection solution is prepared so that the intensity of the fluorescent material is 10 ppb. This is because rhodamine has a good analysis at 10 ppb. Prepare the fluorescence infusion water using the plant water. An example of calculating the injection strength is as follows.
--------------------------------------------- (4) --------------------------------------------- (4)
여기서: C in = 주입액 강도(ppb) Where: C in = injection strength (ppb)
C0 = 희석 후 예상 강도(=10ppb) C 0 = expected intensity after dilution (= 10 ppb)
Q i = 주입펌프 유량 (L/sec) Q i = Injection pump flow rate (L / sec)
Q 0 = 측정 계통 예상 유 (L/sec) Q 0 = expected measuring system (L / sec)
따라서
therefore
제2단계는 상기 형광물질 주입액을 일정한 유량으로 계통의 배관에 계속적으로 주입하는 단계로서 도 2에서와 같이 준비한 형광물질 주입액을 주입관을 이용해서 배관(24) 중앙에 주입한다. 이때 일정한 유량으로 계속해서 형광물질을 주입하기 위해서 고정밀도의 단일공정용적식펌프(single-stroke positive displacement pump)를 이용하며, 주입점에서의 역류를 방지하기 위하여 계통에 연결된 스프링 타입 역류방지 밸브(spring-loaded non-return valves)가 설치된 프로브(23)를 통하여 계통에 주입한다. The second step is a step of continuously injecting the fluorescent material injection liquid into the piping of the system at a constant flow rate, and the fluorescent material injection liquid prepared as shown in Figure 2 is injected into the center of the
제3단계는 상기 형광물질 주입액의 혼합정도를 확인한 후 시료 샘플링을 시작하고 형광광도계를 이용하여 형광강도를 감시하는 단계이다. 즉, 시료 샘플링의 채취 시점을 결정하는 단계이다. 주입된 용액이 계통수와 충분히 혼합된 후에 시료 샘플링을 시작한다. 이는 직관부의 경우는 직경의 10배 거리이다. 하지만 중간에 곡관부 또는 다른 혼합을 좋게 할 수 있는 기기, 구조물이 있으면 직경의 10배 이하 거리에서도 샘플링을 할 수 있다. In the third step, after confirming the mixing degree of the fluorescent material injection solution, sample sampling is started and fluorescence intensity is monitored by using a fluorescence photometer. That is, the step of determining the sampling time of the sample sampling. Start sampling the sample after the injected solution is sufficiently mixed with the plant water. This is 10 times the diameter in the straight pipe section. However, if there is a device or structure in the middle that allows good bends or other mixing, sampling can be made at distances less than 10 times the diameter.
도 3에서와 같이 샘플링 배관(25)의 형광광도계(26)에 기록계(27)를 연결하여 시료의 형광강도를 감시한다. 강도가 평형에 도달한 후에 샘플링을 시작하며 대표적인 강도 변화는 도 5와 같다.As shown in FIG. 3, the
제4단계는 농도 평형상태가 끝나기 전에 샘플링을 완료하는 단계로서 샘플링을 시작한 시점으로부터 가능한 한 짧은 시간에 30여개의 시료를 샘플링 한다. 샘플링이 완료될 때 까지는 주입을 계속하며 형광광도 기록계(27)를 이용하여 농도가 평형상태를 유지함을 확인한다. 농도 평형상태가 끝나기 전에 샘플링을 완료하며, 형광물질이 과도하게 계통에 주입되지 않도록 시간을 관리하여야 한다. The fourth step is to complete the sampling before the concentration equilibrium is completed, and sample 30 samples in the shortest possible time from the start of sampling. Injection is continued until sampling is complete, and it is confirmed by using a
제5단계는 시료 강도와 유사한 표준용액을 준비하는 단계로서 실험실에서 측정하려는 유체를 이용하여 예상되는 시료 강도와 유사한 표준용액을 제조한다. 주입액을 계통수를 이용하여 계통에서 예상되는 강도로 희석한다. 이는 계통수를 이용함으로써 샘플링 시료와 동일한 탁도, PH 등을 가지는 표준용액을 준비할 수 있기 때문이다. 염소를 함유하고 있는 물은 표준용액의 제조에 사용할 수 없다. 표준용액을 준비하는 희석지수는 아래와 같이 계산한다. The fifth step is to prepare a standard solution similar to the sample strength, using the fluid to be measured in the laboratory to prepare a standard solution similar to the expected sample strength. Dilute the infusion to the strength expected in the system using system water. This is because a standard solution having the same turbidity, PH, and the like as the sampling sample can be prepared by using a systematic water. Water containing chlorine cannot be used for the preparation of standard solutions. The dilution index for preparing the standard solution is calculated as follows.
-------------------------- (5) -------------------------- (5)
여기서, DF = 회석률 Where DF = dilution rate
Q i = 주입펌프 주입률 (L/sec) Q i = Injection pump injection rate (L / sec)
Q 0 = 측정될 유량 (L/sec) Q 0 = flow rate to be measured (L / sec)
네 차례 희석을 수행할 경우 관련 수식은 아래와 같다. If four dilutions are performed, the relevant formula is:
--------------------- (6) --------------------- (6)
제6단계는 상기 표준용액과 상기 샘플링 용액을 각각 형광광도계로 강도차이를 분석하는 단계로서 표준용액과 샘플링 용액을 각각 형광광도계(26)를 통과시켜 상호 강도차이를 분석한다. 형광광도계(26)에서 측정한 형광강도를 컴퓨터에 전송하여 표준용액의 형광강도와 비교하여 표준용액의 희석률을 보완한 후 이를 주입유량에 곱하여 유량을 계산할 수 있도록 한다. The sixth step analyzes the difference in intensity between the standard solution and the sampling solution with a fluorescence photometer, respectively, and analyzes the difference in intensity between the standard solution and the sampling solution through a
제7단계는 상기 형광광도계(26)의 측정결과로부터 유량을 결정하는 단계로서 형광광도계 측정결과를 컴퓨터에 전송하여 측정하려는 계통의 유량을 결정한다. 유량 계산은 샘플링 시료와 표준용액의 형광강도의 비율과 표준용액의 희석률을 주입 유량에 곱하여 계통의 유량을 계산한다. 유량 계산 수식은 아래와 같다. The seventh step is to determine the flow rate from the measurement result of the
----------------- (7) ----------------- (7)
여기에서, Q in = 주입유량(L/sec) Where Q in = injection flow rate (L / sec)
Q 0 = 측정하려는 유량(L/sec) Q 0 = Flow rate to be measured (L / sec)
DF in = 표준용액의 희석률 DF in = dilution rate of the standard solution
Fi = 표준용액의 형광물질 강도 F i = fluorescence intensity of standard solution
F0 = 시료용액의 형광물질 강도 F 0 = fluorescence intensity of sample solution
종래의 기술은 화학추적자로 리듐을 사용함으로써 시료를 샘플링하여 전처리 후 실험실로 옮기어 농도를 분석하고 희석률을 이용하여 유량을 계산한다. 따라서 시간이 많이 걸리고, 운반과정에서 오차 발생 가능성 크며, 실시간 유량계산이 불가능하다. The prior art uses lithium as a chemical tracer to sample a sample, transfer it to a laboratory after pretreatment, analyze the concentration and calculate the flow rate using the dilution rate. Therefore, it takes a lot of time, there is a high possibility of error in the transport process, it is impossible to calculate the real-time flow rate.
본 발명에서는 형광물질을 추적자로 이용하고 형광광도계를 이용하여 형광강도를 측정하여 현장에서 유량을 계산함으로 운반 및 시간경과에 따른 오차 요인이 적다. 또한 시료 샘플링과 동시에 계통 유량 측정이 가능하다.In the present invention, by using the fluorescent material as a tracer and by measuring the fluorescence intensity using a fluorescence photometer to calculate the flow rate in the field, there is little error factor due to transportation and time. In addition, system flow measurement can be performed simultaneously with sample sampling.
또한, 종래의 기술은 시료 샘플링 시점을 잡는데 있어서 농도가 평형에 도달하였는지 확인할 수 없어서 충분한 시간이 지난 후 시료를 채취한다. 과도하게 많은 시료가 계통에 주입되어 발전소 계통 수집관리에 나쁜 영향을 미쳤으나, 본 방법은 형광광도계에 연결된 기록계를 이용하여 주입액의 혼합정도를 확인 후 샘플링을 시작함으로써 짧은 시간에 샘플링을 완료할 수 있어 계통의 수질관리에 미치는 영향을 최소화 할 수 있다. In addition, the conventional technique is unable to confirm whether the concentration has reached equilibrium in taking a sample sampling time point, so that the sample is taken after a sufficient time. Excessively many samples were injected into the system, which adversely affected the collection management of the power plant.However, this method uses a recorder connected to the fluorometer to check the mixing of the injection solution and then start sampling. This can minimize the impact on the water quality management of the system.
원자력발전소 주급수 유량은 발전소 열출력 산출에 사용되는 중요한 변수로서, 노심관리 뿐만아니라 원자로 안전운전에도 중요하며, 발전소 출력에도 직접적인 영향을 미친다. 현장에 설치되어 있는 벤츄리 유량계의 정확성을 확인하기 위하여 외부 부착식 초음파유량계를 사용하고 있으나, 본 발명으로 대체할 수 있다. 벤츄리 유량계 파울링(fouling)에 의해 유량 과다가 지시되고 있는 경우에는 유량계수 보정을 통하여 발전소 출력을 만회할 수 있다. 영광 3,4호기에서는 출력 만회(약 1%) 경험이 있다. 본 발명을 적용할 경우 초음파 유량계의 설치 없이 계통 내 벤츄리 유량계를 검증할 수 있으며, 형광물질을 주입하여 형광강도를 측정하여 유량을 계산하므로 종래의 기술보다 적은 양의 주입으로도 정확한 결과를 얻을 수 있다. The main feed water flow rate for nuclear power plants is an important variable used to calculate the heat output of a power plant. It is important not only for core management but also for safe operation of the reactor and directly affects the power output of the power plant. In order to confirm the accuracy of the venturi flowmeter installed in the field, an externally attached ultrasonic flowmeter is used, but it can be replaced by the present invention. If excess flow is indicated by venturi flow meter fouling, the power factor output can be retrieved by correcting the flow coefficient. In Yeonggwang Units 3 and 4, there is an output recovery (about 1%) experience. When the present invention is applied, it is possible to verify the venturi flowmeter in the system without installing the ultrasonic flowmeter, and calculate the flow rate by measuring the fluorescence intensity by injecting the fluorescent material, so that accurate results can be obtained even with a smaller amount of injection than the conventional technology. have.
발전소 뿐만아니라 석유화학플랜트 등의 유량계가 설치되어 있지 않은 계통의 유량 측정에 적용할 수 있다. 또한 일반산업계에서 유량계의 정확도 검증 필요성이 있으나, 용접형으로 실험실에서의 검증이 불가능한 경우 본 발명을 이용하면 현장에서 유량계를 검증할 수 있다. It can be applied to the flow rate measurement of the power plant as well as the system which does not have a flow meter such as a petrochemical plant. In addition, there is a necessity to verify the accuracy of the flow meter in the general industry, but when it is impossible to verify in the laboratory by welding type, the present invention can verify the flow meter in the field.
지금까지 본 발명의 실시예를 기준으로 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적인 균등범위까지 포함된다 할 것이다. The present invention has been described in detail with reference to the embodiments of the present invention, but the scope of the present invention is not limited thereto, and the scope of the present invention is substantially equivalent to the embodiments of the present invention.
또한, 상기 설명에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 형광물질의 강도를 이용한 계통 유량 측정장치 및 그 방법의 기술은 매우 단순하나, 그 기술적 효과는 매우 크다는 점에서도 본 발명의 기술적 장점은 매우 명확하다 할 것이다.In addition, as shown in the above description, the technique of the system flow measurement apparatus and method using the intensity of the fluorescent material according to the present invention is very simple, but the technical advantages of the present invention is very significant in that the technical effect is very large. Will be clear.
20 ---- 유량 측정장치
21 ---- 탱크
22 ---- 단일공정용적식펌프
23 ---- 프로브
24 ---- 유량측정용 배관
25 ---- 샘플링 라인
26 ---- 형광광도계
27 ---- 기록계
28 ---- 시료채취용 보틀20 ---- flow measuring device
21 ---- tank
22 ---- Single process volumetric pump
23 ---- probe
24 ---- Pipe for flow measurement
25 ---- sampling line
26 ---- fluorescent photometer
27 ---- recorder
28 ---- Sample Collection Bottle
Claims (10)
상기 형광물질 주입액을 일정한 유량으로 계통의 배관에 계속적으로 주입하는 단계(2단계);
상기 형광물질 주입액의 혼합정도를 확인한 후 시료 샘플링을 시작하고 형광광도계를 이용하여 형광강도를 감시하는 단계(3단계);
농도 평형상태가 끝나기 전에 샘플링을 완료하는 단계(4단계);
표준용액을 준비하는 단계(5단계);
상기 표준용액과 상기 샘플링 용액을 각각 형광광도계로 강도차이를 분석하는 단계(6단계); 및
상기 형광광도계의 측정결과로부터 유량을 결정하는 단계(7단계)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 형광물질의 강도를 이용한 계통 유량 측정방법.Preparing a rhodamine as an infusion solution as a fluorescent substance and preparing a infusion solution using a phylogenetic tree (step 1);
Continuously injecting the fluorescent material injection liquid into a pipe of a system at a constant flow rate (step 2);
Confirming the degree of mixing of the fluorescent substance injection solution, starting sample sampling, and monitoring fluorescence intensity using a fluorophotometer (step 3);
Completing sampling before the concentration equilibrium is over (step 4);
Preparing a standard solution (step 5);
Analyzing the difference in intensity between the standard solution and the sampling solution with a fluorophotometer (step 6); And
System flow rate measurement method using the intensity of the fluorescent material, characterized in that the step of determining the flow rate from the measurement result of the fluorophotometer (7 steps).
제1단계에서, 상기 형광물질 주입액은 형광물질의 강도가 10ppb가 되도록 준비하는 것을 특징으로 형광물질의 강도를 이용한 계통 유량 측정방법. The method according to claim 2,
In the first step, the fluorescent material injection solution is prepared so that the intensity of the fluorescent material is 10ppb system flow measurement method using the intensity of the fluorescent material.
상기 형광물질 주입액의 강도는 아래의 식(4)에 의해서 계산하는 것을 특징으로 하는 형광물질의 강도를 이용한 계통 유량 측정방법.
--------------------------------------------- (4)
여기서: Cin = 주입액 강도(ppb)
C0 = 희석 후 예상 강도(=10ppb)
Qi = 주입펌프 유량 (L/sec)
Q0 = 측정 계통 예상 유량 (L/sec)
따라서
The method according to claim 3,
The intensity of the fluorescent material injection solution is calculated by the formula (4) below the system flow measurement method using the intensity of the fluorescent material.
--------------------------------------------- (4)
Where: C in = injection strength (ppb)
C 0 = expected intensity after dilution (= 10 ppb)
Q i = injection pump flow rate (L / sec)
Q 0 = expected flow in the measuring system (L / sec)
therefore
제3단계에서, 시료의 샘플링은 배관이 직관부인 경우 직경의 10배 거리, 곡관부인 경우 직경의 10배 이하의 거리에서 샘플링을 하며, 형광강도가 평형에 도달한 후에 시작하는 것을 특징으로 하는 형광물질의 강도를 이용한 계통 유량 측정방법. The method according to claim 2,
In the third step, the sampling of the sample is performed at a distance of 10 times the diameter of the pipe when the pipe is straight, and 10 times the diameter of the curved pipe, and starts after the fluorescence intensity reaches the equilibrium. System flow measurement method using the strength of the material.
제5단계에서, 상기 표준용액은 계통수를 이용하여 샘플링시료와 동일한 탁도, pH를 가지는 용액으로 준비하는 것을 특징으로 하는 형광물질의 강도를 이용한 계통 유량 측정방법. The method according to claim 2,
In the fifth step, the standard solution is prepared by a solution having the same turbidity and pH as the sampling sample using the system water.
상기 표준 용액을 준비하는 희석지수는 아래와 같은 식(5)와 (6)에 의거하여 계산하는 것을 특징으로 하는 형광물질의 강도를 이용한 계통 유량 측정방법.
-------------------------- (5)
여기서, DF = 회석률
Q i = 주입펌프 주입률 (L/sec)
Q 0 = 측정될 유량 (L/sec)
네 차례 희석을 수행할 경우 관련 수식은 아래와 같다.
--------------------- (6)
The method of claim 6,
Dilution index for preparing the standard solution is calculated based on the following formula (5) and (6) system flow measurement method using the intensity of the fluorescent substance.
-------------------------- (5)
Where DF = dilution rate
Q i = Injection pump injection rate (L / sec)
Q 0 = flow rate to be measured (L / sec)
If four dilutions are performed, the relevant formula is:
--------------------- (6)
상기 제6단계에서, 상기 형광광도계에서 측정한 형광강도를 컴퓨터에 전송하여 표준용액의 형광강도와 비교하여 표준용액의 희석률을 보완한 후 이를 주입유량에 곱하여 유량을 계산하는 것을 특징으로 하는 형광물질의 강도를 이용한 계통 유량 측정방법.The method according to claim 2,
In the sixth step, the fluorescence intensity measured by the fluorescence photometer is transmitted to a computer to compare the fluorescence intensity of the standard solution to compensate for the dilution rate of the standard solution and multiply it by the injection flow rate to calculate the flow rate System flow measurement method using the strength of the material.
상기 제7단계에서, 상기 유량 계산은 샘플링 시료와 표준용액의 형광강도의 비율과 표준용액의 희석률을 주입 유량에 곱하여 계통의 유량을 계산하는 것을 특징으로 하는 형광물질의 강도를 이용한 계통 유량 측정방법.The method according to claim 2,
In the seventh step, the flow rate calculation is to measure the flow rate of the system by calculating the flow rate of the system by multiplying the ratio of the fluorescence intensity of the sampling sample and the standard solution and the dilution rate of the standard solution by the injection flow rate Way.
상기 유량계산은 다음의 식(7)에 의거해서 계산하는 것을 특징으로 하는 형광물질의 강도를 이용한 계통 유량 측정방법.
.----------------- (7)
여기에서, Qin = 주입유량(L/sec)
Q0 = 측정하려는 유량(L/sec)
DFin = 표준용액의 희석률
Fi = 표준용액의 형광물질 강도
F0 = 시료용액의 형광물질 강도 The method according to claim 9,
The flow rate calculation is calculated based on the following equation (7) system flow measurement method using the intensity of the fluorescent material.
.----------------- (7)
Where Q in = injection flow rate (L / sec)
Q 0 = Flow rate to be measured (L / sec)
DF in = dilution rate of the standard solution
F i = fluorescence intensity of standard solution
F 0 = fluorescence intensity of sample solution
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