KR101240907B1 - 파이프 프루버 검사방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부동액과 물의 혼합액 및, 쇳가루 또는 조각자석을 스피어 내부에 집어넣고 스피어 사이징을 하는 단계; 사이징된 상기 스피어를 파이프 프루버의 헤드부에 넣고 유체를 흘리는 단계; 상기 유체의 흐름에 따라 상기 스피어가 지나가는 순서에 따라 마그네틱 센서와 디텍터 센서가 신호를 보내는 단계; 상기 마그네틱 센서의 신호와 디텍서 센서의 신호로 파이프 프루버 내부의 이상유무를 판단하는 단계로 이루어지는 파이프 프루버의 검사방법에 대한 것이다.

Description

파이프 프루버 검사방법{Method for testing the pipe prover}

본 발명은 파이프 프루버 (pipe prover) 에 사용되고 있는 스피어 (sphere) 의 위치를 탐지하여 파이프 프루버를 검사하는 방법에 관한 것으로, 파이프 프루버의 교정시 파이프 프루버 내부의 스피어의 위치를 파악함으로써 스피어의 상태 및 파이프 프루버 내부의 디텍터 센서의 동작 상태를 확인하는 등 파이프 프루버 교정과 유지보수의 편의를 위해 파이프 프루버를 검사하는 방법에 관한 것이다.

계량기는, 일정한 기간에, 계량 정밀도가 일정한 범위 내에 있는지의 여부를 검사 (시험) 하여 교정하는 것이 의무화되어 있다.

거래의 목적으로 사용되는 유량계는 그 측정의 정확성이 매우 중요하여 기준 체적과 비교하는 방법으로 그 정확성을 검증하였다. 기준 체적과 비교하는 방법은 여러 가지가 있으나, 본 발명과 관련된 것은 파이프 프루버를 이용하는 방법이다.

이 방법은, 기준 체적을 가진 파이프 프루버와 교정대상인 유량계 (이하, 피시험 유량계) 를 직렬로 접속하여, 운동자가 계측관부 내를 소정 구간 이동할 때에 토출되는 기준 체적과 실질적으로 동일한 유체의 체적에 기초하여 피시험 유량계를 교정하는 것이다. 여기서 계기오차를 E, 피시험 유량계로 측정되는 체적 (유량) 을 I, 파이프 프루버의 기준 체적을 Q로 하면,

E=(I-Q)/Qx100%

로 구할 수 있다.

파이프 프루버는 유니디렉셔널 파이프 프루버 (uni-directional pipe prover) 와 바이디렉셔널 파이프 프루버 (bi-directional pipe prover) 로 크게 나누어진다.

여기서 바이디렉셔널 파이프 프루버를 도 1 을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

파이프 프루버는 기준 체적을 가진 베이스 볼륨 파이프 (2b) 를 구비한다. 이 베이스 볼륨 파이프 (2b) 에는, 2개의 디텍터 센서 D1 (6b) 과 D2 (7b) 가 설치되고, 베이스 볼륨 파이프 (2b) 의 양 끝단에는 베이스 볼륨 파이프 (2b) 의 직경보다 큰 직경으로 형성된 헤더부 (9a, 9b) 가 각각 설치된다.

파이프 프루버는 인렛배관 (3b) 과 아웃렛배관 (4b) 중의 어느 하나의 배관에 도시되지 않은 피시험 유량계가 부착되는데, 사방향 밸브 (9c) 이동시에는 인렛배관 (3b) 이 아웃렛의 역할을, 아웃렛배관 (4b) 이 인렛의 역할을 할 수 있다.

그리고, 사방향 밸브 (9c) 를 조작하여 유체의 흐름 방향을 전환하여, 예를 들면 피시험 유량계가 부착된 측의 인렛배관 (3b) 과 헤더부 (9a) 를 연이어 통하는 상태로 함과 동시에, 아웃렛배관 (4b) 과 헤더부 (9b) 를 연이어 통하는 상태로 한다. 이 때 베이스 볼륨 파이프 (2b) 및 헤더부 (9a) 는 흐름 방향을 전환하기 전의 앞의 유체가 액밀 (液密) 하게 체류하고 있으며, 또한 헤더부 (9a) 에는 베이스 볼륨 파이프 (2b) 로부터 이동해 온 스피어 (5b) 가 미리 배치되어 있다.

그리고, 헤더부 (9a) 에 유입한 유체가 사방향 밸브 (9c) 의 밸브 개방도가 증가함에 따라 점차 유속을 증가시켜, 최종적으로 소정의 유속에 도달함으로써, 유체와 함께 소정의 유속을 가지게 된 스피어 (5b) 가 베이스 볼륨 파이프 (2b) 내를 D1 (6b) → D2 (7b) 의 사이를 구간 이동하여, 계측이 이루어지고, 스피어 (5b) 는 계속해서 헤더부 (9b) 에 도달한다.

이어서 실시하는 계측은 사방향 밸브 (9c) 를 조작하여, 인렛배관 (4b) 과 헤더부 (9b) 를 연이어 통하는 상태로 함과 동시에, 아웃렛 배관 (3b) 과 헤더부 (9a) 를 연이어 통하는 상태로 하여, 흐름의 방향을 바꾸어 유체를 헤더부 (9b) 로부터 베이스 볼륨 파이프 (2b) 내에 도입함으로써, 스피어 (5b) 가 베이스 볼륨 파이프 (2b) 내를 2개의 D2 (7b) -> D1 (6b) 의 사이를 구간 이동함으로써 이루어지고, 스피어 (5b) 는 헤더부 (9a) 에 도달한다.

이와 같이 파이프 프루버는 두 개의 디텍터 센서 (D1, D2) 를 이용하여 유량계와 D1 (6b) 과 D2 (7b) 사이의 체적과 비교하는 장치이다.

이와 같은 거래용으로 사용되는 피시험 유량계를 교정하는 파이프 프루버도 역시 교정하여야 하는데 그 방법으로 워터드로우법 (waterdraw method) 또는 기준유량계법 (master meter method) 등이 있다 (API manual of petroleum measurement standards, chapter 4.9 part 2 and part 3).

워터드로우법은 피교정기 내부의 스피어가 이동하면서 토출한 유체의 부피를 탱크 프루버 (tank prover) 에 수집하여 베이스 볼륨 (base volume) 을 측정하는 방법이며, 기준유량계법은 피교정기 내부의 스피어가 이동하면서 토출한 유체의 부피를 탱크 프루버로 교정한 기준유량계 (master meter) 로 10,000 펄스 이상을 수집하여 베이스 볼륨을 측정하는 방법이다.

도 2 는 워터드로우법의 교정장치의 배관도이다.

여기서 워터드로우법의 교정방법은 다음과 같다.

1) 도 2 와 같이 배관을 구성하고 탱크 프루버 (1) 및 기준유량계 (10) 를 준비한다.

2) 저장탱크 (12) 에 물 수집이 완료되면 펌프 (14) 를 구동시켜 파이프 프루버 (20) 의 배관 (21) 내부에 물을 채운다. 이 때 기준유량계 (10) 의 유량을 확인하며, 적절한 유량으로 물을 채운다. 물을 채우는 동안 파이프 프루버 (20) 의 배관 (21) 의 내부에 있는 공기는 헤더부 (22) 의 에어벤트 밸브를 열어 제거한다.

3) 파이프 프루버 (20) 의 배관 (21) 의 내부에 있는 이물질이 제거될 수 있도록 D1(24) → D2(26) → D1(24)의 순서로 3~4회에 걸쳐 사방밸브 (32) 를 작동한 후 파이프 프루버 (20) 의 내부에 있는 이물질은 헤더부 (22) 를 열어 제거한다.

4) 파이프 프루버 (20) 의 헤더부 (22) 를 열어 스피어를 집어넣은 후 D1(24) → D2(26) → D1(24) 의 순서로 3~4회에 걸쳐 진행한 다음 인렛 온도와 아웃렛 온도가 안정되면 워터드로우를 실시한다.

5) 워터드로우 전에 파이프 프루버 (20) 의 배관 (21) 내부에 있는 공기는 헤더부 (22) 의 에어벤트 밸브를 열어 제거한다.

6) 바이디렉셔널 파이프 프루버의 경우 사방밸브 (32) 를 작동하여 유체의 흐름을 결정하여 스피어를 이동시키며, 유니디렉셔널 파이프 프루버의 경우 스피어 런칭 인터체인지 (sphere launching interchange) 를 이용하여 스피어를 이동시킨다.

7) 교정키트 (Proving kit, 30) 를 작동시켜 스피어를 D1 → D2 (또는 D2 → D1) 로 이동하게 하고, 교정구간에서 파이프 프루버 (20) 의 온도와 압력을 1~3회씩 기입하며, 이 때 수집되는 탱크 프루버 (1) 체적을 정확히 기입한다.

8) 교정이 끝나면 탱크 프루버 (1) 의 수집량을 정확한 위치에서 동일한 방법으로 읽을 수 있도록 한다.

9) 탱크 프루버 (1) 에 차있는 물을 뺀다. 이 때 빼는 시간은 탱크 프루버 (1) 내부에서 물줄기가 멈추고 방울로 떨어지기 시작하고부터 밸브를 닫는 시간으로 약 30 초이다.

10) 교정을 D1 → D2, D2 → D1 왕복 최소 3회 이상을 측정한다.

11) 파이프 프루버 (20) 체적은 D1 → D2, D2 → D1 왕복 최소 3회 이상 측정하여 반복도가 0.02 % 이내이면 측정 불확도를 산출하고 교정 성적서를 작성한다.

12) 만족할만한 교정 결과를 얻을 때까지 5) 내지 9) 번을 반복한다.

파이프 프루버 교정시 스피어의 사이징 및 디텍터 센서의 동작 상태가 교정 결과에 큰 영향을 끼친다.

스피어 사이징이 제대로 되지 않은 경우 베이스 볼륨이 정확하게 측정되지 않으며, 또한, 스피어 사이징이 제대로 된 경우일지라도 디텍터 센서의 동작이 원활하지 않다면 파이프 프루버의 정확한 베이스 볼륨이 측정되기 어렵다. 이처럼 파이프 프루버 교정시 스피어 사이징과 디텍터 센서의 작동유무는 파이프 프루버에서 가장 중요한 요소중 하나이다.

예를 들어 만약 스피어 사이징이 제대로 이뤄지지 않은 경우, 앞서 설명한 헤더부 (22) 에서 스피어가 이동하지 않거나, 이동을 하더라도 파이프 프로버의 완전히 밀착되지 않은 상태로 이동하여 정확한 베이스 볼륨을 측정할 수 없다. 또한, 디텍터 센서의 동작 상태가 원활하지 않은 경우, 디텍터 센서의 문제라고 단정지어 질 때까지 교정을 계속 진행해야 한다는 문제점도 있다.

또한 이와 같이 스피어 사이징 및 디텍터 센서의 동작 이상 등 문제의 원인이 확인되지 않은 상태에서 파이프 프루버 내부의 유체를 빼고, 헤더부를 열어 스피어를 꺼내어 재사이징하거나 디텍터 센서 점검을 하게 된다. 이 때문에 문제의 원인을 찾고 처리하는 시간과 비용적인 손실이 발생하게 된다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 파이프 프루버의 교정시간과 비용의 손실을 현저히 줄이는 것을 해결하려는 과제로 하고, 본 발명자들은 스피어의 위치 파악만으로 스피어 사이징 상태, 디텍터 센서의 동작 유무 상태까지 확인이 가능한 발명을 완성하기에 이르렀다.

더욱 구체적으로 설명하면, 만약, 스피어 사이징이 제대로 되지 않았다면 헤더부, 또는 베이스 볼륨 파이프의 곡관부에서 배관과 스피어에 의한 수밀이 제대로 이루어지지 않아 스피어와 배관 사이의 틈으로 누수가 발생하여 스피어가 이동하지 않을 것이며, 스피어가 배관 내부에서 찢어짐 또는 갈라짐 등에 의한 크기 수축으로 스피어가 파이프 프루버 내부의 유체 방향으로 이동을 하더라도 디텍터 센서를 동작시키지 않을 수 있다. 또한, 스피어 사이즈가 배관에 비해 큰 경우라면, 스피어 자체가 이동하지 않아 디텍터 센서 자체가 동작되지 않을 수 있다.

이처럼 스피어의 위치 파악으로 스피어 사이징 정도를 확인할 수 있다.

또한 스피어 사이징이 제대로 이루어진 경우에 디텍터 센서의 동작이 확인되지 않는다면 디텍터 센서에 이상이 있는 것으로 확정할 수 있다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 부동액과 물의 혼합액 및, 쇳가루 또는 조각자석을 스피어 내부에 집어넣고 스피어 사이징을 하는 단계; 사이징된 상기 스피어를 파이프 프루버의 헤드부에 넣고 유체를 흘리는 단계; 상기 유체의 흐름에 따라 상기 스피어가 지나가는 순서에 따라 마그네틱 센서와 디텍터 센서가 신호를 보내는 단계; 상기 마그네틱 센서의 신호와 디텍서 센서의 신호로 파이프 프루버의 이상유무를 판단하는 단계로 이루어지는 파이프 프루버의 검사방법에 대한 것이다.

또한, 본 발명은, 상기 이상유무를 판단하는 단계는 상기 스피어의 사이징의 이상유무와 상기 디텍터 센서의 고장유무를 판단하는 단계인 것을 특징으로 하는 파이프 프루버의 검사방법에 대한 것이다.

또한, 본 발명은, 상기 마그네틱 센서는 상기 파이프 프루버의 배관의 외면에 설치된 것을 특징으로 하는 파이프 프루버의 검사방법에 대한 것이다.

본 발명에 의하면, 파이프 프루버 내부를 이동하는 스피어의 위치를 파악함으로써 스피어 사이징 상태, 디텍터 센서의 동작 유무 상태까지 확인이 가능하여, 파이프 프루버의 검사가 용이하며 이후 파이프 프루버의 교정과 유지 보수에 편리하다.

또한 파이프 프루버의 교정 및 유지보수 시 시간과 비용적인 면에서도 매우 경제적이다.

도 1 은 바이디렉셔널 파이프 프루버의 배관도.
도 2 는 워터드로우법의 배관도.
도 3 은 스피어의 단면도.

본 발명은 스피어 (40) 에 자성을 부여하여 이의 움직임을 확인하기 위하여 마그네틱 센서 (M) 를 이용한다.

이를 위하여, 스피어의 (40) 내부에 수동 펌프를 이용하여 부동액과 물을 적정 비율로 혼합한 혼합액을 스피어 (40) 내부에 집어넣어 스피어 (40) 를 사이징하는데, 이 혼합액에 쇳가루 또는 조각 자석 등을 혼합하여 스피어 (40) 자체를 하나의 자화를 띠는 자성체로 만든다.

상기와 같은 방법을 통하여 스피어 (40) 는 자성체가 되기 때문에, 파이프 프루버 내부를 지날 때 마그네틱 센서 (M) 로 배관 외부에서 스피어 (40) 의 위치를 파악할 수 있다. 이 때 마그네틱 센서 (M) 는 소리나 수치로 표현한다.

상기 마그네틱 센서 (M) 는 이를 배관 외부에 고정시켜 스피어 (40) 를 감지하는 방법을 사용하나, 이와 달리 고정시키지 않고 이동식으로 마그네틱 센서 (M) 를 이용하는 방법도 가능하다.

자화된 스피어 (40) 의 일 구성을 도 3 등을 참조하여 설명한다.

스피어 (40) 는 니트릴로 구성된 구형체이고, 그 내부에는 공동이 형성되어 있다. 또한, 스피어 (40) 의 상부와 하부에는 내부 공동과 연결되는 구멍 (42) 이 형성되어 있다.

상기 구멍 (42) 을 통하여 부동액과 물을 1:1 의 비율로 혼합한 혼합액을 스피어 (40) 내부로 넣고, 이 혼합액에 쇳가루 또는 조각 자석 등을 넣는다. 쇳가루는 부동액에 섞은 다음 펌프 등을 통하여 스피어 (40) 내에 넣을 수 있고, 조각 자석은 부동액과 별도로 손으로 직접 스피어 (40) 내에 넣을 수 있다.

그 후, 스피어 (40) 의 밀봉을 통하여 상기 구멍 (42) 의 크기와 동일한 밀봉 부재 (44) 를 상기 구멍 (42) 에 끼워넣는다. 이를 통하여, 스피어 (40) 내부는 완전히 밀봉되게 된다. 상기 밀봉 부재 (44) 는 밀봉용 볼트 등을 사용할 수 있다.

이하에서는, 자화된 스피어를 사용하여 마그네틱 센서 (M) 로 파이프 프루버를 검사하는 방법에 대하여 설명한다.

도 2 에는 마그네틱 센서 (M) 가 파이프 프루버 (20) 의 배관 (21) 외면에 설치되어 있다.

파이프 프루버 (20) 를 교정하기 전 준비단계로서, 헤더부 (22) 에서 스피어 (40) 를 꺼내어 수동 펌프를 이용하여 부동액과 물을 적정 비율로 혼합한 혼합액을 스피어 (40) 의 내부에 집어 넣어 스피어 (40) 를 사이징하는데, 이와 같은 혼합액에 쇳가루 또는 조각 자석을 혼합하여 스피어 (40) 자체를 하나의 자화를 띠는 자성체로 만들어 다시 헤더부 (22) 에 집어넣어 체결한다.

그 후, 유체를 흘려 파이프 프루버 (20) 의 내부에 스피어 (40) 가 지날 때 마그네틱 센서 (M) 에서 발생되는 소리나 수치로 스피어 (40) 의 위치를 배관 외부에서 파악할 수 있다.

정상시간 내에 마그네틱 센서 (M) 로부터 신호가 없으면 스피어 사이징이 잘못되어 정상보다 크고, 디텍터 센서 (D1, D2) 는 정상적인 경우로서, 스피어 (40) 가 헤더부 (22) 에서 걸려 배관 (21) 으로 들어오지 못한 경우이고, 이럴 때에는 헤더부 (22) 를 열어 스피어 (40) 사이징을 다시 하면 된다.

정상시간 내에 마그네틱 센서 (M) 로부터 신호가 들어오고, 2 개의 디텍터 센서 중 하나에서 신호가 들어오지 않은 경우에는 스피어 사이징은 정상이고, 디텍터 센서가 고장난 경우이므로 디텍터 센서를 수리하면 된다.

정상시간 내에 마그네틱 센서 (M) 에 신호가 들어오고, 2 개의 디텍터 센서 모두에서 신호가 들어오지 않은 경우는 스피어 (40) 가 정상보다 작게 사이징되어 2 개의 디텍터 센서에 모두 센싱되지 못한 것인지, 스피어 (40) 사이징은 정상인데 2 개의 디텍터 센서가 동시에 고장난 것인지 살펴서 처리하면 된다.

상기와 같이 스피어 (40) 의 위치를 파악하면 스피어 (40) 사이징의 문제인지 디텍터 센서의 문제인지를 쉽게 파악할 수 있어, 유지 보수에 유리한 바, 시간과 인력을 줄일 수 있다.

M : 마그네틱 센서 1 : 탱크 프루버
2b : 볼륨 파이프 3b : 인렛배관
4b : 아웃렛배관 5b : 스피어
7a, 7b : 디텍터 센서 D1, D2
9a : 헤더부 9c : 사방향 밸브
10 : 기준유량계 14 : 펌프
20 : 파이프 프루버 21 : 배관
22 : 헤더부 40 : 스피어
42 : 구멍 44 : 밀봉 부재

Claims (3)

1. 부동액과 물의 혼합액 및, 쇳가루 또는 조각자석을 스피어 내부에 집어넣고 스피어 사이징을 하는 단계;
   사이징된 상기 스피어를 파이프 프루버의 헤드부에 넣고 유체를 흘리는 단계;
   상기 유체의 흐름에 따라 상기 스피어가 지나가는 순서에 따라 마그네틱 센서와 디텍터 센서가 신호를 보내는 단계;
   상기 마그네틱 센서의 신호와 디텍터 센서의 신호로 파이프 프루버의 이상유무를 판단하는 단계;
   로 이루어지는 파이프 프루버의 검사방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 이상유무를 판단하는 단계는
   상기 스피어의 사이징의 이상유무와 상기 디텍터 센서의 고장유무를 판단하는 단계
   인 것을 특징으로 하는 파이프 프루버의 검사방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 마그네틱 센서는 상기 파이프 프루버의 배관의 외면에 설치된 것을 특징으로 하는 파이프 프루버의 검사방법.

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