KR101288343B1

KR101288343B1 - 액화천연가스의 이송배관의 표면 부착형 온도센서

Info

Publication number: KR101288343B1
Application number: KR1020110141575A
Authority: KR
Inventors: 박연구; 손창헌
Original assignee: 주식회사 대양계기
Priority date: 2011-12-23
Filing date: 2011-12-23
Publication date: 2013-07-22
Also published as: KR20130073622A

Abstract

LNG 운반선(CARRIER)의 이송배관내에 흐르는 극저온 상태의 LNG(-163℃)의 온도측정에 사용하는 액화천연가스의 이송배관의 표면 부착형 온도센서로서, LNG 이송배관의 표면에 부착, 온도를 측정하도록 하여 이송배관내에 흐르는 LNG 유동에 의한 영향을 원천적으로 방지하여 온도센서의 파단 현상 및 이차적인 비용손실을 막을 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

Description

액화천연가스의 이송배관의 표면 부착형 온도센서{ A sensor probe }

본 발명은 액화천연가스의 이송배관의 표면 부착형 온도센서에 관한 것으로, 더국 구체적으로 설명하면, 액화천연가스(이하 'LNG'라 칭함)를 이송시키는 LNG 이송배관내에 흐르는 극저온(CRYOGENIC) 상태의 LNG(-163℃)의 온도측정에 사용되며 이송배관의 표면에 부착하여 온도를 측정하도록 하여 LNG의 유동에 의한 파손이나 측정불량을 원천적으로 방지하는 것이 가능한 액화천연가스의 이송배관의 표면 부착형 온도센서에 관한 것이다.

일반적으로, 액화천연가스 (liquefied natural gas)는 천연가스를 정제하여 얻은 메탄을 냉각 액화한 것으로, 천연가스를 -163°C의 상태에서 약 600배로 압축하여 액화시킨 상태의 가스로서 정제 과정을 거쳐 순수 메탄의 성분이 매우 높고 수분의 함량이 없는 청정연료로서 이산화탄소의 배출에 대한 걱정이 없으므로 점점 그 사용량이 확대되고 있는 추세이다.

이러한 LNG를 이송하는 이송배관의 온도의 측정방식은, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래에는 표준적으로 이송배관 표면에 암나사산이 가공된 보스를 용접하고 여기를 통하여 상기 보스의 암나사산에 결합되는 숫나사가 설치되고 하부에는 보호관(Thermowell)이 설치된 온도센서가 이송배관에 직접 삽입 고정 후, 이송배관내의 LNG에 대한 온도를 측정하는 방식으로 수행되고 있다.

본 발명에서 '온도센서'라는 용어가 사용되고 있으나, 이는 기술을 간략하게 설명하기 위하여 예시적으로 사용한 것일 뿐이며, 측온저항 온도계(RTD) 또는 열전대(Thermocouple)을 의미하는 것은 당연하다고 할 것이며, 본 발명의 권리의 범위에도 당연히 포함된다고 할 것이다.

ASME PTC 19.3 TW : 2010 CODE(미국기계기술자협회에서 발행한 보호관의 설계 및 테스트 방법)에 따르면, 이송배관내 유동 조건에 따라 보호관의 형상 및 길이에 따른 파단 위험성을 계산할 수 있도록 제시하고 있다.

그러나, ASME PTC 19.3 TW : 2010 CODE에 따라 안전하게 설계를 했다 하더라도 이송배관내의 LNG의 유동은 항상 고정되어 있지 않고 변하기 때문에, 극저온환경 노출에 따른 열충격현상 및 칼만와류에 의한 공진현상 등 배관내에서 발생하는 모든 위험요인에 항상 노출되어 있으며, 이러한 위험요인에 의하여 항상 문제점이 발생되어 왔다.

특히, 최근 수년간 건조된 LNG 운반선(CARRIER)의 경우 화물창(CARGO TANK) 의 용량 확대 및 원가절감을 위한 이송배관의 직경의 축소 등으로 인해 이송배관내 유동 조건이 더욱 열악하게 바뀌고 있으며, 이러한 LNG 운반선(CARRIER)에 주로 문제가 되는 이송배관(LIQUID LINE)의 경우 배관의 직경이 600A(24인치)의 설계기준에 대하여 그 이상으로 크고, 빠른 유속의 극저온 LNG가 흐르고 있어 열충격(Thermal Shock) 및 칼만와류(Karman Voltex)에 의한 공진현상 등으로 온도센서의 보호관(Thermowell)에 대한 파단현상이 종종 발생되고 있다.

이러한 해당 이송배관은 LNG CARRIER가 입항하여 LNG 화물을 선적 및 하역할 때 필수로 사용하는 이송배관으로, 보호관의 파단현상이 발생하면 파단된 보호관 조각을 제거하기 전까지 정상적인 선적 및 하역이 불가능하며 수리를 위하여 막대한 비용이 발생되게 되고 더불어 수리 기간동안 LNG의 운송을 할 수 없으므로 2차적인 비용 손실이 추가로 발생되게 되는 문제점이 있었다.

등록특허 10-0708997

본 발명의 목적은, 배관에 직접 삽입하여 온도를 측정하는 기존의 온도센서에 대한 근본적인 문제점을 해결하기 위하여 이송배관 표면에 부착시키는 방식을 채택하여 극저온에 따른 열충격현상 및 칼만와류에 의한 공진현상등 배관내에서 일어나는 어떠한 문제점에 대해서도 관계가 없으므로 근본적인 원인을 제거 할 수 있으므로, 따라서 보호관 파단현상으로 야기되는 시간과 비용에 대한 손실이 방지되는 액화천연가스의 이송배관의 표면 부착형 온도센서를 제공하는 것이다.

본 발명의 이러한 목적은, 이송배관의 외표면에 밀착되는 측면저항 온도센서부와, 상기 측면저항 온도센서부를 상기 이송배관에 밀착시키는 마운팅 시트와, 상기 이송배관의 외표면에 밀착된 온도센서부에서 연장된 케이블이 연결된 단자함을 포함하는 본 발명에 따른 액화천연가스의 이송배관의 표면 부착형 온도센서에 의하여 달성된다.

본 발명에 따른 액화천연가스의 이송배관의 표면 부착형 온도센서는, 배관에 직접 삽입하여 온도를 측정하는 기존의 측온저항 온도계 및 열전대가 아니라 배관 표면에 부착하여 온도를 측정하는 방법으로 LNG의 극저온에 따른 열충격 현상 및 칼만와류에 의한 공진현상 등 배관내에서 일어나는 어떠한 문제점에 대해서도 관계가 없으므로 근본적인 원인을 제거할 수 있으므로, 따라서 보호관 파단현상으로 야기되는 시간과 비용에 대한 손실을 보전할 수 있는 우수한 효과가 있다.

도 1은 종래의 배관 삽입형 온도센서의 도면과 사용상태의 개념도
도 2a,2b는 본 발명의 제1 및 제2실시 예에 따른 배관 표면 부착형 온도센서의 사용상태의 개념도
도 3a,3b,3c는 본 발명의 제1실시 예에 따른 배관 표면 부착형 온도센서의 평면도 및 측온저항 온도계 및 열전대의 내부 단면도
도 4a,4b는 본 발명의 제1 및 제2실시 예에 따른 배관 표면 부착을 위한 MOUNTING SEAT의 도면
도 5a,5b는 본 발명의 제1 및 제2실시 예에 따른 배관 표면 부착형 온도센서의 단자함

본 발명의 제1실시 예에 따른 액화천연가스의 이송배관의 표면 부착형 온도센서(A)는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 이송배관(1)의 표면의 곡률에 맞게 가공된 곡률을 갖는 마운팅 시트(2,MOUNTING SEAT)의 하부 시트(21)를 이송배관(1)의 표면에 부착하고, 상기 하부 시트(21)의 센서홈(211)상에 온도센서부(3)를 배치하고, 마운팅 시트(2)의 상부 시트(22)를 고정시켜 온도센서부(3)를 이송배관(1)상에 고정시키고, 이와 같이 온도센서부(3)가 이송배관(1)상에 고정된 상태에서 단자함(4)까지 케이블(5)을 결선시켜 설치가 완료된다.

상기 이송배관(1)의 외표면상에는 보온재(10)가 피복되어 상기 이송배관(1)의 급격한 온도변화가 방지된다.

도 2a에는 마운팅 시트(2)가 이송배관(1)의 표면에 부착된 실시예가 기술되었으나, 도 2b에 도시된 바와 같이, 단자함(4)이 보스(7)상에 설치되고 온도센서부(3)가 고정되는 마운팅 시트(2)가 밴드(6)에 의하여 고정될 수도 있을 것이다.

상기 온도센서부(3)는, 도 3a에 도시된 바와 같이, 일 단부는 단자함(4)으로 연장되는 케이블(5)에 연결되고 다른 단부는 온도센서부(3)가 설치되어 있다.

상기 온도센서부(3)로는 측온저항 온도계(RTD,30) 또는 열전대(Thermocouple,30')가 사용되고 있으며, 상기 측온저항 온도계(30)의 외부 형상은, 도 3b에 도시된 바와 같이, 스테인리스 스틸(SUS316) 보호관(31)내에 백금저항소자(Element)(32)가 삽입되고 케이블(5)이 상기 백금저항소자(32)와 연결되고, 상기 보호관(31)내에 충진재(34)가 충진되어 있는 구조이다. 상기 충진재(34)는 일예로서 MgO가 사용될 수 있으며, 다른 재질도 가능하다고 할 것이다. 본 실시예에서 상기 케이블(5)의 3개의 케이블심선(51)이 1개의 백금저항소자(32)와 연결된 것이 도시되었으나, 6개의 케이블심선(51)이 사용될 경우에는 2개의 백금저항소자(32)가 연결된다고 할 것이다.

열전대(30')의 외부 형상은, 도 3c에 도시된 바와 같이, 스테인리스 스틸(SUS316) 보호관(31')의 내부에서 서로 다른 2종류의 케이블심선(51',52')의 일 단부가 접합되고 케이블(5')이 다른 단부가 연결되고, 상기 보호관(31')내에 충진재(34')가 충진되어 있는 구조이다. 상기 충진재(34')는 일예로서 MgO가 사용될 수 있으며, 다른 재질도 가능하다고 할 것이다.

이송배관(1)의 표면에 온도센서부(3)를 부착하기 위한 마운팅 시트(2)는, 도 4a에 도시된 바와 같이, 일 실시예로 설명된 마운팅 시트(2)는 하부 시트(21)와 상부 시트(22)로 구성되고, 하부 시트(21)의 저면은 이송배관(1)의 외표면의 곡률에 맞는 곡률을 갖는 만곡면(212)이 형성되고 상부에는 센서홈(211) 및 나사홈(213)이 형성되고, 상부 시트(22)는 고정볼트(221)가 고정된 덮개판(222)으로 구성되고, 상부 시트(22)와 하부 시트(21)사이에는 테프론플레이트(23)가 배치되게 되며, 상기 하부 시트(21)는 이송배관(1)의 외표면상에 용접되는 구조이다.

도 4b는 다른 실시예의 마운팅 시트(2)에 관한 것으로, 이송배관(1)상에 용접고정되는 것이 아니고, 밴드(6)에 의하여 이송배관(1)의 외표면상에 부착되는 구조이므로, 다른 구성은 동일하고, 하부 시트(21)의 양 단부상에 밴드(6)가 고정되는 고정돌출부(214)가 형성되어 있어, 밴드(6)에 의하여 이송배관(1)의 외표면상에 고정되는 구조이다(도 2b에 도시됨).

상기 단자함(4)은, 도 5a에 도시된 바와 같이, 단자함(4)의 측면에 형성된 고정구(41)에 의하여 고정시키는 것도 가능하고, 도 5b에 도시된 바와 같이, 하부에 설치된 나사관(42)에 의하여 기존의 선박의 이송배관의 보스에 고정시키는 것도 가능하다고 할 것이다.

이상과 같이 본 발명에 따른 액화천연가스의 이송배관의 표면 부착형 온도센서는 LNG 이송배관의 외표면에 온도센서부가 부착되게 되어 온도센서부가 LNG와 접촉하지 않게 되므로 LNG의 극저온에 따른 열충격 현상 및 칼만와류에 의한 공진현상 등 이송배관내에서 일어나는 LNG와의 접촉으로 인하여 야기되는 문제점들이 제거되게 되므로서, 보호관 파단 현상과 같은 문제가 발생되지 않게 되어 온도센서의 유지보수에 대한 시간과 비용이 월등하게 절감될 수가 있게 되는 것이다.

본 발명에 따른 액화천연가스의 이송배관의 표면 부착형 온도센서는 온도센서의 제조산업에서 동일한 제품을 반복적으로 제조하는 것이 가능하다고 할 것이므로 산업상 이용 가능성이 있는 발명이라고 할 것이다.

1. 이송배관 2. 마운팅 시트
3. 온도센서부 4. 단자함
5. 케이블 21. 하부시트
22. 상부시트

Claims

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액화천연가스의 이송배관의 표면 부착형 온도센서(A)에 있어서,
상기 액화천연가스의 이송배관의 표면 부착형 온도센서(A)는, 이송배관(1)의 표면의 곡률에 맞게 가공된 곡률을 갖는 마운팅 시트(2,MOUNTING SEAT)의 하부 시트(21)를 이송배관(1)의 표면에 부착하고,
상기 하부 시트(21)의 센서홈(211)상에 온도센서부(3)를 배치하고,
마운팅 시트(2)의 상부 시트(22)를 고정시켜 온도센서부(3)를 이송배관(1)상에 고정시키고,
상기 온도센서부(3)가 이송배관(1)의 외표면상에 고정된 상태에서 단자함(4)까지 케이블(5)을 결선시켜 설치가 완료되고,
상기 온도센서부(3)는 측온저항 온도계(RTD,30)가 사용되고,
상기 측온저항 온도계(30)는, 스테인리스 스틸의 보호관(31)내에 백금저항소자(Element)(32)가 삽입되고 케이블(5)이 상기 백금저항소자(32)와 연결되고, 상기 보호관(31)내에 충진재(34)가 충진된 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 이송배관의 표면 부착형 온도센서
액화천연가스의 이송배관의 표면 부착형 온도센서(A)에 있어서,
상기 액화천연가스의 이송배관의 표면 부착형 온도센서(A)는, 이송배관(1)의 표면의 곡률에 맞게 가공된 곡률을 갖는 마운팅 시트(2,MOUNTING SEAT)의 하부 시트(21)를 이송배관(1)의 표면에 부착하고,
상기 하부 시트(21)의 센서홈(211)상에 온도센서부(3)를 배치하고,
마운팅 시트(2)의 상부 시트(22)를 고정시켜 온도센서부(3)를 이송배관(1)상에 고정시키고,
상기 온도센서부(3)가 이송배관(1)의 외표면상에 고정된 상태에서 단자함(4)까지 케이블(5)을 결선시켜 설치가 완료되고,
상기 마운팅 시트(2)는, 하부 시트(21)와 상부 시트(22)로 구성되고,
상기 하부 시트(21)의 저면은 이송배관(1)의 외표면의 곡률에 맞는 곡률을 갖는 만곡면(212)이 형성되고 상부에는 센서홈(211) 및 나사홈(213)이 형성되고,
상부 시트(22)는 고정볼트(221)가 고정된 덮개판(222)으로 구성되고,
상부 시트(22)와 하부 시트(21)사이에는 테프론플레이트(23)가 배치되게 되며, 상기 하부 시트(21)는 이송배관(1)의 외표면상에 용접되거나,
상기 하부 시트(21)의 양 단부상에 밴드(6)가 고정되는 고정돌출부(214)가 형성되어 있어, 밴드(6)에 의하여 이송배관(1)의 외표면상에 고정되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 이송배관의 표면 부착형 온도센서
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