KR101664314B1 - 밸브 누출 감시 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제1이송관과 제2이송관 사이에 접속되어 제1이송관과 제2이송관 사이로 유체가 이동되는 유로를 개폐하는 밸브를 갖는 배관 조립체의 유체 누출을 감시하는 밸브 누출 감시 시스템에 관한 것으로서, 광을 출사하는 광원과, 밸브와 제1이송관의 결합부분과, 밸브와 제2이송관의 결합부분 중 적어도 하나의 누출감시영역에 설치되는 광섬유센서와, 광원에서 출사되는 광을 제1출력단을 통해 광섬유센서로 전송하고, 광섬유센서로부터 역으로 진행하여 제1출력단을 통해 수신된 광을 제2출력단을 통해 출력하는 광써큘레이터와, 제2출력단을 통해 출력되는 광을 검출하는 광검출기와, 광원의 구동을 제어하고, 광검출기의 출력신호로부터 밸브 외부로의 유체의 유출 유무를 검출 및 처리하는 검출 유니트를 구비한다.

Description

밸브 누출 감시 시스템{system for detecting leakage of valve}
본 발명은 밸브 누출 감시 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 광섬유센서를 적용하여 밸브의 결합부분을 통해 유체가 누출되는 것을 감시하는 밸브 누출 감시 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 유체를 이송하는 배관에는 필요시 유체의 공급을 차단하기 위한 밸브가 설치되어 사용된다.
특히, 부식성 가스, 용액 또는 가연성 가스 등의 유체를 취급하는 석유화학플랜트에서 배관을 통해 이송되는 유체가 외부로 누출시 안전상의 문제를 야기할 수 있다.
발전소의 경우 밸브의 누출이 심하면 발전소의 운전정지로 이어질 수 있고, 특히 원자력 발전소에서는 밸브에서 유체가 누출되면 방사선 물질의 유출 또는 오염 등 심각한 문제를 유발할 수도 있다.
따라서, 밸브 결합부분에서 유체의 누출을 검출하는 것이 필요하고, 국내 등록특허 제10-1409487호에 밸브 누출 감지 시스템이 게시되어 있다.
그런데 상기 밸브 누출 감지 시스템은 유체의 농도를 측정하여 밸브의 누출을 판단하는 방식으로 미세한 누출에 의해 농도 차이가 크지 않는 경우 누출이 측정되지 않을 수 있다.
또한, 유체가 흐르는 상태에서만 농도 변화를 측정할 수 있기 때문에 유체이동이 차단되게 밸브를 작동시킨 상태에서 유체가 잔류하는 측으로부터 누출이 발생하는 경우 이를 검출할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 누출되는 유체와의 접촉에 의한 온도 변화를 감지하여 유체의 유출 여부를 검출할 수 있으며, 다수의 센싱 영역들에 대해 직렬접속이 가능한 밸브 누출 감시 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 밸브 누출 감시 시스템은 제1이송관과 제2이송관 사이에 접속되어 상기 제1이송관과 상기 제2이송관 사이로 유체가 이동되는 유로를 개폐하는 밸브를 갖는 배관 조립체의 유체 누출을 감지하기 위한 것으로서, 광을 출사하는 광원과; 상기 밸브와 상기 제1이송관의 결합부분과, 상기 밸브와 상기 제2이송관의 결합부분 중 적어도 하나의 누출감시영역에 설치되는 광섬유센서와; 상기 광원에서 출사되는 광을 제1출력단을 통해 상기 광섬유센서로 전송하고, 상기 광섬유센서로부터 역으로 진행하여 상기 제1출력단을 통해 수신된 광을 제2출력단을 통해 출력하는 광써큘레이터와; 상기 제2출력단을 통해 출력되는 광을 검출하는 광검출기와; 상기 광원의 구동을 제어하고, 상기 광검출기의 출력신호로부터 상기 밸브 외부로의 유체의 유출 유무를 검출 및 처리하는 검출 유니트;를 구비한다.
상기 광섬유센서는 광섬유에 격자가 새겨진 준분포형 센서인 광섬유 격자 또는 분포형 센서인 OTDR/A(Optical Time Domain Reflectometer/Aanalysis)가 적용될 수 있다. 상기 검출 유니트는 상기 광검출기로부터 출력되는 신호로부터 상기 광섬유센서가 설치된 영역의 온도를 산출하고, 산출된 온도가 상기 유체와의 접촉에 대응되게 설정된 접촉온도범위 내에 속하면 유체누출로 판단처리한다.
상기 제1이송관은 제1외경을 갖는 제1메인관부분과, 상기 제1메인관부분의 종단에서 외경이 확장되게 형성된 제1관플랜지부분을 갖는 구조로 형성되어 있고, 상기 밸브는 상기 제1관플랜지부분과 밀착결합되는 제1밸브플랜지부분을 구비하고, 상기 광섬유센서는 상기 제1관플랜지부분과 상기 제1밸브플랜지 부분을 실링되게 링형태로 삽입된 제1실링용 링 보다 외경이 확장된 위치에 장착될 수 있다.
또한, 상기 제2이송관은 제2외경을 갖는 제2메인관부분과, 상기 제2메인관부분의 종단에서 외경이 확장되게 형성된 제2관플랜지부분을 갖는 구조로 형성되어 있고, 상기 밸브는 상기 제2관플랜지부분과 밀착결합되는 제2밸브플랜지부분을 구비하고, 상기 광섬유센서는 상기 제2관플랜지부분과 상기 제2밸브플랜지 부분을 실링되게 링형태로 삽입된 제2실링용 링 보다 외경이 확장된 위치에 장착된다.
상기 광섬유센서는 상기 제1관플랜지부분과 상기 제1밸브플랜지 부분으로부터 상기 제2관플랜지부분과 상기 제2밸브플랜지 부분까지 직렬상으로 연장되게 설치된다.
더윽 바람직하게는 상기 광섬유센서는 상기 밸브의 유로를 개폐조작할 수 있도록 된 핸들과의 사이의 몸체 접합영역에도 유체의 누출을 검출할 수 있게 연장되게 설치된다.
또한, 상기 제1관플랜지부분과 상기 제1밸브플랜지 부분의 상호 대향되는 면 중 적어도 한측에 원주방향을 따라 상기 광섬유센서가 수용될 수 있는 반원형 수용홈이 형성되어 있고, 상기 수용홈에는 단열소재로 형성된 단열층이 형성되어 있고, 상기 광섬유 센서는 상기 단열층 내에 일부가 장착된다.
본 발명에 따른 밸브 누출 감시 시스템에 의하면, 광섬유센서를 적용함으로써 감시대상영역들에 대해 직렬 연장이 가능한 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 밸브 누출 감시 시스템이 배관 조립체에 설치된 상태를 나타내 보인 도면이고,
도 2는 도 1의 제1밸브 플랜지부분을 분리하여 광섬유센서가 설치된 상태를 개략적으로 나타내 보인 도면이고,
도 3은 도 1의 제1밸브 플랜지부분의 단면도이고,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1밸브 플랜지 부분의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 밸브 누출 감시 시스템을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 밸브 누출 감시 시스템이 배관 조립체에 설치된 상태를 나타내 보인 도면이고, 도 2는 도 1의 제1밸브 플랜지부분을 분리하여 광섬유센서가 설치된 상태를 개략적으로 나타내 보인 도면이고, 도 3은 도 1의 제1밸브 플랜지부분의 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 밸브 누출 감시 시스템(100)은 광원(110), 광써큘레이터(120), 광섬유센서(130), 광검출기(150), 검출 유니트(160)를 구비한다.
밸브 누출 감시 시스템(100)의 광섬유센서(130)가 장착되는 배관 조립체는 제1이송관(10)과 제2이송관(120) 사이에 밸브(30)가 접속되어 제1이송관(10)과 제2이송관(20) 사이로 유체가 이동되는 유로를 개폐할 수 있도록 되어 있다.
제1이송관(10)은 제1외경을 갖는 제1메인관부분(11)과, 제1메인관부분(11)의 종단에서 외경이 확장되게 형성된 제1관플랜지부분(12)을 갖는 구조로 형성되어 있다.
제1이송관(10)의 제1관플랜지부분(12)은 밸브(30)의 제1밸브플랜지부분(31)과 결합부재인 볼트 및 너트에 의해 결합되어 있다.
제2이송관(20)도 제2외경을 갖는 제2메인관부분(21)과, 제2메인관부분(21)의 종단에서 외경이 확장되게 형성된 제2관플랜지부분(22)을 갖는 구조로 형성되어 있다.
제2이송관(20)의 제2관플랜지부분(22)은 밸브(30)의 제2밸브플랜지부분(32)과 결합부재인 볼트 및 너트에 의해 결합되어 있다.
밸브(30)는 핸들(35)의 회전조작에 의해 몸체(30a) 내부의 유로를 개방 또는 차단할 수 있는 통상의 구조로 되어 있다.
밸브(30)는 일측에 내부의 유로와 연통되게 형성되며 외경이 확장되는 방향으로 연장된 제1밸브플랜지부분(31)과, 타측에 내부의 유로와 연통되게 형성되며 외경이 확정되는 방향으로 연장된 제2밸브플랜지부분(32)을 갖는 구조로 되어 있다.
또한, 밸브(30)는 몸체(30a)의 상부측에 형성된 제1몸체플랜지부분(33)과, 제1몸체플랜지부분(33)과 볼트 및 너트에 의해 결합되는 제2몸체 플랜지부분(34)을 갖으며, 핸들(35)은 제2몸체 플랜지 부분(34)을 통해 외부로 노출되게 마련되어 있다.
이러한 배관조립체에서 상호 대향되어 밀착되게 결합되는 제1관플랜지부분(12)과 제1밸브플랜지부분(31)의 대향면(31a) 사이 및 제2관플랜지부분(22)과 제1밸브플랜지부분(32)의 대향면 사이에는 실링용 시트가 삽입되어 결합되거나 실링용 링이 삽입되어 결합된다.
광원(110)은 광을 출사한다.
광써큘레이터(120)는 광원(110)으로부터 출사되어 입력단(121)을 통해 수신된 광을 제1출력단(122)을 통해 광섬유센서(130)로 전송하고, 광섬유센서(130)로부터 역으로 진행되어 제1출력단(122)을 통해 수신된 광을 제1출력단(122)과 다른 위치에 마련된 제2출력단(123)을 통해 출력한다.
광섬유센서(130)는 밸브(30)와 제1이송관(10)의 결합부분 또는 밸브(30)와 제2이송관(20)의 결합부분 중 적어도 하나의 누출감시영역에 설치된다.
도시된 예에서 누출감시영역으로 제1관플랜지부분(12)과 제1밸브플랜지부분(31) 사이, 제2관플랜지부분(22)과 제1밸브플랜지부분(32) 사이 및 제1몸체플랜지부분(33)과 제2몸체플랜지부분(34) 사이에 광섬유센서(130)가 설치되어 있다.
광섬유센서(130)는 광섬유(131)에 격자(132)가 새겨진 광섬유 격자가 적용되어 있다.
이와는 다르게 광섬유센서(130)는 광섬유로만 적용될 수 있고, 이 경우 후술되는 광검출기(150)는 역으로 진행되는 라만 산란광, 브릴루앙 산란광, 레일레이 산란광 중 적어도 하나를 검출할 수 있도록 구축되면 된다.
도시된 예에서 광섬유센서(130)는 제1이송관(10)의 제1관플랜지부분(12)과 밀착결합되는 제1밸브플랜지부분(31)에 삽입된 제1실링용 링(37) 보다 외경이 확장된 위치상에 표면으로부터 내측으로 인입되게 형성된 수용홈(41) 내에 원주방향을 따라 장착되어 있다.
마찬가지로 광섬유센서(130)는 제2관플랜지부분(22)과 제2밸브플랜지 부분(32)을 실링되게 링형태로 삽입된 제2실링용 링(38) 보다 외경이 확장된 위치에 형성된 수용홈(42)에 장착되어 있다.
또한, 광섬유센서(130)는 앞서 설명된 바와 같이 밸브(30)의 유로를 개폐조작할 수 있도록 된 핸들(35)과의 사이의 몸체(30a) 접합영역인 제1몸체플랜지부분(33)과 제2몸체 플랜지부분(34) 사이에도 앞서 설명된 방식으로 유체의 누출을 검출할 수 있게 실링용 링(39)보다 외경이 확장되는 방향에 형성된 수용홈(39) 내에 장착되면 된다.
바람직하게는 수용홈(37)(38)(39)은 반원형으로 형성되고, 수용홈(37)(38)(39)에는 단열소재로 형성된 단열층(45)이 형성된 것이 적용된다. 광섬유 센서(130)는 단열층(45) 내에 접착제로 접착시켜 장착하면 된다. 이 경우 광섬유센서(130)는 단열층(45)으로부터의 열전달은 억제되고, 광섬유센서(130)가 일부 노출된 감시영역을 통해 유체가 유출시 유체가 접촉되는 부분은 유체의 열에 바로 감응할 수 있다.
한편 도시된 예와 다르게 제1 및 제2관플랜지부분(12)(22) 및 제2몸체 플랜지 부분(34)에 앞서 설명된 수용홈이 형성되어 광섬유센서가 장착되게 할 수 있음은 물론이다.
여기서, 광섬유센서(30)는 단일 선으로 직렬상으로 연장되게 설치된다. 즉, 광섬유센서(130)는 제1관플랜지부분(12)과 제1밸브플랜지 부분(31)을 원주방향을 따라 설치한 다음 제2관플랜지부분(22)과 제2밸브플랜지 부분(32)을 경유하여 제1몸체플랜지부분(33)과 제2몸체 플랜지부분(34) 사이까지 직렬상으로 연장되게 설치하면 된다.
또한, 도시된 예와 다르게 도 4에 도시된 바와 같이 실링용 링(37)(38)(39)이 수용되는 실링홈(48) 내에 실링용 링(37)(38)(39)보다 외측에 광섬유센서(130)를 장착해도 된다.
광섬유센서(130)는 접착제 등 적절한 고정수단을 이용하여 장착위치에 설치하면 된다.
광검출기(150)는 광써큘레이터(120)의 제2출력단(123)을 통해 출력되는 광을 검출한다.
광검출기(150)는 검출된 광에 대응되는 전기적 신호를 출력한다.
검출 유니트(160)는 광원(110)의 구동을 제어하고, 광검출기(150)의 출력신호로부터 밸브(30) 외부로의 유체의 유출 유무를 검출 및 처리한다.
검출 유니트(160)는 누출산출부(161), 표시부(163) 및 통신부(165)를 구비한다.
누출 산출부(161)는 광원(110)의 구동을 제어하고, 광원(110)으로부터 출사된 광에 대응하여 광검출기(150)로부터 출력되는 신호를 이용하여 광섬유센서(130)가 설치된 감시대상 영영 각각의 온도를 산출하고, 산출된 온도가 유체와의 접촉에 대응되게 설정된 접촉온도범위 내에 속하면 유체누출로 판단처리한다.
여기서, 유체의 온도는 미리 누출 산출부(161)에 기록되어 있다.
따라서 누출 산출부(161)에서 광섬유센서(130)로부터 역으로 진행되어 광검출기(150)로부터 수신된 광의 파장천이 또는 세기 변화등으로부터 온도를 산출하는 방식은 공지되어 있어 상세한 설명은 생략한다.
또한, 누출산출부(161)는 유체 누출로 판단되는 경우 표시부(163)를 통해 알람정보를 표시하고, 통신부(165)를 통해 설정된 통신주소로 누출알람정보를 전송한다.
누출산출부(161)에서 유체 누출로 판단된 경우 도시된 예와 다른 방식으로 알람 또는 메시지를 전송하도록 구축될 수 있음은 물론이다.
한편, 본 시스템은 상온보다는 높은 온도로 관리되는 유체에 대해 누출여부를 검출하도록 적용하면 된다.
이상에서 설명된 밸브 누출 감시 시스템에 의하면, 광섬유센서를 감시대상영역들에 대해 직렬상으로 접속되게 구축할 수 있어, 하나의 광원(110) 및 광검출기(150)를 이용하여 다수의 감시영역들을 감시할 수 있는 장점을 제공한다.
10: 제1이송관 20: 제2이송관
30: 밸브 35: 핸들
110: 광원 120: 광써큘레이터
130: 광섬유센서 150: 광검출기
160: 검출 유니트

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  7. 제1이송관과 제2이송관 사이에 접속되어 상기 제1이송관과 상기 제2이송관 사이로 유체가 이동되는 유로를 개폐하는 밸브를 갖는 배관 조립체의 유체 누출을 감지하기 위한 것으로서,
    광을 출사하는 광원과;
    상기 밸브와 상기 제1이송관의 결합부분과, 상기 밸브와 상기 제2이송관의 결합부분 중 적어도 하나의 누출감시영역에 설치되는 광섬유센서와;
    상기 광원에서 출사되는 광을 제1출력단을 통해 상기 광섬유센서로 전송하고, 상기 광섬유센서로부터 역으로 진행하여 상기 제1출력단을 통해 수신된 광을 제2출력단을 통해 출력하는 광써큘레이터와;
    상기 제2출력단을 통해 출력되는 광을 검출하는 광검출기와;
    상기 광원의 구동을 제어하고, 상기 광검출기의 출력신호로부터 상기 밸브 외부로의 유체의 유출 유무를 검출 및 처리하는 검출 유니트;를 구비하고,
    상기 광섬유센서는 광섬유에 격자가 새겨진 광섬유 격자가 적용되고, 상기 검출 유니트는 상기 광검출기로부터 출력되는 신호로부터 상기 광섬유센서가 설치된 영역의 온도를 산출하고, 산출된 온도가 상기 유체와의 접촉에 대응되게 설정된 접촉온도범위 내에 속하면 유체누출로 판단처리하며,
    상기 제1이송관은 제1외경을 갖는 제1메인관부분과, 상기 제1메인관부분의 종단에서 외경이 확장되게 형성된 제1관플랜지부분을 갖는 구조로 형성되어 있고,
    상기 밸브는 상기 제1관플랜지부분과 밀착결합되는 제1밸브플랜지부분을 구비하고,
    상기 광섬유센서는 상기 제1관플랜지부분과 상기 제1밸브플랜지 부분을 실링되게 링형태로 삽입된 제1실링용 링 보다 외경이 확장된 위치에 장착되어 있고,
    상기 제1관플랜지부분과 상기 제1밸브플랜지 부분의 상호 대향되는 면 중 적어도 한측에 원주방향을 따라 상기 광섬유센서가 수용될 수 있는 반원형 수용홈이 형성되어 있고, 상기 수용홈에는 단열소재로 형성된 단열층이 형성되어 있고, 상기 광섬유 센서는 상기 단열층 내에 일부가 장착된 것을 특징으로 하는 밸브 누출 감시 시스템.
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