KR101869441B1

KR101869441B1 - 초고온고압을 이용한 배관자재 시험설비

Info

Publication number: KR101869441B1
Application number: KR1020170126441A
Authority: KR
Inventors: 김이식; 김학남
Original assignee: 주식회사 유현; 김이식; 김학남
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2018-06-20

Abstract

본 발명은 고온고압 시험 설비에 관한 것으로, 액체질소탱크에서 제2펌프를 통해 제2열교환기로 액체질소를 전달하여 기체질소로 변환하는 질소가스생산부와; 상기 질소가스생산부의 기체질소를 저장하고, 필요에 따라 메인저장부로 공급하도록 하나 이상의 가스탱크를 갖는 질소가스저장부와; 워터펌프를 통해 수돗물을 공급받아 순수물을 생산하는 순수물변환기를 갖는 순수물생산부와; 보일러시스템으로 이루어져 스팀을 생산하는 스팀생산부와; 슈퍼히터로 이루어져 상기 스팀생산부로부터 받은 스팀의 온도 및 압력을 상승시키는 가온가압부와; 상기 질소가스생산부, 순수물생산부, 스팀생산부의 질소가스, 순수물, 스팀을 각각 공급 제어하는 다수의 레귤레이터를 갖는 공급제어부와; 상기 공급제어부에 의해 공급 제어되는 질소가스, 순수물, 스팀을 통합하여 저장하는 메인탱크를 갖는 메인저장부와; 상기 메인저장부의 질소가스, 순수물, 스팀을 받아 반복적으로 가열 순환시키도록 제1펌프와, 질소가스, 순수물, 스팀의 온도를 상승시키는 제1열교환기를 갖는 가열물순환부와; 상기 메인저장부에 유체 순환 방식으로 배관 연결되며, 메인저장부의 질소가스, 순수물, 스팀을 공급하여 시험 대상인 배관자재의 성능을 실증하는 실증시험부와; 순수물생산부의 순수물 또는 상기 실증시험부를 통과한 질소가스, 순수물, 스팀을 모두 수용하는 저장하는 물탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 초고온고압을 이용한 배관자재 시험설비를 제공함으로써, 펌프, 밸브, 유량계 등 고압 배관에 쓰이는 각종 배관자재의 대해 초고온고압의 조건을 충족하는 성능 및 내구성을 추론 없이 실증으로 입증하는 효과가 있다.

Description

초고온고압을 이용한 배관자재 시험설비{Test facility for ultra-high/high-pressure equipment}

본 발명은 고온고압 시험 설비에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 초고온고압에 대해 펌프, 밸브, 유량계 등 배관에 쓰이는 각종 배관자재의 성능 및 내구성을 입증하는 초고온고압을 이용한 배관자재 시험설비에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기는 높은 온도의 유체로부터 전열벽을 통해서 낮은 온도의 유체로 열을 전달하는 장치로 가열기, 냉각기, 증발기, 응축기를 포함하며, 원하는 유체에 열을 전달하거나 반대로 열을 뺏는데 냉매가 적용된다.

이와 같이, 열매 또는 냉매가 전열벽을 통해 열을 주고 받는 성능을 테스트하는 설비로는 항공기용 가스터빈 엔진이나 인공위성이나 우주선과 같은 특별한 환경에서 사용하기 위한 열교환기는 상당히 고압과 고온의 유체가 흐르는 것을 견뎌내도록 설계되어야 하며, 상기 열교환기가 제대로 성능을 테스트하기 위한 설비는 특수한 상황에서 사용되는 열교환기보다 폭넓은 범위의 고압과 고온, 다시 말해 보다 폭넓은 한계점을 가지도록 설계되어야 한다.

이러한, 요구에 대해 특허문헌 1은 고온고압의 공기가 흐르는 제1라인과 상대적으로 온도가 낮은 공기가 흐르는 제2라인을 구성하되, 상기 제1라인 및 제2라인에 설치되는 히팅시스템에는 고온의 열 변형으로부터 결합부위가 비교적 유연하게 대처할 수 있도록 구름장치가 구성하고 히팅시스템의 계통 내에 설치되는 배관은 인코넬재질이 아닌 카본 스틸 재질로 제작하여 경제적으로도 이점을 가지는 고온고압용 열교환기의 성능 시험 설비하여 특수한 상황에서 사용되는 열교환기의 성능을 테스트하도록 일반적인 열교환기보다 높은 한계점을 가지는 고온고압 하에서도 견딜 수 있는 조건으로 설비를 제공하기 위한 기술이다.

그러나, 현재 산업계에 쓰이는 실증시험 설비의 대부분은 압력 20 ㎏/㎠ (약 20 bar) 이내, 온도 100 이내로 초고온고압을 쓰이는 산업계의 배관자재는 실증 시험 입증이 안되며, 유추하는 해석으로 결과에 대한 신뢰성은 현저히 떨어져 배관자재의 성능과 내구성에 대한 불안감이 해소되지 않은 문제점이 있다.

KR 10-2012-0024232 A

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 구조적은 변경을 통해 질소가스, 순수물, 스팀을 개별적으로 생산하여 공급함에 따라, 펌프, 밸브, 유량계 등 고압 배관에 쓰이는 각종 배관자재의 대해 초고온고압의 조건을 충족하는 성능 및 내구성을 입증하는 초고온고압을 이용한 배관자재 시험설비를 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 액체질소탱크에서 제2펌프를 통해 제2열교환기로 액체질소를 전달하여 기체질소로 변환하는 질소가스생산부와; 상기 질소가스생산부의 기체질소를 저장하고, 필요에 따라 메인저장부로 공급하도록 하나 이상의 가스탱크를 갖는 질소가스저장부와; 워터펌프를 통해 수돗물을 공급받아 순수물을 생산하는 순수물변환기를 갖는 순수물생산부와; 보일러시스템으로 이루어져 스팀을 생산하는 스팀생산부와; 슈퍼히터로 이루어져 상기 스팀생산부로부터 받은 스팀의 온도 및 압력을 상승시키는 가온가압부와; 상기 질소가스생산부, 순수물생산부, 스팀생산부의 질소가스, 순수물, 스팀을 각각 공급 제어하는 다수의 레귤레이터를 갖는 공급제어부와; 상기 공급제어부에 의해 공급 제어되는 질소가스, 순수물, 스팀을 통합하여 저장하는 메인탱크를 갖는 메인저장부와; 상기 메인저장부의 질소가스, 순수물, 스팀을 받아 반복적으로 가열 순환시키도록 제1펌프와, 질소가스, 순수물, 스팀의 온도를 상승시키는 제1열교환기를 갖는 가열물순환부와; 상기 메인저장부에 유체 순환 방식으로 배관 연결되며, 메인저장부의 질소가스, 순수물, 스팀을 공급하여 시험 대상인 배관자재의 성능을 실증하는 실증시험부와; 순수물생산부의 순수물 또는 상기 실증시험부를 통과한 질소가스, 순수물, 스팀을 모두 수용하는 저장하는 물탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 초고온고압을 이용한 배관자재 시험설비를 제공한다.

그리고, 상기 실증시험부의 후단에는 상기 공급제어부에 구비된 제3펌프를 통해 상기 실증시험부를 통과한 질소가스, 순수물, 스팀을 메인저장부로 다시 회수 공급한 후 일부 잔류된 질소가스, 순수물, 스팀의 소음 제거를 위해 배관 연결된 배출타워가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 배출타워의 후단에는 배출타워에서 배출되는 질소가스, 순수물, 스팀을 폐기 전에 임시로 저장하는 보조탱크가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 펌프, 밸브, 유량계 등 고압 배관에 쓰이는 각종 배관자재의 대해 초고온고압의 조건을 충족하는 성능 및 내구성을 추론 없이 실증으로 입증하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 초고온고압 실험 설비에서 질소가스, 순수물, 스팀을 생산하는 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 초고온고압 실험 설비에서 실질적으로 실증하는 부분의 개념도.

이하, 본 발명에 대하여 동일한 기술분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 초고온고압을 이용한 배관자재 시험설비는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 질소가스생산부(110), 순수물생산부(130) 및 스팀생산부(140)를 통해 각각 질소가스, 순수물, 스팀을 생산하여 이를 연결된 라인을 통해 펌프, 밸브, 유량계 등 배관에 쓰이는 모든 배관자재의 성능 테스트에 적합한 구조이다.
여기서, 상기 순수물은 일반적인 수돗물 또는 호수물등을 이용해서 순수를 생산하는 공정을 가지게 되는데 물 속에 이온성 물질 (Ca++, Mg++, Na+, Cl-, SO4―, SiO2- & etc) 을 micro Simens(물의전기도도 전기전도도는 전류를 운반할 수 있는 정도를 말하며, 물 중의 이온세기를 신속하게 평가할 수 있는 지표로서 전기저항의 역수(Ω-1, 전기저항단위 ohm을 거꾸로 읽어 mho로 읽는다)로 나타낸다. 국제적으로 S(Siemens) 단위가 통용되고 있다.) 단위까지 제거한 물을 말한다.
다시 말해, 바닷물이나 수돗물에는 전기가 통하는 반면 순수는 물속에 존재한 이온성 물질들이 제거되어 전기가 통하지 않아 이론상으로 순수한 수소와 산소를 결합하여 물을 생산할 경우 18.3㏁까지의 저항을 가지나 실제 반도체 산업등에서는 18.3㏁의 극 초순수를 요구하여 사용하기도 한다.
따라서, 고압 또는 임계압 보일러 등에서 순수를 요구하는 경우는 물속의 양이온인 CA, Mg 등과 음이온인 Cl-, SO4― 등과 결합하여 관내에 Scale 을 형성하고 열전도율을 나쁘게 하며, 유체가 고속으로 분출 내지는 와류가 발생할 경우 수돗물을 사용하면 SiO2- 등의 잔존 물질이 설비에 접촉되는 부분으로 침식시키는 악 영향을 주기 때문이다.

우선, 도 1에 의하면, 액체질소탱크(VS-04), 제2펌프(PP-02) 및 제2열교환기(HT-02)가 순차적으로 라인 연결된 질소가스생산부(110)로, 상기 액체질소탱크(VS-04)에서 제2펌프(PP-02)를 통해 제2열교환기(HT-02)로 액체질소를 전달하면 기체질소를 변환하여 생산한다.

이때, 후단에는 상기 질소가스생산부(110)의 기체질소를 저장하고, 필요에 따라 메인저장부(170)로 공급하도록 하나 이상의 가스탱크(VS-02,VS-23)를 갖는 질소가스저장부(120)가 라인 연결된다.

그리고, 워터펌프(PP-00)를 통해 수돗물(호수나 하천에서 취수한 물을 정화하여 상수도를 통해 나오는 물로 약간의 유기물과 다량의 무기물이 혼재된 물.)을 공급받아 순수물을 생산하는 순수물변환기(RO)를 갖는 순수물생산부(130)가 구비된다.

한편, 보일러시스템으로 이루어져 스팀을 생산하는 스팀생산부(140)가 구비되고, 그 후단에는 슈퍼히터(유체를 일정한 압력하에서 온도를 올리는 장치를 보일러라고 명하지만, 유체를 끓는점 이상으로 온도를 올려 상 변화를 만드는 장치를 과열기 또는 슈퍼히터라고 한다.)로 이루어져 상기 스팀생산부(140)로부터 받은 스팀의 온도 및 압력을 상승시키는 가온가압부(150)가 라인 연결된다.

한편, 도 2에 의하면, 상기 질소가스생산부(110), 순수물생산부(130), 스팀생산부(140)의 질소가스, 순수물, 스팀을 각각 공급 제어하는 다수의 레귤레이터를 갖는 공급제어부(160)에 라인 연결된다.

이때, 상기 공급제어부(160)의 후단에 상기 공급제어부(160)에 의해 공급 제어되는 질소가스, 순수물, 스팀을 통합하여 저장하는 메인탱크(VS-01)를 갖는 메인저장부(170)와 라인 연결된다.

상기 메인저장부(170)에 유체 순환 방식으로 배관 연결되며, 메인저장부(170)의 질소가스, 순수물, 스팀을 공급하여 시험 대상인 배관자재의 성능을 실증하는 실증시험부(190)가 구비된다.

더불어, 상기 메인저장부(170)의 질소가스, 순수물, 스팀(질소가스, 순수물, 스팀이 혼재 및 압축되어 저장된 상태의 물.)을 받아 반복적으로 가열 순환시키도록 제1펌프(PP-01)와, 상기 질소가스, 순수물, 스팀의 온도를 상승시키는 제1열교환기(HT-01)를 갖는 가열물순환부(180)가 더 구비되며, 순수물생산부(130)의 순수물 또는 상기 실증시험부(190)를 통과한 질소가스, 순수물, 스팀을 모두 수용하는 저장하는 물탱크(TK-02)를 포함한다.
여기서, 상기 제1열교환기(HT-01)에서 온도가 상승된 질소가스, 순수물, 스팀은 물의 임계 액체와 기체 두 상태를 서로 분간할 수 없는 임계상태일 때의 증기압을 가지게 된다. 이때의 온도를 임계온도라 하며, 일반적으로 기체는 임계온도 이하로 온도를 내리지 않는 한 아무리 압력을 가하여도 액화되지 않는다. 기체와 액체가 공존한다는 것은 임계온도까지만 적용할 수 있으며, 증기압력곡선 또한 임계온도까지만 그릴 수 있다. 임계온도와 임계압력 이상이 되면 물질은 기체도 액체도 아닌 유체의 형태를 지니게 되며, 이 물의 임계온도는 374℃, 물의 임계압력은 218.3atm이다.

더불어, 도 2에 도시된 바, 상기 실증시험부(190)의 후단에는 상기 공급제어부(160)에 구비된 제3펌프(PP-03)를 통해 상기 실증시험부(190)를 통과한 질소가스, 순수물, 스팀을 메인저장부(170)로 다시 회수 공급한 후 일부 잔류된 질소가스, 순수물, 스팀에서 소음 제거를 위해 배관 연결된 배출타워(SL-01)가 더 구비된다.

그리고, 상기 배출타워(SL-01)의 후단에는 배출타워(SL-01)에서 배출되는 질소가스, 순수물, 스팀을 폐기 전에 임시로 저장하는 보조탱크(TK-01)가 더 구비된다.
결국, 본 발명의 초고온고압을 이용한 배관자재 시험설비는 질소가스, 순수물, 스팀을 만들어, 제품으로 완성된 펌프, 밸브, 기타 산업현장에 쓰이는 제조설비의 배관재에 대해 요구하는 품질 기준에 맞게 제작되었는지 실증 시험을 통해 평가하는 설비로 펌프일 경우 압력, 온도, 유량, 진동, 소음, 내구성 등을 데이터를 작성하여 제품의 평가 지표로 활용하기 위해 실제 사용 제품에 대해 시험을 실시하기 위한 설비이다.

따라서, 상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 펌프, 밸브, 유량계 등 고압 배관에 쓰이는 각종 배관자재의 대해 초고온고압의 조건을 충족하는 성능 및 내구성을 추론 없이 실증으로 입증하는 효과가 있다.

이상에 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

110: 질소가스생산부
120: 질소가스저장부
130: 순수물생산부
140: 스팀생산부
150: 가온가압부
160: 공급제어부
170: 메인저장부
180: 가열물순환부
190: 실증시험부
HT-01: 제1열교환기
HT-02: 제2열교환기
RO: 순수물변환기
PP-00: 워터펌프
PP-01: 제1펌프
PP-02: 제2펌프
PP-03: 제3펌프
SL-01: 배출타워
TK-01: 보조탱크
TK-02: 물탱크
VS-01: 메인탱크
VS-02,VS-23: 가스탱크
VS-04: 액체질소탱크

Claims

액체질소탱크(VS-04)에서 제2펌프(PP-02)를 통해 제2열교환기(HT-02)로 액체질소를 전달하여 기체질소로 변환하는 질소가스생산부(110)와;
상기 질소가스생산부(110)의 기체질소를 저장하고, 필요에 따라 메인저장부(170)로 공급하도록 하나 이상의 가스탱크(VS-02,VS-23)를 갖는 질소가스저장부(120)와;
워터펌프(PP-00)를 통해 수돗물을 공급받아 순수물을 생산하는 순수물변환기(RO)를 갖는 순수물생산부(130)와;
보일러시스템으로 이루어져 스팀을 생산하는 스팀생산부(140)와;
슈퍼히터로 이루어져 상기 스팀생산부(140)로부터 받은 스팀의 온도 및 압력을 상승시키는 가온가압부(150)와;
상기 질소가스생산부(110), 순수물생산부(130), 스팀생산부(140)의 질소가스, 순수물, 스팀을 각각 공급 제어하는 다수의 레귤레이터를 갖는 공급제어부(160)와;
상기 공급제어부(160)에 의해 공급 제어되는 질소가스, 순수물, 스팀을 통합하여 저장하는 메인탱크(VS-01)를 갖는 메인저장부(170)와;
상기 메인저장부(170)의 상기 질소가스, 순수물, 스팀을 받아 반복적으로 가열 순환시키도록 제1펌프(PP-01)와, 상기 질소가스, 순수물, 스팀의 온도를 상승시키는 제1열교환기(HT-01)를 갖는 가열물순환부(180)와;
상기 메인저장부(170)에 유체 순환 방식으로 배관 연결되며, 메인저장부(170)의 상기 질소가스, 순수물, 스팀을 공급하여 시험 대상인 배관자재의 성능을 실증하는 실증시험부(190)와;
순수물생산부(130)의 순수물 또는 상기 실증시험부(190)를 통과한 상기 질소가스, 순수물, 스팀을 모두 수용하는 저장하는 물탱크(TK-02)를 포함하는 것을 특징으로 하는 초고온고압을 이용한 배관자재 시험설비.
청구항 1에 있어서,
상기 실증시험부(190)의 후단에는,
상기 공급제어부(160)에 구비된 제3펌프(PP-03)를 통해 상기 실증시험부(190)를 통과한 상기 질소가스, 순수물, 스팀을 메인저장부(170)로 다시 회수 공급한 후 일부 잔류된 질소가스, 순수물, 스팀의 소음 제거를 위해 배관 연결된 배출타워(SL-01)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 초고온고압을 이용한 배관자재 시험설비.
청구항 2에 있어서,
상기 배출타워(SL-01)의 후단에는,
배출타워(SL-01)에서 배출되는 상기 질소가스, 순수물, 스팀을 폐기 전에 임시로 저장하는 보조탱크(TK-01)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 초고온고압을 이용한 배관자재 시험설비.