KR102663766B1 - 공정 액체/증기 인터페이스의 부식을 방지하도록 구성된 밸브 시스템 - Google Patents
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Abstract
부식성 공정 액체의 유동을 제어하는 한편 공정 액체의 액체/증기 인터페이스로 인한 부식을 방지하는 밸브 시스템은, 공정 액체가 밸브로부터 퍼지 포트를 통해 퍼지 라인의 수직 세그먼트로 유동하게 한다. 밸브 초기화 동안, 퍼지 라인 내부의 비-반응성 가스 배압이 제어되어, 초음파일 수 있는 인터페이스 레벨 센서에 의해 결정된 대로 수직 세그먼트 내부에 원하는 위치로 액체/증기 인터페이스를 수립한다. 수직 세그먼트는 액체/증기 인터페이스와의 접촉을 견딜 수 있는 재료로 구성되거나 그 재료로 라이닝된다. 밸브 작동 동안 비-반응성 가스 압력은 계속 조절되거나 퍼지 밸브를 닫아 퍼지 라인 내에 고정된 양의 비-반응성 가스를 가둘 수 있다. 밸브는 용융된 공정 액체가 밸브 내에서 고화되는 것을 방지하도록 구성된 히터를 포함할 수 있다.
Description
본 출원은 2021년 9월 27일에 출원된 미국 특허 출원 번호 17/485,666의 이익을 주장하며, 이 출원은 모든 목적을 위해 그 전체 내용이 인용에 의해 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 밸브에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 부식성 액체/증기 인터페이스를 가진 액체의 유동을 제어하는데 사용되는 밸브에 관한 것이다.
일부 공정(process) 밸브들은 부식성 액체의 유동을 제어하기 위해 필요하다. 용융염(molten salt)은 그러한 물질의 한 예이고, 집광형 태양열 발전(CSP) 산업 및 토륨계 원자력 산업을 포함한 여러 산업들의 공정에서 그 중요성이 점점 더 커지고 있다. 예를 들어, 일부 CSP 플랜트에서, 태양열은 열용량이 높은 용융염의 유동으로 집중되어, 공정 제어 시스템에서 순환된다. 열은 용융염으로부터 전달되어 증기를 생성하고, 이는 다시 전기를 생산하는 데 사용된다.
더 높은 운영 효율성을 위해 시스템을 최적화하기 위해, 다양한 특성을 지닌 다양한 유형의 염들이 사용된다. 이러한 염들은 액체 상태에서 부식성이 매우 강하다. 또한, 일부 용융염은 일반적으로 고온에서 기화하여 액체 염 수준보다 더 높은 염 증기 또는 가스를 생성한다. 염 증기 또는 가스는 부식성이 매우 높을 수도 있다.
많은 경우, 밸브 외부로 부식성 액체의 누출은 극히 미량이라도 허용되지 않는 것으로 간주된다. 이러한 경우, 벨로우즈(bellows) 씰(seal) 밸브가 종종 사용된다. 도 1의 단면도를 참조하면, 벨로우즈 씰 밸브는 아코디언형 벨로우즈(100)를 포함한다. 벨로우즈(100)의 일단(102)은 밸브 스템(104)에 용접되거나 부착된다. 벨로우즈(100)의 타단(106)은 밸브 보닛(bonnet)(109)에 고정되거나 부착되는 부품(108)에 용접된다. 밸브를 작동시킬 때, 밸브 스템(104)은 선형 밸브 행정(stroke)으로 이동되어 밸브 시트(112)에 대한 밸브 플러그(110)의 위치를 제어한다. 밸브 행정 동안, 벨로우즈(100)는 슬라이딩 밸브 스템(104)의 선형 운동을 따라 압축되거나 팽창한다.
벨로우즈(100)는 각각의 단부(102,106)에 정적(static) 씰을 갖고, 밸브 스템(104)의 둘레가 벨로우즈(100)로 덮여 있으므로, 밸브 내부의 공정 액체와 외부 대기 사이에 금속 장벽이 제공되어 밸브 스템(104)에서 누출이 방지된다. 도 1의 예에서, 공정 액체는 벨로우즈(100)의 외부에 있고, 대기는 벨로우즈(100)의 내부에 있다. 다른 벨로우즈 밸브의 경우, 공정 액체는 벨로우즈(100)의 내부에 있고, 대기는 벨로우즈(100)의 외부에 있다. 공정 액체에 의해 일반적으로 채워지는 상당한 내부 볼륨이 있다는 것은 벨로우즈 밸브의 설계에 본질적이다. 특히, 공정 액체는 일반적으로 그 전체 길이를 따라 벨로우즈(100)의 내부 또는 외부 표면과 접촉한다.
용융염을 포함한 일부 부식성 액체의 경우, 액체/증기 인터페이스의 환경은 별도로 고려할 때 액체나 증기보다 훨씬 더 부식성이 강한 것으로 관찰되었다. 따라서, 용융염과 같은 부식성 액체를 견딜 수 있을 만큼 충분한 내식성을 갖고 액체에 의해 생성된 부식성 증기와의 접촉도 견딜 수 있는 재료는, 그럼에도 불구하고 액체/증기 인터페이스의 부식성을 견디기에는 부적절할 수 있다. 많은 경우, 액체/증기 인터페이스에 저항력이 있는 재료로 밸브 전체를 구성하거나, 심지어 부식성 액체 및/또는 그 증기와 잠재적으로 접촉할 수 있는 밸브의 모든 표면들을 액체/증기 저항성 재료로 라이닝하는 것은 기계적으로 불가능하거나 비용이 너무 많이 든다.
그러므로, 부식성 액체 및/또는 그 증기와 잠재적으로 접촉할 수도 있는 밸브 시스템의 모든 부분들이 액체/증기 인터페이스에 의한 부식에 강한 재료로 구성되거나 그 재료로 라이닝될 필요가 없이, 부식성 액체/증기 인터페이스와의 접촉으로 인한 부식 또는 손상을 방지하도록 구성된 밸브 시스템이 필요하다.
본 발명은 공정 액체의 부식성 액체/증기 인터페이스와의 접촉으로 인한 부식 또는 손상을 방지하면서 부식성 공정 액체의 유동을 제어하도록 구성되고, 부식성 액체 및/또는 그 증기와 잠재적으로 접촉할 수도 있는 밸브의 모든 부분들이 액체/증기 인터페이스에 의한 부식에 견딜 수 있는 물질로부터 제조되거나 그 물질로 라이닝될 필요가 없는, 밸브 및 관련 부식 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
실시예들에서, 밸브는 벨로우즈 밸브이다.
본 발명에 따르면, 밸브는 일반적으로 부식성 공정 액체로 채워지는 밸브의 내부 공정 액체 볼륨(volume)과 부식 제어 시스템의 일부인 퍼지 라인 사이의 액체 연통을 가능하게 하는 "퍼지 포트(purge port)"를 포함한다. 밸브의 정상 작동 동안, 질소 가스와 같은 비-반응성 가스의 배압(backpressure)이 퍼지 라인 내에 설정되어, 공정 액체가 퍼지 라인의 수직 세그먼트로 들어가지만, 비-반응성 가스의 배압에 의해 수직 세그먼트를 넘어 유동하는 것은 방지된다.
부식 제어 시스템은 수직 세그먼트 내의 액체/증기 인터페이스 레벨을 감지할 수 있는 인터페이스 레벨 센서를 더 포함한다. 실시예들에서, 인터페이스 레벨 센서는 초음파 센서이다. 다양한 실시예들에서, 부식 제어 시스템은 비-반응성 가스 공급원 및 수직 세그먼트 내의 비-반응성 가스의 배압을 제어할 수 있는 압력 조절기를 더 포함한다. 또한, 실시예들은 수직 세그먼트 내부에 액체/증기 인터페이스를 수립 및 유지하도록 구성된 제어기를 포함한다.
개시된 방법의 실시예들에 따르면, 밸브가 처음 작동될 때, 밸브는 초기에 비-반응성 가스로 채워지고 가압된다. 그런 다음, 공정 액체가 밸브의 입구에 적용되고, 비-반응성 가스의 압력이 서서히 낮아져서 부식성 공정 액체가 밸브의 내부 공정 액체 볼륨에 유입된 후, 퍼지 포트를 통해 퍼지 라인으로 들어간다. 부식성 공정 액체가 퍼지 라인의 수직 세그먼트에 들어가면, 인터페이스 레벨 센서에 의해 결정되는 바와 같이, 부식성 공정 액체의 액체/증기 인터페이스가 수직 세그먼트 내부의 원하는 높이에서 안정화되게 하는 배압에 도달할 때까지 비-반응성 가스의 압력이 조정된다. 본 발명에 따르면, 그후 액체/증기 인터페이스는 밸브의 작동 동안 수직 세그먼트 내부에 유지된다.
일부 실시예들에서, 예컨대, 컨트롤러가 인터페이스 레벨 센서에 의해 이루어진 액체/증기 인터페이스 레벨 측정에 따라 배압 조절기를 주기적으로 또는 연속적으로 조정하게 함으로써, 비-반응성 가스 배압의 조절으 밸브의 작동 동안 계속된다. 다른 실시예들에서, 적절한 비-반응성 가스 배압이 퍼지 라인 내에 설정되면, 수직 세그먼트의 하류에 위치된 퍼지 밸브가 닫혀서, 고정된 양의 비-반응성 가스가 퍼지 밸브와 수직 세그먼트 내부의 액체/증기 인터페이스 사이의 퍼지 라인의 고정된 볼륨 내부에 둘러싸인 상태로 유지된다. 실시예들에서, 예를 들어, 공정 액체의 온도 또는 유속 변동으로 인해 부식성 공정 액체의 액체 압력이 변동하는 경우, 이것은 고정된 볼륨 내부의 반응성 가스가 압축되거나 팽창이 허용되기 때문에 수직 세그먼트 내부의 액체/증기 인터페이스 레벨의 작은 이동에 의해 수용된다.
본 발명에 따르면, 수직 세그먼트는 액체/증기 인터페이스와의 접촉으로 인해 부식에 강한 재료로 만들어지거나 그 재료로 라이닝된자. 그 예들은 부식 방지 텅스텐 라이너(liner), 텅스텐 카바이드 열 스프레이 코팅 등이 있다. 밸브의 임의의 부분 또는 퍼지 라인의 임의의 다른 부분을 공정 액체의 액체/증기 인터페이스에 의한 부식에 강한 재료로부터 구성되거나 덮여질 필요 없이, 부식 방지 수직 세그먼트 내부에 액체/증기 인터페이스를 유지함으로써, 밸브 시스템과 부식성 공정 액체의 액체/증기 인터페이스 사이의 접촉으로 인한 부식 및 손상이 방지된다.
실시예들에서, 밸브는 밸브를 가열하여 정상 작동 동안 용융염과 같은 용융된 공정 물질을 밸브 내부의 액체로서 유지하도록 구성된 히터를 더 포함한다. 실시예들에서, 히터는 예를 들어, 공정 중단으로 인해 공정 물질이 밸브 내부에서 냉각되어 응고되는 경우, 필요한 경우 공정 물질을 다시 녹이는데 사용될 수도 있다.
이어지는 논의의 대부분은 밸브가 벨로우즈 밸브이고 밸브 내부의 공정 액체가 벨로우즈의 외부 측면과 접촉하는 용융염인 예시적인 실시예들에 관한 것이다. 그러나, 당업자는 공정 액체가 벨로우즈의 내부에 존재하는 벨로우즈 밸브를 포함하고, 벨로우즈 밸브가 아닌 밸브를 포함하여, 부식성 공정 액체를 제어하는 사실상 모든 유형의 밸브 시스템에 본 발명의 원리를 쉽게 적용할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명은 용융염의 유동을 제어하는 시스템에 국한되지 않고, 별도로 고려될 때 액체 또는 증기보다 더 부식성이 강한 액체/증기 인터페이스를 가진 부식성 액체의 유동을 제어하는 모든 밸브 시스템으로 확장된다는 것도 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 하나의 일반적인 측면은 부식성 공정 액체의 유동을 제어하도록 구성된 밸브 시스템이고, 공정 액체의 액체/증기 인터페이스는 별도로 고려할 때 공정 액체 또는 그 증기보다 부식성이 더 강하다. 밸브 시스템은 밸브 작동 동안 일반적으로 공정 액체로 채워지는 내부 공정 액체 볼륨을 가진 밸브, 밸브 내에 제공되고 내부 공정 액체 볼륨과 외부 퍼지 라인 사이의 유체 연통을 가능하게 하는 퍼지 포트, 퍼지 라인 내에 포함되고 수직 세그먼트와 공정 액체의 액체/증기 인터페이스 사이의 접촉으로 인한 부식에 강한 재료로 구성되거나 이 재료로 라이닝되는 수직 세그먼트, 수직 세그먼트 내부의 액체/증기 인터페이스의 레벨을 결정하도록 구성된 인터페이스 레벨 센서, 및 액체/증기 인터페이스의 하류인 퍼지 라인의 하류 세그먼트를, 퍼지 라인으로 들어가는 공정 액체가 수직 세그먼트로 들어가도록 하는 한편 공정 액체가 수직 세그먼트를 넘어 유동하는 것을 방지하는 배압을 가진 비-반응성 가스로 채우도록 구성된 비-반응성 가스 공급원을 구비한다.
실시예들은 퍼지 라인 내부의 비-반응성 가스의 압력을 조절하도록 구성된 압력 조절기를 더 포함한다.
임의의 실시예들에서, 액체/증기 인터페이스 센서는 초음파 센서일 수 있다.
임의의 실시예들은 수직 세그먼트 내부에 액체/증기 인터페이스 레벨을 수립하기 위해 퍼지 라인 내부의 비-반응성 가스의 압력을 제어하도록 구성되는 압력 제어기를 더 포함할 수 있다. 이러한 일부 실시예들은 수직 세그먼트 내부의 원하는 높이에 공정 액체의 액체/증기 인터페이스를 수립하기 위해 인터페이스 레벨 센서에 의해 이루어진 측정에 따라 압력 제어기를 제어하도록 구성된 인터페이스 레벨 제어기를 더 포함한다.
임의의 실시예들은 퍼지 라인 내에 포함되고 퍼지 라인 내부의 비-반응성 가스의 압력을 측정하도록 구성된 압력 센서를 더 포함할 수 있다.
임의의 실시예들은 퍼지 라인 내에 포함되고 퍼지 라인 내부의 비-반응성 가스의 온도를 측정하도록 구성된 온도 센서를 더 포함할 수 있다.
임의의 실시예들은 퍼지 라인으로부터 비-반응성 가스를 배출하도록 구성된 가스 배출구(vent)를 더 포함할 수 있다.
임의의 실시예들은 히트 제어기에 의해 제어되는 밸브 히터를 더 포함할 수 있다.
임의의 실시예들에서, 밸브는 벨로우즈 밸브일 수 있다.
임의의 실시예들에서, 공정 액체는 용융염일 수 있다.
임의의 실시예들에서, 수직 세그먼트와 공정 액체의 액체/증기 인터페이스 사이의 접촉으로 인한 부식에 강한 재료는 수직 세그먼트에 적용되는 텅스텐 라이너 및 텅스텐 카바이드 열 스프레이 코팅 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일반적인 제2 측면은 밸브를 통한 부식성 공정 액체의 유동을 초기화하는(intializing) 방법으로서, 공정 액체의 액체/증기 인터페이스는 별도로 고려할 때 공정 액체 또는 그 증기보다 부식성이 더 높다. 이러한 방법은,
A) 청구항 1에 따른 밸브 시스템을 제공하는 단계;
B) 비-반응성 가스를 퍼지 라인에 도입하여, 밸브 내부의 내부 공정 액체 볼륨을 비-반응성 가스로 채우는 단계;
C) 밸브의 입구에 공정 액체를 적용하는 단계;
D) 밸브 내부의 비-반응성 가스의 압력을 감소시킴으로써 내부 공정 액체 볼륨을 공정 액체로 채우고 그로부터 퍼지 포트를 통해 퍼지 라인으로 유동하게 하는 단계; 및
E) 공정 액체가 수직 세그먼트로 들어가도록 하는 한편 공정 액체가 수직 세그먼트를 넘어 유동하는 것을 방지함으로써, 수직 세그먼트 내부에 공정 액체의 액체/증기 인터페이스를 수립하게 하는 퍼지 라인 내부의 비-반응성 가스의 배압을 수립하는 단계를 포함한다.
실시예들에서, 단계 E)는 퍼지 라인 내부의 액체/증기 인터페이스의 높이를 결정하기 위해 인터페이스 레벨 센서를 사용하는 것을 포함한다. 일부 실시예들에서, 단계 E)는 수직 세그먼트 내부의 원하는 높이에 공정 액체의 액체/증기 인터페이스를 설정하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들은 단계 E) 후에, 수직 세그먼트 내부에서 원하는 높이로 액체/증기 인터페이스을 유지하기 위해 퍼지 라인 내부에서 비-반응성 가스의 배압을 계속해서 제어 및 조정하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예들은 단계 E) 후에, 수직 세그먼트의 상류인 퍼지 밸브를 폐쇄함으로써, 액체/증기 인터페이스와 퍼지 밸브 사이에서 연장하는 퍼지 라인의 고정된 볼륨 내부에 고정된 양의 비-반응성 가스를 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 명세서에 기술된 특징 및 이점은 모든 것을 포함하는 것이 아니며, 특히 도면, 상세한 설명 및 청구범위를 고려하면 당업자에게는 많은 추가적인 특징 및 이점이 명백해질 것이다. 더욱이, 본 명세서에 사용된 언어는 주로 가독성 및 교육 목적을 위해 선택되었으며, 본 발명의 주제의 범위를 제한하지 않는다는 점에 유의해야 한다.
도 1은 종래 기술의 벨로우즈 밸브의 축척에 따라 도시된 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예의 축척에 따라 도시된 단면도이다.
도 3은 부식 제어 시스템에 연결된 것으로 도시된 도 2의 밸브 부분의 확대 단면도이며, 밸브는 축척에 맞춰 도시되어 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 개시된 밸브를 구현하는 방법을 도시하는 유동흐름도이다.
도 5는 밸브 히터를 더 포함하는 도 2와 유사한 밸브의 축척으로 도시한 측면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예의 축척에 따라 도시된 단면도이다.
도 3은 부식 제어 시스템에 연결된 것으로 도시된 도 2의 밸브 부분의 확대 단면도이며, 밸브는 축척에 맞춰 도시되어 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 개시된 밸브를 구현하는 방법을 도시하는 유동흐름도이다.
도 5는 밸브 히터를 더 포함하는 도 2와 유사한 밸브의 축척으로 도시한 측면도이다.
본 발명은 공정 액체의 부식성 액체/증기 인터페이스와의 접촉으로 인한 부식 또는 손상을 방지하면서 부식성 공정 액체의 유동을 제어하도록 구성되고, 부식성 액체 및/또는 그 증기와 잠재적으로 접촉할 수 있는 밸브의 모든 부분들이 액체/증기 인터페이스에 의한 부식에 강한 재료로 구성되거나 그 재료로 라이닝될 필요가 없는, 밸브 및 연관된 부식 제어 시스템이다. 실시예들에서, 밸브는 벨로우즈 밸브이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따르면, 밸브는 일반적으로 부식성 공정 액체로 채워지는 밸브의 내부 공정 액체 볼륨(202)과 부식 제어 시스템(206)과 연관된 퍼지 라인(204) 사이의 액체 연통을 가능하게 하는 "퍼지 포트"(200)를 포함한다. 밸브의 정상 작동 동안, 질소 가스와 같은 비-반응성 가스의 배압이 퍼지 라인(204) 내부에 설정되어, 공정 액체가 퍼지 라인(204)의 수직 세그먼트(208)로 들어가지만, 비-반응성 가스의 배압에 의해 수직 세그먼트(208) 너머로 유동하는 것은 방지된다.
본 발명에 따르면, 수직 세그먼트(208)는 액체/증기 인터페이스(212)와의 접촉으로 인한 부식에 강한 재료로 만들어지거나 그 재료로 라이닝된다. 그 예들은 부식 방지 텅스텐 라이너, 텅스텐 카바이드 열 스프레이 코팅 등을 포함한다. 밸브 시스템은 퍼지 라인(204) 내부의 액체/증기 인터페이스(212)의 레벨을 검출할 수 있는 초음파 센서와 같은 인터페이스 레벨 센서(210)를 더 포함한다. 이들 실시예들에서, 액체/증기 인터페이스(212)가 수직 세그먼트(208) 내부에서 원하는 레벨이 되도록 조정하기 위해 비-반응성 가스의 배압이 조절된다(408).
도 3을 참조하면, 실시예들에서, 부식 제어 시스템(206)은 질소 가스와 같은 비-반응성 가스 공급원(300), 공급원(300)을 수직 세그먼트로부터 격리시키도록 구성된 퍼지 밸브(312), 및 퍼지 라인(204) 내의 비-반응성 가스의 압력을 제어할 수 있는 압력 조절기(302)를 구비한다. 예시된 실시예는 수직 세그먼트(208) 내부에 액체/증기 인터페이스(212)를 수립 및 유지하도록 구성되는 제어기(314)를 더 포함한다. 도 3의 실시예에서, 퍼지 라인(204)은 또한 가스 히터(304) 및 가스 배출구(306) 뿐만 아니라 온도 센서(308) 및 압력 센서(310)를 포함한다.
도 4를 참조하면, 개시된 방법의 실시예들에 따르면, 밸브가 작동될 때, 밸브는 초기에 비-반응성 가스(400)로 채워지고 가압된다. 그런 다음, 공정 액체가 밸브의 입구에 적용되어, 비-반응성 가스의 압력이 서서히 낮아지고(402), 부식성 공정 액체는 밸브의 내부 공정 액체 볼륨(202)으로 흘러 들어가서, 거기로부터 퍼지 포트(200) 및 퍼지 라인(204) 내부로 유동한다. 부식성 공정 액체가 퍼지 라인(204)의 수직 세그먼트(208)에 들어가면(404), 부식성 공정 액체의 액체/증기 인터페이스(212)가 수직 세그먼트(208) 내부에서 원하는 높이로 안정화되게 하는 배압에 도달할 때까지, 인터페이스 레벨 센서(210)에 의해 결정되는 바와 같이, 비-반응성 가스의 압력 이 조정된다(406). 본 발명에 따르면, 후속적으로 액체/증기 인터페이스(212)는 밸브의 작동 동안 수직 세그먼트(208) 내부에 유지된다.
일부 실시예들에서, 예를 들어, 제어기(314)가 인터페이스 레벨 센서(210)에 의해 이루어진 액체/증기 인터페이스 레벨 측정에 따라 압력 조절기(302)를 주기적으로 또는 연속적으로 조절하게 함으로써 밸브의 작동 동안 비-반응성 가스 배압의 조절이 계속된다.
도 4의 실시예에서, 적절한 비-반응성 가스 배압이 퍼지 라인(204) 내부에 설정되면, 수직 세그먼트(208)의 하류에 위치된 퍼지 밸브(312)가 폐쇄되어(408), 고정된 양의 비-반응성 가스는 퍼지 밸브(312)와 수직 세그먼트(208) 내부의 액체/증기 인터페이스(212) 사이에서 연장되는 퍼지 라인(204)의 고정된 볼륨 내부에 둘러싸인 상태로 유지된다. 실시예들에서, 예를 들어, 공정 액체의 온도 또는 유량 변동으로 인해 부식성 공정 액체의 액체 압력이 변동하는 경우, 이것은 고정된 볼륨 내부의 비-반응성 가스가 압축되거나 팽창되기 때문에, 일반적으로 수직 세그먼트(208) 내부의 액체/증기 인터페이스(212)의 레벨의 작은 이동에 의해 수용된다. 도 4의 실시예에서, 제어기(314)는 인터페이스 센서(210)에 의해 측정되는 바와 같이 액체/증기 인터페이스 레벨(212)을 계속 모니터링하여(410), 필요한 경우 퍼지 밸브(312)를 일시적으로 다시 개방하고 배압을 재조정할 수 있다.
수직 세그먼트(208)는 액체/증기 인터페이스(212)와의 접촉으로 인한 부식에 강한 재료로 만들어지거나 이 재료로 라이닝되기 때문에, 밸브의 임의의 부분 또는 퍼지 라인의 임의의 다른 부분이 공정 액체의 액체/증기 인터페이스에 의한 부식에 강한 재료로 구성하거나 라이닝할 필요 없이, 밸브 시스템과 부식성 공정 액체의 액체/증기 인터페이스 사이의 접촉으로 인한 부식 및 손상이 방지된다.
도 5를 참조하면, 실시예들에서, 밸브는 밸브를 가열함으로써, 정상 작동 동안 용융염과 같은 용융된 공정 물질을 밸브 내부의 액체로서 유지하도록 구성된 히터(500)를 더 포함한다. 실시예들에서, 히터(500)는 필요한 경우 예컨대, 공정 중단으로 인해 공정 물질이 냉각되어 밸브 내부에서 응고되는 경우 공정 물질을 다시 녹이는 데에도 사용될 수 있다.
본 명세서에 제시된 많은 도면과 해당 설명은 밸브가 벨로우즈 밸브이고, 밸브 내의 공정 액체가 벨로우즈의 외부 측면과 접촉하는 용융염인 예시적인 실시예를 참조한다는 점에 유의해야 한다. 그러나, 당업자는 공정 액체가 벨로우즈의 내부를 존재하는 벨로우즈 밸브를 포함하여 부식성 공정 액체를 제어하는 사실상 모든 유형의 밸브 시스템에 본 발명의 원리를 쉽게 적용할 수 있을 것이다. 벨로우즈 밸브가 아닌 밸브도 포함된다. 또한, 본 발명은 용융염과 같은 용융 물질의 유동을 제어하는 시스템에 국한되지 않고, 별도로 고려될 때 액체와 증기보다 부식성이 더 강한 액체/증기 인터페이스를 가진 부식성 액체의 유동을 제어하는 모든 밸브 시스템으로 확장된다는 것도 이해될 것이다.
본 발명의 실시예들에 대한 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제시되었다. 본 개시의 모든 페이지와 그에 포함된 모든 콘텐츠는 그 특징, 식별 또는 번호가 어떻게 매겨져 있든 상관없이 양식이나 출원서 내의 배치에 관계없이 모든 목적을 위해 본 명세서의 실질적인 부분으로 간주된다. 본 명세서는 개시된 정확한 형태로 본 발명을 철저하게 제한하거나 제한하려는 의도가 아니다. 본 개시에 비추어 많은 수정 및 변경이 가능하다.
본 출원은 제한된 수의 형태로 제시되었으나, 본 발명의 범위는 이러한 형태에만 국한되지 않고 다양한 변경 및 수정이 가능하다. 본 명세서에 제시된 개시 내용은 본 발명의 범위 내에 속하는 특징들의 모든 가능한 조합을 명시적으로 개시하지 않는다. 다양한 실시예들에 대해 본 명세서에 개시된 특징은 일반적으로 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 자기모순되지 않는 임의의 조합으로 상호교환되고 결합될 수 있다. 특히, 청구범위의 종속항에 제시된 제한사항은 종속항이 논리적으로 서로 호환되지 않는 한, 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 임의의 개수 및 임의의 순서로 해당 독립항과 결합될 수 있다.
200...퍼지 포트 202...볼륨
204...퍼지 라인 206...부식 제어 시스템
208...수직 세그먼트 210...인터페이스 레벨 센서
212...액체/증기 인터페이스 300...비-반응성 가스 공급원
302...압력 조절기 304...가스 히터
306...가스 배출구 308...온도 센서
310...압력 센서 312...퍼지 밸브
500...히터
204...퍼지 라인 206...부식 제어 시스템
208...수직 세그먼트 210...인터페이스 레벨 센서
212...액체/증기 인터페이스 300...비-반응성 가스 공급원
302...압력 조절기 304...가스 히터
306...가스 배출구 308...온도 센서
310...압력 센서 312...퍼지 밸브
500...히터
Claims (17)
- 공정(process) 액체의 액체/증기 인터페이스의 부식성이 상기 공정 액체 또는 그 증기보다 더 높게 되어 있는, 부식성 공정(process) 액체의 유동을 제어하도록 구성된 밸브 시스템으로서,
작동 동안 상기 공정 액체로 채워지는 내부 공정 액체 볼륨(volume)을 가진 밸브;
상기 밸브 내에 제공되고, 상기 내부 공정 액체 볼륨과 외부의 퍼지 라인 사이의 액체 연통을 가능하게 하는, 퍼지(purge) 포트;
상기 퍼지 라인 내에 포함되고, 수직 세그먼트와 상기 공정 액체의 상기 액체/증기 인터페이스 사이의 접촉으로 인한 부식에 강한 재료로 구성되거나 상기 재료로 라이닝되어 있는, 수직 세그먼트;
상기 수직 세그먼트 내부의 액체/증기 인터페이스의 레벨을 결정하도록 구성된 인터페이스 레벨 센서; 및
상기 액체/증기 인터페이스의 하부인 상기 퍼지 라인의 하류 세그먼트를, 퍼지 라인으로 들어가는 상기 공정 액체를 상기 수직 세그먼트로 들어가게 하는 한편 상기 공정 액체가 상기 수직 세그먼트를 넘어 유동하는 것을 방지하는 배압(backpressure)을 가진 비-반응성 가스로 채우도록 구성된 비-반응성 가스 공급원을 구비하는, 밸브 시스템. - 청구항 1에서,
상기 퍼지 라인 내부의 상기 비-반응성 가스의 압력을 조절하도록 구성된 압력 조절기를 더 포함하는, 밸브 시스템. - 청구항 1 또는 청구항 2에서,
액체/증기 인터페이스 센서는 초음파 센서인, 밸브 시스템. - 청구항 1에서,
상기 수직 세그먼트 내부에 액체/증기 인터페이스 레벨을 설정하기 위해 상기 퍼지 라인 내부의 상기 비-반응성 가스의 압력을 제어하도록 구성되는 압력 제어기를 더 포함하는, 밸브 시스템. - 청구항 4에서,
상기 수직 세그먼트 내부에 상기 공정 액체의 액체/증기 인터페이스을 원하는 높이에 설정하기 위해 상기 인터페이스 레벨 센서에 의해 이루어진 측정에 따라 상기 압력 제어기를 제어하도록 구성된 인터페이스 레벨 제어기를 더 포함하는, 밸브 시스템. - 청구항 1에서,
상기 퍼지 라인 내에 포함되고, 상기 퍼지 라인 내부의 상기 비-반응성 가스의 압력을 측정하도록 구성된, 압력 센서를 더 포함하는, 밸브 시스템. - 청구항 1에서,
상기 퍼지 라인 내에 포함되고, 상기 퍼지 라인 내부의 상기 비-반응성 가스의 온도를 측정하도록 구성된, 온도 센서를 더 포함하는, 밸브 시스템. - 청구항 1에서,
상기 퍼지 라인으로부터 상기 비-반응성 가스를 배출하도록 구성된 가스 배출구를 더 포함하는, 밸브 시스템. - 청구항 1에서,
히트 제어기에 의해 제어되는 밸브 히터를 더 포함하는, 밸브 시스템. - 청구항 1에서,
상기 밸브는 벨로우즈 밸브인, 밸브 시스템. - 청구항 1에서,
상기 공정 액체는 용융염인, 밸브 시스템. - 청구항 1에서,
상기 수직 세그먼트와 상기 공정 액체의 액체/증기 인터페이스 사이의 접촉으로 인한 부식에 강한 재료는 상기 수직 세그먼트에 적용되는 텅스텐 라이너와 텅스텐 카바이드 열 스프레이 코팅 중 적어도 하나를 포함하는, 밸브 시스템. - 공정 액체의 액체/증기 인터페이스가 별도로 고려할 때 상기 공정 액체 또는 그 증기보다 부식성이 더 높게 되어 있는 부식성 공정 액체의 유동을 밸브를 통해 초기화하기 위한 방법으로서,
A) 청구항 1에 따른 밸브 시스템을 제공하는 단계;
B) 비-반응성 가스를 퍼지 라인에 도입시켜, 밸브 내부의 내부 공정 액체 볼륨을 상기 비-반응성 가스로 채우는 단계;
C) 상기 공정 액체를 상기 밸브의 입구에 적용하는 단계;
D) 상기 밸브 내부의 상기 비-반응성 가스의 압력을 감소시켜, 상기 공정 액체가 내부 공정 액체 볼륨을 채우고, 그로부터 퍼지 포트를 통해 퍼지 라인으로 유동시키게 하는 단계; 및
E) 상기 공정 액체가 수직 세그먼트로 들어가게 하는 한편 상기 공정 액체가 상기 수직 세그먼트를 넘어 유동하는 것을 방지하는 상기 퍼지 라인 내부의 비-반응성 가스의 배압을 수립함으로써, 상기 수직 세그먼트 내부에 상기 공정 액체의 액체/증기 인터페이스를 설정하는 단계를 포함하는, 방법. - 청구항 13에서,
상기 단계 E)는 상기 퍼지 라인 내부의 상기 액체/증기 인터페이스의 높이를 결정하기 위해 인터페이스 레벨 센서를 사용하는, 방법. - 청구항 13에서,
상기 단계 E)는 상기 수직 세그먼트 내부의 원하는 높이에 상기 공정 액체의 액체/증기 인터페이스를 설정하는 단계를 포함하는, 방법. - 청구항 15에서,
상기 단계 E) 후에, 상기 수직 세그먼트 내부에 상기 액체/증기 인터페이스를 원하는 높이로 유지하기 위해 상기 퍼지 라인 내부의 비-반응성 가스의 배압을 계속해서 제어 및 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 청구항 13에서,
상기 단계 E) 후에, 상기 수직 세그먼트의 상류에 있는 퍼지 밸브를 폐쇄하여, 상기 액체/증기 인터페이스와 상기 퍼지 밸브 사이에서 연장하는 퍼지 라인의 고정된 볼륨 내부에 상기 비-반응성 가스의 고정된 양을 수립하는 단계를 더 포함하는, 방법
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