KR200261955Y1 - 이중벽탱크 누설검지경보장치 - Google Patents

Abstract

(1) 고안명이 속한 기술분야

본 고안은 화학장치 분야이다.

(2) 고안의 목적

이중벽구조의 저장탱크(이하 '이중벽탱크'라 한다)는 도1에 나타낸바와 같이 내용물을 저장하는 탱크의 벽을 사이에 틈(도1의 ④, 이하 '감지층'이라 한다)을 두어 이중으로 제작된 것으로서, 통상은 탱크의 내벽(도1의 ①, 이하 '내벽'이라 한다)은 내용물을 담는 목적으로하고, 탱크의 외벽(도1의 ②, 이하 '외벽'이라 한다)은 내벽이 손상되어 내용물이 유출될 때 외부로의 유출을 차단하는 목적과 내벽의 부식 등을 방지하는 기능을 갖는 구조로 설계된다.

일반적으로는 강철제의 내벽(Steel Tank)에 유리섬유강화프라스틱(FRP) 또는 고밀도폴리에틸렌수지(HDPE)를 외벽으로 한 형태로 제작되고 있다.

내벽과 외벽의 사이에는 틈이 있어, 만일 내벽이 손상되어 저장된 내용물이 누출되면 일단 감지층에 고이게 되고, 그러한 사실을 검사하기 위하여 검지관(도1의 ③, 이하 '누유검지관'이라 한다)을 설치하는데, 보통은 막대 등을 사용하여 검지관을 찍어보아 막대에 내용물이 묻어있는지를 확인하는 방법을 쓴다. 그러나 매일 이와같은 방법으로 점검하는 것은 매우 번거롭고 불편할 뿐 아니라, 실제 누설이 있는 경우라도 누유검지관을 통하여 확인할 때까지는 탱크의 이상상태를 알아채지 못하여 즉시 필요한 조치를 할 수 없다.

본 고안은 이러한 점에 착안하여, 누유검지관에 내용물이 유입될 때 즉시 검출하고, 이를 경보할 수 있도록 고안한 것이다.

(3) 고안의 구성

본 이중벽탱크 누설검지경보장치는 누유검지관의 최하단부에 내용물이 유입되어 그 수위(水位, Level)가 상승하고 있는지를 감지하기 위한 감지관(도2의 ⑤, 이하 '감지관'이라 한다)과, 감지관 내부의 압력변화가 있을 경우 이를 감지하고 필요한 신호를 발할 수 있는 장치(그림2의 ⑥, 이하 '압력스위치'라 한다), 압력스위치로부터 출력된 신호를 받아 경보 또는 발광을 하므로서 관리자에게 그 내용을 경보하고 표시하는 표시창(그림2의 ⑦, 이하 '표시경보기'이라 한다)으로 구성되어 있다.

(4) 고안의 효과

① 이중벽탱크에서 내부의 탱크에 저장된 내용물이 내벽의 손상 등에 의해 감지층으로 유입되거나, 혹은 외벽이 손상되어 지하수등이 감지층으로 유입되는 경우 누유검지관을 막대등으로 찍어보지 않고도 신속하게 확인할 수 있다.

② 내용물이 화재의 위험이 있거나 혹은 환경오염을 유발할 수 있는 물질인 경우 누설이 되면서 즉시 확인이 되므로, 누설에 의한 피해를 최소화 하여 화재· 폭발사고 및 환경오염을 미연에 방지할 수 있다.

Description

이중벽탱크 누설검지경보장치{Leak alarm system of Double wall storage tank}

(1) 이중벽탱크의 누유여부를 확인하기 위해서는 통상 막대를 사용하여 검지관 내부를 찍어보고 누출된 내용물의 유무를 확인하는 방법이 사용되고 있다.

(2) 본 고안은 화학장치의 이상유무를 상시 감시하고, 이상 발생시 경보나 표시를 발하는 장치로서 화공장치의 안전관리 분야에 속하는 것으로 판단된다.

(1) 본 이중벽탱크 누설검지경보장치는 이중벽탱크의 손상이나 기타 요인에 의해 누유검지관에 내용물이 유입될 경우 막대 등을 사용하여 찍어보지 않고도 외부에서 그 사실을 확인하고 즉시 필요한 조치를 하기 위하여 고안되었다.

(2) 누유검지관은 그 용도상 1인치 정도 크기의 파이프(Pipe)를 사용하여 시공되므로 극히 제한된 공간을 갖고 있으며, 본 장치는 그 좁은 공간에도 설치할 수 있도록 하였다.

(3) 이중벽탱크에 저장되는 내용물은 소방법이나 환경법의 적용을 받는 위험물질 또는 오염물질인 경우가 대부분으로서, 장치의 누출검지부는 전기적인 스파크 등이 발생되지 않는 방폭구조(防爆構造)로 설계할 필요가 있으며, 본 고안은 그러한 관점에서 검지부의 전기적인 요소를 배제하여 설계하였다.

(4) 이중벽탱크의 이상으로 인하여 누유검지관 내에 내용물이 유입될 경우 즉시 그 상태를 감지하고 또한 경보를 발하여 최단시간 내에 필요한 조치를 할 수 있어야 하며, 따라서 감지부의 감지능력을 매우 예민하게 유지할 필요가 있다. 본 고안은 이를 해결하기 위하여 감지관의 하단은 그 상단에 비해 구경을 크게 설계함으로서, 수위상승으로 검지관내에 작용하는 압력변화를 증폭시키는 기능을 부여하였으며, 압력스위치는 실제 경보시점을 조절할 수 있는 기능을 갖는 것으로 설계하였다.

(5) 표시경보기는 압력스위치가 작동하여 보내오는 신호를 경보 및 점등형태로 표시하는 기능을 갖도록 설계하였다.

(1) 도1은 본 고안의 전체 구성도이며, ⑤는 감지관, ⑥는 압력스위치, ⑦은 표시경보기이다.

(2) 도2는 본 고안의 누설검지경보장치가 설치될 이중벽탱크를 이해하기 위하여 제시된 이중벽탱크의 구조단면도 이다. ①은 원통형탱크 구조의 내벽이다. ②는 외벽으로서 그 용도에 따라 강철판, 유리섬유강화프라스틱 또는 고밀도폴리에틸렌 등의 재료를 써서 시공한다. ③은 누유검지관으로서 통상은 1인치정도 크기의 파이프를 사용하여 내벽에 용접하여 고정 설치된다. 누유검지관 안쪽의 내벽 하단부는 구멍(그림5의 ⑧)을 뚫어 감지층에 고인 내용물이 검지관 안으로 용이하게 유입될 수 있도록 시공한다. ④ 는 감지층으로서 내벽과 외벽에 틈이 있음을 나타내고 있다. 내벽이나 외벽이 손상되면 내용물이 일단 감지층에 유입되고 이 감지층에 고인 내용물은 누유검지관 하단부의 내벽에 뚫린 구멍을 통해 누유검지관으로 유입되어 탱크의 관리자는 누유검지관을 막대 등으로 찍어봄으로서 누유사실을 확인할 수 있다.

(3) 도3은 누설검지경보장치가 이중벽탱크에 설치된 형태를 나타낸 것이다.

(4) 도4는 누설검지경보장치가 이중벽탱크에 설치된 상황에서 내벽으로부터내용물이 누출된 경우의 상황을 예시하고, 본 누설검지경보장치가 작동되는 것을 설명하기 위하여 마련된 상황도이다.

(5) 도5는 본 고안의 핵심인 누출을 감지하는 원리를 설명하기 위한 것으로서, 감지관 외부의 액면(液面, Lquid Level) 상승에 따라 감지관 내부에 작용하는 압력과, 이 압력의 검출능력을 증폭시키기 위한 하단부의 장치 구조를 나타낸 것이다.

(6) 도1 내지 도5에서의 각 부품번호별 명칭은 다음과 같이 통일한다.

① : 내벽 ② : 외벽 ③ : 누유검지관 ④ : 감지층 ⑤ : 감지관

⑥ : 압력스위치 ⑦ : 표시경보기 ⑧ 관통구멍 ⑨누유된 내용물(7) 도6은 표시경보기(도1의 ⑦)의 개요를 나타낸 것이다. 압력스위치(도1의 ⑥)에서 감지된 정보는 제어회로 내에서 수신된 정보에 따라 이상이 없는 상태에서는 정상표시등이 점등된 상태로 유지시키며, 이상이 감지된 경우에는 정상표시등이 소멸되고 비정상표시등의 점등과 음향경보를 발하도록 한다. 또한 이 경보를 감지한 후 필요에 따라 음향경보를 해제할 수 있도록 구성하였다.(7) 도7은 표시경보기(도1의 ⑦)의 회로도로서 5개의 감지관을 설치하고 필요한 기능을 할 수 있도록 한 것이다.

(1) 본 고안은 도1에 나타낸 바와 같이 액면레벨의 상승을 감지할 수 있는 감지관(⑤), 압력스위치(⑥) 및 표시경보기(⑦)으로 구성되어 있다.

(2) 감지관은 누유검지관의 최하단으로부터 상단까지에 설치된 적은 구경의관(管, Pipe)으로서 하부의 일정길이는 나머지 길이의 구경보다 크게 설계되며, 상부는 압력스위치와 밀폐된 구조로 연결된다.

(3) 이중벽탱크의 내벽이나 외벽이 손상되어 감지층으로 내용물이 유입되면 그 상황은 도4와 같은 형태가 되며, 도5의 ⑧의 관통구를 통해 누유검지관으로 유입된 내용물은 누설량에 비례하여 그 액면(Level)이 상승하게 된다.

(4) 도5는 내용물이 누유검지관에 유입되어 액면이 상승하고 있는 상황을 나타낸 것으로서, 감지관 끝단으로부터 액면위치까지의 높이 (H)와 액면의 높이에 따라 감지관내에 압력이 작용하나 이때 감지관내의 기체가 압축되면서 발생되는 압력으로 인하여 평형을 이루는 감지관내의 액면의 높이 (h)가 서로 다름을 나타내고 있다.

(5) 상기 4호에서의 H와 h의 높이차(差)는 곧 감지관내에 작용하는 압력으로 표시될 수 있으며, 그 차이가 커질수록 압력은 높아진다고 할 수 있다.

(6) 검지관내에 작용하는 압력은 압력스위치에 의해 감지되며, 이러한 압력변화가 감지되거나 혹은 압력변화가 설정값 이상으로 변화하는 경우 압력스위치가 작동하여 사전에 설정된 기능을 하게된다. 즉, 접점을 형성하여 임의의 신호를 발생하고 이 신호를 표시경보기로 보낸다.

(7) 압력스위치로부터 발생된 전기적 또는 물리적 신호는 표시경보기을 통해서 필요한 표시 또는 경보 기능으로 변환된다. 그 표시 또는 경보의 형태는 이중벽탱크의 감지층에 내용물 또는 어떤 액체가 유입되었거나 되고 있음을 의미하는 형식으로서, 시각 및 청각적인 경고를 발하여 관리자가 인지할 수 있는 방법이 사용된다.

(8) 감지관에 작용하는 수두압은 그 높이에 따라 다르나, 미세한 수두압을 감지하기 위하여 본 장치에서는 감지관의 직경을 구간별로 다르게 설계하고 있다. 일반적으로 일정량의 기체의 부피는 압력에 반비례하는 성질을 갖고 있는데, 감지관내에 수두압이 작용하면 감지관내의 기체에 압력이 작용하고 이 압력에 의해 부피가 감소한다. 또한 이 감소된 부피는 곧 검지관내에 피스톤이 작용하는 원리와 같이 액면이 외부의 액면과 동반상승하는 결과를 초래하며, 이는 곧 도5에서의 H 와 h의 차이를 감소시킨다.

(9) 상기 8에서와 같이 감지관의 구간별 구경이 다르게 설계하여 보다 예민한 압력변화를 감지할 수 있는 원리는 도6와 같은 예시를 통해 증명된다.

(10) 도6에서 예시된 감지관(전체길이를 300cm, 이중 관의 직경이 적은 구간의 직경을 0.3cm라 하고 그 길이를 290cm, 구경이 상대적으로 큰 나머지구간의 직경을 3cm로 하고 그 구간의 길이를 10cm 로 설계)의 경우 수두압의 작용에 의 감지관내에 작용하는 압력을 이하 13호 까지 계산해 보면,

구경이 적은 구간의 관내부의 부피(v1)는

v1 = π÷4 ×직경²×길이

= 3.14 ÷4 ×0.32 ×290

= 20.49 ㎠

구경이 큰 구간의 관내부의 부피(v2)는

v2 = π÷4 ×직경²×길이

= 3.14 ÷4 ×32 ×10

= 70.65 ㎠

감지관내의 총 부피는 20.49 + 70.65 = 91.14㎠ 가 된다.

(11) 만일 누유검지관내의 액면이 감지관의 끝단으로부터 10cm 의 높이까지 유입된 경우 그 수두압은 10cmH₂O가 된다. 그리고 이 수두압에 의한 감지관내의 부피변화를 보일의 법칙에 의해 계산하면

PV = P'V'

V'= PV/P' = 1033 ×91.14 / (1033+10) = 90.27 ㎠

부피감소량 = 91.14-90.27 = 0.87 ㎠ 가 되며,

이 부피감소에 따른 감지관내의 액면의 상승 (h)를 구하면

h = 0.87 ×4 /3.14 ×3²= 0.12 cm

따라서 이 경우 압력스위치에서 감지되는 감지관내의 압력은 10-0.12 = 9.88cmH₂O가 된다.

(12) 만일 상기 11에서 감지관 전체의 직경을 0.3cm로 동일하게 하였다고 가정하면

감지관내의 부피(v)는

v = 3.14 ×0.3²/4 ×300 = 21.19㎠

동일하게 검지관내의 액면높이가 10cm인 경우 감지관내에 작용하는 압력은 10 cmH₂O 이고, 이 압력에 의해 감소되는 감지관내의 부피는

PV = P'V'

V'= PV/P'= 1033 ×21.19/ (1033+10) = 20.98 ㎠

부피감소량 = 21.19-20.98 = 0.21 ㎠ 가 되며,

이 부피감소에 따른 감지관내의 액면의 상승 (h)를 구하면

h = 0.21 ×4/(3.14 ×0.32 ) = 2.97 cm

따라서 이 경우 압력스위치에서 감지되는 감지관내의 압력은 10-2.97 = 7.03cmH₂O가 된다.

(13) 상기의 11호 및 12호에서 확인된 바와 같이 감지관 하단부의 구경을 보다 크게 하여 설치하므로서 같은 액면에 대하여 압력스위치에서 감지되는 압력을 보다 예민하게 할 수 있으며, 누설징후를 즉시 확인할 수 있다.

(14) 압력스위치는 감지관에 작용하는 미세한 압력의 변화(상승)을 감지하고, 그 감지된 변화에 의하여 전기적 또는 물리적 접점을 형성하거나, 혹은 전자제어적 신호를 발생시키는 기능을 갖는다. 일반적으로는 부르돈관 접점식 압력스위치, 차압식 압력스위치 또는 전자식 압력센서 등을 사용한다.

(15) 표시경보기는 압력스위치로부터 수신된 신호를 받아 그 결과를 관찰자에게 예정된 신호로서 표시 또는 경보하는 기능을 갖는다. 시각적인 표시방법으로서 경보등(警報燈)과 음향경보방식으로서 경보음을 발생하는 경보벨을 하나 또는그 이상의 기능을 갖도록 복합적으로 설계된다.

(1) 이중벽탱크가 내벽 또는 외벽의 손상으로 누출될 경우 조기에 발견하여 조치를 할 수 있으므로, 경제적 손실을 최소화 할 수 있다.

(2) 폭발성, 인화성의 유체를 저장하는 이중벽탱크의 누설을 조기에 차단하여 화재나 폭발 등의 사고를 미연에 방지할 수 있다.

(3) 구경이 적은 누유검지관의 제한된 공간에 용이하게 설치할 수 있다.

(4) 누유검출부인 감지관에 전기적인 설계가 배제되므로, 폭발성·인화성 액체를 저장하는 이중벽탱크에도 설치할 수 있다.

(5) 누출에 따른 누유검지관내 액면상승을 물리적인 방법으로 측정하므로 장치의 설계가 간단하여 상대적으로 적은 장치비로 누유검지를 할 수 있다.

Claims (3)

1. 이중벽탱크의 누설여부를 확인하기 위하여 이중벽탱크의 누유검지관(도2의 ③)내에 설치하는 장치로서, 그 구성은 감지관(도1의 ⑤), 압력에 의해 접점이 형성되는 압력스위치(도1의 ⑥), 표시경보기(도1의 ⑦)로 하되, 표시경보기(도1의 ⑦)로 상시(이상이 없는 상태)에 압력스위치(도1의 ⑥)에 까지 전류를 보내며 정상표시등이 점등된 상태로 유지하다가 누유검지관내에 누출된 기름이 유입되어 액면수위(Level)가 상승하고 폐쇄된 구조의 감지관(도1의 ⑤)내에 작용하게되는 수두압의 영향으로 감지관내에 압력이 작용하여 압력스위치(도1의 ⑥)에 접점이 형성되면 표시경보기의 제어회로부에서 비정상표시등의 점등과 음향경보를 발하도록 한 이중벽탱크누설경보장치
2. 1항에 있어서 감지관(도1의 ⑤)에 작용하는 수두압의 오차를 줄일 목적으로 감지관 하단의 구경을 크게 하고, 감지관 내에 작용하는 압력상승으로 인한 부피감소를 구경이 큰 부분에서 이루어지도록 함으로서 예민하게 액면의 상승을 감지할 수 있도록 한 이중벽탱크누설검지경보장치
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