KR20050023062A

KR20050023062A - 액체배관의 누설감지 시스템

Info

Publication number: KR20050023062A
Application number: KR1020030060099A
Authority: KR
Inventors: 최병삼
Original assignee: 주식회사 피오씨
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2005-03-09

Abstract

본 발명은,

액체이송 배관시설에서 유체의 누설을 자동 감지하는 시스템과,

지하 또는 수중등에 설치되어 배관의 전체구간을 육안관찰할 수 없는 시설

에서 액체의 누설이 발생하는 경우 누설량과 그 누설의 위치를 개략적으로

알아내는 방법과,누설량과 누설의 위치를 알아내기 위하여 필요한

모사테스트를 시행하는 과정에서 사용되는 모사테스트 장치에 관한 것이다.

Description

액체배관의 누설감지 시스템 {Leak detection system for liquid pipeline}

본 발명은 배관에 의한 액체이송 시스템에서 배관 어느 한 부분에서의 누설

발생시 누설의 발생여부를 감지해 내고 더 나아가 지하배관 등과 같이

육안관찰에 의해 누설장소를 알아낼 수 없는 시스템에서 누설장소를

알아내는 누설감지 시스템에 관한 것이다.

종래 기술에 의한 액체이송 시스템에서의 누설여부를 알아내는 방법은

대체로 아래와 같다.

수압테스트

테스트 하고자 하는 배관의 구간 양쪽 밸브사이의 배관 내에 물을 채우고

배관설계압력의 1.25 또는 1.5배까지의 압력을 올린 채로 일정시간 동안

(예:4시간) 방치하여 구간내의 압력변화를 확인하여 누설여부를 알아내는

테스트 방법이다.

이 방법은 배관을 신설하는 경우에 사용하는 방법으로는 적합하나, 사용중인

배관에 대하여는 배관내 유체를 비워야 하고 테스트가 끝난 후 물을

제거시켜야 하는 문제뿐 아니라 배관을 장기간 사용함으로서 노후화와

취약부분이 발생될 수 있는 바 당초에 시행했던 높은 압력으로 수압테스트를

수행하는 경우 취약부분이 파손되어 큰 위험을 초래할 수 있다.

기밀테스트

테스트 하고자 하는 배관의 양쪽밸브 사이에 공기(또는 기타 기체) 압축기에

의해 압축기체를 넣고 압력유지여부를 확인하고 육안검사가 가능한 부분의

누설가능 부위에 비눗물 테스트 등을 통하여 누설을 확인하는 방법이다.

이 방법은 시스템의 온도변화에 따라 배관내 압력변화가 심하고 배관의

공기압을 충분히 올릴 경우 취약부분의 파열 위험성이 크기 때문에 사용중인

배관에 대한 기밀테스트는 누설을 확인하기도 어렵고, 안전상 위험성도 큰

문제점이 있다.

이 방법 역시 육안관찰이 어려운 지하배관 등에서는 누설장소를 찾아내는

데는 부적합 하다.

음파감지법 (음향학적인 누설감지법)

대상배관의 사용중에 적정장소에 청진기 등의 청음장치를 설치하여 누설음을

청취하고 누설장소까지 추정해 내는 진보된 누설감지 방법이다.

이 경우 청음장치 자체로는 배관의 길이가 긴 경우 누설여부를 확인하는데

있어서 한계가 있고 누설장소를 알아내기 위하여 토양을 굴착하여야 하는

문제점들이 있다. 또한 이 방법은 배관의 부식등에 의한 소규모 누설에 대해

서는 감지해 낼 수 없는 단점이 있다.

압력쇠잔법 (Pressure decay method)

배관의 압력을 설계치 까지 올리고, 테스트 하고자 하는 구간 양끝의 발브를

잠근후 압력원을 제거시킨 다음 일정기간동안 배관의 압력을 모니터링 하여

누설여부를 확인하는 방법이다.

이는 화학공장등에서 일반적으로 사용하는 누설체크 방법이나 구체적인

시행방법등에 대하여는 현장여건에 따라 여러 가지 형태로 응용하여

사용될 수 있으며 육안관찰이 어려운 배관에서는 누설장소를 알아낼 수 없는

문제점이 있다.

누설의 위치추적

평소 운전시 누설 모사테스트를 여러조건에서 시행하여 집적된 데이터를

근거로 실제 누설발생시 누설유량과 누설발생 장소를 추적할 수 있다.

본 방법은 지하에 매몰되거나 육안 관찰이 곤란한 액체배관 이송시설에서

발생할 수 있는 액체의 누설현상을 누설초기에 알아내고 나아가 누설량과

누설위치까지 추적할 수 있는 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

액체 이송시설에의 기본장치

상기 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 액체이송시설의 내용을 아래와 같은

몇가지 요건을 만족시키도록 구성한다.

액체 송달지역의 액체 이송펌프 토출부의 발브와 도달지역의 발브는

닫혔을 때 액체가 절대로 새지않는(Tight sealing), 성능이 보장되는 차단

발브를 사용한다.

압력테스트 기간중 두 발브사이에 갇혀진 액체의 압력은 시스템 온도에 따라

변할 수 있으므로 시스템 압력과 온도를 정확한 시간에 맞춰 관찰 기록할 수

있는 시설이 필요하다.

압력 테스트를 여러조건에서 반복할 수 있게 하기위해 압력조절 장치를

시설한다.

이하 첨부도면 2를 참조하여 본 발명의 실시 예를 들어 설명하면 다음과

같다.

액체 이송작업을 중지하면서 시스템의 완벽한 차단(Blocking)을 위하여

발브 V-1과 발브 V-2는 볼(Ball) 발브나 프러그 발브 또는 기타 누설이

완벽히 방지되는 (타이트 실링) 발브를 설치한다.

V-2의 타이트 실링성능을 언제라도 확인할 수 있도록 이중차단장치

(Double block & Bleed)를 설치한다.

또한 시스템의 정확한 압력조절과 시스템의 압력차단의 원활을 기하기

위하여 발브 V-1과 V-0 두 발브 모두를 제어발브(Control valve)로 설치하고

분할제어 (Split control) 방식의 시스템 콘트롤 장치를 설치한다.

여기서 발브 V-1은 개폐용 제어(On-off control) 발브를 쓰고 이 발브의

열고 닫힘에 걸리는 시간을 조절할 수 있는 기능을 갖도록 한다.

액체 이송펌프를 보호하고 시스템 압력조건을 쉽게 제어하기 위해 액체배송

배관보다 작은 구경의 펌프 리턴라인(Pump return line)을 설치한다.

액체송달지역과 도달지역의 액체압력과 온도측정용 계기는 지시(Indicating)

와 기록(Recording) 기능을 갖도록 하고 모든 기록지 에는 정밀한

시간기록이 가능하도록 설비한다.

누설모사 테스트를 위한 테스트 포인트

시스템 누설 모사테스트(Leak simulation test)를 할 수 있는 테스트포인트

(Test point)를 일정거리마다 설치하고 이 테스트포인트(TP-1...TP-n)가

많을수록 더 많은 자료를 얻을 수 있고 이에 따라 누설발생시 더욱 근접하게

누설지점을 찾아낼 수 있다.

보통 이 테스트포인트는 배관설치시 로우포인트 드레인(Low point drain) 및

하이포인트 벤트(High point vent)를 겸용하도록 시설하고, 기존시설에

본 발명을 적용할 때도 기존의 드레인 및 벤트발브를 이용하면 된다.

누설모사 테스트 장치 (Leak simulation test kit)

시스템중 어느 지역에서 누설이 발생했을 경우, 시간과 온도에 따른

시스템의 압력변화를 모사하기 위하여 상기의 각 테스트 포인트에 적용할

수 있는 누설 모사테스트 장치를 만들고 첨부도면 3을 참조하여 그 내용을

설명하면 다음과 같다.

이 장치에는 누설모사 테스트 지점에서의 압력을 실시간(Real time)으로

알고 그 압력의 변화를 기록할 수 있도록 모사 테스트 장치로의 인입라인에

압력 엘레멘트(Pressure Element:PE), 압력 트랜스미터

(Pressure Transmitter:PT), 압력지시기(Pressure Indicator:PI)및

제어판넬에 설치되는 압력기록기(Pressure Recorder:PR)가 설비되고,

액체누설량을 임의 조절할 수 있도록 하기 위한 유량제어발브

(Flow control Valve:FV)와 유량측정 엘레멘트(Flow Element:FE)와

제어루프(Control loop)를 이루기 위한 유량 트랜스 미터

(Flow Transmitter:FT) 및 제어판넬에 설치되는 유량지시 제어기

(Flow Indicating Controller:FIC)와 유량기록기 (Flow Recorder:FR)등의

유량제어 기능을 갖는 부분과,

누설 테스트 지점에서 누설되는 유체의 온도를 실시간으로 기록할 수 있도록

하기위한 온도 엘레멘트(Temperature Element : TE), 온도 트랜스미터

(Temperature Transmitter:TT) 및 제어판넬에 설치되는 온도기록기

(Temperature Recorder:TR)설비와, 유량의 정확도를 확인하기 위한

적산유량기(FQI), 제어판넬에 설치되는 적산량 기록기(FQIR) 및 유량과

적산유량기의 정확도를 확인하기 위하여 적산량을 읽을 수 있는 눈금이

새겨진 액위측정기(Level gauge)가 부착된 메터 프루버탱크

(Meter Prover Tank:MPT)로 이루어졌고,

보조설비로서 유량 인입라인에 스트레이너(ST), 유량의 정확한 측정을

위해 필요한 압력조절기(PCV), 메터 프루버탱크가 서비스 되기전

(모사하고자 하는 누설량의 안정화가 이루어지기 전)의 액체를 담아둘

웨이스트 드럼(Waste Drum:WD)과 액체의 진행방향을 바꿔줄 수 있는

모터 구동 쓰리웨이 발브(Motor Operated three way Valve:3-Way MOV)와,

모사테스트 전체를 제어하기 위한 제어판넬(Control panel)을 누설모사

테스트 장치에 설치하고 이 판넬에 테스트의 시작과 종료를 제어하는

푸쉬버튼 스위치(Push button switch)를 설치한다.

이 판넬에는 본 모사테스트 장치 및 액체 배송시설의 제반 관련정보

(누설적산유량, 압력, 온도등)를 상호 입출력 할 수 있는 단자함 및

테스트 지점 및 테스트 장치에 필요한 전원을 공급하는 전력공급기

(Power supplier)를 설비한다.

본 모사테스트기는 이동과 설치가 간편한 스키드마운팅(Skid mounting)

타입으로 하며 설치시 수평을 쉽게 잡기위해 스키드 바닥에 수평게이지가

부착된다.

누설테스트 방법

액체 이송운전중 누설테스트를 시작하고자 할때는 도달지역의 차단발브

V-2를 닫는다. (V-2 발브는 도면 2에서 표시된 것 같이 수동발브도 좋고

원격조정이 가능한 개폐형 콘트롤 발브(On-Off control valve)를 사용해도

좋다. 배관의 압력(PI₁)이 펌프 P-1의 최대압력(Pump shut-off pressure)

보다 낮도록 미리 V-0 밸브의 압력 설정치를 정하고 시스템 압력이 설정치에

도달한 후 발브 V-1을 잠근다. 이후 펌프 P-1을 정지시키고 액체 이송작업을

완료한다.

발브 V-1이 100% 잠긴 시간부터 시스템이 실질적인 누설테스트 작업에 돌입

하게 되므로, PR₁ PR₂ TR₁ TR₂는 이 시각으로부터 자동으로 기록되게

되며 도면 5에 표시된 것과 같은 시간에 따른 압력과 온도의 변화곡선을

얻게된다.

누설테스트의 시작으로부터 4시간~36시간(조정가능)동안 각 지점별 압력과

온도기록치를 겹쳐(Overlapping)보면서 경과 진행사항을 주시하며 압력이

연속적으로 떨어지지 않음이 확인되면 시스템에서 누설이 없는 것으로

판정하고 소규모 누설이 라도 있는 경우 기록중인 모든 지점에서의 압력이

궁극적으로 0㎏/㎠G로 떨어지게 되거나, 온도하강과 더불어 하강되었던

압력이 온도가 상승 회복되어도 회복되지 않는다.

누설 모사테스트

발브 V-2를 잠그고 시스템 압력이 안정(System pressure equalizing)되었을

때 즉 PIs=PIa가 되고 1분(조정가능)이 경과된 후 발브 V-1을 서서히

잠근다(잠김시간 조정가능하여야 함).

V-1 발브의 100% 잠김이 완료되었을 때 누설모사 테스트장치 제어판넬상의

스타트 푸쉬버튼을 눌러 누설 모사테스트에 돌입한다.

이 시점에서는 누설 테스트 포인트(예로서 TP-1)에서의 시간당 일정량의

유속으로 액체누설에 대한 모사가 시작되고, 각 지점(테스트포인트,

송달지역, 도달지역, 기타 임의선택지역)에서의 압력과 온도의 기록이

동시에 시작된다.

이 결과는 도면 6과 같은 시간에 따른 압력곡선과 온도곡선의 데이터를

얻게된다.

이와같은 모사테스트는 유량을 소량(예:시간당 1리터)으로부터 조금씩

늘려가면서 각 테스트포인트에서 동일 방법의 압력온도 곡선데이터를

장기간(예:1년이상)에 걸쳐 취득 확보한 후 그 데이터를 가공하여 도면 7a와

같은 지정한 각 누설유량과 지정한 일정 대기온도 범위에 따른 각 지점에서

의 곡선군을 얻는다.

실제 누설이 발생했을 경우 누설 발생시의 유체온도를 알고 그 온도에서의

시간에 대한 시스템 압력변화곡선을 구한다음 그 곡선을 누설 발생시의

유체온도와 근접한 온도 구간들에서의 (상기도면 7a에서의) 곡선군들에

겹쳐(Overlapping) 보일때 가장 근접한 곡선군을 찾을 수 있고 이에따라

누설지점 및 누설량까지도 추적해 낼 수 있게 된다.

시설의 사용중에 상시 누설테스트가 가능하고 배관을 비우거나 타 유체로

교체 하거나, 시설을 변경하거나, 매설배관을 굴착하는 번거로움 없이

간편하게 누설을 확인할 수 있다. 액체 이송시설 최초 설비시 비교적 적은

투자비로 누설확인을 위한 추가설비를 할 수 있고 사용중이던 기존 시설에도

간단히 추가설비를 설치하여 운용할 수 있다.

대량의 액체를 이송하는 경우에서 길이가 길고 육안관찰이 곤란한 배관에서

소규모 누설이 발생할 경우 대부분의 기존 방법에서는 누설현상을 감지해

내기가 어려워 매설지반의 변형등 외관변화가 나타나기 까지 오랜시간이

걸리고 토양오염, 지하수 오염등 환경오염이 커질 수 있지만 본 발명의

방법을 사용할 경우 소규모 누설도 조기에 감지해 냄으로서 환경오염방지는

물론 누설에 의한 주변시설에의 피해정도를 최소화 시키고 손실금액도

그만큼 적게 할 수 있다.

평소의 액체이송 운전시 누설 모사테스트를 여러조건에서 시행하여

집적된 데이터를 근거로 하여 실제 누설발생시 누설량과 누설장소를 추적할

수 있다.

본 발명을 장거리 액체이송시설에 적용하므로서 그간 장거리 액체

이송시설의 누설로 인한 막대한 환경오염 및 재산상의 손실 등을 줄일 수

있고 이 기술을 국내 관련시설의 설계에 적용하고 또 나아가 관련분야의

해외시장을 개척할 때 많은 기술료 획득도 예상된다.

도 1은 종래 기술에 의한 일반적인 액체이송 시스템이 표현된 공정도

(피앤아이디:P&ID)

도 2는 본 발명에 의한 액체이송 배관의 누설감지 시스템을 적용하기 위하여

시설에 필요한 장치를 설치하도록 추천되는 시스템의 공정도(피앤아이디)

도 3은 본 발명에 관계된 액체이송 배관에서의 누설량과 누설지점을

찾아내기 위한 모사테스트(시뮬레이션테스트)를 하는데 필요한

모사테스트 장치 (Simulation Test Kit)의 공정도(피앤아이디)

도 4는 본 발명에 관계된 액체이송 시스템의 자동 누설감지를 위한

자동 공정 제어흐름도와 누설 모사테스트 시행시 모사테스트 장치 및

액체이송 시설간의 자동 공정제어흐름도

도 4a. 본 발명에 관계된 액체이송 시스템의 자동 누설 감지를 위한

자동 공정 제어 흐름도

도 4b. 본 발명에 관계된 누설모사 테스트 시행시 모사테스트 장치

및 액체 이송시설간의 자동 공정제어 흐름도

도 5는 시스템 누설이 없을 경우 시간에 따른 시스템 압력과

온도변화곡선 (예)

도 5a. 액체 송달지역의 시간에 따른 압력과 온도변화곡선(예)

도 5b. 액체 도달지역의 시간에 따른 압력과 온도변화곡선(예)

도 5c. 액체 배관의 중간 임의 지점에서의 압력과 온도변화곡선(예)

도 6은 일정 누설유량(리터/시간)이 있는 경우에 있어서의 시스템

압력변화곡선

도 7a. 누설테스트 포인트와 각 포인트의 송달지역으로 부터의 거리

7b. 일정(대기)온도에서의 누설 유량에 따른 압력변화 곡선군

*도면의 주요부분에 대한 부호설명

T-1 송달지역 액체저장조

P-1 유체송달 펌프

T-2 도달지역 액체 저장조

PI 압력지시 계기

TI 온도지시 계기

D₁D₂...Dm 드레인발브 번호 1부터 m까지

V₁V₂...Vn 벤트발브 번호 1부터 n까지

TP 테스트 포인트

TP-1 TP-2...TP-n 테스트 포인트 번호 1부터 n까지

V-0 펌프 리턴라인 콘트롤발브

(Pump return line control valve or Pump spill back

control valve)

V-1 펌프 토출부 개폐 콘트롤발브

(Pump discharge on-off control valve)

V-2 도달지역 차단발브 (Block valve)

PV-0 송달지역에서의 압력 콘트롤발브

(Pressure control valve)

TE_S/TE_A 송달지역/도달지역 온도 엘레멘트(Temperature element)

TT_S/TT_A 송달지역/도달지역 온도 트랜스미터

(Temperature transmitter)

TI_S/TI_A 송달지역/도달지역 온도 지시계

(Temperature indicator)

TR_S/TR_A 송달지역/도달지역 온도기록장치

(Temperature recorder)

PE_S/PE_A 송달지역/도달지역 압력 엘레멘트 (Pressure element)

PT_S/PT_A 송달지역/도달지역 압력 트랜스미터

(Pressure transmitter)

PI_S/PI_A 송달지역/도달지역 압력지시계 (Pressure indicator)

PR_S/PR_A 송달지역/도달지역 압력기록장치 (Pressure recorder)

PIC_S 송달지역 압력 콘트롤러 (Pressure controller)

DBB 이중차단 발브장치 (Double block & Bleed valve)

TE_T 테스트 지역에서의 온도 엘레멘트

TT_T 테스트 지역에서의 온도 트랜스미터

TR_T 테스트 지역에서의 온도 기록장치

PE_T 테스트 지역에서의 압력 엘레멘트

PT_T 테스트 지역에서의 압력 트랜스미터

PI_T 테스트 지역에서의 압력 지시계

PR_T 테스트 지역에서의 압력 기록장치

ST 스트레이너 (Strainer)

PCV 압력조절 발브

(Pressure control valve 또는 Pressure regulator)

FV 유량조절 발브 (Flow control valve)

FE 유량 엘레멘트 (Flow element)

FT 유량 트랜스미터 (Flow transmitter)

FIC 유량 콘트롤러 (Flow indicating controller)

FR 유량 기록장치 (Flow recorder)

FQI 적산 유량계 (Flow quantity indicator)

FQIR 적산 유량기록계 (Flow quantity Indicating recorder)

WD 웨이스트 액체저장조 (Waste drum)

MPT 메터 프루버 탱크 (Meter prover tank)

3 WAY-MOV 쓰리웨이 모터 구동발브 (Motor operated 3-way valve)

P/B 푸쉬버튼 (Push button)

P/B ON 푸쉬버튼 전원연결

P/B OFF 푸쉬버튼 전원차단

PR_S 송달 지역에서의 압력기록계

PR₁ 테스트 포인트 1에서의 압력기록계

PR₂ 테스트 포인트 2에서의 압력기록계

PRn 테스트 포인트 n에서의 압력기록계

PR_A 도달지역에서의 압력기록계

TR_S 송달지역에서의 온도 기록계

TR₁ 테스트 포인트 1에서의 온도기록계

TR₂ 테스트 포인트 2에서의 온도기록계

TRn 테스트 포인트 n에서의 온도기록계

TR_A 도달지역에서의 온도기록계

인입되는 두 신호가 모두 있을 경우에 아웃풋 신호

(Out put signal)가 발생함.

P_S 송달지역 시스템 압력(=PIs)

P_A 도달지역 시스템 압력(=PI_A)

ℓ₁ 송달지역 V-1 발브로부터 TP-1 지점까지의 배관길이

ℓ₂ 송달지역 V-1 발브로부터 TP-2 지점까지의 배관길이

ℓn 송달지역 V-1 발브로부터 TP-n 지점까지의 배관길이

L₁ TP-1지점에서의 액체누설 유량 (리터/시간)

L₂ TP-2지점에서의 액체누설 유량 (리터/시간)

Ln TP-n지점에서의 액체누설 유량 (리터/시간)

Claims

액체 이송 배관시설의 누설감지를 위해 누설감지를 하고자 하는 구간의

시작부분과 말단부분에 액체 이중차단 장치를 사용하여 시스템 압력을

완벽히 차단, 고립화 시키는 방법과 시작부분 이중차단 장치의 후단발브를

개폐형 볼 또는 플러그형 콘트롤 발브를 사용하는 방법과 말단부분 이중차단

장치의 앞부분 발브를 원격제어방식의 개폐형 볼 또는 플러그형 콘트롤

발브를 사용하는 방법과 시스템의 압력조절과 자동 압력차단을 위한

분할제어 방식의 시스템 콘트롤 장치를 설치하는 방법과 상기 장치에 의해

차단 고립화된 시스템 압력의 자동 기록 결과치를 보고 압력하강을 확인하여

시스템의 누설을 감지하는 방법.
누설 테스트 포인트에서 모사 테스트 결과로 얻어지는 시간에 대한 압력과

온도 변화곡선 데이터를 집적하여 얻어진 곡선군 데이터에 실제 누설이 발생

할 경우 만들어진 시간에 대한 압력과 온도변화 곡선을 겹침(Overlapping)

방법에 의하여 근사 누출유량과 근사 누출지점을 추정하는 방법.
도면 3에 표시된 액체 배관시설의 누설 모사를 위한 테스트 장치에서

누설지점의 온도와 압력과 유량제어를 자동으로 할 수 있도록 하며

유량치 보정을 위한 모터구동 쓰리웨이콘트롤 발브를 사용하여 메터푸루버

탱크(MPT)와 웨이스트 액체 저장조(WD)를 장치하는 방법과 시스템의 관계

지점(액체 송달지역, 도달지역, 임의 선택지역등)으로부터의 압력, 온도 및

누설모사 테스트 지점의 누설량의 실시간 데이터를 수집하고 시스템의 누설

감지와 누설모사 테스트를 통제할 수 있는 제어판넬을 테스트 장치와 함께

차량 또는 기타 이동식기구에 설치하여 장치의 현장이동성을 원활하게 하는

방법.
누설모사 테스트 장치를 이용하여 시스템의 압력을 차단, 고립화시키고

테스트 지점에서 실제 누설을 모사하여 액체 송달지역, 도달지역 및 임의

선택지역에서의 유체 압력과 온도의 실시간 데이터 기록을 집적하여 도면

7a와 같은 일정온도 구간에서의 압력곡선군을 얻고 이 데이터에 실제 시스템

의 누설 발생시 얻어진 해당구간 온도에서의 압력곡선을 겹침(Overlapping)

방법으로 근접한 누설지점과 누설량을 추적하는 방법.