KR20050116935A - 엘엔지 저장탱크의 통합제어 안전관리 시스템 - Google Patents

엘엔지 저장탱크의 통합제어 안전관리 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LNG 저장탱크의 통합제어 안전관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LNG 저장탱크의 내부탱크와 코너프로텍션에 각각 변위센서를 추가로 설치하여 파손 위험성을 사전에 예측하여 자동적으로 파손예방 조치를 할 수 있는 LNG 저장탱크의 통합제어 안전관리 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 의한 파괴의 위험을 예측하여 적절한 조치를 취할 수 있는 LNG 저장탱크의 통합제어 안전관리 시스템은, 내부탱크의 외주면에 설치된 제1변위센서와, 상기 코너프로텍션의 상기 내부탱크를 향하는 내부면에 설치된 제2변위센서를 구비한 LNG 저장탱크와, 쿨다운온도센서와, 누설온도센서와, 압력센서와, 진동센서와, 제1변위센서와, 제2변위센서로 부터 각각의 신호를 입력받아, 내부탱크와 코너프로텍션의 파손 위험성을 판단하고 밸브 제어명령을 출력하는 통합제어유니트와, 상기 통합제어유니트의 밸브 제어명령을 입력받아 LNG 공급밸브와, LNG 송출밸브와, 안전밸브와, 펌프를 각각 구동하는 통합구동유니트를 포함한다.

Description

엘엔지 저장탱크의 통합제어 안전관리 시스템{Integrated Control and Safety Management System for a LNG Storage Tank}
본 발명은 LNG 저장탱크의 통합제어 안전관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LNG 저장탱크의 내부탱크와 코너프로텍션에 각각 변위센서를 추가로 설치하여 파손 위험성을 사전에 예측하여 자동적으로 파손예방 조치를 할 수 있는 LNG 저장탱크의 통합제어 안전관리 시스템에 관한 것이다.
도 1에는 종래의 LNG 저장탱크의 안전관리 시스템이 도시되어 있다. 도 1에 도시된 것과 같이, 종래의 LNG 저장탱크는 외부탱크(10)와, 상기 외부탱크의 바닥에 설치된 코너프로텍션(30)과, 상기 코너프로텍션(30)의 상부에 설치된 내부탱크(20)로 구성된다. 상기 코너프로텍션(30)과 내부탱크(20) 사이에는 통상 단열재가 채워진다. 내부탱크(20)의 내주면에는 적당한 위치에 쿨다운온도센서 (110)가 설치되어 있으며, 상기 쿨다운온도센서(110)에서 측정된 온도는 쿨다운온도신호변환기(51)를 거쳐서 쿨다운온도측정기(52)에서 계측된다.
또한, 내부탱크(20)의 손상에 따라 BOG가 누출되거나 LNG액이 누설되는 것을 감지하기 위하여, 누설온도센서(120)가 코너프로텍션(30)의 적당한 위치에 설치되어 있다. 상기 누설온도센서(120)에서 측정된 온도는 누설온도신호변환기(41)를 거쳐서 누설온도측정기(42)에서 계측된다. 또한, 내부탱크(20)의 압력을 측정하기 위해서 절대압력계(61), 게이지압력계(62), 내부탱크(20)와 단열재 공간 사이의 차압을 측정하기 위한 차압계(63)가 설치되어 있으며, 상기 각각의 압력계에서 측정된 압력은 압력신호변환기(64)를 거쳐서 압력측정기(65)에서 계측된다. 또한, 내부탱크 바닥판에 설치된 펌프의 진동을 측정하기 위해서 진동센서(140)가 설치되어 있으며, 상기 진동센서(140)에서 측정된 신호는 진동신호변환기(71)를 거쳐서 진동측정기(72)에서 계측된다.
상기와 같은 종래의 LNG 저장탱크의 안전관리 시스템은 각각의 센서의 값을 저장탱크 관리자가 읽고서 경험에 의하여 저장탱크의 안전성 여부를 판단하여 저장탱크를 반자동으로 관리하고 있다. 그러나 관리자의 경험이 미숙하거나, 환경이 변화한 경우에는 경험에 의하여 관리하는 데에 한계가 있으며, 급박한 상황에서는 관리자가 적절히 대처할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 종래의 LNG 저장탱크 안전관리 시스템은 온도, 압력, 진동만을 계측하여 저장탱크의 운전과 관리를 하게 되어 있어서, 사전에 내부탱크(20)나 코너프로텍션(30)의 파손을 예측할 수 없는 문제점이 있다. 즉, 내부탱크(20)나 코너프로텍션(30)이 파손되어 BOG 가스가 누출되거나, LNG액의 누설된 후에 비로소 파손을 감지하도록 되어 있다. 즉, 내부탱크(20)나 코너프로텍션(30)이 가스압력이나 초저온 하중에 의해 변형되거나 크랙/파단이 이미 진행되었어도 이를 감지할 수 있는 계측시스템이 없으므로 대형 사고가 발생할 우려가 높다.
본 발명은, 상기와 같은 종래의 LNG 저장탱크 안전관리 시스템의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 내부탱크와 코너프로텍션의 변형 거동량을 감지하기 위한 센서를 구비하여 사전에 LNG 저장탱크의 파괴 위험성을 예측할 수 있는 LNG 저장탱크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 내부탱크와 코너프로텍션의 변위측정센서를 포함하는 각종의 센서의 신호를 입력받아 파괴의 위험을 예측하여 적절한 조치를 취할 수 있는 LNG 저장탱크의 통합제어 안전관리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일측면에 따른 내부탱크와 코너프로텍션의 변형을 감지하기 위한 센서를 구비하여 사전에 LNG 저장탱크의 파괴 위험성을 예측할 수 있는 LNG 저장탱크는, 외부탱크의 하부에 설치된 코너프로텍션과, 상기 코너프로텍션의 상부에 설치된 내부탱크와, 압력센서와, 쿨다운온도센서와, 누설온도센서와, 진동센서를 포함하는 LNG 저장탱크에 있어서, 상기 내부탱크의 외주면에 설치된 제1변위센서와, 상기 코너프로텍션의 상기 내부탱크를 향하는 내부면에 설치된 제2변위센서를 더 포함한다. 특히, 상기 제1변위센서는 복수개이며 상기 내부탱크의 외주면에 등간격으로 배치되고, 상기 제2변위센서는 복수개이며, 상기 코너프로텍션의 상기 내부탱크를 향하는 내주면에 등간격으로 배치되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따른 파괴의 위험을 예측하여 적절한 조치를 취할 수 있는 LNG 저장탱크의 통합제어 안전관리 시스템은, 내부탱크의 외주면에 설치된 제1변위센서와, 상기 코너프로텍션의 상기 내부탱크를 향하는 내부면에 설치된 제2변위센서를 구비한 LNG 저장탱크와, 쿨다운온도센서와, 누설온도센서와, 압력센서와, 진동센서와, 제1변위센서와, 제2변위센서로 부터 각각의 신호를 입력받아, 내부탱크와 코너프로텍션의 파손 위험성을 판단하고 밸브 제어명령을 출력하는 통합제어유니트와, 상기 통합제어유니트의 밸브 제어명령을 입력받아 LNG 공급밸브와, LNG 송출밸브와, 안전밸브와, 펌프를 각각 구동하는 통합구동유니트를 포함한다.
또한, LNG 저장탱크의 통합제어 안전관리 시스템에 있어서, 상기 통합제어유니트는 입력받은 각각의 센서의 신호값이 일정 범위를 벗어나는 경우 경고명령을 추가로 출력하고, 상기 통합제어유니트의 경고명령을 입력받아, 각각의 센서값에 대한 경고명령을 표시하기 위한 표시부로 출력하는 통합경고유니트를 더 포함할 수도 있다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 LNG 저장탱크의 통합제어 안전관리 시스템은 신호검지부(100)와, 상기 신호검지부(100)에서 검지된 센서의 신호를 변환하는 신호변환부(200)와, 상기 변환된 신호값에 해당하는 센서의 물리값을 표시하는 신호계측부(300)를 포함한다. 또한, 신호변환부(200)에서 변환된 신호값은 통합제어유니트(400)로 전송된다. 상기 통합제어유니트(400)는 각각의 센서의 값을 조합하여 허용된 안전관리 범위 이내인가를 판단한다. 센서의 값이 허용된 안전관리 범위를 벗어난 경우 통합경고유니트(500)로 경고명령을 출력하고, 통합구동유니트(600)로 제어명령을 출력한다. 상기 통합경고유니트(500)는 경고명령에 따라서 표시부에 각각의 센서에 해당하는 경고를 표시하고, 통합구동유니트(600)는 제어명령에 따라서 각종 밸브와 펌프를 제어한다.
상기 신호검지부(100)는 LNG 저장탱크에 설치된 각종 센서로 구성된다. 센서에는 내부탱크(20)의 바닥판과 내측벽에는 설치된 복수의 쿨다운온도센서(110)와, 내부탱크(20)의 외측벽과 바닥판 외벽측에 설치된 복수의 제1변위센서(150)와, 코너프로텍션(30)에 설치된 복수의 누설온도센서(120) 및 제2변위센서(160)와, 내부탱크(20) 바닥판의 펌프에 설치된 복수의 진동센서(140)와, 내부탱크(20) 내측 상단부의 가상의 원주상에 설치된 복수의 압력센서(130)를 포함한다.
또한, 상기 통합구동유니트(600)에 의하여 구동이 제어되는 장치는 LNG 공급밸브(610) 및 송출밸브(620)와, 안전밸브(630) 및 각종의 펌프(640)이고, 통합경고유니트(500)에 의하여 경고를 표시하는 표시부는 각각의 센서에 대응하는 경고모듈(510 - 560)을 구비하고 있다.
상기 통합제어유니트(400)는 각각의 센서의 신호를 받아들여 적정한 안전관리 범위 이내인지를 판단하는 여러가지 제어모듈을 구비하고 있다. 상기 각각의 제어모듈은 도시된 것과 같이, 쿨다운온도제어모듈(410), 누설온도제어모듈(420), 압력제어모듈(430), 진동제어모듈(440), 제1변위제어모듈(450), 제2변위제어모듈(460)로 구성된다. 또한 마찬가지로 신호변환부(200)는 각각의 센서에 대응하는 신호변화기를 구비하고 있다. 상기 각각의 신호변환기 중 제1변위 및 제2변위 신호변환기(250, 260)를 제외하고는 도1에 도시된 것과 동일한 것이다.
도 3 및 도 4에는 본 발명에 따라서 LNG 저장탱크의 파괴 위험성을 예측할 수 있도록 제1 및 제2 변위센서가 설치된 LNG 저장탱크가 도시되어 있다.
도 3에 도시된 것과 같이, 본 실시예의 LNG 저장탱크에는, 내부탱크(20)의 바닥판과 내부탱크 측벽이 만나는 내부탱크의 외벽측 코너부에 등간격으로 8개, 내부탱크 바닥판 외벽측의 환상판에 4개, 바닥판 외벽측 중심부에 1개, 내부탱크 측벽과 스티프너(21)가 만나는 외벽측 스티프너(21) 하단부에 4개, 외벽측 스티프너(21) 중단부에 2개, 외벽측 스티프너 상단부에 2개의 제1변위센서(150, 또는, 제1응력센서)가 외주를 따라서 등간격으로 각각 설치되어 있다. 상기 복수의 제1변위센서(150)는 내부탱크(20)의 변형량을 실시간으로 측정하여 내부탱크(20)의 손상을 사전에 예측할 수 있도록 한다.
또한, 도 4에 도시된 것과 같이, 본 실시예의 LNG 저장탱크에는, 코너프로텍션(30) 측벽의 코너프로텍션 내측 코너부에 6개, 바닥 중심부에 1개, 코너프로텍션 내측벽 중단부에 4개, 코너프로텍션 내측벽 상단부에 2개의 제2변위센서(160, 또는 제2응력센서)가 원주를 따라서 등간격으로 각각 설치되어 있다. 상기 복수의 제2변위센서(160)는 코너프로텍션(30)의 변형량을 실시간으로 측정하여 코너프로텍션(30)의 손상을 사전에 예측할 수 있도록 한다.
또한, 도 5에는 본 실시예의 LNG 저장탱크에 설치된 복수의 쿨다운 온도센서(110)의 배치가 도시되어 있다. 본 실시예의 쿨다운온도센서(110)는 내부탱크(20) 바닥판의 외측 원주상에 8개, 내측 원주상에 4개, 중심부에 1개, 내부탱크(20) 측벽을 따라서 내벽측 하단부에 4개, 내벽측 중단부에 2개, 내벽측 상단부에 2개 총 21개가 배치되어 있다. 쿨다운온도센서(110)는 내부탱크(20)의 온도 변화 과정에서 발생될 수 있는 내부탱크(20)의 파손을 사전에 예측할 수 있도록 한다.
또한, 도 6에는 본 실시예의 LNG 저장탱크에 설치된 복수의 누설온도 센서(120)의 배치가 도시되어 있다. 본 실시예의 누설온도센서(120)는, 코너프로텍션(30)의 코너프로텍션 측벽을 따라 코너프로텍션 내측벽 하단부에 4개, 코너프로텍션 내측벽 상단부에 2개, 바닥판의 외주변에 6개, 총 12개가 원주를 따라서 등간격으로 각각 배치되어 있다. 누설온도센서(120)는 내부탱크(20)의 손상에 의해 발생된 LNG 가스 또는 LNG 액의 누출을 감지하여 LNG 저장탱크 시스템의 안전 여부를 최종적으로 판단할 수 있도록 한다.
또한, 도 7에는 본 실시예의 LNG 저장탱크에 설치된 복수의 압력센서(130)의 배치가 도시되어 있다. 본 실시예의 압력센서(130)는 내부탱크(20) 내측 상단의 가상의 원주상에 절대압력계(131), 게이지압력계(132), 차압계(133)가 나란히 배치되고, 원주방향을 따라 180°떨어진 곳에 추가의 게이지압력계(134)와 차압계(135)가 배치된다. 상기 압력센서(130)는 대칭적으로 배치되어 내부탱크(20) 내의 압력분포를 보다 정확하게 측정하여 내부탱크(20) 내부의 압력을 안전관리 범위 이내로 적절히 유지할 수 있도록 한다.
이하에서는 상기와 같이 구성된 LNG 저장탱크와 이의 통합제어 안전관리 시스템의 작동에 대하여 설명한다.
본 발명의 통합제어 안전관리 시스템은, 1차적으로 쿨다운온도센서, 압력센서, 제1 및 제2 변위센서의 신호를 모니터링하여 내부탱크의 손상을 방지하도록 운전하여 저장탱크 시스템의 안전을 예방관리하고, 2차적으로 누설온도센서의 신호를 모니터링하여 내부탱크에 손상이 발생할 경우는 신속하게 조치를 취하여 안전을 확보할 수 있는 시스템이다.
도 2를 참조하면, 상기 신호검지부(100)의 각각의 센서로부터 실시간으로 입력된 신호는 신호변환부(200)에서 변환하여 통합제어유니트(400)로 입력된다. 통합제어유니트(400)는 쿨다운온도제어모듈(410), 누설온도제어모듈(420), 압력제어모듈(430), 진동제어모듈(440), 제1변위제어모듈(450), 제2변위제어모듈(460)로 전달된 각각 신호를 분석하여 제어명령과 경고명령을 출력한다. 제어명령과 경고명령을 입력받은 통합경고유니트(500)와 통합구동유니트(600)는 LNG 저장탱크에 공급되거나, 탱크로부터 송출하는 각종 가스류와 LNG액을 최적의 안전조건으로 제어하도록 복수의 밸브와 펌프를 제어하고, 운전자가 인식할 수 있는 경고를 표시한다.
본 발명에 의하면, 내부탱크와 코너프로텍션의 손상을 방지하여 1차적으로 탱크의 안전성을 확보하고, 만약 내부탱크가 손상을 받아 불가피하게 파손될 경우는 외부탱크 파손에 따른 대규모 참사를 막을 수 있는 통합제어 안전관리 시스템을 제공한다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
도 1은 종래의 LNG 저장탱크의 안전관리 시스템의 개략도
도 2는 본 발명에 의한 LNG 저장탱크의 통합제어 안전관리 시스템의 블럭도
도 3은 본 발명의 내부탱크에 대한 제1변위센서의 설치위치 설명도
도 4는 본 발명의 코너프로텍션에 대한 제2변위센서의 설치위치 설명도
도 5는 본 발명의 내부탱크에 대한 쿨다운온도센서 설치위치 설명도
도 6은 본 발명의 코너프로텍션에 대한 누설온도센서 설치위치 설명도
도 7은 본 발명에 있어서 압력센서 설치위치 설명도
<도면부호의 간단한 설명>
10 외부탱크 20 내부탱크
30 코너프로텍션 110 쿨다운온도센서
120 누설온도센서 130 압력센서
140 진동센서 150 제1변위센서
160 제2변위센서

Claims (4)

  1. 외부탱크의 하부에 설치된 코너프로텍션과, 상기 코너프로텍션의 상부에 설치된 내부탱크와, 압력센서와, 쿨다운온도센서와, 누설온도센서와, 진동센서를 포함하는 LNG 저장탱크에 있어서,
    상기 내부탱크의 외주면에 설치된 제1변위센서와, 상기 코너프로텍션의 상기 내부탱크를 향하는 내부면에 설치된 제2변위센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 저장탱크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1변위센서는 복수개이고, 상기 내부탱크의 외주면에 등간격으로 배치되고,
    상기 제2변위센서는 복수개이고, 상기 코너프로텍션의 상기 내부탱크를 향하는 내주면에 등간격으로 배치되며,
    상기 압력센서는 복수개이고 상기 내부탱크 상단부의 가상 내주면에 게이지압력계와 차압계를 180°떨어뜨려 설치된 것을 특징으로 하는 LNG 저장탱크.
  3. 제1항 또는 제2항에 기재된 LNG 저장탱크와,
    상기 쿨다운온도센서와, 누설온도센서와, 압력센서와, 진동센서와, 제1변위센서와, 제2변위센서로 부터 각각의 신호를 입력받아, 내부탱크와 코너프로텍션의 파손 위험성을 판단하고 밸브 제어명령을 출력하는 통합제어유니트와,
    상기 통합제어유니트의 밸브 제어명령을 입력받아 LNG 공급밸브와, LNG 송출밸브와, 안전밸브와, 펌프를 각각 구동하는 통합구동유니트를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 저장탱크의 통합제어 안전관리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 통합제어유니트는 입력받은 각각의 센서의 신호값이 일정 범위를 벗어나는 경우 경고명령을 추가로 출력하고,
    상기 통합제어유니트의 경고명령을 입력받아, 각각의 센서값에 대한 경고명령을 표시하기 위한 표시부로 출력하는 통합경고유니트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 저장탱크의 통합제어 안전관리 시스템.
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