KR20100008069A - 파일럿 작동형 안전밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파일럿 작동형 안전밸브에 관한 것으로서, 메인밸브를 개방시키거나 폐쇄하여 저장탱크 내부 압력을 설정압력 이하로 유지시켜주는 파일럿 밸브의 일측으로 연결 설치되어 저장탱크로부터 압력 변화된 기체를 상기 파일럿 밸브측으로 공급하는 공급파이프를 포함하며, 공급파이프 상에 공진 현상을 이용하여 특정 주파수의 압력 진동에 대한 압력을 제거할 수 있는 압력제거부를 포함한다. 따라서 본 발명에 의하면 공급파이프 상에 일정한 주파수의 압력 진동에 대한 압력을 제거할 수 있는 압력제거부를 형성함으로써, 주기적이며 짧은 파장을 갖는 압력 스파이크에 대하여 안전밸브가 불필요하게 작동되는 것을 방지하게 되어 제품의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

액화천연가스 저장탱크, 리퀴드 돔, 설정압력, 안전밸브, 파일럿밸브

Description

파일럿 작동형 안전밸브{SAFETY VALVE HAVING PILOT OPERATED}

본 발명은 파일럿 작동형 안전밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액화천연가스 저장탱크의 상부측 리퀴드 돔(Liquid Dome)에 설치되어 저장탱크의 내부 압력을 설정압력 이하로 유지시켜 주는 안전 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 액화천연가스(LNG)는 메탄(Methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 -163℃로 냉각해 그 부피를 6백분의 1로 줄인 무색 투명한 초저온 액체를 말한다.

이러한 액화천연가스가 에너지 자원으로 사용됨에 따라 이 가스를 에너지로 이용하기 위해서 생산기지로부터 수요지의 인수지까지 대량으로 수송할 수 있는 효율적인 운송 방안이 검토되어 왔으며, 이러한 노력의 일환으로 대량의 액화천연가스를 해상으로 수송할 수 있는 액화천연가스 운반선이 개발되었다.

그런데, 액화천연가스 운반선에는 초저온상태로 액화시킨 액화천연가스를 보관 및 저장할 수 있는 저장탱크(Cargo Tank)가 구비되어 있어야 하는데, 이러한 저장탱크에서 요구되는 조건이 매우 까다로워 많은 어려움이 있었다.

즉, 액화천연가스는 대기압 보다 높은 증기압을 가지며, 대략 -163℃ 정도의 비등 온도를 갖기 때문에, 이러한 액화천연가스를 안전하게 보관하고 저장하기 위해서는 이를 저장하는 저장탱크는 초저온에 견딜 수 있는 재료, 예를 들면 알루미늄강, 스테인리스강, 35% 니켈강 등으로 제작되어야 하며, 기타 열응력 및 열수축에 강하고, 열침입을 막을 수 있는 독특한 인슐레이션 구조로 설계되어야 했다.

이러한 저장탱크의 상측에는 리퀴드 돔이 설치되고, 이 리퀴드 돔에는 파일럿 작동형 안전밸브가 설치된다.

파일럿 작동형 안전밸브는, 저장탱크(Cargo Tank)의 내부 압력을 적절하게 유지시키기 위하여 많이 사용되며, 장치 내부의 압력이 설정압력(예컨대, 저장탱크일 경우 25.0KpaG, 인슐레이션 스페이스일 경우 1.0KpaG) 이상 상승시 자동으로 작동하여 규정압 범위 이내의 압력 강하 후 신속히 기밀을 유지하도록 한다.

이러한 안전밸브의 구조를 도시된 종래의 도 1을 참고하여 설명한다.

저장탱크(10)의 상측 리퀴드 돔(12)에 직접적으로 연결되는 메인밸브(110)와, 메인밸브(110)의 상측에 연결 설치되어 메인밸브(110)를 개방시키거나 폐쇄하여 저장탱크 내부의 과압을 막아줌은 물론, 내부의 압력을 설정압력 이하로 유지시켜 줌으로써, 과압으로 인한 저장탱크(10)의 균열, 폭발로부터 보호하는 조절 기능을 하는 파일럿 밸브(112)로 구성된다.

파일럿 밸브(112)에는 저장탱크(10)로부터 기체를 파일럿 밸브측으로 공급하기 위한 공급파이프(30)가 측방으로부터 연결 설치되어, 파일럿 밸브(112)가 먼저 압력을 받아 작동하고 그 후 메인 밸브(110)가 작동한다.

그러나, 액화천연가스 운반선의 저장탱크 내부에서는 반복적으로 액화가스의 압축과 감압이 발생하며, 이 반복 과정에서 일정 부분 주기적이며 급격히 상승되는 짧은 파장의 압력 변동이 나타나게 된다.

참고로, 도 2는 저장탱크의 실험에 의해 리퀴드 돔 상부에서 계측한 압력 분포를 나타낸 것이다.

이와 같이 주기적이며 짧은 파장을 갖는 압력 스파이크(pressure spikes)에 의하여 급격히 압력 변화된 기체는 공급파이프(30)를 통해 파일럿 밸브(112)에 전달되고, 파일럿 밸브(112)에서는 메인밸브(110)를 작동시키게 된다.

따라서 주기적이며 짧은 파장을 갖는 압력 스파이크에 대하여 메인밸브(110)를 불필요하게 작동시키지 않아도 됨에 불구하고 일일이 대응하여 작동되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명에서는, 주기적이며 짧은 파장을 갖는 압력 스파이크에 대하여 안전밸브가 불필요하게 작동되는 것을 방지할 수 있는 파일럿 작동형 안전밸브를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 파일럿 작동형 안전밸브에 있어서, 메인밸브를 개방시키거나 폐쇄하여 저장탱크 내부 압력을 설정압력 이하로 유지시켜주는 파일럿 밸브의 일측으로 연결 설치되어 저장탱크로부터 압력 변화된 기체를 상기 파일럿 밸브측으로 공급하는 공급파이프를 포함하며, 공급파이프 상에 공진 현상을 이용하여 특정 주파수의 압력 진동에 대한 압력을 제거할 수 있는 압력제거부를 포함하는 파일럿 작동형 안전밸브를 제공한다.

그리고 바람직하게 압력제거부는, 공급파이프에서 일정 구간의 내부 공간 면적이 확대되는 형태를 이루거나, 공급파이프에서 일정 구간의 내부 공간 면적이 확대되고, 확대된 공간부 중간에 기설정 크기의 막음부가 더 포함된다.

더욱이 막음부의 단면적 크기와 내부 공간이 확대된 압력제거부의 길이 조절을 통하여 압력 제거 효율이 증대될 수 있다.

또한, 압력제거부는, 공급파이프의 일정 부분이 단절되고, 단절 부분을 축방향으로 연결하도록 공급파이프의 원주 방향을 따라 적어도 하나 이상의 분기연결관이 형성되며, 이 분기연결관은, 공급파이프 상에 일정 거리 이격되어 복수개가 배치 형성된다.

또, 공급파이프에 상기 하나의 분기연결관 형성시 하나의 분기연결관은 공급파이프의 직경과 같으며, 공급파이프에 형성되는 복수의 분기연결관 형성시 마주하는 한 쌍의 분기연결관의 합친 직경은 공급파이프의 직경과 같은 것을 특징으로 한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 파일럿 작동형 안전밸브에 따르면, 공급파이프 상에 일정한 주파수의 압력 진동에 대한 압력을 제거할 수 있는 압력제거부를 형성함으로써, 주기적이며 짧은 파장을 갖는 압력 스파이크에 대하여 안전밸브가 불필요하게 작동되는 것을 방지하게 되어 제품의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 파일럿 작동형 안전밸브의 구성도이고, 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 공급파이프의 사시도이고, 도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 공급파이프의 사시도이고, 도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 공급파이프의 사시도이고, 도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 공급파이프의 사시도이다.

파일럿 작동형 안전밸브(100)는, 액화천연가스를 내부에 저장하는 저장탱크(Cargo Tank:10)의 상측 리퀴드 돔(Liquid Dome:12)에 설치되어 저장탱크(10)의 내부 압력을 적절하게 유지시키는 기능을 수행하게 된다.

도 3에 도시된 파일럿 작동형 안전밸브(100)는, 저장탱크(10)의 상측 리퀴드 돔(12)에 직접적으로 연결되는 메인밸브(110)와, 메인밸브(110)의 상측에 연결 설치되어 메인밸브(110)를 개방시키거나 폐쇄하여 저장탱크 내부의 과압을 막아줌은 물론, 내부의 압력을 설정압력 이하로 유지시켜 줌으로써, 과압으로 인한 저장탱크의 균열, 폭발로부터 보호하는 조절 기능을 하는 파일럿 밸브(112)로 구성되며, 이 파일럿 밸브(112)에는 저장탱크(10)로부터 압력 상승된 기체를 파일럿 밸브(112)측으로 공급하기 위한 공급파이프(120)가 측방으로부터 연결 설치된다.

여기서 파일럿 밸브(112)와 메인밸브(110)는 통상적인 종래의 밸브로서 개략적으로 도시하였고, 그 설명을 생략한다.

공급파이프(120)는 리퀴드 돔(12)에 수직하게 설치되며, 상단부는 미도시된 3웨이 밸브를 매개로 하여 직각 방향으로 수평하게 이어져서 파일럿 밸브(112)에 연결된다.

본 발명에서는 이러한 공급파이프(120)의 수직부 상에, 공진 현상을 이용하여 특정 주파수의 압력 진동에 대한 압력을 제거할 수 있는 압력제거부(130)를 형성하였다.

즉, 압력제거부(130)는 공급파이프(120)상에 형성되어 주기적이며 짧은 파장을 갖는 압력 스파이크를 효과적으로 제거할 수 있다.

도 3에 도시된 제 1 실시예의 압력제거부(130)는, 원통의 중공 공급파이프(120)상에서 일정 구간에 걸쳐 내부 공간이 확대되는 형태를 이룬다.

내부 공간이 확대되는 압력제거부(130)의 직경은 공급파이프(120)의 직경에 비해 바람직하게 2배 정도가 적당하며, 수직한 공급파이프(120) 길이에 대해 적어도 2/3 이상의 길이를 가지고 형성되는 것이 압력 제거 효과가 향상될 수 있다.

그리고 도 4의 제 2 실시예에서는, 중공의 공급파이프(120)상에서 일정 구간 에 걸쳐 내부 공간이 확대되되, 압력제거부(130)의 확대 공간 중간부에 기설정 크기의 막음부(132)가 더 형성된 것이다.

막음부(132)는 내부 공간이 확대된 압력제거부(130)의 내부에 설치되며, 고정은 상, 하부 또는 도시된 것과 같이 측벽에 연결 설치되어, 확대된 압력제거부(130)에서 기체의 경로를 중앙에서 차단하여 기체가 막음부(132)를 사이에 두고 양측으로 분기되어 이동되도록 유도하게 되며, 이 과정에서 압력이 제거된다.

덧붙여, 막음부(132)의 단면적 크기와 내부 공간이 확대된 압력제거부(130)의 길이 조절을 통하여 압력 제거 효율이 증대될 수 있다.

또한, 압력제거부(130)의 다른 실시예로서, 공급파이프(120)의 일정 부분이 단절되어 두 개로 분리 형성되고, 이 분리된 공급파이프(120)를 연통되도록 연결하여 기체의 이동을 가능하게 하는 분기연결관(134)이 설치된다. 분기연결관(134)은 공급파이프(120)의 단절 부분을 축방향으로 연결하도록 공급파이프(120)의 원주 방향을 따라 적어도 하나 이상 형성된다.

예시된 도 5a의 제 3 실시예에 따르면, 하나의 분기연결관(134)이 "ㄷ"자 형태로 하여 두 개의 공급파이프(120)가 연통되도록 연결하며, 이때, 분기연결관(134)의 직경은 기 설계된 파이프와 동일한 유량을 고려하여 공급파이프(120)와 같은 직경으로 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 도 5b에서는 하나의 분기연결관(134)이 공급파이프(120) 상에 일정 거리 이격되어 복수개가 배치 형성될 수 있다.

또, 도 6a의 제 4 실시예에서는, "ㄷ"자 형태의 분기연결관(134)이 마주하여 한 쌍을 이루어서 두 개의 공급파이프(120)가 연통되도록 연결하며, 이때, 마주하는 한 쌍의 분기연결관(134)의 합친 직경은 기 설계된 파이프와 동일한 유량을 고려하여 공급파이프(120)와 같은 직경으로 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 도 6b에서와 같이 한 쌍의 분기연결관(134)이 공급파이프(120) 상에 일정 거리 이격되어 복수개가 배치 형성될 수 있다.

또, 도 7a의 제 5 실시예에서는, "ㄷ"자 형태의 분기연결관(134)이 마주하여 한 쌍을 이루는 분기연결관(134)과, 이 한 쌍의 분기연결관(134)에 직교하는 다른 한 쌍의 분기연결관(134)을 통하여 두 개의 공급파이프(120)가 연통되도록 연결하며, 이때, 마주하는 한 쌍의 분기연결관(134)의 합친 직경이 기 설계된 파이프와 동일한 유량을 고려하여 공급파이프(120)와 같은 직경으로 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 도 7b에서와 같이 공급파이프(120)의 원주방향을 따라 복수개 형성된 분기연결관(134)이 공급파이프(120) 상에 일정 거리 이격되어 복수개가 배치 형성될 수 있다.

이와 같은 구조로 이루어진 파일럿 작동형 안전밸브의 작용은 다음과 같이 이루어진다.

저장탱크(10) 내부의 압력을 설정압력 이하로 유지시켜주기 위하여 개방되거나 폐쇄되는 메인밸브(110)는, 파일럿 밸브(112)가 먼저 공급파이프(120)를 통하여 압력을 받아 작동되고 난 후, 작동이 이루어지게 된다.

여기서 저장탱크(10) 내부에서는 액화가스가 반복적으로 압축과 감압이 연속하 여 발생하게 되며, 이때, 일정 구간에서 주기적이며 짧은 파장을 갖는 압력 스파이크(pressure spikes)도 발생하게 되고, 이 급격히 압력 변화된 기체에 의하여 종래에는 파일럿 밸브(112)와 메인밸브(110)가 작동되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명에서는 공급파이프(120)상에 형성된 압력제거부(130)를 통하여 압력 제거가 이루어져서 불필요한 안전밸브(100)의 작동을 방지하게 된다.

즉, 제 1, 2, 3, 4, 5 실시예에 따른 압력제거부(130)는, 제 1 실시예에 따라 일정 구간이 확대되거나, 기체의 흐름이 분기되어 흐르도록 막음부(132)를 형성한 제 2 실시예, 그리고 제 3, 4, 5 실시예와 같이 하나 이상의 분기연결관(134)을 통하여 급격하게 압력 변화된 기체가 주기적이며 짧은 파장을 가지고서 이동할 때, 공진현상(共振現像)을 이용하여 특정 주파수의 파나 진동을 감소시키게 된다.

실험 결과 대략 70% 이상 압력 제거 효과가 이루어지며, 압력제거부(130)의 직경과 크기에 따라 그 감소 결과는 더 효과적으로 나타날 수 있다.

그러므로 본 발명에서는 공급파이프(120) 상에 일정한 주파수의 압력 진동에 대한 압력을 제거할 수 있는 압력제거부(130)를 형성함으로써, 주기적이며 짧은 파장을 갖는 압력 스파이크에 대하여 안전밸브가 불필요하게 작동되는 것을 방지하게 되었다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 파일럿 작동형 안전밸브는 하나의 바람직한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 파일럿 작동형 안전밸브의 구성도이고,

도 2는 종래에 저장탱크의 실험에 의해 리퀴드 돔 상부에서 계측한 압력 분포를 나타낸 것이고,

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 파일럿 작동형 안전밸브의 구성도이고,

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 공급파이프의 사시도이고,

도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 공급파이프의 사시도이고,

도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 공급파이프의 사시도이고,

도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 공급파이프의 사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 저장탱크 12 : 리퀴드 돔

100 : 안전밸브 110 : 메인밸브

112 : 파일럿 밸브 120 : 공급파이프

130 : 압력제거부 132 : 막음부

134 : 분기연결관

Claims (8)

1. 파일럿 작동형 안전밸브에 있어서,

   메인밸브를 개방시키거나 폐쇄하여 저장탱크 내부 압력을 설정압력 이하로 유지시켜주는 파일럿 밸브의 일측으로 연결 설치되어 저장탱크로부터 압력 변화된 기체를 상기 파일럿 밸브측으로 공급하는 공급파이프를 포함하며,

   상기 공급파이프 상에 공진 현상을 이용하여 특정 주파수의 압력 진동에 대한 압력을 제거할 수 있는 압력제거부

   를 포함하는 파일럿 작동형 안전밸브.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 압력제거부는,

   상기 공급파이프에서 일정 구간의 내부 공간 면적이 확대되는 형태를 이루는 파일럿 작동형 안전밸브.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 압력제거부는,

   상기 공급파이프에서 일정 구간의 내부 공간 면적이 확대되며, 확대된 공간부 중간에 기설정 크기의 막음부가 더 포함되는 파일럿 작동형 안전밸브.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 막음부의 단면적 크기와 내부 공간이 확대된 상기 압력제거부의 길이 조절을 통하여 압력 제거 효율이 증대될 수 있는 파일럿 작동형 안전밸브.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 압력제거부는,

   상기 공급파이프의 일정 부분이 단절되고, 상기 단절 부분을 축방향으로 연결하도록 상기 공급파이프의 원주 방향을 따라 적어도 하나 이상의 분기연결관이 형성되는 파일럿 작동형 안전밸브.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 분기연결관은, 상기 공급파이프 상에 일정 거리 이격되어 복수개가 배치 형성되는 파일럿 작동형 안전밸브.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 공급파이프에 하나의 상기 분기연결관 형성시 상기 분기연결관은 상기 공급파이프의 직경과 같은 것을 특징으로 하는 파일럿 작동형 안전밸브.
8. 제 5 항에 있어서,

   상기 공급파이프에 형성되는 복수의 분기연결관 형성시 마주하는 한 쌍의 상 기 분기연결관의 합친 직경은 상기 공급파이프의 직경과 같은 것을 특징으로 하는 파일럿 작동형 안전밸브.

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