KR20160056862A

KR20160056862A - 배관 내 수위를 모니터링하는 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20160056862A
Application number: KR1020160055672A
Authority: KR
Inventors: 이승찬; 윤덕주; 하상준
Original assignee: 한국수력원자력 주식회사
Priority date: 2016-05-04
Filing date: 2016-05-04
Publication date: 2016-05-20

Abstract

본 발명은 배관 내 수위를 모니터링하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
이러한 본 명세서는 배관의 외측에 서로 이격 배치된 다수의 초음파 트랜스듀스들에서 발생된 초음파들을 고체형 접촉매질을 통해 상기 배관 내로 전송하는 단계, 각 초음파에 대한 반사파의 유무를 확인하는 단계, 및 상기 각 초음파에 대한 반사파의 유무를 기반으로 상기 수위를 판단하는 단계를 포함하는 배관 내 수위 모니터링 방법을 게시한다. 본 발명은 비파괴적인 방법을 통하여 쉽고 간단하게 배관 내 장기적인 수위모니터링 장비를 구축할 수 있다.

Description

배관 내 수위를 모니터링하는 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MONITORING WATER LEVEL IN PIPE}

본 발명은 배관 내 수위를 모니터링하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초음파탐상 및 다중채널을 이용하여 비파괴적인 방식으로 배관 내 수위를 모니터링하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

발전소의 경우, 안전관련계통의 배관 내 가스축적 현상은 국내 또는 국외 발전소의 안전현안으로 대두되고 있다. 이러한 안전현안은 발전소 안전관련계통의 안전기능을 수행하기 어렵게 할 뿐만 아니라 심각한 사고를 유발할 수 있는 것으로 알려지고 있다. 발전소 안전관련계통의 안전현안을 해결하고 발전소의 안전성을 강화하기 위하여, 배관 내 수위 또는 가스축적 경향을 관찰할 수 있는 배관 내 수위 모니터링 방법이 필수적으로 요구되어 왔다.

종래의 기계 및 계통에서 배관 내 수위를 측정하는 방법들로서, 차압을 이용하거나，배관내 수위계를 설치하는 등 계통의 직접적인 변형이나 개선을 통하여 수위를 측정하는 방법들이 있다. 예를 들어 종래기술로서 실용신안 제200181636호(가스배관의 수봉변 수위 검출 장치)가 있다. 그러나, 이러한 방법들은 배관 내 수위측정을 위해 계통을 해체하거나 새롭게 만들어야 하는 과정을 동반할 수 밖에 없다. 즉, 현존하는 대부분의 배관 내 수위 모니터링 방법들은 배관의 직접적인 분해 및 변형설계를 통하여 이루어지므로 이에 따르는 부담 및 배관의 무결성을 검증하는 많은 시간을 요구하는 프로세스가 필요하며，그에 따른 인허가 절차 또한 만만치 않다.

안전관련계통의 배관 내 가스축적에 관계되는 현상은 발전소의 안전성 측면에서 중요한 부분인 만큼, 계통에 직접적인 변형을 가하지 않는 비파괴적이고 수월한 배관 내 수위 모니터링 방법이 필요하다.

본 발명의 기술적 과제는 초음파탐상 및 다중채널을 이용하여 비파괴적인 방식으로 배관 내 수위를 모니터링하는 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 원자력발전소의 안전관련계통의 직접적인 설계 변경없이 배관 내 가스축적현상에 대한 모니터링과 수위관찰을 수행할 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는 배관을 그대로 두고 배관 내 수위를 모니터링함으로써, 안전관련계통의 배관 내 공기가 과다하게 축적되는 것을 예방하고, 발전소의 안전성을 강화하며, 그에 따른 데이터 베이스를 구축하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 배관 내 수위를 모니터링하는 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 상기 배관의 외측에서 서로 이격된 위치에 배치되어 초음파를 발생시키는 다수의 초음파 트랜스듀스와, 상기 다수의 초음파 트랜스듀스의 일측에 구비되어 상기 다수의 초음파 트랜스듀스를 상기 배관의 외측에 접촉시키는 고체형 접촉매질과, 상기 다수의 초음파 트랜스듀스가 상기 배관의 외측에 고정적으로 접촉하도록 지지하는 지지부를 포함하는 초음파 발생부, 상기 다수의 초음파 트랜스듀스를 구동시켜 상기 초음파의 발생을 제어하고, 상기 초음파에 대한 반사파를 감지하며, 상기 반사파에 대한 정보를 수집하여 입/출력하는 초음파 탐상부, 및 상기 반사파에 대한 정보에 기반하여 상기 수위를 판단하고, 상기 수위에 대한 정보를 처리하거나 저장하는 데이터 처리부를 포함한다.

일 실시예로서, 상기 배관의 외측에서 수직 방향으로 상기 다수의 초음파 트랜스듀스가 배치된 상태를 기반으로, 상기 배관의 횡단면을 따라 다수의 범위들이 형성되고, 상기 데이터 처리부는 상기 다수의 범위들 중 상기 수위가 속하는 범위를 판단할 수 있다.

다른 실시예로서, 상기 적어도 하나의 초음파 트랜스듀스는 3개이고, 상기 배관의 외측을 따라 최상준위부터 아래 쪽으로 제1 내지 제3 초음파 트랜스듀스가 순차적으로 배치되며, 상기 다수의 범위들은 정상범위, 경고범위 및 위험범위를 포함할 수 있다.

또 다른 실시예로서, 상기 초음파 탐상부가 상기 제1 내지 제3 초음파 트랜스듀스들의 초음파에 대한 반사파를 모두 감지하거나, 상기 제2 및 제3 초음파 트랜스듀스들의 초음파에 대한 반사파만을 감지하는 경우, 상기 데이터 처리부는 상기 수위가 상기 정상범위에 속하는 것으로 판단할 수 있다.

또 다른 실시예로서, 상기 초음파 탐상부가 상기 제3 초음파 트랜스듀스의 초음파에 대한 반사파만을 감지하는 경우, 상기 데이터 처리부는 상기 수위가 상기 경고범위에 속하는 것으로 판단할 수 있다.

또 다른 실시예로서, 상기 초음파 탐상부가 상기 제1 내지 제3 초음파 트랜스듀스들의 초음파에 대한 반사파들을 모두 감지하지 못하는 경우, 상기 데이터 처리부는 상기 수위가 상기 위험범위에 속하는 것으로 판단할 수 있다.

또 다른 실시예로서, 상기 다수의 초음파 트랜스듀스는 상기 배관의 외측에서 수평 방향으로 이격될 수 있다.

또 다른 실시예로서, 상기 지지부는 환형 또는 고리 모양의 홀더로서 상기 배관의 전부 또는 일부를 둘러쌓을 수 있다.

또 다른 실시예로서, 상기 고체형 접촉매질은 폴리에틸렌계열, 혹은 고분자 특성을 갖춘 물질, 혹은 연성을 갖춘 금속성 내지 금속 물질, 혹은 친수성 고분자 화합물 등으로 이루어진 초음파 투과성 고체물질이고, 상기 배관의 표면에 도포되거나 부착될 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 배관 내 수위를 모니터링하는 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 서로간에 이격된 다중채널들을 통해 상기 배관 내에 초음파를 전송하는 초음파 발생부, 여기서 각 채널은 초음파를 발생시키는 초음파 트랜스듀스, 상기 초음파 트랜스듀스의 일측에 구비되는 고체형 접촉매질 및 상기 배관의 외측을 둘러쌓은 고리 형상으로서 상기 초음파 트랜스듀스를 고정적으로 지지하는 지지부로 구성됨, 상기 다중채널을 통한 상기 초음파의 전송을 제어하고, 상기 초음파에 대한 반사파를 감지하며, 상기 반사파에 대한 정보를 수집하여 입/출력하는 초음파 탐상부, 및 상기 반사파에 대한 정보에 기반하여 상기 수위를 판단하고, 상기 수위에 대한 정보를 처리하거나 저장하는 데이터 처리부를 포함한다.

다른 실시예로서, 상기 다중채널을 구성하는 초음파 트랜스듀스들은 3개이고, 상기 배관의 외측을 따라 최상준위부터 아래 쪽으로 제1 내지 제3 초음파 트랜스듀스가 순차적으로 배치되며, 상기 다수의 범위들은 정상범위, 경고범위 및 위험범위를 포함할 수 있다.

또 다른 실시예로서, 상기 고체형 접촉매질은 폴리에틸렌계열의 초음파 투과성 고체물질이고, 상기 배관의 표면에 도포될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 배관 내 수위를 모니터링하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 상기 배관의 외측에 서로 이격 배치된 다수의 초음파 트랜스듀스들에서 발생된 초음파들을 고체형 접촉매질을 통해 상기 배관 내로 전송하는 단계, 각 초음파에 대한 반사파의 유무를 확인하는 단계, 및 상기 각 초음파에 대한 반사파의 유무를 기반으로 상기 수위를 판단하는 단계를 포함한다.

일 실시예로서, 상기 배관의 외측에서 수직 방향으로 상기 다수의 초음파 트랜스듀스가 배치된 상태를 기반으로, 상기 배관의 횡단면을 따라 다수의 범위들이 형성되고, 상기 판단하는 단계는, 상기 다수의 범위들 중 상기 수위가 속하는 범위를 판단하는 것을 포함할 수 있다.

또 다른 실시예로서, 상기 다수의 초음파 트랜스듀스는 3개이고, 상기 배관의 외측을 따라 최상준위부터 아래 쪽으로 제1 내지 제3 초음파 트랜스듀스가 순차적으로 배치되며, 상기 다수의 범위들은 정상범위, 경고범위 및 위험범위를 포함할 수 있다.

또 다른 실시예로서, 상기 확인하는 단계에서, 상기 제1 내지 제3 초음파 트랜스듀스들의 초음파에 대한 반사파들의 존재 또는 상기 제2 및 제3 초음파 트랜스듀스들의 초음파에 대한 반사파의 존재만이 확인된 경우, 상기 판단하는 단계는, 상기 수위가 상기 정상범위에 속하는 것으로 판단하는 것을 포함할 수 있다.

또 다른 실시예로서, 상기 확인하는 단계에서, 상기 제3 초음파 트랜스듀스의 초음파에 대한 반사파의 존재만이 확인된 경우, 상기 판단하는 단계는, 상기 수위가 상기 경고범위에 속하는 것으로 판단하는 것을 포함할 수 있다.

또 다른 실시예로서, 상기 확인하는 단계에서, 상기 제1 내지 제3 초음파 트랜스듀스들의 초음파에 대한 반사파들의 부존재가 확인된 경우, 상기 판단하는 단계는, 상기 수위가 상기 위험범위에 속하는 것으로 판단하는 것을 포함할 수 있다.

또 다른 실시예로서, 상기 고체형 접촉매질은 폴리에틸렌계열, 혹은 고분자특성을 갖춘 물질, 혹은 연성을 갖춘 금속성 내지 금속물질, 혹은 친수성 고분자 화합물등으로 이루어진 초음파 투과성 고체물질이고, 상기 배관의 표면에 도포되거나 부착될 수 있다.

본 발명은 비파괴적인 방법을 통하여쉽고 간단하게 배관 내 장기적인 수위모니터링 장비를 구축할 수 있고, 가스축적과 관련된 현안을 해결하며 발전소의 안전성과 운용 효율성을 높일 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 배관 내 수위 모니터링 시스템의 구조도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 초음파 발생부의 단면을 도시한 것이다.
도 3은 일 실시예에 따라 배관에 다중채널을 구축한 측면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 배관 내 수위 모니터링 시스템의 동작원리를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 내 수위 모니터링 시스템을 설정하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 내 수위 모니터링 시스템의 동작방법을 도시한 순서도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "~부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어(hardware)나 소프트웨어(software) 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 배관 내 수위 모니터링 시스템의 구조도이다.

도 1을 참조하면, 배관 내 수위 모니터링 시스템(100)은 초음파 발생부(110), 초음파 탐상부(120) 및 데이터 처리부(130)를 포함한다.

초음파 발생부(110)는 초음파를 발생시키고, 초음파를 배관(10) 내에 전달한다. 이때, 초음파 발생부(110)는 초음파를 배관(10) 내에 효과적으로 전달하기 위한 구조를 가질 수 있다. 즉 초음파 발생부(110)는 초음파 탐상에 의한 모니터링의 정확도 향상을 위해 초음파의 소멸을 최소화하는 구조를 가진다. 이러한 구조를 구현하기 위한 일례로서, 초음파 발생부(110)의 단면을 도시한 도 2를 참조하면, 초음파 발생부(110)는 초음파를 발생시키는 다수의 초음파 트랜스듀스(111), 초음파 트랜스듀스(111)와 배관(10)을 접촉시키되 초음파의 소멸을 최소화하는 고체형 접촉매질(112) 및 초음파 트랜스듀스(111)가 흔들리지 않고 정확하게 고정되도록 지지하는 지지부(113)를 포함할 수 있다.

초음파 발생부(110)의 각 구성요소를 좀더 자세히 살펴보면, 초음파 발생부(110)는 다수의 초음파 트랜스듀스(111)를 포함하여 배관(10) 내의 수위 h를 계층적으로 측정할 수 있다. 예를 들어 본 명세서에서는 3개의 초음파 트랜스듀스(111)들이 배관(10)의 외측에서 서로 다른 위치에 구비된 것으로 도시하였다. 제1 내지 제3 초음파 트랜스듀스(111-1, 111-2, 111-3)들은 수위를 감지하는데 사용된다. 이를 위해 이들 초음파 트랜스듀스(111)들은 배관(10)을 기준으로 수직(또는 횡단면) 방향 및/또는 수평(또는 종단면) 방향을 따라 배관(10)의 외측에 서로 이격되어 배치된다. 예를 들어, 초음파 트랜스듀스(111)들은 도 2에서와 같이 배관(10)을 기준으로 수직 방향(또는 배관의 횡단면)을 따라 겹치지 않게 이격되어 배치될 수 있다. 또한 초음파 트랜스듀스(111)들은 도 3에서와 같이 배관(10)을 기준으로 수평 방향(또는 배관의 종단면)을 따라 겹치지 않게 이격되어 배치될 수 있다. 이는 초음파들이 배관(10)의 일측에서 전송된 후 배관(10)의 반대편(타측)에서 반사되어 돌아올 때 초음파들간에 간섭을 줄이기 위함이다.

각 초음파 트랜스듀스(111)는 초음파 탐상부(120)와 연결되고, 초음파 탐상부(120)의 제어에 의해 특정 파형의 초음파를 배관(10)의 일측에서 발생시키며, 배관(10)의 반대편(타측) 금속층에서 반사되어 돌아오는 초음파를 수신한다. 본 실시예에서 초음파 트랜스듀스(111)를 3개로 구성한 것은 예시에 불과할 뿐 2개, 4개 또는 그 이상으로 구성될 수 있음은 물론이다.

고체형 접촉매질(112)은 초음파 트랜스듀스(111)의 일측에 구비되어, 초음파 트랜스듀스(111)를 배관(10)의 외측에 접촉시키되 초음파의 소멸을 최소화하도록, 모양이 변하지 않는 물질로 형성될 수 있다.

고체형 접촉매질(112)의 재질 또는 성질과 관련하여, 일례로서 고체형 접촉매질은 고분자성 물질일 수 있다. 다른 예로서 고체형 접촉매질은 친수성 고분자 화합물일 수 있다. 또 다른 예로서 고체형 접촉매질은 금속성 물질일 수 있다. 예를 들어 고체형 접촉매질은 연성을 갖춘 금속성 물질일 수도 있고, 강성을 갖춘 금속성 물질일 수도 있으며, 연성과 강성을 모두 갖춘 금속성 물질일 수도 있다. 또 다른 예로서 고체형 접촉매질(112)은 폴리에틸렌계열의 초음파 투과성 고체물질일 수 있다. 또 다른 예로서, 고체형 접촉매질(112)의 외피는 상대적으로 단단한 물질로 내피는 상대적으로 부드러운 물질로 구성될 수 있다. 또 다른 예로서 고체형 접촉매질(112)은 1개이상의 고체형 물질이 복합되어 구성될 수 있다. 또 다른 예로서 고체형 접촉매질(112)은 단일물질로 구성될 수 있다. 고체형 접촉매질(112)의 접촉 방식 또는 형태와 관련하여, 일례로서 고체형 접촉매질(112)은 배관(10)의 표면에 도포되는 형태일 수 있다. 다른 예로서 고체형 접촉매질(112)는 배관(10)의 표면에 부착되는 형태일 수 있다.

상기와 같은 고체형 접촉매질을 사용함으로써, 초음파 트랜스듀스(111)가 배관(10)과 접촉한 상태로 장시간 증발되지 않고 지속적으로 형태가 유지될 수 있고, 고체형 매질을 부드럽게 대상물체와 접촉되도록 한다. 또한 고체형 접촉매질(112)은 초음파 트랜스듀스(111)와 배관(1)의 표면 사이에 기공을 제거함으로써, 초음파 트랜스듀스(111)로부터 발생된 초음파가 배관(10)을 통과할 때 초음파의 감쇠를 최소화하고, 초음파 탐상법의 적용 범위를 확장시키며, 지속적인 수위 모니터링을 실현할 수 있다.

지지부(113)는 초음파 트랜스듀스(111)가 배관(10)에 안정적, 고정적, 지속적으로 접촉하도록 지지하며, 환형 또는 고리 모양의 홀더로서 배관(10)의 전부 또는 일부를 둘러쌓을 수 있다. 즉, 지지부(113)는 다수의 초음파 트랜스듀스(111)들이 위험범위, 경고범위, 정상범위를 감지하기 위해 배관(10) 외측에서 서로 다른 위치에 구비될 때, 이들 초음파 트랜스듀스(111) 각각을 개별적으로 지지하도록 다수개로 구성될 수 있다. 그러나, 이는 예시일 뿐 지지부(113)의 형상이나 모양 또는 개수는 다양하게 구현될 수 있음은 물론이다. 1개의 지지부(113)와 1개의 초음파 트랜스듀스(111)의 조합으로써 초음파 탐상을 수행할 때, 상기 조합을 채널이라 하고, 이러한 조합이 다수개로 구성된 것을 다중채널이라 부른다.

도 3은 일 실시예에 따라 배관에 다중채널을 구축한 측면도이다. 도 3은 지지부(113-1, 113-2, 113-3)와 초음파 트랜스듀스(111-1, 111-2, 111-3)의 조합이 3개로 되어 3중 채널을 구성한 예시이다.

다시 도 1을 참조하면, 초음파 탐상부(120)는 각각의 채널에 위치한 초음파 트랜스듀스(111)를 구동시켜 초음파 신호의 전송을 제어하고, 반사되는 초음파의 파형을 감지 및 수집하여 입/출력한다. 예를 들어 초음파 탐상부(120)는 주기적으로(예를 들어 10분 간격) 초음파 신호가 전송되도록 제어하고, 반사파를 주기적으로 관찰할 수 있다. 그리고 초음파 탐상부(120)는 데이터 처리부(130)와 연결되어, 수집된 초음파 파형에 관한 정보를 데이터 처리부(130)로 보내거나, 데이터 처리부(130)에 의해 저장되거나 가공된 정보를 수신할 수 있다.

데이터 처리부(130)는 초음파 탐상부(120)로부터 얻은 각종 정보(반사파 정보 등)를 기반으로 수위 또는 수위가 속하는 범위를 판단하고, 수위에 대한 정보를 가공하거나 처리하여 저장할 수 있다.

초음파는 고체，액체，및 공기영역에서 전파특성이 상이하기 때문에, 기체영역에서의 초음파 파형과 액체영역에서의 초음파 파형이 구분된다. 따라서, 초음파 탐상부(120)는 금속층으로 형성된 배관(10)으로 투과된 초음파가 배관(10)의 두께를 뚫고 배관(10)의 반대편 금속층에서 반사되어 돌아오는 초음파의 파형을 다중채널을 통해 관찰하고 검증함으로써, 배관(10)의 내부 표면에 기체와 액체가 공존하는지에 대한 정보 또는 초음파가 기체영역 또는 액체영역과 상호작용한 결과정보를 도출할 수 있다. 이러한 정보들은 배관(10) 내의 수위를 정확하게 평가하는데 사용된다.

도 4는 본 발명에 따른 배관 내 수위 모니터링 시스템의 동작원리를 설명하기 위한 단면도이다.

도 4를 참조하면, 안전관련계통의 배관(10) 내에 가스가 축적되면 수위 h가 변화할 수 있다. 본 실시예에서는 수위 h의 범위를 정상범위, 경고범위, 위험범위 이렇게 3단계로 정의한다. 수위 h를 정상범위, 경고범위, 위험범위와 같이 계층적으로 나누기 위해, 정상범위, 경고범위, 위험범위의 물리적인 높이가 사전에 설정될 수 있다. 사용자는 이렇게 설정된 각각의 범위에 해당하는 배관 외측(또는 표면)상의 지점을 선정하고, 현장의 배관에 적용할 수 있다.

아울러, 사용자는 다수의 범위들을 형성하도록 알맞은 준위에 초음파 트랜스듀스(111)들을 위치시킨다. 이들 초음파 트랜스듀스(111)들은 초음파를 발생시키고 자신이 배관(10)의 일측에서 전송한 초음파가 배관(10)의 타측으로부터 반사되어 오는 파형을 관측할 수 있다.

제1 초음파 트랜스듀스(111-1)은 최상준위(기준위치)에 위치해 있다. 제2 초음파 트랜스듀스(111-2)는 최상준위보다 상대적으로 아래 준위, 즉 정상범위와 경고범위의 경계에 위치해 있다. 제3 초음파 트랜스듀스(111-3)는 가장 낮은 준위, 즉 경고범위와 위험범위의 경계에 위치해 있다. 즉 다수의 초음파 트랜스듀스(111)들이 배관(10)의 외측상에 서로 이격되어 배치된 상태를 기반으로, 배관(10)의 횡단면을 따라 수위가 속할 수 있는 다수의 범위들이 형성될 수 있다. 각 초음파 트랜스듀스(111)들이 떨어진 간격 또는 배치된 형태에 따라 정상범위, 경고범위, 위험범위의 폭이 달라질 수 있다.

이들 초음파 트랜스듀스(111)에 의해 발생된 초음파와 반사파를 기반으로 수위 h를 판단하는 방법은 다음과 같다.

1) 수위 h가 정상범위에 속하는 경우는 다음의 2가지 경우를 포함한다.

i) 모든 초음파 트랜스듀스(111)들이 액체영역에 접한 경우 - 모든 초음파 트랜스듀스(111)에서 발생된 초음파는 감쇠하지 않고 다시 초음파 트랜스듀스(111)로 반사되어 돌아온다. 이때 반사되어 돌아오는 파형은 가우시안 형태로 관측될 수 있다. 따라서, 배관 내 수위 모니터링 시스템(100)은 모든 초음파 트랜스듀스(111)로부터 반사파가 관측될 경우 수위 h가 정상범위에 속하는 것으로 판단한다.

ii) 제1 초음파 트랜스듀스(111-1)는 기체영역에 접하고, 제2 초음파 트랜스듀스(111-2)와 제3 초음파 트랜스듀스(111-3)는 액체영역에 접한 경우 - 제1 초음파 트랜스듀스(111-1)에서 발생된 초음파에 대한 반사파는 관측되지 않는 반면, 제2 초음파 트랜스듀스(111-2)와 제3 초음파 트랜스듀스(111-3)에서 발생된 초음파에 대한 반사파는 감쇠하지 않고 반사되어 돌아온다. 따라서, 배관 내 수위 모니터링 시스템(100)은 적어도 제2 초음파 트랜스듀스(111-2)가 반사파를 관측하는 지점까지는 수위 h가 정상범위에 속하는 것으로 판단한다.

2) 수위 h가 경고범위에 속하는 경우는 제1 초음파 트랜스듀스(111-1)와 제2 초음파 트랜스듀스(111-2)는 기체영역에 접하고, 제3 초음파 트랜스듀스(111-3)는 액체영역에 접한 경우에 해당한다. 제1 초음파 트랜스듀스(111-1)와 제2 초음파 트랜스듀스(111-2)에서 발생된 초음파에 대한 반사파는 관측되지 않는 반면, 제3 초음파 트랜스듀스(111-3)에서 발생된 초음파에 대한 반사파는 감쇠하지 않고 반사되어 돌아온다. 따라서, 배관 내 수위 모니터링 시스템(100)은 적어도 제3 초음파 트랜스듀스(111-3)가 반사파를 관측하는 지점까지는 수위 h가 경고범위에 속하는 것으로 판단한다.

3) 수위 h가 위험범위에 속하는 경우는 제1 초음파 트랜스듀스(111-1), 제2 초음파 트랜스듀스(111-2) 및 제3 초음파 트랜스듀스(111-3) 모두가 기체영역에 접한 경우에 해당한다. 따라서 제1 초음파 트랜스듀스(111-1), 제2 초음파 트랜스듀스(111-2) 및 제3 초음파 트랜스듀스(111-3)에서 발생된 초음파에 대한 반사파는 관측되지 않는다. 따라서, 배관 내 수위 모니터링 시스템(100)은 모든 초음파 트랜스듀스(111)가 반사파를 관측하지 못하는 시점부터는 수위 h가 위험범위에 속하는 것으로 판단한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 내 수위 모니터링 시스템을 설정하는 방법을 도시한 순서도이다.

도 5를 참조하면, 배관 내 수위 모니터링 시스템(100)을 배관(10)에 설치하는 방법은, 다수의 초음파 트랜스듀스(111)+고체형 접촉매질(112)+초음파 탐상부(120)의 연결상태를 확인하는 단계와(S500), 초음파 트랜스듀스(111)에서 발생하는 초음파가 고체형 접촉매질(112)과 액체영역을 통과하는 파형을 확인하는 단계와(S505), 액체영역에서 상기 초음파에 대한 반사파의 유무를 확인하는 단계(S510)를 포함한다. 예를 들어 사용자는 설치 초기에 초음파 트랜스듀스(111)를 발생시킨 초음파가, 고체형 접촉매질(112)과 액체영역을 통해 반사되어 오는 파형을 관찰함으로써, 각 구성요소들의 연결상태가 올바른지 확인할 수 있다. 아울러, 본 실시예에 따른 수위 모니터링 방법은, 반사파의 유무를 정확히 확인하는 것이 배관 내 수위를 판단하는데 중요한 요소이므로 시스템의 신뢰도를 위해 이 정보의 오류를 사전에 방지할 필요가 있다.

단계 S510에서, 만약 액체영역에서의 반사파가 확인되지 않으면 다시 단계 S505가 수행된다. 반면 만약 액체영역에서의 반사파가 확인되면, 사용자는 초음파 트랜스듀스(111)와 고체형 접촉매질(112)을 연결하고(S515), 수위의 정상범위, 경고범위, 위험범위를 구분하는 배관 표면상의 지점을 선정하여 각각의 범위를 구분하는 준위에 초음파 트랜스듀스(111)들을 배치한다(S520).

이와 같이 본 실시예에 따른 배관 내 수위 모니터링 시스템은 안전관련계통의 가스축적과 관련하여 비파괴적인 방법으로 배관 내 수위 모니터링을 장기적으로 수행할 수 있고, 배관의 형상과 발전소 계통에 물리적 변화를 주지 않으며，시스템의 설치 및 현장적용이 매우 간단하며，구축된 시스템을 통하여 지속적으로 배관 내 수위에 대한 데이터베이스를 구축할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 내 수위 모니터링 방법을 도시한 순서도이다.

도 6을 참조하면, 배관 내 수위 모니터링 시스템(100)은 다중채널의 초음파 트랜스듀스(111)를 사용하여 초음파를 발생시킨다(S600). 초음파 트랜스듀스(111)에서 발생된 초음파는 고체형 접촉매질(112)을 통해 배관(10)내로 전송된다.

배관 내 수위 모니터링 시스템(100)은 각 초음파 트랜스듀스(111-1, 111-2, 111-3)의 초음파에 대한 반사파의 유무를 확인한다(S605).

각 초음파 트랜스듀스(111-1, 111-2, 111-3)의 초음파에 대한 반사파 정보를 기반으로, 배관 내 수위 모니터링 시스템(100)은 배관(10) 내 수위를 판단한다(S610). 여기서, 반사파 정보란 반사파들의 유무를 조합한 정보이다.

각 초음파 트랜스듀스별 반사파의 유무를 조합하여 배관(10) 내 수위를 판단하는 방법을 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

배관 내 수위	제1 초음파 트랜스듀스의 초음파에 대한 반사파 유무	제2 초음파 트랜스듀스의 초음파에 대한 반사파 유무	제3 초음파 트랜스듀스의 초음파에 대한 반사파 유무
정상범위	O	O	O
정상범위	X	O	O
경고범위	X	X	O
위험범위	X	X	X

표 1을 참조하면, 모든 초음파 트랜스듀스(111)의 초음파에 대한 반사파가 존재하는 것으로 확인된 경우, 또는 제1 초음파 트랜스듀스(111-1)를 제외한 나머지 초음파 트랜스듀스들의 초음파에 대한 반사파 확인된 경우, 배관 내 수위 모니터링 시스템(100)은 배관 내 수위가 정상범위에 속하는 것으로 판단한다.

그리고 제3 초음파 트랜스듀스(111-3)의 초음파에 대한 반사파만이 확인된 경우, 배관 내 수위 모니터링 시스템(100)은 배관 내 수위가 경고범위에 속하는 것으로 판단한다.

또한 모든 초음파 트랜스듀스(111)의 초음파에 대한 반사파가 확인되지 않은 경우, 배관 내 수위 모니터링 시스템(100)은 배관 내 수위가 위험범위에 속하는 것으로 판단한다.

본 실시예에 따른 배관 내 수위 모니터링 방법은, 상기에서 판단된 배관 내 수위에 대한 정보를 데이터베이스에 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이와 같이 배관의 수위를 직접 측정하지 않고，원거리 모니터링을 통하여 발전소 점검에 소비되는 시간을 효율적으로 줄이면서 지속적인 관찰이 가능하므로, 운용의 효율성이 증대된다. 또한, 가스축적 안전현안과 관련되는 공기축적 현상을 지속적으로 모니터렁하여 과도한 공기가 축적되지 않도록 사전예방을 할 수 있고，발전소 계통에 직접적인 설계 변경없이 모니터링이 가능하므로, 안전성이 증대된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

배관 내 액체의 수위를 모니터링하는 시스템으로서,
상기 배관을 통해 초음파를 발생시키는 다수의 초음파 트랜스듀스들과, 상기 다수의 초음파 트랜스듀스들 각각의 일측에 구비되어 상기 다수의 초음파 트랜스듀스들을 상기 배관의 외측에 접촉시키는 일정한 모양의 고체형 접촉매질과, 상기 다수의 초음파 트랜스듀스들이 상기 배관의 외측에 고정적으로 접촉하도록 지지하는 지지부를 포함하는 초음파 발생부;
상기 다수의 초음파 트랜스듀스들을 구동시켜 상기 초음파의 발생을 제어하고, 상기 초음파에 대한 반사파를 감지하며, 상기 반사파에 대한 정보를 수집하여 입/출력하는 초음파 탐상부; 및
상기 반사파에 대한 정보에 기반하여 상기 수위가 다수의 범위들 중 어느 범위에 있는지를 판단하고, 상기 수위에 대한 정보를 처리하거나 저장하는 데이터 처리부를 포함하되,
상기 다수의 초음파 트랜스듀스들은 상기 배관의 외측의 상반구 상에서 서로 다른 높이의 지점들에 배치되되, 각 지점을 포함하는 각 수평면이 상기 다수의 범위를 구분하는 경계를 형성하도록 구비되며, 상기 경계의 개수는 상기 다수의 초음파 트랜스듀스들의 개수와 동일하고,
상기 데이터 처리부는, 상기 다수의 초음파 트랜스듀스들 각각에서 발생하는 상기 초음파 중에서 상기 고체형 접촉매질 및 상기 액체를 통해서 상기 배관의 외측의 하반구에서 반사되어 돌아오는 반사파의 감지여부를 조합하여, 상기 수위가 상기 다수의 범위들 중 어디에 속하는지를 판단하는 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 다수의 초음파 트랜스듀스들은 3개이고,
상기 상반구를 따라 최상준위부터 아래 쪽으로 제1 내지 제3 초음파 트랜스듀스가 순차적으로 배치되며,
상기 다수의 범위들은 정상범위, 경고범위 및 위험범위를 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 초음파 탐상부가 상기 제1 내지 제3 초음파 트랜스듀스들의 초음파에 대한 반사파를 모두 감지하거나, 상기 제2 및 제3 초음파 트랜스듀스들의 초음파에 대한 반사파만을 감지하는 경우,
상기 데이터 처리부는 상기 수위가 상기 정상범위에 속하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 초음파 탐상부가 상기 제3 초음파 트랜스듀스의 초음파에 대한 반사파만을 감지하는 경우,
상기 데이터 처리부는 상기 수위가 상기 경고범위에 속하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 초음파 탐상부가 상기 제1 내지 제3 초음파 트랜스듀스들의 초음파에 대한 반사파들을 모두 감지하지 못하는 경우,
상기 데이터 처리부는 상기 수위가 상기 위험범위에 속하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 지지부는 환형 또는 고리 모양의 홀더로서 상기 배관의 전부 또는 일부를 둘러쌓는 것을 특징으로 하는, 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 고체형 접촉매질은 폴리에틸렌계열의 초음파 투과성 고체물질이고, 상기 배관의 표면에 도포되는 것을 특징으로 하는, 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 고체형 접촉매질의 외피는 상대적으로 단단한 물질로 구성되고, 상기 고체형 접촉매질의 내피는 상대적으로 부드러운 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는, 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 고체형 접촉매질은 상기 배관의 표면에 부착되는 형태인 것을 특징으로 하는, 시스템.
배관 내 액체의 수위를 모니터링하는 방법으로서,
상기 배관의 외측의 상반구 상에 서로 이격된 지점들에 배치된 다수의 초음파 트랜스듀스들에서 발생된 초음파들을 일정한 모양의 고체형 접촉매질을 통해 상기 배관 내로 전송하는 단계, 여기서 각 지점을 포함하는 각 수평면은 상기 수위가 속할 수 있는 다수의 범위들을 구분하는 경계를 형성하고, 상기 경계의 개수는 상기 다수의 초음파 트랜스듀스들의 개수와 동일함;
상기 초음파들 중에서 상기 고체형 접촉매질 및 상기 액체를 통해 상기 배관의 외측의 하반구에서 반사되어 돌아오는 반사파가 존재하는지 확인하는 단계; 및
상기 반사파의 존재를 상기 다수의 초음파 트랜스듀스들별로 조합하여 상기 수위가 다수의 범위들 중 어느 범위에 있는지를 판단하는 단계를 포함함을 특징으로 하는, 모니터링 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 다수의 초음파 트랜스듀스는 3개이고,
상기 상반구를 따라 최상준위부터 아래 쪽으로 제1 내지 제3 초음파 트랜스듀스가 순차적으로 배치되며,
상기 다수의 범위들은 정상범위, 경고범위 및 위험범위를 포함하는 것을 특징으로 하는, 모니터링 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 확인하는 단계에서, 상기 제1 내지 제3 초음파 트랜스듀스들의 초음파에 대한 반사파들의 존재 또는 상기 제2 및 제3 초음파 트랜스듀스들의 초음파에 대한 반사파의 존재만이 확인된 경우,
상기 판단하는 단계는, 상기 수위가 상기 정상범위에 속하는 것으로 판단하는 것을 포함함을 특징으로 하는, 모니터링 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 확인하는 단계에서, 상기 제3 초음파 트랜스듀스의 초음파에 대한 반사파의 존재만이 확인된 경우,
상기 판단하는 단계는, 상기 수위가 상기 경고범위에 속하는 것으로 판단하는 것을 포함함을 특징으로 하는, 모니터링 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 확인하는 단계에서, 상기 제1 내지 제3 초음파 트랜스듀스들의 초음파에 대한 반사파들의 부존재가 확인된 경우,
상기 판단하는 단계는, 상기 수위가 상기 위험범위에 속하는 것으로 판단하는 것을 포함함을 특징으로 하는, 모니터링 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 고체형 접촉매질은 폴리에틸렌계열의 초음파 투과성 고체물질이고, 상기 배관의 표면에 도포되는 것을 특징으로 하는, 모니터링 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 고체형 접촉매질의 외피는 상대적으로 단단한 물질로 구성되고, 상기 고체형 접촉매질의 내피는 상대적으로 부드러운 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는, 모니터링 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 고체형 접촉매질은 상기 배관의 표면에 부착되는 형태인 것을 특징으로 하는, 모니터링 방법.