KR20180108802A - 대형 선박의 급유를 모니터링하기 위한 측정 어셈블리 - Google Patents

대형 선박의 급유를 모니터링하기 위한 측정 어셈블리 Download PDF

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KR20180108802A
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지멘스 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은, 액체 생성물(1)을 이용한 대형 선박의 급유를 모니터링하기 위한 측정 어셈블리에 관한 것이며, 이 측정 어셈블리는, 선박의 벙커 탱크(2)로 이어지는 벙커 라인(3)의 코스에 배열된 적어도 2 개의 병렬 파이프 라인들(4, 5)을 포함한다. 파이프 라인들(4, 5) 각각에서, 코리올리스 질량 유량계(41, 51), 압력계(42, 52), 그리고 액추에이팅 구동부(44, 54) 및 포지션 제어기(45, 55)를 갖는 제어 밸브(43, 53)가 유동 방향으로 차례 차례로 배열된다. 코리올리스 질량 유량계들(41, 51)에 의해 제공되는 측정된 값들로부터, 질량 유량 및 질량 유량으로부터 도출되는 액체 생성물(1)의 관련 있는 측정 변수들이 결정된다. 측정된 유량이 병렬 파이프 라인들(4, 5) 중 단 1개에서만 0보다 크고 특정된 유량 임계 값보다 적으며, 다른 파이프 라인들(4, 5)에서는 0이거나 또는 유량 임계 값에 도달하는 방식으로, 그리고 측정된 압력이 특정된 압력 임계 값 미만으로 떨어지지 않는 방식으로, 급유 동안, 제어 밸브들(43, 53)은, 코리올리스 질량 유량계들(41, 51)에 의해 그리고 압력계들(42, 52)에 의해 제공되는 측정된 값들에 따라 개별적으로 세팅된다.

Description

대형 선박의 급유를 모니터링하기 위한 측정 어셈블리
본 발명은, 광유 또는 석유화학 산업의 액체 생성물을 이용한 대형 선박의 급유를 모니터링(monitoring)하기 위한 측정 어셈블리(assembly)에 관한 것이다.
특히 고가의 액체 생성물들, 예컨대, 이를테면, 연료들 또는 윤활유들에 대해, 급유 프로세스(process)에서 전달되는 액체 생성물의 양(quantity)을 정확하게 측정하기 위한, 또는 공급자의 측정을 검증하기 위한 요건이 존재한다. 이를 위해 벙커 탱크(bunker tank) 내의 충전 수준(fill level) 측정은 적절하지 않은데, 그 이유는 벙커 탱크의 부피를 통한 벙커 탱크의 충전 수준부터 액체 생성물의 질량까지 요구되는 재계산이 너무 부정확하거나 또는 오류들이 발생하기 쉽기 때문이다. 게다가, 전달되는 액체 생성물에 포함된 공기는 이 프로세스에서 고려되지 않는다.
이러한 이유로, 병렬로 연결된 하나 또는 그 초과의 코리올리스(Coriolis) 질량 유량계들의 도움으로 급유 프로세스 동안 액체 생성물의 질량 유량이 측정되며, 이 코리올리스 질량 유량계들에서, 매질, 여기서 액체 생성물이 유동하고 있는 적어도 하나의 만곡된 측정 도관이 진동들로 여기된다(excited). 대응하는 측정 어셈블리가 EP 2 613 126 A2로부터 알려져 있으며, 여기서, 각각의 코리올리스 질량 유량계에 압력계 및 온도계가 할당될 수 있으며, 이러한 압력계 및 온도계는, 유동 방향에서 볼 때, 관련 있는 코리올리스 질량 유량계 앞에 놓여 있고, 액체의 밀도를 결정하는 것을 가능하게 한다. 우회 밸브(valve)들은 어느 하나의 코리올리스 질량 유량계를 지나서 액체 생성물을 운반하는 것을 가능하게 하는데, 예컨대 관심이 있는 코리올리스 질량 유량계가 연결되지 않았거나 또는 제거되었다면, 액체 생성물을 운반하는 것을 가능하게 한다.
가변 용량을 갖는 유량계가 US 4,884,441로부터 알려져 있으며, 여기서, 유량계가 적어도, 2개의 병렬 유동 채널(channel)들 중 제1 유동 채널에 배열되면서, 제2 유동 채널은 제어가능한 스톱(stop) 밸브를 포함하며, 이 스톱 밸브는, 제1 유동 채널에서 측정된 유동이 미리 결정된 임계 값 미만으로 떨어질 때 제2 유동 채널을 차단시킨다. 진동들로 여기되는 2개의 측정 도관들을 갖는 코리올리스 질량 유량계의 경우, 스톱 밸브는 2개의 측정 도관들 중 하나의 측정 도관의 배출구에 배열된다.
코리올리스 질량 유량계는 예컨대 WO 2011/072711 A1로부터 알려져 있다. 질량 유동이 상 차이(phase difference)로부터 결정되고, 계량기를 통해 유동하는 액체 생성물의 밀도가 완전히 충전된(filled) 측정 도관의 공진 주파수로부터 결정됨으로써, 주입구 및 배출구에서 진동들이 수신 및 평가된다. 추가로, 관련 있는 측정된 값들, 이를테면, 부피 유동, 그리고 측정된 값 통합 또는 합산에 의해, 전달되는 액체 생성물의 전체 질량 또는 전체 부피가 이들 2개의 측정된 값들로부터 결정될 수 있다.
파일 참조번호(reference) 10 2014 114 858.4를 갖는, 앞서 공개되지 않은 이전의 독일 특허 출원은 액체 생성물로 선박을 충전(filling)하기 위한 벙커 측정 시스템(system)을 설명하며, 여기서, 유입되는 액체 생성물을 나누고 유출되는 액체 생성물을 모으기 위한 병렬 파이프 라인(pipe line)들은 선박의 벙커 탱크를 향해 있는 벙커 라인의 코스(course)에 배열된다. 파이프 라인들 각각에, 코리올리스 질량 유량계와, 스톱 밸브 또는 압력 조정 밸브를 수반할 수 있는 밸브가 배열된다. 이 밸브는 제어 설비에 연결될 수 있으며, 이 제어 설비는 주입구와 배출구 사이의 액체의 압력을 검출하기 위한 압력 센서(sensor)에 연결되거나, 또는 압력 조정 밸브에 연결되며, 그리고 압력이 특정 임계 값을 초과한 후에 밸브를 개방하고, 압력이 이 임계 값 미만으로 떨어지면 밸브를 폐쇄한다. 이 경우, 벙커 측정 시스템은 액체의 질량 유동에 자동적으로 적응되며, 따라서 커다란 질량 유동에 대해, 코리올리스 질량 유량계가 연결되며, 적은 질량 유동에 대해, 이 코리올리스 질량 유량계는 연결해제된다.
벙커 탱크들의 높은 저장 용량 및 전달되는 액체 생성물의 대응하게 많은 양(quantity)을 고려하면, 아무리 작은 측정 부정확도들도 높은 절대 측정 오류, 그리고 급유를 위한, 대응하게 크게 증가된 또는 감소된 비용들로 이어질 수 있다.
그러므로, 본 발명의 근본적인 목적은, 대형 선박의 급유의 간단한 수단으로 가능한 한 정확한 모니터링(monitoring)을 가능하게 하는 것이다.
본 발명에 따라, 이 목적은 청구항 제1 항에서 특정된 측정 어셈블리에 의해 달성된다.
따라서, 본 발명의 요지(subject matter)는, 광유 또는 석유화학 산업의 액체 생성물을 이용한 대형 선박의 급유를 모니터링(monitoring)하기 위한 측정 어셈블리이며, 이 측정 어셈블리는, 선박의 벙커 탱크(bunker tank)로 이어지는 벙커 라인(line)의 코스(course)에 배열된, 유입되는 액체 생성물을 나누고 유출되는 액체 생성물을 모으기 위한 적어도 2개의 병렬 파이프(pipe) 라인들을 포함한다.
- 여기서, 파이프 라인들 각각에서, 코리올리스 질량 유량계, 압력계, 그리고 액추에이팅(actuating) 구동부 및 포지션(position) 제어기를 갖는 제어 밸브가 유동 방향으로 차례 차례로 배열되며, 그리고
- 여기서, 코리올리스 질량 유량계, 압력계 및 제어 밸브는, 제어 및 평가 디바이스(device)에 연결되며,
이 제어 및 평가 디바이스는,
- 코리올리스 질량 유량계들에 의해 전달되는 측정된 값들로부터, 질량 유동 및 이 질량 유동으로부터 도출되는, 액체 생성물의 관련 있는 측정된 값들을 결정하도록, 그리고
- 측정된 유동이 병렬 파이프 라인들 중 단 1개에서만 0(zero)보다 크고 미리 결정된 임계 값보다 적으며, 그리고 나머지 파이프 라인들에서는 0이거나 또는 유동 임계 값에 도달하는 방식으로, 그리고
- 그러한 경우들에서, 측정된 압력이 미리 결정된 압력 임계 값 미만으로 떨어지지 않는 방식으로,
- 급유 동안, 코리올리스 질량 유량계들 및 압력계들에 의해 전달되는 측정된 값들의 함수로써, 연관된 포지션 제어기를 제어함으로써 개별적으로 제어 밸브들을 세팅하도록(set) 구현된다.
본 발명의 요지는 또한, 급유를 모니터링하기 위한 이러한 측정 어셈블리를 동작시키기 위한 방법이다.
유동 임계 값은, 이 유동 임계 값이 본질적으로, 코리올리스 질량 유량계의 최적 측정 범위의 상한에 대응하도록 선택된다. 하위 측정 범위에서의 절대 측정 정확도 및 반복 정확도가, 0의 유동 값에 이르기까지 적은 유동들에 따라 증가하기 때문에, 파이프 라인들 중 단 1개에서만 유동이 0과 미리 결정된 유동 임계 값 사이에 놓여 있고, 나머지 파이프 라인들에서는 유동이 0이거나 또는 유동 임계 값에 도달하도록, 액체 생성물의 전체 유동은 병렬 파이프 라인들 사이에서 나뉘어질 것이다. 이에 의해 달성되는 것은, 전체 유동의 크기에 독립적으로, 심지어 가장 불리한 경우에도, 코리올리스 질량 유량계들 중 단 1개만이 자신의 하위 측정 범위에서 측정하고 있는 반면에, 모든 다른 코리올리스 질량 유량계들은 그들의 최적 측정 범위에서 작동하고 있다는 것이다. 심지어, 예상되는 최대 유동을 측정하도록 설계되는 하나의 코리올리스 질량 유량계가 이용가능하더라도, 위에서 주어진 이유들로, 이러한 하나의 코리올리스 질량 유량계 대신에, 병렬로 연결된 2개의 코리올리스 질량 유량계들을 제공하여, 그렇게 함으로써 전체 측정 정확도를 증가시키는 것이 유리하다.
특히, 액체 생성물의 유동이 0부터 시작하여 증가하거나 또는 0으로 떨어질 때, 급유의 시작 및 종료 단계 동안, 본 발명에 의해 측정 정확도가 증가된다. 그에 따라서, 급유의 시작 단계에서는, 유리하게, 단 1개의 제어 밸브만이 개방되며, 여기서, 초기에 폐쇄된 제어 밸브들은, 개방되는 제어 밸브들을 갖는 파이프 라인들 내의 임계 값에 측정된 유동이 도달할 때마다, 서로 차례로 개방된다. 반대로, 급유의 종료 단계에서는, 개방된 제어 밸브들이 차례 차례로 폐쇄된다.
급유 동안, 제어 밸브들은 또한, 부가적으로, 압력계들에 의해 전달되는 측정된 값들의 함수로써 개별적으로 제어되며, 따라서 측정된 압력은 미리 결정된 압력 임계 값 미만으로 떨어지지 않는다. 이에 의해 달성되는 것은, 코리올리스 질량 유량계들 내의 액체 생성물, 즉, 유동 측정 동안의 액체 생성물이 최소 압력을 가지며, 따라서 측정될 액체 생성물에 포함된 기포들이 적게 그리고 안정된 상태로 유지되고, 따라서 측정을 왜곡할 수 없다는 것이다.
바람직하게, 급유 동안 획득되는, 코리올리스 질량 유량계들의 품질 매개변수들이 저하되고, 측정될 액체 생성물 내의 공기의 양 또는 기포 크기의 변화들을 표시하면, 미리 결정된 압력 임계 값은 증가된다. 액체-공기 혼합물은, 제어 밸브들을 통해 압축(compression)을 증가시키고 질량 유동을 스로틀링(throttling)함으로써 균질화된다. 액체 생성물이 유동하는 적어도 하나의 만곡된 측정 도관을 갖는 코리올리스 질량 유량계, 측정 도관을 진동들로 여기하는(exciting) 익사이터 어레인지먼트(exciter arrangement) 및 이러한 진동들, 특히, 익사이터 어레인지먼트에 대한 여기 전류를 검출하기 위한 센서들을 이용하여, 측정될 품질 매개변수들로서, 센서들에 의해 생성되는 측정 전압들 및/또는 진동하는 측정 도관들의 공진 주파수들이 적절하다.
도면들 중 유일한 도 1은, 액체 생성물(1), 이를테면, 예컨대, 중유를 이용한 대형 선박의 급유를 모니터링하기 위한 독창적인 측정 어셈블리의 예시적인 실시예를 매우 단순화된 개략적인 다이어그램(diagram)으로 도시한다.
측정 어셈블리는, 벙커 탱크(2)로 떨어지는 벙커 라인(3)의 벙커 매니폴드(manifold)(여기서, 미도시)에 설치되며, 그리고 여기서, 유입되는 액체 생성물(1)을 나누고 유출되는 액체 생성물(1)을 다시 모으기 위하여, 2개의 동일한 병렬 파이프 라인들(4, 5)을 갖는다. 파이프 라인들(4, 5) 각각에서, 코리올리스 질량 유량계(41, 51), 압력계(42, 52), 그리고 액추에이팅 구동부(44, 54) 및 포지션 제어기(45, 55)를 갖는 제어 밸브(43, 53)가 유동 방향으로 차례 차례로 배열된다. 코리올리스 질량 유량계(41, 51), 압력계(42, 52) 및 제어 밸브(43, 53)는 제어 및 평가 디바이스(6)에 연결되고, 이 제어 및 평가 디바이스(6)는 디스플레이(display)(61) 및 입력 수단(62)(예컨대, 터치 패널(touch panel))을 가지며, 그리고 여기서 도시되지 않은 선박의 상위-등급 제어 시스템과 통신 디바이스(7), 예컨대, 버스(bus)를 통해 통신할 수 있다.
제어 및 평가 디바이스(6)는, 코리올리스 질량 유량계들(41, 51)에 의해 전달되는 측정된 값들로부터, 질량 유동 및 이 질량 유동으로부터 도출되는, 액체 생성물(1)의 관련 있는 측정된 값들을 결정하도록 구현된다. 결정되는 측정된 값들은 디스플레이(61) 상에 도시되고, 제어 및 평가 디바이스(6)의 메모리(memory)에 저장되며, 그리고 제어 시스템에 송신될 수 있다. 코리올리스 질량 유량계들(41, 51)은, 유동에 대한 측정된 값들 뿐만 아니라, 액체 생성물(1)의 온도 및 밀도에 대한 측정된 값들을 또한 전달하며, 따라서 그로부터 부피 유동이 계산될 수 있다. 측정된 값들의 통합 또는 합산에 의해, 급유의 시작 이후에 전달되는 액체 생성물(1)의 전체 질량 또는 전체 부피가 계산될 수 있다. 액체 생성물(1)의 측정된 밀도와, 공기가 없는 액체 생성물의 알려진 밀도를 비교함으로써, 공기의 비율이 결정 및 모니터링될(monitored) 수 있다.
측정된 유동이 2개의 병렬 파이프 라인들(4, 5) 중 단 1개에서만 0보다 크고 미리 결정된 유동 임계 값보다 적으며, 그리고 다른 파이프라인(pipeline)에서는 0이거나 또는 유동 임계 값에 도달하는 방식으로, 급유 동안, 코리올리스 질량 유량계들(41, 51)에 의해 전달되는 측정된 값들의 함수로써, 연관된 포지션 제어기들(45, 55)을 제어함으로써 개별적으로 제어 밸브들(43, 53)이 세팅된다(set). 부가하여, 측정된 압력이 미리 결정된 압력 임계 값 미만으로 떨어지지 않는 방식으로, 제어 밸브들(43, 53)은, 압력계들(42, 52)에 의해 전달되는 측정된 값들의 함수로써 개별적으로 세팅될 것이다.
실제로, 이는, 급유의 시작 단계에서, 단 1개의 제어 밸브, 예컨대, 43만이 개방되는 반면에 다른 제어 밸브(53)는 폐쇄되도록 일어난다. 이는, 유입되는 액체 생성물(1)의 나뉨이 없고, 이 유입되는 액체 생성물(1)의 유동이 오로지 코리올리스 질량 유량계(41)에 의해 측정된다는 것을 의미한다. 측정된 유동이 미리 결정된 유동 임계 값에 도달할 때에만, 다른 제어 밸브(53)가 또한 개방된다. 급유의 종료 단계에서, 프로세스는 역방향으로 실행되며, 따라서 액체 생성물(1)의 전체 유동이 미리 결정된 유동 임계 값 미만으로 떨어질 때, 제어 밸브들 중 하나, 예컨대, 53이 폐쇄되고, 전체 유동은 오로지 코리올리스 질량 유량계(41)에 의해 측정된다.
개략적으로 표시되는 바와 같이, 코리올리스 질량 유량계들(41, 51) 각각은, 알려진 방식으로, 액체(1)가 유동하는 만곡된 측정 도관(46, 56)을 각각의 경우 가지며, 이 만곡된 측정 도관(46, 56)은 예컨대 전자석 형태의 익사이터 어레인지먼트(47, 57)에 의하여 진동들로 여기된다. 질량 유동이 상 차이로부터 결정되고, 도관을 통해 유동하는 액체 생성물(1)의 밀도가 충전된 측정 도관(46, 56)의 공진 주파수로부터 결정된다는 점에서, 측정 도관(46, 56)의 주입구 및 배출구에서, 센서들(48, 49 또는 58, 59)을 이용하여 진동들이 검출되며 그리고 평가된다. 부가하여, 익사이터 어레인지먼트(47, 57)에 대한 여기 전류 및 센서들(48, 49 또는 58, 59)에 의해 생성되는 측정 전압들이 모니터링될(monitored) 품질 매개변수들로서 검출되며, 여기서, 코리올리스 질량 유량계(41, 51)의 품질 매개변수들이 각각의 경우 저하될 때, 즉, 구동기 전류들 및/또는 측정 전압들의 값들이 미리 결정된 값 범위들로부터 벗어날 때, 제어 및 평가 디바이스(6)는 전술된 미리 결정된 압력 임계 값을 증가시키는데, 즉, 제어 밸브들(43, 53)을 차단시킨다. 공기가 없는 액체 생성물(1)의 밀도가 알려져 있기 때문에, 측정될 액체 생성물(1) 내의 공기의 양 또는 기포들의 크기의 변화들을 검출하기 위하여, 그리고 그에 대한 반응으로서, 질량 유동을 차단시키고 압축을 증가시킴으로써 액체 공기 혼합물들을 균질화하기 위해, 품질 매개변수와 유사한 방식으로 공진 주파수가 또한 포함될 수 있다.

Claims (6)

  1. 광유 또는 석유화학 산업의 액체 생성물(1)을 이용한 대형 선박의 급유를 모니터링(monitoring)하기 위한 측정 어셈블리(assembly)로서,
    유입되는 액체 생성물(1)을 나누고 유출되는 액체 생성물(1)을 모으기 위한, 상기 선박의 벙커 탱크(bunker tank)(2)로 이어지는 벙커 라인(line)(3)의 코스(course)에 배열된 적어도 2 개의 병렬 파이프(pipe) 라인들(4, 5)을 포함하고,
    - 상기 파이프 라인들(4, 5) 각각에서, 코리올리스(Coriolis) 질량 유량계(41, 51), 압력계(42, 52), 그리고 액추에이팅(actuating) 구동부(44, 54) 및 포지션(position) 제어기(45, 55)를 갖는 제어 밸브(valve)(43, 53)가 유동 방향으로 차례 차례로 배열되며, 그리고
    - 코리올리스 질량 유량계들(41, 51), 압력계들(42, 52) 및 제어 밸브들(43, 53)은 제어 및 평가 디바이스(device)(6)에 연결되고,
    상기 제어 및 평가 디바이스(6)는,
    - 상기 코리올리스 질량 유량계들(41, 51)에 의해 전달되는 측정된 값들로부터, 질량 유동 및 상기 질량 유동으로부터 도출되는, 상기 액체 생성물(1)의 관련 있는 측정된 값들을 결정하도록, 그리고
    - 측정된 유동이 상기 병렬 파이프 라인들(4, 5) 중 단 1개에서만 0(zero)보다 크고 미리 결정된 임계 값보다 적으며, 그리고 나머지 파이프라인(pipeline)들(4, 5)에서는 0이거나 또는 유동 임계 값에 도달하는 방식으로, 그리고
    - 그러한 경우들에서, 측정된 압력이 미리 결정된 압력 임계 값 미만으로 떨어지지 않는 방식으로,
    - 상기 급유 동안, 상기 코리올리스 질량 유량계들(41, 51) 및 상기 압력계들(42, 52)에 의해 전달되는 측정된 값들의 함수로써, 연관된 포지션 제어기들(45, 55)을 제어함으로써 개별적으로 상기 제어 밸브들(43, 53)을 세팅하도록(set)
    구현되는,
    광유 또는 석유화학 산업의 액체 생성물(1)을 이용한 대형 선박의 급유를 모니터링하기 위한 측정 어셈블리.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제어 및 평가 디바이스(6)는 추가로, 상기 급유의 시작 단계에서는 단 1개의 제어 밸브(예컨대, 43)만이 개방되며, 그리고 초기에 폐쇄된 나머지 제어 밸브들(53)은, 개방되는 제어 밸브들(53)을 갖는 파이프 라인들(4, 5) 내의 유동 임계 값에 상기 측정된 유동이 도달할 때마다, 차례 차례로 개방되는 방식으로, 연관된 포지션 제어기들(45, 55)을 제어함으로써 개별적으로 상기 제어 밸브들(43, 53)을 세팅하도록 구현되는,
    광유 또는 석유화학 산업의 액체 생성물(1)을 이용한 대형 선박의 급유를 모니터링하기 위한 측정 어셈블리.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제어 및 평가 디바이스(6)는 추가로, 상기 급유의 종료 단계에서는 개방된 제어 밸브들(43, 53)이 차례 차례로 폐쇄될 방식으로, 연관된 포지션 제어기들(45, 55)을 제어함으로써 개별적으로 상기 제어 밸브들(43, 53)을 세팅하도록 구현되는,
    광유 또는 석유화학 산업의 액체 생성물(1)을 이용한 대형 선박의 급유를 모니터링하기 위한 측정 어셈블리.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 및 평가 디바이스(6)는 추가로, 상기 급유 동안 상기 코리올리스 질량 유량계들(41, 51)의 품질 매개변수들을 획득하도록, 그리고 상기 매개변수들이 저하되면, 상기 미리 결정된 압력 임계 값을 올리도록 구현되는,
    광유 또는 석유화학 산업의 액체 생성물(1)을 이용한 대형 선박의 급유를 모니터링하기 위한 측정 어셈블리.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 코리올리스 질량 유량계들(41, 51) 각각은, 상기 액체 생성물(1)이 유동하는 적어도 하나의 측정 도관(46, 56), 상기 측정 도관(46, 56)을 진동들로 여기하는(exciting) 익사이터 어레인지먼트(exciter arrangement)(47, 57) 및 상기 진동들을 검출하기 위한 센서(sensor)들(49; 58, 59)을 포함하며, 그리고 상기 품질 매개변수들은 상기 익사이터 어레인지먼트(47, 57)에 대한 익사이터 전류, 상기 센서들(49; 58, 59)에 의해 생성되는 측정 전압들, 및/또는 공진 주파수를 포함하는,
    광유 또는 석유화학 산업의 액체 생성물(1)을 이용한 대형 선박의 급유를 모니터링하기 위한 측정 어셈블리.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 따른 측정 어셈블리를 동작시키기 위한 방법.
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