KR20180118956A - 온도, 열유속 및 부식 측정 시스템 - Google Patents

온도, 열유속 및 부식 측정 시스템 Download PDF

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KR20180118956A KR1020170052295A KR20170052295A KR20180118956A KR 20180118956 A KR20180118956 A KR 20180118956A KR 1020170052295 A KR1020170052295 A KR 1020170052295A KR 20170052295 A KR20170052295 A KR 20170052295A KR 20180118956 A KR20180118956 A KR 20180118956A
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Abstract

본 발명은 벽의 화염측 상태를 모니터링 하기 위한 비접촉식 열 스캐너 시스템을 제공하되, 상기 시스템은 벽의 외측 위에 어레이(array)를 제공하기 위해 배치된 다수의 온도 센서들, 상기 벽 위에 모니터링 영역을 지정하는(define) 상기 어레이, 하나 이상의 비 접촉식 열 유속 센서, 그리고 순서대로 센서들의 상기 어레이를 스캔하기 위해 구성된 컨트롤 시스템을 포함한다.

Description

비접촉식 스캐너{NON-INTRUSIVE SCANNER}
본 발명은 벽의 화염측(fireside) 상태를 모니터링 하는 비접촉식(non-intrusive) 열 스캐너(thermal scanner) 시스템 및 비접촉식 기술을 활용하는 벽의 화염측 상태의 비접촉식 무결성(integrity) 모니터링 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 보일러 튜브 벽의 화염측 상태의 모니터링에 관한 것이다.
벽의 화염측(즉, 내부) 상태를 모니터링하는 것은 플랜트(plant) 시스템의 상태 및 성능을 파악하는 데 중요하다. 상기 모니터링은 더 순조로운 동작을 제공하기 위한 지식 및 인식을 향상시키고 효율성을 극대화하는 데 특히 유용할 수 있다. 상기 모니터링은 파이프라인, 저장관 등의 벽뿐만 아니라 보일러 벽(예를 들어 발전소 보일러 또는 용해로의 벽)을 모니터 하는 데 사용될 수 있다.
일반적으로 화염측 상태는 벽의 일부분(일반적으로 보일러 튜브 벽의 튜브의 일 섹션)을 필요로 하는 접촉식 센서(intrusive sensor)를 사용하여 모니터될 수 있고 센서가 제거되면 벽재(일반적으로 본래 벽과 동일한 재료의 튜브)의 대체 섹션(replacement section)으로 교체(replace)된다. 열전대(thermocouple)는 벽의 화염측에 있는 대체 섹션(일반적으로 튜브의 화염측 크라운 내부) 안에 내장된다. 한 쌍의 열전대를 제공함으로써 포인트 온도 및 화염측 벽 열 유속(heat flux) 모두 측정할 수 있다. 상기 접촉식 센서의 설치는 상당한 비용 및 플랜트 무결성에 대한 위험 요소의 증가를 발생시키는 것을 알 수 있다. 또한 대체 벽 섹션을 설치하기 위해 전문가 용접이 요구될 수 있다.
보일러의 내부 튜브의 온도를 측정하기 위한 기술이 한국등록특허 제10-1090686호(화력발전용 보일러 수냉벽 튜브의 화염측 금속 온도 측정장치, 이하 종래기술)에 개시된 바 있다.
상기 종래기술은 화력발전용 보일러 수냉벽 튜브의 화염측 금속 온도 측정시 열전대의 손상 없이 실시간으로 정확하고 안정적으로 온도를 측정할 수 있도록 한 화력발전용 보일러 수냉벽 튜브의 화염측 금속 온도 측정장치로서, 수냉벽 튜브의 온도를 측정할 뿐, 비접촉식 열 유속 센서 및 일련의 센서들의 상기 어레이를 스캔하기 위해 구성된 컨트롤 부재를 더 구비하고 있지 않다.
한국등록특허 10-1090686호(화력발전용 보일러 수냉벽 튜브의 화염측 금속 온도 측정장치)
벽의 화염측 상태를 모니터링하기 위한 비접촉식 열 스캐너 시스템를 구성하고자 한다. 상기 벽의 외측에 어레이를 제공하고 상기 어레이는 상기 벽 위의 모니터링 영역을 정하도록 배치된 다수의 온도 센서들, 하나 이상의 비접촉식 열 유속 센서 및 일련의 센서들의 상기 어레이를 스캔하기 위해 구성된 컨트롤 시스템을 이용하여, 벽의 화염측 상태를 모니터링 하고자 한다.
또한, 각각의 온도 센서에서 상기 화염측 열 유속을 추정하고 하나 이상의 비접촉식 열 유속 센서를 통해 열 유속 측정값을 이용하여 상기 추정치를 수정하고자 한다.
본 발명은, 벽의 화염측 상태를 모니터링하기 위한 비접촉식 열 스캐너 시스템으로서, 상기 벽의 외측에 어레이를 제공하고 상기 어레이는 상기 벽 위의 모니터링 영역을 정하도록 배치된 다수의 온도 센서들, 하나 이상의 비접촉식 열 유속 센서 및 일련의 센서들의 상기 어레이를 스캔하기 위해 구성된 컨트롤 시스템을 포함한다. 상기 컨트롤 시스템은 상기 모니터링 영역의 상기 화염측 상태의 2차원 맵을 제공하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하며, 상기 컨트롤 시스템은 각각의 온도 센서에서 상기 화염측 열 유속을 추정하고 하나 이상의 비접촉식 열 유속 센서를 통해 열 유속 측정값을 이용하여 상기 추정치를 수정하기 위해 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 비접촉식 열 스캐너 시스템을 포함하는 보일러 튜브 벽의 화염측 상태를 모니터링 하는 것을 특징으로 한다.
상기 다수의 온도 센서들은 상기 벽의 외측에 직사각형 매트릭스를 제공하도록 배치되는 것을 특징으로 하며, 상기 하나 이상의 비접촉식 열 유속 센서는 상기 모니터링 영역 내 상기 벽의 외부 표면에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하며, 상기 하나 이상의 비접촉식 열 유속 센서는 상기 벽의 상기 외부 표면에 연결되고 상기 벽의 상기 전기적 특성을 직접 측정하기 위해 배치된 다수의 전극들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다수의 전극들은 상기 벽의 다른 부분들에 걸친 상기 전기 저항력을 측정하기 위해 배치되는 것을 특징으로 하며, 상기 하나 이상의 비접촉식 열 유속 센서는 저항력 측정을 통한 상기 열 유속을 계산하기 위해 상기 벽의 유한 요소 모델을 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 다수의 온도 센서들은 상기 벽에 전극들을 제공하기 위해 배치되고 상기 시스템은 상기 벽 무결성을 모니터링 하기 위해 인접한 센서 위치들 사이의 저항력을 측정하도록 배치되는 것을 특징으로 하며, 상기 저항력 측정값은 화염측 부식 속도, 화염측 금속 손실, 잔여 벽 두께 또는 교체 시간 중 하나 이상을 계산하는 데 사용되는 것을 특징으로 한다. 상기 컨트롤 시스템은 상기 모니터링 영역의 상기 화염측 벽 무결성의 2차원 맵을 제공하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하며, 상기 다수의 온도 센서들은 하나 이상의 가요성 도관에 의해 이형되고 상기 벽의 외측 위에 상기 어레이를 형성하기 위해 요구되는 구성으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 컨트롤 시스템은 스캐너 컨트롤 및 데이터 확보 모듈 및 가상 네트워크 모듈 및 OPC 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 다수의 온도 센서들과 하나 이상의 비접촉식 열 유속 센서는 상기 보일러 벽의 외측에 부착되는 것을 특징으로 한다.
벽의 화염측 상태의 비접촉식 모니터링 방법으로서, 온도 센서들의 어레이를 상기 벽의 상기 외측 위에 제공하는 단계, 센서들의 상기 어레이를 스캔하는 단계, 하나 이상의 비접촉식 열 유속 센서를 상기 벽의 상기 외측 위에 제공하는 단계 및 화염측 벽의 상기 열 유속을 상기 열 유속 센서를 통해 계산하는 단계를 포함하며, 상기 하나 이상의 비접촉식 열 유속 센서를 상기 벽의 상기 외측에 제공하는 단계는 상기 외측 벽의 일 부분 위에 다수의 전극들을 제공하는 단계 및 상기 측벽의 상기 부분의 부분들의 전기 저항력을 측정하는 단계를 포함하며, 그리고 화염측 벽의 상기 열 유속을 상기 하나 이상의 비접촉식 열 유속 센서를 통해 계산하는 단계는 상기 벽의 상기 부분의 유한 요소 모델을 제공하는 단계 및 상기 전체 벽을 통해 상기 열 유속을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 방법은, 상기 어레이에 의해 정해진 상기 영역 내 화염측 벽 상태의 2차원 맵을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하며, 온도 센서들의 상기 어레이에 걸친 화염측 벽의 상기 열 유속을 추정하는 단계; 및 상기 하나 이상의 비접촉식 열 유속 센서를 통한 상기 열 유속 계산을 이용하여 상기 추정값을 수정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 시스템은 벽의 외측 위에 어레이(array)를 제공하기 위해 배치된 다수의 온도 센서들, 상기 벽 위에 모니터링 영역을 지정하는(define) 상기 어레이, 하나 이상의 비 접촉식 열 유속 센서, 그리고 순서대로 센서들의 상기 어레이를 스캔하기 위해 구성된 컨트롤 시스템을 구비하며, 하나 이상의 비접촉식 열 유속 센서를 제공하여 상기 어레이를 통해 산출된 추정치(estimate)의 정확성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 사용되는 전형적인 열 스캐너 시스템의 개략도다.
도 2는 도 1의 센서 시스템에 사용되는 컨트롤 시스템의 개략도다.
도 3은 열 스캐너 시스템을 통해 제작될 수 있는 2차원 온도 맵을 도시한다.
도 4는 도 1의 시스템을 이용한 벽 무결성 측정 개략도다.
도 5는 열 스캐너 시스템 내부의 열 유속 센서들의 위치에 대한 개략도다.
도 6은 벽 외측 위에 위치하는 비접촉식 열 유속 센서를 위한 다수의 전극들의 이미지다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
첫 번째 측면에 따라 본 발명은 벽의 화염측 상태를 모니터링 하기 위한 비접촉식 열 스캐너 시스템을 제공하되, 상기 시스템은 벽의 외측 위에 어레이(array)를 제공하기 위해 배치된 다수의 온도 센서들, 상기 벽 위에 모니터링 영역을 지정하는(define) 상기 어레이, 하나 이상의 비 접촉식 열 유속 센서, 그리고 순서대로 센서들의 상기 어레이를 스캔하기 위해 구성된 컨트롤 시스템을 포함한다.
온도 센서들의 어레이는 외벽 표면 온도를 나타내기(map) 위해 사용될 수 있다. 외부 온도는 화염측 벽 온도 및/또는 열 유속을 예측하기 위해 사용될 수 있다. 하나 이상의 비접촉식 열 유속 센서를 제공하여 상기 어레이를 통해 산출된 추정치(estimate)의 정확성을 높일 수 있다. 컨트롤 시스템은 각각의 온도 센서에서 화염측 열 유속을 추정하기 위해 배치될 수 있고 하나 이상의 비접촉식 열 유속 센서를 통한 열 유속 측정값을 이용하여 상기 추정치를 수정하기 위해 더 배치될 수 있다.
상기 컨트롤 시스템은 스캐닝 어레이를 제어하고 상기 센서들을 통해 데이터를 확보하기 위해 배치될 수 있다. 컨트롤 시스템은 실시간 데이터 캡처 및 이력(historical) 데이터 분석을 할 수 있도록 배치될 수 있다. 스캐너 시스템을 통한 데이터는 선형 트레이스(linear trace)(벽 청소와 같은 행위를 강조할 수 있다)로 나타낼 수 있다. 바람직하게는, 컨트롤 시스템은 모니터링 영역의 화염측 상태에 대한 2차원 맵(two dimensional map)을 제공하도록 구성된다. 2차원 맵의 제공은 센서들의 어레이 제공을 통해 가능한 것을 알 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명은 (보일러 튜브 벽과 같은) 튜브 벽의 화염측 상태를 모니터링 하기 위한 비접촉식 열 스캐너 시스템을 제공한다.
다수의 온도 센서들을 통해 형성되는 어레이는 모니터되는 벽의 크기 및 형태에 의존하며 예를 들면 선형 어레이 또는 직사각형 매트릭스(rectangular matrix)(예를 들어 각 노드(node)에 센서가 있는 직사각형 매트릭스)일 수 있다. 직사각형 매트릭스들은 벽의 2차원 매핑(mapping)을 제공하는 데 특히 적합하다. 다수의 센서들은 벽 위에 있는 어레이처럼 연결될 준비가 된 미리 설치된 와이어와 연결된 어레이 안에 미리 구성될 수 있다(예를 들어 센서들의 "체인(chains)"이 제공될 수 있다). 다수의 센서들은 하나 이상의 가요성 도관(flexible conduit)에 의해 이형될 수 있고 벽의 외측 위에 상기 어레이를 형성하기 위해 요구되는(desired) 구성 안에 배치될 수 있다.
하나 이상의 비접촉식 열 유속 센서는 모니터링 영역 내에 있는 벽의 외부 표면 위에 위치하도록 배치될 수 있다. 바람직하게는, 하나 이상의 비접촉식 열 유속 센서는 어레이 내에 제공된다(예를 들어, 비접촉식 열 유속 센서는 어레이 내 노드일 수 있다). 비접촉식 열 유속 센서는 어레이 내 온도 센서를 대체할 수 있다.
비접촉식 열 유속 센서는 벽의 외부 표면에 연결되고 벽의 전기적 특성을 직접 측정하기 위해 배치되는 다수의 전극을 포함할 수 있다.
비접촉식 센서는 스캐너 시스템과 독립적으로 사용될 수 있어서 본 발명의 추가적인 측면에 따라 벽의 외부 표면에 연결되고 벽의 전기적 특성을 직접적으로 측정하기 위해 배치되는 다수의 전극을 포함하는 비접촉식 열 유속 센서가 제공된다. 바람직하게는, 비접촉식 센서는 센서 위치에서 벽의 다른 부분들의 전기적 특성을 측정하기 위해 배치된다.
바람직하게는, 비접촉식 열 유속 센서는 벽의 저항력을 측정하는데, 예를 들어, 정확한 측정을 위해 4 단자 센싱 배치(four-terminal sensing arrangement)를 사용할 수 있다. 바람직하게는, 전극들은 센서 위치에서 벽의 다른 부분들에 걸친 전기 저항력 측정값을 확보하기 위해 배치된다. 벽의 다른 부분들의 측정 값은 벽을 통해 흐르는 열 유속을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 다수의 전극은 다수의 전극 쌍을 포함하되, 각 전극 쌍은 전류 공급(current supply) 전극 및 전류 소모(current sink) 전극을 포함하며 그 사이의 저항력을 측정하기 위해 배치된다. 튜브 벽의 경우, 일반적으로 전극은 크라운(crown)뿐만 아니라 막(membrane)의 저항력을 측정하기 위해 배치될 수 있다. 전극은 단일 튜브 또는 소수의 튜브들 주변에 배치될 수 있다. 전극들 간의 거리는 전류의 확산을 제한하기 위해 일반적으로 짧을 수 있다.
비접촉식 열 유속 센서를 통한 저항력 측정값은 벽 내부의 열 유속을 계산하기 위해 벽의 유한 요소 모델(finite element model)에서 사용된다. 이것은 내장된 열전대에 인접한 지점에서 열 유속을 측정만 하는 접촉식 열 유속 센서들의 내장된 열전대와는 달리 전체적인 화염측 벽에 걸친 열 유속이 판단되는 것을 허용한다는 점에 있어서 유리하다.
상기 시스템은 열 스캐닝 외에 벽 무결성 스캐닝(예를 들어 벽 침식 및/또는 부식 여부 모니터링)을 제공하도록 구성될 수 있다. 이와 같이 벽 무결성을 모니터링 하기 위해 벽 위에 전극들을 제공하도록 다수의 온도 센서들이 배치될 수 있고 상기 시스템은 인접한 센서 위치들(일반적으로 어레이 내 노드들) 사이의 저항력을 측정하기 위해 배치된다. 센서 위치들 사이의 저항력 측정값은 화염측 부식 속도, 화염측 금속 손실, 잔여 벽 두께 또는 교체 시간 중 하나 이상을 계산하는 데 사용될 수 있다. 컨트롤 시스템은 모니터링 영역의 화염측 벽 무결성에 대한 2차원 맵을 제공할 수 있다.
바람직하게는 컨트롤 시스템은 스캐너 컨트롤 및 데이터 확보 모듈을 포함할 수 있고 가상 네트워크 모듈을 더 포함할 수 있고 OPC 모듈을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 추가적인 측면에 따라, 본 발명의 실시예들에 따른 비접촉식 열 스캐너 시스템을 포함하는 보일러를 제공하되, 다수의 온도 센서들 및 하나 이상의 비접촉식 열 유속 센서는 보일러 벽의 외측에 부착된다. 바람직하게는 센서들은 보일러 벽의 외측에 용접된다. 본 발명의 추가적인 측면에 따라, 벽의 화염측 상태의 비접촉식 모니터링 방법을 제공하되, 상기 방법은 온도 센서들의 어레이를 벽의 비접촉식 외측 위에 제공하는 단계, 센서들의 상기 어레이를 스캔하는 단계, 하나 이상의 열 유속 센서를 벽의 외측 위에 제공하는 단계, 그리고 화염측 벽의 열 유속을 열 유속 센서를 통해 계산하는 단계를 포함한다.
하나 이상의 비접촉식 열 유속 센서를 벽의 외측에 제공하는 단계는 벽의 저항력을 측정하는 단계 및 열 유속을 계산(예를 들어, 유한 요소 모델을 사용하여)하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 비접촉식 열 유속 센서를 벽의 외측에 제공하는 단계는 다수의 전극들을 외측벽의 일 부분에 제공하는 단계 및 측벽의 상기 부분의 부분들의 전기 저항력을 측정하는 단계를 포함할 수 있고 화염측 벽의 열 유속을 하나 이상의 비접촉식 열 유속 센서를 통해 계산하는 단계는 벽의 상기 부분의 유한 요소 모델을 제공하는 단계 및 전체 화염측 벽을 통한 열 유속을 계산하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은 온도 센서들의 어레이를 통해 정해진 영역 내 화염측 벽 상태의 2차원 맵을 제공하는 단계를 더 포함한다.
상기 방법은 온도 센서들의 어레이에 걸친 화염측 벽의 열 유속을 추정하는 단계 및 하나 이상의 비접촉식 열 유속 센서를 통한 열 유속 계산을 활용하여 상기 추정치를 수정하는 추가적인 단계들을 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1에 도시된 바와 같이, 비접촉식 열 스캐너 시스템(1)은 보일러(도시되지 않음)의 벽(100) 위에 직사각형 매트릭스(15)로 배치된 다수의 열 센서들(10)을 포함한다. 각 센서(10)는 모니터링 영역(30)을 정하는 매트릭스(15) 안에 노드를 형성한다. 예를 들어, 단일 매트릭스(15)는 센서 위치들을 250개까지 포함할 수 있다. 도 1의 개략도에서, 단일 시스템(1)은 두 개의 분리된 매트릭스들(15a, 15b)을 포함하되, 각각 보일러의 다른 벽들(100a, 100b)(또는 단일 벽의 다른 구역들)에 부착될 수 있다 (대안으로 단일 시스템이 단일 플랜트 내 여러 보일러들을 모니터 할 수 있다). 센서들(10)은 보일러의 벽(100)에 연결하기 위해 준비된 센서들의 체인들을 제공하도록 가요성 도관들 내 선조립된 와이어들(12)에 의해 연결된다. 일반적으로, 어레이를 형성하는 센서들(10)의 간격은 대략 1미터일 수 있다. 어레이(15)에서 예를 들어 플랜트의 다른 영역 내 컨트롤 캐비닛에 위치할 수 있는 컨트롤 시스템(20)까지 연장되는 단일 통신 케이블(14)이 제공된다. 통신 케이블(14)은 수백 미터일 수 있다.
전극은 선조립된 와이어가 쉽게 연결될 수 있는 각각의 센서 위치에 있는 벽(100)의 외측에 용접된다. 노드 박스(node box)(11)는 관련 전자 장치(일반적으로 내후성(weatherproof box) 박스)를 수용하도록 매트릭스(15)의 일부 노드들에서 편리하게 제공될 수 있다. 주변 조건이 동작 한도를 초과하는 경우, 노드박스 전자 장치는 가까운(convenient) 쿨러(cooler) 위치에 있을 수 있다.
컨트롤 시스템(20)은 기 설정된 순서대로 센서들의 빠른 스캐닝을 제어하고 최종 데이터를 확보하기 위해 배치되는 컨트롤 및 데이터 확보 모듈(22)을 포함한다. 컨트롤 시스템(20)은 또한 데이터 접근 및 분석을 위한 모듈을 포함한다. OPC 모듈(23)은 데이터를 플랜트 이력장치(historian)에 활용하는 것을 허용한다. 가상 네트워크 모듈(24)은 플랜트 네트워크 또는 기타 네트워크 연결을 통해 원격으로 데이터에 접근하는 것을 허용한다. 컨트롤 시스템은 또한 스캐너 시스템을 통한 이력 플랜트 데이터를 기록하는 데이터 저장 장치를 포함할 수 있다.
도 3은 비접촉식 열 스캐너 시스템에 의해 제작될 수 있는 2차원 맵을 도시한다. 예를 들어 매핑은 외벽 온도를 도시할 수 있고 시간 경과에 따른 열적 거동의 변화를 쉽게 비교하거나 관찰하기 위해 사용될 수 있다. 상기 맵은 매트릭스(15)에 의해 정해진 모니터링 영역(30)을 나타내고 겹쳐진(superimposed) 센서들(10)의 위치들을 포함한다. 또한 노드 위치에 대해 측정되고 추정되는 수치는 오버레이(overlay)되어 나타날 수 있다.
또한 열 스캐너 시스템(1)은 플랜트 무결성 스캐닝(예를 들어 벽 침식 및/또는 부식 여부 모니터링)을 수행하도록 선택적으로 배치될 수 있다. 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이, 무결성 스캐닝은 매트릭스(15)의 전극들(10) 사이를 측정하기 위해 전기 저항력 기술을 사용한다. 측정 순환 중에 전류는 전극들 사이의 벽을 통과하여 벽의 벌크(bulk) 금속을 통해 확산된다. 얇아지는 금속 (즉, 부식의 결과)은 벽의 화염측을 통한 전류의 통로를 막아서 전극들(10) 사이의 측정된 저항력을 증가시킨다. 시스템을 통해 캡처된 온도 데이터는 측정된 저항력 수치를 보완하기 위해 사용된다. 2차원 맵은 벽 무결성을 나타내기 위해 제작될 수 있다 (도 3과 비슷한 방식으로) ?? 예를 들어, 맵은 화염측 침식 속도 및/또는 화염측 금속 손실 및/또는 잔여 벽 두께를 제공할 수 있다.
도 5는 보일러의 외측 벽(100) 위 온도 센서들(10)의 매트릭스(15) 내에 비접촉식 열 유속 센서들(50)이 포함된 것을 개략적으로 도시한다. 비접촉식 열 유속 센서들(50)은 벽의 화염측과 같은 벽의 열 유속을 계산하고 벽의 열 유속이 비접촉식 열 스캐너 시스템(1)을 통해 산출되는 열 유속 추정치의 정확성을 높이기 위해 사용되는 것을 가능하게 한다. 본 실시예에서, 비접촉식 열 유속 센서들(50)은 가로 7, 세로 15인 직사각형 매트릭스에 의해 정해진 모니터링 영역에 포함된다. 비접촉식 열 유속 센서들(50)은 각각 매트릭스 내에 있는 노드 위치를 대체했다.
도 6에 도시된 바와 같이, 각 센서(50)는 벽(100)의 저온측(cold side) 튜브에 용접된 다수의 단순한 전극들(55)을 포함한다. 전극들은 일반적으로 도 6에 도시된 바와 같이 (다수의 튜브들 주변에 있을 수 있다는 것을 알고 있지만) 단일 튜브 주변에 용접된다. 전극들은 튜브(110)뿐만 아니라 인접한 막(120)에 용접된다. 전극들은 센서(50) 부근에 있는 벽(예를 들어 튜브(110)의 크라운 및 막(120))의 다른 부분들에 걸친 저항력 측정값을 얻도록 사용된다. 전극들(55)의 정확한 배치(careful placing)는 전류 흐름을 막 보일러 튜브들의 특정 부분으로 한정한다. 그래서 벽의 다른 부분들의 관련 측정값이 열 유속을 제공하도록 사용될 수 있는데, 예를 들어 저항력 측정값 형태의 원 데이터는 열 유속 값을 계산하기 위한 벽의 유한 요소 모델로 사용된다. 유리하게는, 상기 유한 요소 모델은 접촉식 열전대 센서들처럼 화염측 크라운에서만이 아니라 전체 화염측 튜브 섹션을 통한 열 유속을 제공한다. 상기 유한 요소 모델은 특정 벽 특성에 맞게 쉽게 적용할 수 있다. 예를 들어, 상기 모델은 다이어미터가 다른 보일러 튜브 또는 튜브 형태(예를 들어, 원형 또는 타원형 튜브)를 고려할 수 있다. 추가적으로, 지나친 부식 및 추후 튜브의 고장을 방지하기 위해 발전소 보일러의 화염측 벽에 주로 제공되는 용접 오버레이(즉, 고니켈 합금)가 상기 모델에 포함될 수 있다.
본 발명은 하나 이상의 더 바람직한 실시예들을 참고하여 기재되었지만, 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한 다양한 변화 및/또는 수정이 가능하다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1 : 비접촉식 열 스캐너 시스템
10 : 센서
11 : 노드박스
12 : 와이어
14 : 통신케이블
15 : 매트릭스
20 : 컨트롤 시스템
22 : 확보 모듈
23 : OPC 모듈
24 : 가상 네트워크 모듈
30 : 모니터링 영역
50 : 비접촉식 열 유속 센서
55 : 전극들
100 : 벽
110 : 튜브
120 : 막

Claims (19)

  1. 벽의 화염측 상태를 모니터링하기 위한 비접촉식 열 스캐너 시스템으로서,
    상기 벽의 외측에 어레이를 제공하고 상기 어레이는 상기 벽 위의 모니터링 영역을 정하도록 배치된 다수의 온도 센서들;
    하나 이상의 비접촉식 열 유속 센서; 및
    일련의 센서들의 상기 어레이를 스캔하기 위해 구성된 컨트롤 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 열 스캐너 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤 시스템은 상기 모니터링 영역의 상기 화염측 상태의 2차원 맵을 제공하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 열 스캐너 시스템.
  3. 제1항 및 제2항 중 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤 시스템은 각각의 온도 센서에서 상기 화염측 열 유속을 추정하고 하나 이상의 비접촉식 열 유속 센서를 통해 열 유속 측정값을 이용하여 상기 추정치를 수정하기 위해 배치되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 열 스캐너 시스템.

  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 비접촉식 열 스캐너 시스템을 포함하는 보일러 튜브 벽의 화염측 상태를 모니터링 하는 비접촉식 열 스캐너 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 한 항에 있어서,
    상기 다수의 온도 센서들은 상기 벽의 외측에 직사각형 매트릭스를 제공하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 열 스캐너 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 비접촉식 열 유속 센서는 상기 모니터링 영역 내 상기 벽의 외부 표면에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 열 스캐너 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 비접촉식 열 유속 센서는 상기 벽의 상기 외부 표면에 연결되고 상기 벽의 상기 전기적 특성을 직접 측정하기 위해 배치된 다수의 전극들을 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 열 스캐너 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 다수의 전극들은 상기 벽의 다른 부분들에 걸친 상기 전기 저항력을 측정하기 위해 배치되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 열 스캐너 시스템.
  9. 제7항 및 제8항 중 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 비접촉식 열 유속 센서는 저항력 측정을 통한 상기 열 유속을 계산하기 위해 상기 벽의 유한 요소 모델을 사용하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 열 스캐너 시스템.
  10. 어느 이전 항에 있어서,
    상기 다수의 온도 센서들은 상기 벽에 전극들을 제공하기 위해 배치되고 상기 시스템은 상기 벽 무결성을 모니터링 하기 위해 인접한 센서 위치들 사이의 저항력을 측정하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 열 스캐너 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 저항력 측정값은 화염측 부식 속도, 화염측 금속 손실, 잔여 벽 두께 또는 교체 시간 중 하나 이상을 계산하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 열 스캐너 시스템.
  12. 제10항 및 제11항 중 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤 시스템은 상기 모니터링 영역의 상기 화염측 벽 무결성의 2차원 맵을 제공하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 열 스캐너 시스템.
  13. 어느 이전 항에 있어서,
    상기 다수의 온도 센서들은 하나 이상의 가요성 도관에 의해 이형되고 상기 벽의 외측 위에 상기 어레이를 형성하기 위해 요구되는 구성으로 배치되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 열 스캐너 시스템.
  14. 어느 이전 항에 있어서,
    상기 컨트롤 시스템은 스캐너 컨트롤 및 데이터 확보 모듈 및 가상 네트워크 모듈 및 OPC 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 열 스캐너 시스템.
  15. 어느 이전 항에 있어서,
    상기 다수의 온도 센서들과 하나 이상의 비접촉식 열 유속 센서는 상기 보일러 벽의 외측에 부착되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 열 스캐너 시스템.
  16. 벽의 화염측 상태의 비접촉식 모니터링 방법으로서,
    온도 센서들의 어레이를 상기 벽의 상기 외측 위에 제공하는 단계;
    센서들의 상기 어레이를 스캔하는 단계;
    하나 이상의 비접촉식 열 유속 센서를 상기 벽의 상기 외측 위에 제공하는 단계; 및
    화염측 벽의 상기 열 유속을 상기 열 유속 센서를 통해 계산하는 단계를 포함하는 벽의 화염측 상태의 비접촉식 모니터링 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 하나 이상의 비접촉식 열 유속 센서를 상기 벽의 상기 외측에 제공하는 단계는 상기 외측 벽의 일 부분 위에 다수의 전극들을 제공하는 단계 및 상기 측벽의 상기 부분의 부분들의 전기 저항력을 측정하는 단계를 포함; 그리고
    화염측 벽의 상기 열 유속을 상기 하나 이상의 비접촉식 열 유속 센서를 통해 계산하는 단계는 상기 벽의 상기 부분의 유한 요소 모델을 제공하는 단계 및 상기 전체 벽을 통해 상기 열 유속을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 벽의 화염측 상태의 비접촉식 모니터링 방법.
  18. 제16항 및 제17항 중 한 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 어레이에 의해 정해진 상기 영역 내 화염측 벽 상태의 2차원 맵을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 벽의 화염측 상태의 비접촉식 모니터링 방법.
  19. 제16항, 제17항 및 제18항 중 한 항에 있어서,
    온도 센서들의 상기 어레이에 걸친 화염측 벽의 상기 열 유속을 추정하는 단계; 및 상기 하나 이상의 비접촉식 열 유속 센서를 통한 상기 열 유속 계산을 이용하여 상기 추정값을 수정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 벽의 화염측 상태의 비접촉식 모니터링 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110514305A (zh) * 2019-08-21 2019-11-29 东南大学 火焰温度场测量系统光场相机数量和机位布置的优化方法

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