KR20190051845A - 밸브 메인터넌스 지원 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

특히 벨로우즈 밸브를 취급하는 경우에 관해서 밸브의 메인터넌스 작업의 효율을 개선한다.
메인터넌스 후보의 밸브를 벨로우즈 밸브 A, C, M로 한다(S201). 벨로우즈 밸브 A, C, M의 개방도 계측치 데이터(D1) 및 압력 계측치 데이터(D2)에 기초하여, 벨로우즈 밸브 A, C, M의 밸브 시그니쳐 VS(I,II)를 작성하여, 벨로우즈 파손의 의심 유무를 알리는 지표로서 오퍼레이터에게 제시한다(S203∼S207).

Description

밸브 메인터넌스 지원 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SUPPORTING MAINTENANCE OF VALVE}
본 발명은 밸브체에 결합된 밸브축의 외주를 둘러싸도록 마련된 주름상자형의 벨로우즈(벨로우즈 시일)를 구비한 벨로우즈 밸브의 메인터넌스 작업을 지원하는 밸브 메인터넌스 지원 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래부터 석유, 화학계의 플랜트 등에서 사용되는 밸브는 특히 안전성에 유의할 필요가 있으며, 이 때문에 정기적인 메인터넌스가 행해진다. 도 15에 석유, 화학계의 플랜트 등에서 사용되는 밸브(컨트롤 밸브)의 일례를 도시한다.
이 밸브(100)는 밸브 본체(101)와 포지셔너(102)와 조작기(103)를 구비하고 있다. 조작기(103)는 스프링형 다이어프램 구조로 되어 있고, 포지셔너(102)로부터 공급되는 공기압(Po)에 따라서 다이어프램(조작기의 다이어프램)(103a)을 스프링(103b)의 힘에 대항하여 변위시킴으로써, 밸브축(스템)(104)을 상하 이동시켜, 밸브의 개방도(밸브체(105)와 시트 링(106) 사이의 간극)를 조절한다. 즉, 유체의 흐름을 조절한다.
포지셔너(102)는, 밸브축(104)에 연결된 피드백 레버(107)의 회전 각도 위치로부터 밸브축(104)의 리프트 위치, 즉 밸브의 실제 개방도를 검출하고, 이 검출한 실제 개방도와 설정 개방도의 차에 따른 공기압(Po)을 조작기(103)에 공급한다.
이 밸브(100)에 있어서, 밸브체(105)에 결합된 밸브축(104)의 외주에는, 유체의 외부 누설을 방지하기 위해서 주름상자형의 벨로우즈(벨로우즈 시일)(108)이 마련되어 있다. 이 벨로우즈(108)는 내식성을 갖는 금속 재료로 이루어지며, 밸브 본체(101)에 연결된 하측 플랜지(109) 내에, 밸브축(104)의 외주를 둘러싸도록 마련되어 있다.
하측 플랜지(109) 내에 있어서, 벨로우즈(108)는, 밸브축(104)에 끼워 장착된 벨로우즈 링(111)과 하측 플랜지(109)와 상측 플랜지(110)와의 사이에 끼워진 벨로우즈 플랜지(112)와의 사이에 지지되어 있다. 상측 플랜지(110) 내에는, 유체의 외부 누설을 더욱 방지하기 위해서, 밸브축(104)의 외주면과 상측 플랜지(110)의 내주면의 사이에 글랜드 패킹(113)이 마련되어 있다.
이러한 주름상자형의 벨로우즈(108)를 구비한 밸브(100)를 벨로우즈 밸브라고 부르고 있다(예컨대 특허문헌 1 참조). 이하, 벨로우즈 밸브를 부호 VB로 나타내어, 다른 형식의 밸브(100)와 구별한다. 이하의 설명에 있어서, 밸브(100)라고 하는 경우에는, 벨로우즈 밸브(VB)를 포함하는 밸브를 가리킨다.
또한, 밸브(100)에는, 역작동 조작기를 이용하는 경우와 정작동 조작기를 이용하는 경우가 있다. 역작동 조작기는, 도 15에 도시한 벨로우즈 밸브(VB)와 같이, 스프링의 힘으로 밸브의 개방도를 닫힘 방향으로 압박한다. 정작동 조작기는, 반대로 스프링의 힘으로 밸브의 개방도를 열림 방향으로 압박한다. 또한, 도 15에 도시한 벨로우즈 밸브(VB)에서는, 공기압에 의해서 조작기(103)를 작동시키고 있지만, 유압에 의해서 조작기(103)를 작동시키는 타입도 있다.
이러한 밸브가 설치되어 있는 플랜트 등에서는, 다수의 밸브를 효율적으로 메인터넌스할 필요가 있고, 그 메인터넌스 작업의 효율을 개선하기 위해서, 밸브 스틱 슬립 검출(예컨대 특허문헌 2 참조), 밸브 헌팅 검출(예컨대 특허문헌 3 참조), 밸브 스케일 부착 검출(예컨대 특허문헌 4 참조) 등의 수법이 제안되어 있다.
일본 특허공개 2007-154929호 공보 일본 특허 제3254624호 공보 일본 특허공개 2015-114942호 공보 일본 특허공개 2015-114943호 공보 일본 특허공개 2017-54409호 공보 일본 특허공표 2014-524026호 공보
그러나, 안전성이나 메인터넌스 작업 효율에 관해서는, 완전하다든가 충분하다고 말할 수 있는 상한은 없다. 석유, 화학계의 플랜트 등 다수의 밸브가 사용되기 때문에, 메인터넌스 작업의 효율에 관해서는 한층 더 개선이 요구되고 있다.
본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 특히 벨로우즈 밸브를 취급하는 경우에 관해서, 밸브의 메인터넌스 작업 효율을 개선할 수 있는 밸브 메인터넌스 지원 장치 및 방법을 제공하는 데에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 밸브체(105)에 결합된 밸브축(104)의 외주를 둘러싸도록 마련된 주름상자형의 벨로우즈(108)를 구비한 벨로우즈 밸브(VB)의 메인터넌스 작업을 지원하는 밸브 메인터넌스 지원 장치(200)로서, 벨로우즈 밸브의 개방도를 계측하는 개방도 계측부(21)로부터 송신되어 오는 개방도 계측치 데이터(D1) 및 벨로우즈 밸브를 구동하는 조작기(103)에 공급되는 유체 압력(Po)을 계측하는 압력 계측부(22)로부터 송신되어 오는 압력 계측치 데이터(D2)를 기억하는 계측치 데이터 기억부(1)와, 계측치 데이터 기억부에 기억되어 있는 개방도 계측치 데이터 및 압력 계측치 데이터에 기초하여, 벨로우즈 밸브의 개방도를 크게 해 가는 방향으로 변화시킬 때에 필요한 조작기에의 유체 압력과 벨로우즈 밸브의 개방도의 관계, 및 벨로우즈 밸브의 개방도를 작게 해 가는 방향으로 변화시킬 때에 필요한 조작기에의 유체 압력과 벨로우즈 밸브의 개방도의 관계를, 밸브 시그니쳐 VS(I,II)로서 작성하는 밸브 시그니쳐 작성부(3)와, 밸브 시그니쳐 작성부에 의해서 작성된 밸브 시그니쳐를 벨로우즈 밸브의 진단 지표로서 제시하는 진단 지표 제시부(4)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 계측치 데이터 기억부에는, 개방도 계측부로부터의 개방도 계측치 데이터 및 압력 계측부로부터의 압력 계측치 데이터가 기억된다. 밸브 시그니쳐 작성부는, 계측치 데이터 기억부에 기억되어 있는 개방도 계측치 데이터 및 압력 계측치 데이터에 기초하여, 벨로우즈 밸브의 개방도를 크게 해 가는 방향으로 변화시킬 때에 필요한 조작기에의 유체 압력과 벨로우즈 밸브의 개방도와의 관계, 및 벨로우즈 밸브의 개방도를 작게 해 가는 방향으로 변화시킬 때에 필요한 조작기에의 유체 압력과 벨로우즈 밸브의 개방도와의 관계를, 밸브 시그니쳐로서 작성한다.
벨로우즈 밸브에 있어서, 절곡 부분에 균열이 생기는 등의 파손이 벨로우즈에 생기면(벨로우즈가 인장된 경우는 약간 개구되지만, 벨로우즈가 압축되었을 때에는 개구가 막히는 파손이 생기면), 특히 벨로우즈가 인장 스프링과 같은 형태로 변형되는 개방도 영역(인장 영역)에 있어서, 벨로우즈를 일그러트리는 힘에 변화가 나타난다. 이 벨로우즈를 일그러트리는 힘의 변화는 밸브 시그니쳐의 변화로서 나타난다. 본 발명에서는, 이 밸브 시그니쳐를 벨로우즈 밸브의 진단 지표로서 제시함으로써, 벨로우즈 파손의 의심 유무를 오퍼레이터에게 알리게 한다. 즉, 오퍼레이터는, 진단 지표로서 제시되는 밸브 시그니쳐의 변화로부터 벨로우즈에 파손이 생겼는지 여부를 추정하는 것이 가능하게 된다.
또한, 상기 설명에서는 일례로서 발명의 구성 요소에 대응하는 도면상의 구성 요소를 괄호를 붙인 참조 부호에 의해서 나타내고 있다.
이상 설명한 것과 같이, 본 발명에 의하면, 개방도 계측치 데이터 및 압력 계측치 데이터에 기초하여 벨로우즈 밸브의 밸브 시그니쳐가 작성되고, 이 작성된 밸브 시그니쳐가 벨로우즈 밸브의 진단 지표(벨로우즈 파손의 의심 유무를 알리는 지표)로서 오퍼레이터에게 제시되는 것으로 되어, 특히 벨로우즈 밸브를 취급하는 경우에 관해서, 밸브의 메인터넌스 작업 효율을 개선할 수 있게 된다.
도 1은 파손이 생긴 경우의 벨로우즈의 인장 상태(저개방도 측)와 압축 상태(고개방도 측)를 모식화하여 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시형태 1에 따른 밸브 메인터넌스 지원 장치의 주요부의 구성을 도시하는 블럭도이다.
도 3은 이 밸브 메인터넌스 지원 장치의 계측치 데이터 기억부에 개방도 계측치 데이터 및 압력 계측치 데이터가 축적되어 가는 모습을 도시하는 흐름도이다.
도 4는 밸브의 조작기를 역작동 조작기로 한 경우의 1회의 상하 이동에 있어서의 밸브의 개방도(θ) 및 공기압(Po)의 변화를 예시하는 도면이다.
도 5는 밸브의 조작기를 정작동 조작기로 한 경우의 1회의 상하 이동에 있어서의 밸브의 개방도(θ) 및 공기압(Po)의 변화를 예시하는 도면이다.
도 6은 이 밸브 메인터넌스 지원 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 메인터넌스 대상의 플랜트의 밸브 배치의 일례를 도시하는 이미지도이다.
도 8은 밸브 시그니쳐 테스트 시의 설정 개방도 θsp(SP) 및 실제 개방도 θpv(PV)의 변화를 도시하는 도면이다.
도 9는 벨로우즈 밸브의 정상 상태에 있어서의 밸브 시그니쳐 VS(I,II)를 레퍼런스(최소제곱 직선 L)와 합쳐서 도시하는 도면이다.
도 10은 벨로우즈에 파손이 생긴 경우의 밸브 시그니쳐 VS(I,II)를 레퍼런스(최소제곱 직선 L)와 합쳐서 도시하는 도면이다.
도 11은 메인터넌스 후보 밸브(벨로우즈 밸브)의 진단 지표의 표시예를 도시하는 도면이다.
도 12는 벨로우즈 밸브의 정상 상태에 있어서의 밸브 시그니쳐 VS(I,II)를 레퍼런스로서 동일 화면에 표시하도록 한 예를 도시하는 도면이다.
도 13은 진단 지표 제시부 및 레퍼런스 제시부 대신에 간략화 지표 제시부를 두도록 한 예를 도시하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시형태 2에 따른 플랜트와 그 기기 관리 시스템의 구성(실시형태 1의 실장예)을 예시하는 도면이다.
도 15는 컨트롤 밸브(벨로우즈 밸브)의 일례를 도시하는 도면이다.
〔발명의 원리〕
발명자는, 벨로우즈(벨로우즈 시일)를 이용하는 벨로우즈 밸브의 경우, 절곡 부분에 균열이 생기는 등의 파손이 벨로우즈에 생기면(벨로우즈가 인장된 경우는 약간 개구되지만, 벨로우즈가 압축되었을 때에는 개구가 막히는 파손이 생기면), 특히 인장 스프링과 같은 형태로 변형되는 개방도 영역(인장 영역)에 있어서, 벨로우즈를 일그러트리는 힘에 변화가 나타나는 것에 주목했다.
즉, 압축 스프링과 같은 형태로 변형되는 경우는 파손 부분이 밀착 상태(비파손과 동등한 상태)로 유지되는 데 대하여, 인장 스프링과 같은 형태로 변형되는 경우는 파손 부분이 비접합 상태가 되기 때문에, 압축 상태와 인장 상태에서 차이가 생긴다.
도 1에 파손이 생긴 경우의 벨로우즈의 인장 상태와 압축 상태를 모식화하여 도시한다. 도 1(a)은 인장 상태, 도 1(b)은 압축 상태를 도시한다. 도 1(a)에 도시된 것과 같이, 인장 스프링과 같이 변형되는 경우는, 파손 부위가 인장되어 파손(균열)이 진행되는 등에 의해 밸브의 동작에 영향이 생기기 쉽다. 한편, 도 1(b)에 도시된 것과 같이, 압축 스프링과 같이 변형되는 경우는, 파손 부위가 압축되더라도 파손 부위는 밀착하기 때문에 파손(균열)의 진행 등은 일어나기 어렵고, 고로 밸브의 동작에도 영향은 생기기 어렵다. 또한, 도 15에 도시한 벨로우즈 밸브(VB)라면, 압축 스프링과 같은 형태가 되는 것은 고개방도 측이며, 인장 스프링과 형태가 되는 것은 저개방도 측이다.
이 벨로우즈를 일그러트리는 힘의 변화는, 벨로우즈의 부착 상태를 고려하면, 밸브 시그니쳐의 변화로서 나타난다. 즉, 「벨로우즈 밸브의 개방도를 크게 해 가는 방향으로 변화시킬 때에 필요한 조작기에의 유체 압력과 벨로우즈 밸브의 개방도와의 관계, 및 벨로우즈 밸브의 개방도를 작게 해 가는 방향으로 변화시킬 때에 필요한 조작기에의 유체 압력과 벨로우즈 밸브의 개방도와의 관계」를 밸브 시그니쳐로 한 경우, 이 밸브 시그니쳐의 변화로서 나타난다. 또한, 밸브 시그니쳐에 관해서는, 특허문헌 5, 6 등에도 기재되어 있기 때문에 여기서의 자세한 설명은 생략한다.
발명자는, 이 밸브 시그니쳐를 벨로우즈 밸브의 진단 지표로서 오퍼레이터에게 제시함으로써, 벨로우즈에 파손의 의심이 있는지 여부를 추정할 수 있게 되는 데에 생각이 이르렀다. 즉, 밸브 시그니쳐의 압축 영역(고개방도 영역)에 대하여 인장 영역(저개방도 영역)으로 치우쳐 특성 변화가 생기고 있는 경우, 오퍼레이터는 벨로우즈에 파손의 의심이 있을 것이라고 추정할 수 있다. 이에 따라, 특히, 벨로우즈 밸브를 취급하는 경우에 관해서, 밸브의 메인터넌스 작업 효율을 개선할 수 있게 된다.
또한, 벨로우즈 밸브의 정상 상태에 있어서의 밸브 시그니쳐를 작성된 진단 지표에 대한 레퍼런스로서 제시하거나, 벨로우즈 밸브의 중간 개방도 측에 무게가 있는 평균선(예컨대, 개방도 10∼90%의 데이터를 이용하여 구한 왕복 데이터의 최소제곱 직선)을 작성된 진단 지표에 대한 레퍼런스로서 제시하거나 하여도 좋다. 이에 따라, 벨로우즈 밸브의 밸브 시그니쳐의 특성 변화에 관해서, 레퍼런스와의 차이로서 인식하는 것이 가능하게 된다.
〔실시형태 1〕
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시형태 1에 따른 밸브 메인터넌스 지원 장치의 주요부의 구성을 도시하는 블럭도이다. 여기서는, 설명을 간결하게 하기 위해서, 밸브의 ID(식별 정보)의 사례 등은 실제의 플랜트에서 이용되는 것보다도 심플한 것으로 한다.
본 실시형태의 밸브 메인터넌스 지원 장치(200)는, 프로세서나 기억 장치로 이루어지는 하드웨어와, 이들 하드웨어와 협동하여 각종 기능을 실현시키는 프로그램에 의해서 실현되며, 계측치 데이터 기억부(1)와 밸브 ID 기억부(2)와 밸브 시그니쳐 작성부(3)와 진단 지표 제시부(4)와 판정부(5)와 임계치 기억부(6)와 판정 결과 제시부(7)와 레퍼런스 제시부(8)를 구비하고 있다.
이 밸브 메인터넌스 지원 장치(200)에 있어서, 계측치 데이터 기억부(1)에는, 플랜트에서 사용되고 있는 밸브(100)의 개방도 계측부(21)로부터 송신되어 오는 개방도 계측치 데이터(D1) 및 압력 계측부(22)로부터 송신되어 오는 압력 계측치 데이터(D2)가 기억된다.
즉, 플랜트에서 사용되고 있는 밸브(100)는, 그 밸브의 개방도(θ)를 계측하는 개방도 계측부(21)와, 그 밸브의 조작기에 공급되는 공기압(Po)을 계측하는 압력 계측부(22)를 구비하고 있다. 개방도 계측부(21)는, 계측한 밸브의 개방도(θ)를 개방도 계측치 데이터(D1)로서 밸브 메인터넌스 지원 장치(200)에 송신하고, 압력 계측부(22)는 계측한 공기압(Po)을 압력 계측치 데이터(D2)로서 밸브 메인터넌스 지원 장치(200)에 송신한다.
밸브 메인터넌스 지원 장치(200)는, 도 3에 그 흐름도를 도시한 것과 같이, 개방도 계측부(21)로부터의 개방도 계측치 데이터(D1)를 수신하면(단계 S101의 예(YES)), 그 수신한 개방도 계측치 데이터(D1)를 계측치 데이터 기억부(1)에 기억시키고(단계 S102), 압력 계측부(22)로부터의 압력 계측치 데이터(D2)를 수신하면(단계 S103의 예), 그 수신한 압력 계측치 데이터(D2)를 계측치 데이터 기억부(1)에 기억시킨다(단계 S104).
도 4에 밸브(100)의 조작기를 역작동 조작기로 한 경우의 1회의 상하 이동에 있어서의 밸브의 개방도(θ)(개방도 계측치 데이터(D1)) 및 공기압(Po)(압력 계측치 데이터(D2))의 변화를 예시하고, 도 5에 밸브(100)의 조작기를 정작동 조작기로 한 경우의 1회의 상하 이동에 있어서의 밸브의 개방도(θ)(개방도 계측치 데이터(D1)) 및 공기압(Po)(압력 계측치 데이터(D2))의 변화를 예시한다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 계측치 데이터 기억부(1)에는, 밸브(100)의 개방도 계측부(21) 및 압력 계측부(22)로부터 개방도 계측치 데이터(D1) 및 압력 계측치 데이터(D2)가 주기적으로 송신되어, 시계열 데이터로서 축적되어 가는 것으로 한다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 플랜트에는 벨로우즈 밸브(VB)(도 15)를 포함하는 밸브(100)가 다수 설치되어 있고, 이들 밸브(100)(100-1∼100-N)로부터의 개방도 계측치 데이터(D1)(D11∼D1N) 및 압력 계측치 데이터(D2)(D21∼D2N)가 그 밸브의 ID와 대응시켜 계측치 데이터 기억부(1)에 축적되어 가는 것으로 한다.
이하, 도 6에 도시하는 흐름도를 참조하면서 이 밸브 메인터넌스 지원 장치(200)의 동작에 관해서 각 부의 기능을 주고받으면서 구체적으로 설명한다.
오퍼레이터는, 플랜트에 설치되어 있는 밸브(100-1∼100-N)를 계측 대상으로 하고, 이 계측 대상 밸브(100-1∼100-N) 중에서 메인터넌스 후보의 밸브를 정하여, 이 메인터넌스 후보의 밸브를 등록한다(단계 S201).
이 경우, 메인터넌스 후보의 밸브로서 등록된 밸브의 ID(이하, 밸브 ID라고 도 부른다.)가 밸브 메인터넌스 지원 장치(200)의 밸브 ID 기억부(2)에 기억된다.
예컨대, 플랜트 내에 밸브(100)가 26개 있다고 하고, 이들 26개의 밸브(100)에 각각 "A", "B", "C", ···, "M", ···, "X", "Y", "Z"라는 고유의 ID가 미리 할당되어 있는 것으로 한다. 밸브 A, M, C를 메인터넌스 후보의 밸브라고 정한 경우, 오퍼레이터는 밸브 ID로서 "A", "M", "C"를 입력한다.
본 실시형태에서는, 밸브 A, M, C가 도 15에 도시된 것과 같은 벨로우즈 밸브(VB)인 것으로 하고, 특정 정기 플랜트 메인터넌스에 있어서 최우선의 메인터넌스 대상으로서 선정되는 것으로 가정한다. 이하, 밸브 A, M, C를 벨로우즈 밸브 A, M, C라고도 부른다.
도 7은 메인터넌스 대상의 플랜트의 밸브 배치의 일례를 도시하는 이미지도이다. 본 실시형태에서는, 밸브 ID "A", "M"의 밸브(100-A)(벨로우즈 밸브 A), 밸브(100-M)(벨로우즈 밸브 M)가 유로 ID "1"의 유로(11-1)에 배치되고, 밸브 ID "C"의 밸브(100-C)(벨로우즈 밸브 C)가 유로 ID "3"의 유로(11-3)에 배치되어 있는 것으로 한다.
도 7에 있어서의 12-A, 12-C, 12-M은 유량 계측기, 13은 탱크, 14는 압력 발신기이다. 또한, 도 7에서는, 밸브 ID가 "A", "C", "M" 이외인 밸브에 관해서는 기재를 생략하고 있다.
밸브 시그니쳐 작성부(3)는, 진단 지표의 작성 지시가 있으면(단계 S202의 예), 밸브 ID 기억부(2)에 기억되어 있는 메인터넌스 후보 밸브의 ID "A", "C", "M"을 판독하고(단계 S203), 이 판독된 밸브 ID "A", "C", "M"의 밸브(100)에 대하여 밸브 시그니쳐 테스트를 행한다(단계 S204).
밸브 시그니쳐 테스트에서는, 밸브(100)를 천천히 완전 닫힘→완전 열림→완전 닫힘으로 동작시킨다. 도 8에 설정 개방도 θsp(SP)의 변화를 도시하고, 실제 개방도 θpv(PV)의 변화를 도시한다. 이 밸브 시그니쳐 테스트에서 얻어지는 밸브(100)의 개방도 계측치 데이터(D1) 및 압력 계측치 데이터(D2)는 테스트 데이터로서 계측치 데이터 기억부(1)에 기억된다.
밸브 시그니쳐 작성부(3)는, 밸브 ID "A", "C", "M"의 밸브(100)에 대한 밸브 시그니쳐 테스트를 끝내면, 즉 벨로우즈 밸브 A, M, C에 대한 밸브 시그니쳐 테스트를 끝내면, 계측치 데이터 기억부(1)에 테스트 데이터로서 기억되어 있는 벨로우즈 밸브 A, M, C의 개방도 계측치 데이터(D1) 및 압력 계측치 데이터(D2)를 판독한다(단계 S205).
그리고, 밸브 시그니쳐 작성부(3)는, 계측치 데이터 기억부(1)로부터 판독한 개방도 계측치 데이터(D1) 및 압력 계측치 데이터(D2)에 기초하여, 벨로우즈 밸브(A, M, C)의 개방도(θ)를 크게 해 가는 방향으로 변화시킬 때에 필요한 조작기에의 유체 압력(Po)과 벨로우즈 밸브의 개방도(θ)와의 관계(도 9에 도시하는 왕방향(往方向)으로의 개방도-압력 변화 특성 I), 및 벨로우즈 밸브의 개방도(θ)를 작게 해 가는 방향으로 변화시킬 때에 필요한 조작기에의 유체 압력(Po)과 벨로우즈 밸브의 개방도(θ)와의 관계(도 9에 도시하는 복방향(復方向)으로의 개방도-압력 변화 특성 II)를 밸브 시그니쳐 VS(I,II)로서 작성한다(단계 S206).
밸브 시그니쳐 작성부(3)에서 작성된 밸브 시그니쳐 VS(I,II)는 진단 지표 제시부(4)에 보내진다. 진단 지표 제시부(4)는, 밸브 시그니쳐 작성부(3)로부터의 밸브 시그니쳐 VS(I,II)를 메인터넌스 후보 밸브(벨로우즈 밸브)의 진단 지표로서, 즉 벨로우즈 파손의 의심 유무를 알리는 지표로서 오퍼레이터에게 제시(표시)한다(단계 S207).
또한, 밸브 시그니쳐 작성부(3)는, 밸브 시그니쳐 VS(I,II)를 작성했음을 레퍼런스 제시부(8)에 알린다. 이 알림을 받아, 레퍼런스 제시부(8)는, 벨로우즈 밸브의 중간 개방도 측에 무게가 있는 평균선(도 9에 도시하는 직선 L)을 벨로우즈 밸브의 진단 지표 VS(I,II)에 대한 레퍼런스로서 제시(표시)한다(단계 S208).
이 예에서는, 개방도 10∼90%의 데이터를 이용하여 왕복 데이터의 최소제곱 직선을 구하고, 이 구한 최소제곱 직선을 직선 L(레퍼런스)으로 하여, 벨로우즈 밸브의 진단 지표 VS(I,II)와 합쳐서 표시하는 것으로 한다. 이하, 직선 L을 최소제곱 직선 L이라고 부른다.
도 9는 벨로우즈 밸브의 정상 상태에 있어서의 밸브 시그니쳐 VS(I,II)를 도시하고 있다. 벨로우즈에 파손이 생기지 않은 경우, 벨로우즈를 일그러트리는 힘에 변화는 나타나지 않는다. 이 때문에, 밸브 시그니쳐의 VS(I,II)에는, 최소제곱 직선 L과의 차로 시인할 수 있도록 압축 영역(고개방도 영역)으로도 인장 영역(저개방도 영역)으로도 치우친 특성 변화는 생기고 있지 않다. 이에 따라, 오퍼레이터는 벨로우즈에 파손의 의심은 없을 것이라고 추정할 수 있다. 또한, 이 예에서는, 개방도 10% 이하를 인장 영역(저개방도 영역), 개방도 90% 이상을 압축 영역(고개방도 영역)으로 간주하는 것으로 하고 있다.
도 10에 벨로우즈에 파손이 생긴 경우의 밸브 시그니쳐 VS(I,II)를 예시한다. 벨로우즈에 파손이 생긴 경우, 벨로우즈를 일그러트리는 힘에 변화가 나타난다. 특히 인장 영역(저개방도 영역)에 있어서, 벨로우즈를 일그러트리는 힘에 변화가 나타난다. 이 때문에, 밸브 시그니쳐의 VS(I,II)에는, 최소제곱 직선 L과의 차로 시인할 수 있도록 인장 영역(저개방도 영역)으로만 치우친 특성 변화가 생긴다. 즉, 인장 영역(저개방도 영역)에 있어서, 특성 I과 최소제곱 직선 L과의 차와 특성 II과 최소제곱 직선 L과의 차와의 사이에 큰 차가 생긴다. 이에 따라, 오퍼레이터는 벨로우즈에 파손의 의심이 있을 것이라고 추정할 수 있다.
도 11에 벨로우즈 밸브의 진단 지표 VS의 표시예를 도시한다. 이 예에서는, 진단 지표의 제시 영역을 #1로서 나타내는 것과 같이, 메인터넌스 후보의 밸브인 벨로우즈 밸브 A, C, M에 대응시켜, 즉 메인터넌스 후보 밸브의 ID "A", "C", "M"에 대응시켜, 밸브 시그니쳐 작성부(3)에서 작성된 밸브 시그니쳐 VS를 진단 지표 VSA, VSC, VSM로서 디스플레이에 표시한다.
이 때, 도 11에 진단 대상 부분의 제시 영역을 #2로서 나타내는 것과 같이, 진단 지표의 제시 영역 #1에 제시(표시)되어 있는 진단 지표 VSA, VSC, VSM가 벨로우즈 밸브 A, C, M에 장착되어 있는 벨로우즈의 상태를 대상으로 하고 있음을 제시(표시)하도록 하면, 벨로우즈의 메인터넌스 필요성에 관한 지식이 부족한 오퍼레이터에 대하여, 벨로우즈에의 주목 필요성을 정량적으로 나타내게 되기 때문에, 벨로우즈의 체크에 누락이 발생할 위험성을 저감할 수 있다.
밸브 시그니쳐 작성부(3)에서 작성된 밸브 시그니쳐 VS(진단 지표 VS) 및 레퍼런스 제시부(8)에서 구한 최소제곱 직선 L은 판정부(5)에도 보내진다. 임계치 기억부(6)에는, 진단 지표 VS와 최소제곱 직선 L(레퍼런스)과의 차이의 상한치가 진단 지표 임계치 Sth로서 기억되어 있다.
판정부(5)는, 밸브 시그니쳐 작성부(3)로부터 진단 지표 VS가 보내져오면, 이 진단 지표 VS와 최소제곱 직선 L(레퍼런스)의 차이 S를 구한다(단계 S209). 이 예에서는, 적어도 인장 영역(저개방도 영역)과 압축 영역(고개방도 영역)에 있어서, 특성 I과 최소제곱 직선 L과의 차의 절대치를 특성 I 측의 차, 특성 II과 최소제곱 직선 L과의 차의 절대치를 특성 II 측의 차로서 구하고, 이 특성 I 측의 차와 특성 II 측의 차와의 차(절대치)를 차이 S로서 구한다. 여기서, 이 차이 S는, 대표하는 개방도 1 부위에서의 차이라도 좋고, 복수의 개방도 부위에서 구한 차이의 평균치 등이라도 좋다.
그리고, 판정부(5)는, 임계치 기억부(6)에 기억되어 있는 진단 지표 임계치 Sth를 판독하고(단계 S210), 밸브 시그니쳐 작성부(3)로부터의 진단 지표 VS로부터 구해진 차이 S와 진단 지표 임계치 Sth와 비교한다(단계 S211). 이 경우, 밸브 시그니쳐 작성부(3)로부터의 진단 지표 VSA, VSC, VSM로부터 구해진 차이 SA, SC, SM의 각각에 관해서 진단 지표 임계치 Sth와 비교한다.
여기서, 판정부(5)는, 밸브 시그니쳐 작성부(3)로부터의 진단 지표 VS로부터 구해진 차이 S가 인장 영역(저개방도 영역)에서만 진단 지표 임계치 Sth 이상이었던 경우(단계 S211의 예), 그 밸브(벨로우즈 밸브)를 메인터넌스가 필요한 밸브라고 판정한다(단계 S212). 예컨대, 차이 SA, SC, SM 중, 차이 SM가 인장 영역(저개방도 영역)에서만 진단 지표 임계치 Sth 이상이었던 경우, 벨로우즈 밸브 M를 메인터넌스가 필요한 밸브라고 판정한다. 판정부(5)는 이 판정 결과를 판정 결과 제시부(7)로 보낸다.
판정 결과 제시부(7)는, 판정부(5)로부터의 판정 결과를 오퍼레이터에게 제시한다(단계 S213). 예컨대, 메인터넌스 후보의 밸브인 벨로우즈 밸브 A, C, M 중 벨로우즈 밸브 M가 메인터넌스가 필요한 밸브라고 판정된 경우, 도 11에 도시된 진단 지표의 제시 영역 #1에 있어서, 벨로우즈에 파손이 생긴 의심이 있는 밸브로서, 벨로우즈 밸브 M의 밸브 ID 및 진단 지표 VS(예컨대, 진단 지표 VS의 표시 영역을 둘러싸는 바깥 프레임)를 적색으로 표시한다. 이 경우, 벨로우즈 밸브 A, C의 밸브 ID에 관해서는 흑색으로 표시된다. 이 때, 진단 지표의 제시 영역 #1에, 판정 시에 이용한 진단 지표 임계치 Sth를 표시하도록 하여도 좋다.
또한, 이 실시형태에서는, 메인터넌스 후보 밸브(벨로우즈 밸브 A, C, M)의 진단 지표나 메인터넌스가 필요한 밸브인지 여부의 판정 결과를 디스플레이에 표시하도록 했지만, 프린터 등으로 출력하여도 좋고, 음성으로 알게 하도록 하여도 좋다.
또한, 이 실시형태에서는, 밸브 시그니쳐 작성부(3)에 있어서, 메인터넌스 후보의 밸브(벨로우즈 밸브 A, C, M)에 관해서만 진단 지표 VS를 작성하도록 했지만, 계측 대상의 밸브 전부(밸브 A∼Z)에 관해서 진단 지표 VS를 작성하도록 하여도 좋다.
이 경우, 진단 지표 제시부(4)에 있어서, 계측 대상의 모든 밸브의 밸브 ID와 진단 지표 VS를 대응시켜, 예컨대, 메인터넌스 후보의 밸브에 관해서는 청색으로, 메인터넌스 후보가 아닌 밸브에 관해서는 흑색으로, 메인터넌스가 필요하다고 판정된 밸브에 관해서는 적색으로라고 하는 것과 같이, 각각을 구별하여 표시하게 하도록 한다.
또한, 진단 지표 임계치 Sth는, 어느 정도의 파손을 문제 삼는지에 의존하여, 벨로우즈의 파손에 의해 생기는 위험도와 메인터넌스 비용과의 트레이드오프 등에 따라서 적절하게 결정하면 된다.
또한, 이 실시형태에서는, 벨로우즈 밸브의 진단 지표 VS(I,II)에 대한 레퍼런스로서 최소제곱 직선 L을 표시하도록 했지만, 예컨대, 20% 개방도에 있어서의 특성 I과 특성 II의 중간치와 80% 개방도에 있어서의 특성 I과 특성 II의 중간치를 연결하고, 이 20% 개방도에 있어서의 중간치와 80% 개방도에 있어서의 중간치를 연결한 선을 레퍼런스로서 표시하거나 하여도 좋다.
또한, 벨로우즈 밸브의 진단 지표 VS(I,II)에 대한 기준은, 반드시 최소제곱 직선과 같은 직선이 아니라도 좋으며, 예컨대, 벨로우즈 밸브의 정상 상태에 있어서의 밸브 시그니쳐 VS(I,II)를 레퍼런스로서 제시하도록 하여도 좋다. 예컨대, 도 12에 도시한 것과 같이, 동일 화면 G에, 작성된 진단 지표 VS(I,II)를 현재의 상태로 하고, 정상 상태(일반적으로는 초기 상태)에 있어서의 밸브 시그니쳐 VS(I,II)를 나란하게 표시하도록 하여도 좋고, 겹쳐서 표시하도록 하여도 좋다.
또한, 도 13에 도시한 것과 같이, 진단 지표 제시부(4) 및 레퍼런스 제시부(8) 대신에 간략화 지표 제시부(9)를 두어, 밸브 시그니쳐 VS(I,II)의 고개방도 영역(압축 영역)의 대표 부위(예컨대 80% 개방도)에 있어서의 최소제곱 직선 L과의 차이 S, 및 밸브 시그니쳐 VS(I,II)의 저개방도 영역(인장 영역)의 대표 부위(예컨대 20% 개방도)에 있어서의 최소제곱 직선 L과의 차이 S를 간략화된 진단 지표로서 제시(표시)하도록 하여도 좋다.
또한, 이 실시형태에서는, 진단 지표의 작성 지시가 있었던 경우, 메인터넌스 후보의 밸브에 대하여 밸브 시그니쳐 테스트를 행하도록 했지만, 반드시 밸브 시그니쳐 테스트를 행하도록 하지 않더라도 좋고, 계측치 데이터 기억부(1)에 기억되어 있는 메인터넌스 후보 밸브의 개방도 계측치 데이터(D1) 및 압력 계측치 데이터(D2)로부터 밸브 시그니쳐 VS(I,II)를 작성하도록 하여도 좋다. 예컨대, 계측치 데이터 기억부(1)에 기억되어 있는 개방도 계측치 데이터(D1) 및 압력 계측치 데이터(D2)로부터 밸브 시그니쳐 VS(I,II)를 작성할 수 없었던 경우, 메인터넌스 후보의 밸브에 대하여 밸브 시그니쳐 테스트를 행하도록 한다.
〔실시형태 2〕
이어서, 본 발명의 실시형태 2에 따른 밸브 메인터넌스 지원 장치에 관해서 설명한다. 실시형태 2는 실시형태 1의 실장예를 설명하는 것이다. 도 14는 플랜트와 그 기기 관리 시스템의 구성을 도시한 도면이며, 도 7와 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙여 놓는다.
석유, 화학계의 플랜트에는 그 플랜트의 각 기기를 제어·관리하는 기기 관리 시스템(15)이 마련되어 있다. 실시형태 1에서 설명한 계측치 데이터 기억부(1), 밸브 ID 기억부(2), 밸브 시그니쳐 작성부(3), 판정부(5), 임계치 기억부(6)에 관해서는 플랜트 고유의 방대한 정보를 취급하기 때문에, 기기 관리 시스템(15) 측에 실장되는 것이 바람직하다.
한편, 진단 지표 제시부(4), 판정 결과 제시부(7), 레퍼런스 제시부(8)에 관해서는, 원칙적으로 밸브의 메인터넌스 판단 시에 특히 필요한 처리를 제공하는 것이다. 또한, 메인터넌스 실시자(메인터넌스 수탁 기업의 작업 담당자)는, 플랜트 오너 기업으로부터 위탁받아 플랜트의 메인터넌스를 실시하는 것이 일반적이다. 따라서, 불특정 다수의 플랜트를 대상으로 하는 것을 상정하여, 메인터넌스 수탁 기업의 작업 담당자(오퍼레이터)가 갖고 다니는 휴대형 컴퓨터(16)에, 진단 지표 제시부(4)와 판정 결과 제시부(7)를 실장하는 것이 바람직하다.
컴퓨터(16)는 CPU(Central Processing Unit)와 메모리와 인터페이스를 구비하고 있다. 플랜트의 기기 관리 시스템(15)과 컴퓨터(16)는, 메인터넌스 작업 실시 시에 이더넷(등록상표) 등의 통신 기능을 이용하여 일시적으로 접속된다.
오퍼레이터가 컴퓨터(16) 상의 애플리케이션 소프트웨어를 기동하면, 컴퓨터(16)의 CPU는, 메모리에 저장된 프로그램에 따라서 처리를 실행하여, 기기 관리 시스템(15)에 진단 지표의 작성 지시를 보내어, 기기 관리 시스템(15)에 등록되어 있는 메인터넌스 후보의 밸브(벨로우즈 밸브)에 관해서, 그 진단 지표의 작성(밸브 시그니쳐의 작성) 및 메인터넌스가 필요한지 여부의 판정을 하게 한다. 이 기기 관리 시스템(15)에서 작성된 메인터넌스 후보 밸브(벨로우즈 밸브)의 진단 지표 및 메인터넌스가 필요한지 여부의 판정 결과는 컴퓨터(16)의 디스플레이에 표시된다.
또한, 이 예에서는, 기기 관리 시스템(15)에 이미 메인터넌스 후보의 밸브(벨로우즈 밸브)가 등록되어 있는 것으로 하고 있지만, 이 메인터넌스 후보 밸브(벨로우즈 밸브)의 등록이나 변경은 컴퓨터(16)보다 오퍼레이터가 행하는 것도 가능하다.
오퍼레이터는, 컴퓨터(16)의 디스플레이에 표시된 메인터넌스 후보 밸브(벨로우즈 밸브)의 진단 지표 및 메인터넌스가 필요한지 여부의 판정 결과에 기초하여, 특히 벨로우즈의 점검에 유의하여야 할 밸브(벨로우즈 밸브)를 확인한다. 확인하면, 오퍼레이터는 컴퓨터(16)와 기기 관리 시스템(15)과의 접속을 해제한다.
이와 같이 하여, 실시형태 1에서 설명한 밸브 메인터넌스 지원 장치(200)를 실제의 플랜트에 적용할 수 있다.
〔실시형태의 확장〕
이상 실시형태를 참조하여 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 상기한 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 구성이나 상세한 것에는, 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 당업자가 이해할 수 있는 다양한 변경을 할 수 있다.
1: 계측치 데이터 기억부, 2: 밸브 ID 기억부, 3: 밸브 시그니쳐 작성부, 4: 진단 지표 제시부, 5: 판정부, 6: 임계치 기억부, 7: 판정 결과 제시부, 8: 레퍼런스 제시부, 9: 간략화 지표 제시부, 21: 개방도 계측부, 22: 압력 계측부, 100(100-1∼100-N): 밸브, 101: 밸브 본체, 102: 포지셔너, 103: 조작기, 104: 밸브축, 105: 밸브체, 108: 벨로우즈, VB: 벨로우즈 밸브, 200: 밸브 메인터넌스 지원 장치.

Claims (8)

  1. 밸브체에 결합된 밸브축의 외주를 둘러싸도록 마련된 주름상자형의 벨로우즈를 구비한 벨로우즈 밸브의 메인터넌스(maintenance) 작업을 지원하는 밸브 메인터넌스 지원 장치로서,
    상기 벨로우즈 밸브의 개방도를 계측하는 개방도 계측부로부터 송신되어 오는 개방도 계측치 데이터 및 상기 벨로우즈 밸브를 구동하는 조작기에 공급되는 유체 압력을 계측하는 압력 계측부로부터 송신되어 오는 압력 계측치 데이터를 기억하는 계측치 데이터 기억부와,
    상기 계측치 데이터 기억부에 기억되어 있는 상기 개방도 계측치 데이터 및 상기 압력 계측치 데이터에 기초하여, 상기 벨로우즈 밸브의 개방도를 크게 해 가는 방향으로 변화시킬 때에 필요한 상기 조작기에의 유체 압력과 상기 벨로우즈 밸브의 개방도와의 관계, 및 상기 벨로우즈 밸브의 개방도를 작게 해 가는 방향으로 변화시킬 때에 필요한 상기 조작기에의 유체 압력과 상기 벨로우즈 밸브의 개방도와의 관계를, 밸브 시그니쳐(signature)로서 작성하는 밸브 시그니쳐 작성부와,
    상기 밸브 시그니쳐 작성부에 의해서 작성된 밸브 시그니쳐를 상기 벨로우즈 밸브의 진단 지표로서 제시하는 진단 지표 제시부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 메인터넌스 지원 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 벨로우즈 밸브의 정상 상태에 있어서의 상기 밸브 시그니쳐를 상기 벨로우즈 밸브의 진단 지표에 대한 레퍼런스로서 제시하는 레퍼런스 제시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 메인터넌스 지원 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 벨로우즈 밸브의 중간 개방도 측에 무게가 있는 평균선을 상기 벨로우즈 밸브의 진단 지표에 대한 레퍼런스로서 제시하는 레퍼런스 제시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 메인터넌스 지원 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 벨로우즈 밸브의 진단 지표와 상기 레퍼런스와의 차이의 상한치를 진단 지표 임계치로서 기억하는 임계치 기억부와,
    상기 벨로우즈 밸브의 진단 지표와 상기 레퍼런스와의 차이가 상기 벨로우즈의 인장 영역에서만 상기 진단 지표 임계치를 넘은 경우에, 그 벨로우즈 밸브를 메인터넌스가 필요한 밸브라고 판정하는 판정부와,
    상기 판정부에 의해서 메인터넌스가 필요하다고 판정된 벨로우즈 밸브를 제시하는 판정 결과 제시부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 메인터넌스 지원 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진단 지표 제시부는,
    상기 벨로우즈 밸브의 진단 지표와 합쳐서, 이 진단 지표가 그 벨로우즈 밸브에 장착되어 있는 벨로우즈의 상태를 대상으로 하고 있음을 제시하는 것을 특징으로 하는 밸브 메인터넌스 지원 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 메인터넌스 후보의 밸브로서 등록된 벨로우즈 밸브의 식별 정보를 기억하는 밸브 식별 정보 기억부를 포함하고,
    상기 계측치 데이터 기억부는,
    상기 메인터넌스 후보의 밸브를 포함하는 복수의 밸브를 계측 대상으로 하여, 이 계측 대상의 밸브마다 그 밸브의 식별 정보와 대응시켜, 상기 개방도 계측치 데이터 및 상기 압력 계측치 데이터를 기억하고,
    상기 밸브 시그니쳐 작성부는,
    상기 밸브 식별 정보 기억부에 기억되어 있는 상기 메인터넌스 후보의 밸브의 식별 정보를 판독하고, 이 판독된 식별 정보와 대응시켜 상기 계측치 데이터 기억부에 기억되어 있는 상기 개방도 계측치 데이터 및 상기 압력 계측치 데이터에 기초하여, 상기 메인터넌스 후보의 밸브마다 상기 밸브 시그니쳐를 작성하는 것을 특징으로 하는 밸브 메인터넌스 지원 장치.
  7. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 진단 지표 제시부 및 상기 레퍼런스 제시부 대신에,
    상기 밸브 시그니쳐의 고개방도 영역의 대표 부위에 있어서의 상기 레퍼런스와의 차이, 및 상기 밸브 시그니쳐의 저개방도 영역의 대표 부위에 있어서의 상기 레퍼런스와의 차이를 간략화된 진단 지표로서 제시하는 간략화 지표 제시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 메인터넌스 지원 장치.
  8. 밸브체에 결합된 밸브축의 외주를 둘러싸도록 마련된 주름상자형의 벨로우즈를 구비한 벨로우즈 밸브의 메인터넌스 작업을 지원하는 밸브 메인터넌스 지원 방법으로서,
    상기 벨로우즈 밸브의 개방도를 계측하는 개방도 계측부로부터 송신되어 오는 개방도 계측치 데이터 및 상기 벨로우즈 밸브를 구동하는 조작기에 공급되는 유체 압력을 계측하는 압력 계측부로부터 송신되어 오는 압력 계측치 데이터를 계측치 데이터 기억부에 기억시키는 계측치 데이터 기억 단계와,
    상기 계측치 데이터 기억부에 기억되어 있는 상기 개방도 계측치 데이터 및 상기 압력 계측치 데이터에 기초하여, 상기 벨로우즈 밸브의 개방도를 크게 해 가는 방향으로 변화시킬 때에 필요한 상기 조작기에의 유체 압력과 상기 벨로우즈 밸브의 개방도와의 관계, 및 상기 벨로우즈 밸브의 개방도를 작게 해 가는 방향으로 변화시킬 때에 필요한 상기 조작기에의 유체 압력과 상기 벨로우즈 밸브의 개방도와의 관계를, 밸브 시그니쳐로서 작성하는 밸브 시그니쳐 작성 단계와,
    상기 밸브 시그니쳐 작성 단계에 의해서 작성된 밸브 시그니쳐를 상기 벨로우즈 밸브의 진단 지표로서 제시하는 진단 지표 제시 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 메인터넌스 지원 방법.
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