KR20190052773A - 고압가스 및 화학시설용 지진피해 예방시스템 - Google Patents

고압가스 및 화학시설용 지진피해 예방시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지진으로부터 화학물질을 취급하는 시설을 보호하는 시스템에 관한 것으로 그 구성의 특징으로서, 적어도 지층으로부터 발생하는 에너지 파를 측정하고, 상기 에너지를 연산하여 지진의 세기를 산출하는 하나 이상의 에너지 계산 및 유선전송장치; 상기 시설 상에 취급하는 화학물질의 흐름정보를 측정하고, 상기 정보를 관리자로 출력하여 이력을 관리하는 관제소; 상기 에너지 계산 및 유선전송장치 그리고 관제소와 유·무선으로 연결되고, 상기 지진의 세기를 실시간으로 전달하는 중계소; 상기 시설 상에 화학물질을 단속하는 기기마다 장착되고, 상기 지진의 세기를 유·무선으로 전달받아 전달을 받은 현 위치까지 도달될 지진의 세기를 산출하여 화학물질의 흐름을 제어하는 복수의 제어기;를 포함하여 이루어진다.
이에 따라 본 발명은, 에너지 계산 및 유선전송장치로부터 전달되는 지진정보로 현 위치까지 실제로 도달되는 지진의 세기를 개별 산출하여 시설의 규모나 길이에 따라 차등 제어할 수가 있으므로 지진으로 인한 피해와 복구에 소요되는 공수를 최소화하는 것을 주요 요지로 한다.

Description

고압가스 및 화학시설용 지진피해 예방시스템{Earthquake Damage Prevention System for High Pressure Gas and Chemical Facilities}
본 발명은 인체에 유해한 화학물질을 취급하는 시설을 보호하는 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 화학물질의 흐름을 단속하는 기기마다 제어기를 구축하여 지진 발생 시 화학물질의 흐름을 신속하게 차단하여 누출로 인한 2차 피해를 예방하는 고압가스 및 화학시설용 지진피해 예방시스템에 관한 것이다.
지진은 지구 내부에서 급격한 지각변동이 발생하면서 그 충격으로 생긴 파동(지진파)이 지표면까지 전해져 지반을 흔드는 것을 일컫는다. 최근 50년간 세계 각지에서 발생한 규모 7 이상의 천발지진은 약 500회에 이르고 있으며, 지난 2004년 12월 인도네시아 수마트라 해역에 규모 7.6의 지진이 발생하여 지진해일 등으로 인하여 28만 여명의 인명피해가 발생하였고, 국내에서도 지난 2007년 1월 20일 평창에서 발생한 규모 4.8의 지진과, 2016년 9월 12일 경북 경주시 남남서쪽 9km지역에서 규모 5.1 및 5.8의 지진이 잇달아 발생함에 따라 지진방재대책에 대한 인식이 크게 부각되고 있다.
이러한 지진이 발생하면 국가, 대학 또는 연구 기관에서 전국 각지에 설치한 지진계로부터 얻은 정보를 기초로 하여 소방방재청, 국민재난안전포털, 국민안전처 등에서 지진발생 정보를 안내하고, 기상청에서는 지진 경보를 발령하면서 방송 및 언론매체를 통해 지진 경보를 방송(속보)하도록 권고한다. 따라서 지진 발생 시 개인이나 가정에서는 텔레비전, 라디오 또는 인터넷 및 재난관리센터에서 전송하는 재난문자 등을 통해 지진 발생 여부를 확인하고 대처하게 되는데, 텔레비전이나 라디오 및 인터넷 등의 매체를 통해 지진 발생 정보를 확인하지 못한 상태에서 재난문자도 발송되지 않으면 지진 발생 정보를 확인하지 못하게 되면서 신속한 대피가 어렵게 되고, 더욱이 지진 발생 정보를 확인하여 대피할 때에도 지진 대피 요령을 미처 숙지하지 못하거나 숙지하고 있어도 당황하여 안전하게 대피하지 못하거나 대피에 많은 시간이 소요되던 문제가 있다.
특히, 인체에 유해한 화학물질을 취급하는 시설(공장)에 지진으로 피해를 입은 경우, 화학물질이 누출되어 대규모 피해가 발생하는 심각한 문제가 있다. 따라서 근래에는 이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로, 대한민국 등록특허공보 제10-1427176호 (발명의 명칭: 지진 적응형 수처리용 원격 제어시스템)을 제안하고 있다. 즉, 지진파를 검출하고 적응적으로 현장에서 오폐수 및 하수처리시스템의 밸브류를 차등적으로 제어하여 지진에 따른 피해를 최소화할 수 있도록 하였다.
그러나 3축 가속도 센서에서 제공되는 3축 가속도 신호를 토대로 지진파 감지신호의 정도를 연산하기 때문에 다양한 변수로 인한 무분별한 작동을 야기할 가능성이 높으며, 또한 지진이 도착해야 신호를 감지하여 차단할 수 있어 피해와 차단이 동시에 일어나는 것으로 예방적 차원은 아니다. 즉, 지층으로부터 발생하는 에너지 파 이외에 외부로부터 발생하는 물리적 충격 또한 지진으로 오인하여 각종 기기 등의 가동을 정지시킴에 따라 오히려 인명과 재산에 심각한 피해를 끼치게 되는 문제가 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1427176호 (발명의 명칭: 지진 적응형 수처리용 원격 제어시스템)
이에 따라 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 근본적으로 해결하기 위한 것으로서, 국내외 기 설치된 관측소로부터 지진정보를 유·무선으로 전달받아 구축비용은 절감하고 정확도는 향상하는데 이어 전달받은 지진정보를 토대로 현 위치까지 실제로 도달되는 지진의 세기를 산출해 피해를 예측해 줌으로서 무분별한 재난 시스템의 가동을 억제하여 전반적으로 인명과 재산의 피해를 방지할 수 있는 고압가스 및 화학시설용 지진피해 예방시스템을 제공하려는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 지진으로부터 화학물질을 취급하는 시설을 보호하는 시스템에 있어서: 적어도 지층으로부터 발생하는 에너지 파를 측정하고, 상기 에너지를 연산하여 지진의 세기를 산출하는 하나 이상의 에너지 계산 및 유선전송장치; 상기 시설 상에 취급하는 화학물질의 흐름정보를 측정하고, 상기 정보를 관리자로 출력하여 이력을 관리하는 관제소; 상기 에너지 계산 및 유선전송장치 그리고 관제소와 유·무선으로 연결되고, 상기 지진의 세기를 실시간으로 전달하는 중계소; 상기 시설 상에 화학물질을 단속하는 기기마다 장착되고, 상기 지진의 세기를 유·무선으로 전달받아 전달을 받은 현 위치까지 도달될 지진의 세기를 산출하여 화학물질의 흐름을 제어하는 복수의 제어기;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명에 의한 상기 에너지 계산 및 유선전송장치는 지층으로부터 S파와 표면파를 측정하고, 설정한 임계값에 충족되는 파를 누적하고 적분하여 지진의 세기를 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 상기 제어기는 전달을 받은 현 위치와 도출된 진앙지와 진원지를 피타고라스의 삼각법을 이용하여 진원거리와 진앙거리를 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 상기 제어기는 지진의 세기를 산출된 거리로 나눈 후 제곱하여 도달될 지진의 세기를 산출하고, 산출된 지진의 세기가 설정한 임계값에 충족되는 경우 화학물질의 흐름을 제어하는 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 상기 제어기는 가속도 센서를 내장하여 관측소나 관제소 및 중계소와 연동하지 않고, 지층으로부터 발생하는 에너지 파나 외부로부터 발생하는 물리적 충격을 감지하여 필요 시 독립적으로 화학물질의 흐름을 제어하는 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 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 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이상의 구성 및 작용에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 국내외 기 설치된 관측소를 이용함으로써 구축비용은 절감하고, 정확도를 향상함과 함께 에너지 계산 및 유선전송장치가 지진정보를 유·무선으로 실시간 전달해 줌으로서 신속하게 조치할 수 있고, 특히 전달받은 지진정보를 토대로 현 위치까지 실제로 도달되는 지진의 세기를 개별 산출하여 시설의 규모나 길이에 따라 차등 제어할 수가 있으므로 지진으로 인한 피해와 복구에 소요되는 공수를 최소화하는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 시스템을 전체적으로 나타내는 구성도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 에너지 계산 및 유선전송장치가 지진의 세기를 산출하는 과정을 나타내는 참고도.
도 4는 본 발명에 따른 에너지 계산 및 유선전송장치가 지진의 세기로 진원지와 진앙지를 산출한 결과를 나타내는 참고도.
도 5는 본 발명에 따른 제어기가 실제 도달될 지진의 세기를 산출하는 과정을 나타내는 설명도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명은 지진으로부터 화학물질을 취급하는 시설을 보호하는 시스템에 관련되며, 도 1처럼 에너지 계산 및 유선전송장치(10)와 관제소(20) 및 중계소(30) 그리고 제어기(40)를 주요 구성으로 하는 고압가스 및 화학시설용 지진피해 예방시스템이다. 본 발명의 시스템은 에너지 계산 및 유선전송장치(10)로부터 전달되는 지진정보로 현 위치까지 실제로 도달되는 지진의 세기를 개별 산출하여 시설의 규모나 길이에 따라 차등 제어할 수가 있으므로 지진으로 인한 피해와 복구에 소요되는 공수를 최소화하는 것을 주요 요지로 한다.
먼저, 본 발명에 따른 에너지 계산 및 유선전송장치(10)는 도 1처럼 지층으로부터 발생하는 에너지 파를 측정하고, 측정된 에너지를 연산하여 지진의 세기를 산출한다. 즉, 에너지 계산 및 유선전송장치(10)는 도 2처럼 지진계로부터 측정한 동/서, 남/북, 위/아래의 3개의 각 파를 한 주기 동안(임계값 이상의 +부분만) 적분하여 전송하고 계속하여 임계값 이하의 -부분을 적분하여 지진이 발생하는 동안 계속 전송한다.
여기서 에너지 계산 및 유선전송장치(10)는 지층으로부터 S파와 표면파를 측정하고, 설정한 임계값에 충족되는 파를 누적하고 적분하여 지진의 세기를 산출한다. 즉, 도 3처럼 지진 발생 시 발생하는 가속도 파형에서 임계 이상인 경우만을 적분하여 일차적으로 붉은색 면적 값을 전송하고 이어서 녹색 면적 값을 전송하고, 이어서 파랑색 이렇게 임계값 이상의 값들을 지속적으로 전송하면 수신한 차단장치에서 진원지와의 거리를 계산하여 도달할 지진 에너지를 예측하여 내진 설계 이상이면 유해물질을 차단하게 된다. 이러한 에너지 계산 및 유선전송장치(10)는 산출된 지진의 세기로 도 4처럼 지진의 진원깊이에 따른 진원지와 진앙지 까지의 거리를 도출할 수가 있다.
다시 말해, 제어기(40)은 수신된 진원지와 지진의 세기 값으로부터 설치된 장치에 도달할 지진의 에너지는 아래의 식과 같이 진원지에서의 거리에 제곱에 반비례한다.
Figure pat00001
그리고 에너지는 아래의 식과 같이 속도 제곱에 비례한다.
Figure pat00002
위 식에서 많은 변수가 있으나 대략적으로는 지진의 에너지는 아래의 식과 같이 속도와 거리가 반비례함을 알 수 있다.
Figure pat00003
지진파는 지진계의 가속도(α)의 값이므로 아래의 식과 같이 지진파을 적분하면 속도를 알 수가 있다.
Figure pat00004
즉, 아래식과 같이 속도를 구하여 거리로 나눈 값을 제곱하면 지진 에너지 예측에 사용할 수 있다.
Figure pat00005
따라서 도 3과 같이 지진파의 가속도 값을 +부분만 적분하여 전송하고, 다시 마이너스 부분을 적분하여 전송하고 이를 반복하여 지진이 발생하는 동안 계속 지진 정보를 전송한다.
그리고 본 발명에 따른 관제소(20)는 도 1처럼 시설 상에 취급하는 화학물질의 흐름정보를 측정하고, 정보를 관리자로 출력하여 이력을 관리한다. 즉, 관제소(20)는 화학물질이 흐르는 배관에 부착되어 흐름을 개폐하는 밸브, 화학물질을 처리하는 동력을 제공하는 배전반의 상태를 실시간 측정한다. 그리고 중계소(30)를 통해 에너지 계산 및 유선전송장치(10)와 유무선으로 연결되어 지진의 유무를 실시간 파악한다. 이러한 정보들은 관리자가 실시간 모니터링 할 수 있도록 영상으로 출력하고, 위급상황 시에 관리자의 휴대 단말기로 문자나 영상을 전송한다. 물론, 관제소(20)는 필요에 따라 밸브와 배전반을 원격으로 제어할 수가 있다.
이어서 본 발명에 따른 중계소(30)는 도 1처럼 에너지 계산 및 유선전송장치(10) 그리고 관제소(20)와 유무선으로 연결되어 지진의 세기, 진원지의 위도, 경도, 깊이 정보를 제어기(40)로 실시간 전달한다. 즉, 중계소(30)는 에너지 계산 및 유선전송장치(10)에서 산출된 지진의 세기와, 도출된 진원지와 진앙지를 후술하는 제어기(40)들로 전달한다. 이러한 중계소(30)는 위변조를 방지하도록 암호화 기술을 적용하는 것이 바람직하며, 사물인터넷 전용 RoLa망을 이용하는 것이 좋다.
마지막으로 본 발명에 따른 복수의 제어기(40)는 도 1처럼 시설 상에 화학물질을 단속하는 밸브나 배전반 따위의 기기마다 장착되고, 지진의 세기를 유·무선으로 전달받아 전달을 받은 현 위치까지 도달될 지진의 세기를 산출하여 화학물질의 흐름을 제어한다. 즉, 제어기(40)는 도 5처럼 전달을 받은 현 위치와 도출된 진앙지와 진원지를 피타고라스의 삼각법을 이용하여 진원거리와 진앙거리를 산출한다.
여기서 진앙거리는 제어기(40)와 진앙지가 지표상에 있으므로 피타고라스의 삼각법을 이용하지 않고, 위도와 경도를 통해 산출한다. 진원거리와 진앙거리가 산출되면, 전달받은 지진의 세기를 산출된 속도 나누기 한 값을 제곱하여 제어기(40)까지 도달될 지진의 세기를 산출한다. 여기서 산출된 지진의 세기가 설정한 임계값에 충족되는 경우 밸브를 개폐하거나 전원을 차단하는 신호를 출력한다. 이때, 임계값은 내진 설계 값을 활용하여 (속도/거리)^2의 비로 시뮬레이션을 통하여 결정한 값이다.
즉, 에너지 계산 및 유선전송장치(10)에서 규모 6.0의 지진이 발생하였더라도 진원지와 가까운 곳에 위치한 밸브에 부착된 제어기(40)는 위험물질의 흐름을 차단하는 폐쇄신호를 출력하고, 진원지와 거리가 멀어 도달될 지진의 세기가 없거나 임계값에 미달되면, 개방신호를 유지하거나 흐름을 낮추는 가변신호를 출력한다. 따라서 수㎞에 이르는 배관을 차등으로 제어하여 지진 시 모든 밸브를 동시에 차단시켜 시설의 고장을 초래하는 문제를 방지할 수가 있다.
이때, 제어기(40)는 3축 이상의 가속도 센서를 내장하여 지층으로부터 발생하는 에너지 파나 외부로부터 발생하는 물리적 충격을 감지한다. 즉, 가속도 센서에 의한 신호를 연산하여 지진의 세기를 산출하여 밸브를 개폐하거나 전원을 차단하는 신호를 출력한다. 따라서 에너지 계산 및 유선전송장치(10)나 관제소(20) 및 중계소(30)와의 연동이 불가피하게 차단된 상태더라도 독립적으로 지진을 감지하여 화학물질의 흐름을 제어하는 신호를 출력한다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
10: 에너지 계산 및 유선전송장치 20: 관제소
30: 중계소 40: 중계기

Claims (5)

  1. 지진으로부터 화학물질을 취급하는 시설을 보호하는 시스템에 있어서:
    적어도 지층으로부터 발생하는 에너지 파를 측정하고, 상기 에너지를 연산하여 지진의 세기를 산출하는 하나 이상의 에너지 계산 및 유선전송장치;
    상기 시설 상에 취급하는 화학물질의 흐름정보를 측정하고, 상기 정보를 관리자로 출력하여 이력을 관리하는 관제소;
    상기 에너지 계산 및 유선전송장치 그리고 관제소와 유·무선으로 연결되고, 상기 지진의 세기를 실시간으로 전달하는 중계소;
    상기 시설 상에 화학물질을 단속하는 기기마다 장착되고, 상기 지진의 세기를 유·무선으로 전달받아 전달을 받은 현 위치까지 도달될 지진의 세기를 산출하여 화학물질의 흐름을 제어하는 복수의 제어기;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고압가스 및 화학시설용 지진피해 예방시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 계산 및 유선전송장치는 지층으로부터 S파와 표면파를 측정하고, 설정한 임계값에 충족되는 파를 누적하고 적분하여 지진의 세기를 산출하는 것을 특징으로 하는 고압가스 및 화학시설용 지진피해 예방시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어기는 전달을 받은 현 위치와 도출된 진앙지와 진원지를 피타고라스의 삼각법을 이용하여 진원거리와 진앙거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 고압가스 및 화학시설용 지진피해 예방시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어기는 지진의 세기를 산출된 거리로 나눈 후 제곱하여 도달될 지진의 세기를 산출하고, 산출된 지진의 세기가 설정한 임계값에 충족되는 경우 화학물질의 흐름을 제어하는 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 고압가스 및 화학시설용 지진피해 예방시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어기는 가속도 센서를 내장하여 관측소나 관제소 및 중계소와 연동하지 않고, 지층으로부터 발생하는 에너지 파나 외부로부터 발생하는 물리적 충격을 감지하여 필요 시 독립적으로 화학물질의 흐름을 제어하는 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 고압가스 및 화학시설용 지진피해 예방시스템.
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