KR20190097013A - 액체 저장 탱크의 국부적 변형 파라미터의 값을 결정하기 위한 시스템 및 장치 및 이러한 장치의 사용 - Google Patents
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Abstract
액체 저장 탱크의 하나 이상의 파라미터, 예컨대 탱크의 국부적 변형의 값을 결정하기 위한 시스템(100)으로서,
-액체 저장 탱크(115) 및
-액체 탱크의 하나 이상의 파라미터의 값을 결정하기 위한 제거가능 장치(120)를 포함하고, 상기 장치는
-탱크의 내부, 예를 들어 탱크 내부 및 상기 탱크의 상부 벽(130) 근처에 배치된 마스트에 부착하기 위한 수단(125)을 포함하고, 상기 부착 수단은
-다방향 레이저 이미터(110);
-레이저에 의해 방출된 광의 수신기(135);
-수신된 광을 전기 신호로 변환하는 광검출기(140); 및
-광검출기에 의해 변환된 신호의 함수로서 탱크 내부의 릴리프를 검출하기 위한 수단(145);
-하나 이상의 검출된 릴리프의 함수로서 탱크의 적어도 하나의 벽의 토포그래피를 결정한다.
-액체 저장 탱크(115) 및
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-하나 이상의 검출된 릴리프의 함수로서 탱크의 적어도 하나의 벽의 토포그래피를 결정한다.
Description
본 발명은 액체 저장 탱크의 하나 이상의 파라미터의 값을 결정하기 위한 시스템, 이러한 시스템을 형성하기 위한 장치 및 상기 장치의 사용에 관한 것이다.
본 발명은 특히 액화 천연 가스 이송 및 저장 분야, 더욱 구체적으로 다음의 분야에 관한 것이다:
-탱크 내의 액화 천연 가스의 체적의 측정,
-탱크 내의 액화 천연 가스의 동적 운동 현상의 모델링, 및
-액화 천연 가스 탱크의 무결성의 측정.
액화 천연 가스(또한, 약어로 "LNG") 체적 측정 및 빌링 분야에서, GIIGNL"International Group of Liquefied Natural Gas Importers"에 의해 "Custody Transfer Handbook"에서 권고되는 2개의 LNG 리저버 사이의 에너지 이동을 계산하는 방법은 공지되었다. 여기서 "리저버"는 공장, 선박, FLNG("부유 액화 천연 가스"의 경우), FSRU("부유 저장 재기화 유닛"의 경우), FSU("부유 저장 유닛"의 경우) 또는 SRV("셔틀 및 재기화 선박"의 경우) 유형의 부유 구조물 또는 메탄 터미널을 지칭한다.
여기서 "2개의 저장소 사이의 이동"은 전술된 2개의 리저버들 사이의 LNG 이동을 지칭한다.
슬로싱(sloshing)의 동적 현상의 모델링 분야, 즉 리저버에서의 액체의 이동 분야에서; 슬로싱에 대한 공지된 관찰 실험에서는 탱크 벽에 내장된 충격 센서가 이용된다. 여기서, "2개의 리저버들 사이의 이동"은 전술된 2개의 리저버들 간의 LNG의 이동을 지칭한다.
이들 충격 센서는 탱크 벽이 제조될 때 탱크 벽에 배열될 필요가 있다는 단점을 갖는다.
LNG 탱크의 무결성을 측정하는 분야에서 탱크의 시효를 측정하는 알려진 방법은 탱크가 비어있는 경우(기술적인 중단) 육안 검사, 무결성 측정을 위한 휴대용 장치(다양한 물리적 크기 측정)를 이용한다. 이들 방법은 메탄 탱커의 경우 4년마다 발생하는 기술적인 중단 중에만 사용할 수 있다는 단점이 있다. 두 차례의 기술 중단 사이에는 리저버의 조기 시효를 감지하거나 긴급한 이유로 기술적 중단을 예상할 수 있는 검사 방법이 없다.
리저버에서의 체적 측정 분야에서, 이송된 LNG를 추론하기 위해 이송 이전 및 이후에 리저버 내의 LNG의 높이가 판독되는 계산 방법이 현재 사용된다. 이 방법은 현재 LNG를 수용하거나 또는 이를 전달하는 선박의 리저버 내에 있는 LNG 체적을 판독하는 경우에만 사용되며 메탄 터미널이나 부유 구조물에서는 사용되지 않는다.
이 판독은 리저버의 액체로 인해 탱크가 변형되는 것을 고려하여 표로 수정된다.
그러나 해상 운송의 경우, LNG 리저버는 슬로싱 현상을 겪기 때문에 리저버의 LNG 높이의 판독을 부정확하거나 불가능하게 만든다.
이 문제점을 극복하기 위해 LNG 산업은 이송된 에너지의 온라인 평가를 위한 대안의 방법을 개발했다. 이들 방법에서, 동적 유량계는 예를 들어 2개의 리저버들을 연결하는 LNG 이송 라인 내부에 배열된다. 이 방법은 이송된 LNG의 질량 유량을 측정할 수 있도록 하며 이에 따라 탱크 내의 LNG의 높이를 정적 판독을 불가능하게 할 수 있다. 그러나 이 기술은 1,000 m3/h를 초과하지 않는 유량까지 허용되며 LNG 이송은 10,000 m3/h에 도달할 수 있다. 이 값에 도달하기 위해 유량계의 개수를 증가시켜야 한다.
이 유량계에는 하나의 주요 단점을 갖는다: 유량계는 유량계의 상류와 하류에 상당히 긴 길이의 파이프라인이 수반되는 최상의 조건에서 작동하기 위한 설정된 유량을 필요로 한다.
현재까지 해상 프로젝트가 이 해결 방법을 채택하지 않았다. 이들 문제점은 또한 슬로싱에 노출되는 유체 이송의 더 넓은 분야에 존재한다.
본 발명은 이들 문제점 모두 또는 일부를 해결하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해, 제1 양태에 따라서, 본 발명은 액체 저장 탱크의 하나 이상의 파라미터, 예컨대 탱크의 국부적 변형의 값을 결정하기 위한 시스템에 관한 것으로,
-액체 저장 탱크 및
-액체 탱크의 하나 이상의 파라미터의 값을 결정하기 위한 제거가능 장치를 포함하고, 상기 장치는
-탱크의 내부, 예를 들어 탱크 내부 및 상기 탱크의 상부 벽 근처에 배치된 마스트에 부착하기 위한 수단을 포함하고, 상기 부착 수단은
-다방향 레이저 이미터;
-레이저에 의해 방출된 광의 수신기;
-수신된 광을 전기 신호로 변환하는 광검출기; 및
-광검출기에 의해 변환된 신호의 함수로서 탱크 내부의 릴리프를 검출하기 위한 수단;
-하나 이상의 검출된 릴리프의 함수로서 탱크의 적어도 하나의 벽의 토포그래피를 결정하는 수단;
-결정된 토포그래피의 함수로서 각 국부 변형 파라미터의 값을 결정하기 위한 수단을 지지한다.
이는 탱크가 노출되는 기계적 응력을 평가할 수 있도록 한다.
액체 표면의 토포그래피가 결정될 때, 장치는 탱크 내의 액체의 체적을 결정할 수 있고 탱크의 벽의 토포그래피가 결정될 때 장치는 특히 탱크의 변형을 결정할 수 있다.
추가로, 단일의 장치가 전체 탱크를 덮을 수 있고, 이 시스템은 높은 공간 해상도로 인해 현재의 기술로 접근불가능한 동적 현상을 포착할 수 있다.
일부 실시예에서, 본 발명의 요지인 시스템은 벽 내의 캐비티를 나타내는 탱크의 변형 파라미터를 결정하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 본 발명의 요지인 시스템은 최대 치수가 하나의 축을 따라 1 미터 미만인 캐비티를 나타내는 탱크의 변형 파라미터를 결정하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 본 발명의 요지인 시스템은 최대 치수가 하나의 축을 따라 10 센티미터 미만인 캐비티를 나타내는 탱크의 변형 파라미터를 결정하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 본 발명의 요지인 시스템은 최대 치수가 하나의 축을 따라 1 센티미터 미만인 캐비티를 나타내는 탱크의 변형 파라미터를 결정하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 본 발명의 요지인 시스템은
-결정 수단에 의해 결정된 탱크 내의 다수의 임계 변형의 카운터를 포함하고; 이 카운터는 측정된 변형 값이 미리 정해진 임계 값보다 클 때 임계 변형의 존재를 카운트하도록 구성되며,
-카운트된 다수의 임계 변형이 정해진 개수보다 클 때의 경고의 이미터를 포함한다.
일부 실시예에서, 토포그래피를 결정하기 위한 수단은 탱크 내의 액체의 표면의 토포그래피를 결정하도록 구성되며, 결정 수단은 결정된 토포그래피의 함수로서 탱크 내의 액체의 체적을 나타내는 값을 결정한다.
이들 실시예에 따라 탱크 내의 액체의 체적이 탱크의 슬로싱 현상과 관련 없이 신뢰성 있게 결정될 수 있다.
일부 실시예에서, 본 발명의 요지인 시스템은 결정된 토포그래피의 함수로서 탱크의 기계적 특성을 계산하기 위한 수단을 포함한다.
이들 실시예에 따라 탱크의 마모 상태가 결정될 수 있다.
일부 실시예에서, 이미터, 리시버 및 광검출기가 폭발의 위험을 제한하도록 구성된 충전 재료를 가지며 및/또는 밀봉된 하우징 내에 배열된다.
이들 실시예는 시스템이 액체 이동이 장치를 손상시킬 수 있는 환경에서 또는 동등한 표준에서 European Union's ATEX 95 표준에 규정된 바와 같이 ATEX("ATmosphere EXplosive" 또는 "explosive atmosphere") 환경에서 탱크에 대해 이용될 수 있도록 한다.
일부 실시예에서, 본 발명의 요지인 시스템은 이미터, 리시버 및 광검출기용 단열 하우징, 및 이미터, 리시버 및 광검출기의 최소 작동 온도에 대응하는 온도로 하우징의 내부를 가열하기 위한 수단을 포함한다. 이들 실시예에 따라 시스템이 극저온 탱크 내에 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 본 발명의 요지인 시스템은 탱크의 내부 또는 외부 파라미터의 값을 포착하는 하나 이상의 추가 센서를 포함하고, 시스템에 의해 결정되는 파라미터의 값은 포착된 하나 이상의 추가 파라미터 값의 함수로서 결정된다.
이 센서는 예를 들어 경사계, 자이로스코프, 가속도계, 압력계 또는 온도계이다. 이 센서는 탱크 내부 또는 위에 또는 탱크를 운반하는 선박에 배열된다. 이들 실시예는 수행된 결정의 신뢰성을 증가시키는 것을 가능하게 한다.
제2 양태에 따라서, 본 발명은 본 발명의 요지인 시스템을 형성하기 위하여 액체 탱크의 하나 이상의 파라미터의 값을 결정하기 위한 제거가능 장치에 관한 것으로,
-탱크의 내부, 예를 들어 탱크 내부 및 상기 탱크의 상부 벽(130) 근처에 배치된 마스트에 부착하기 위한 수단을 포함하고, 상기 부착 수단은
-다방향 레이저 이미터;
-레이저에 의해 방출된 광의 수신기;
-수신된 광을 전기 신호로 변환하는 광검출기; 및
-광검출기에 의해 변환된 신호의 함수로서 탱크 내부의 릴리프를 검출하기 위한 수단;
-하나 이상의 검출된 릴리프의 함수로서 탱크의 적어도 하나의 벽의 토포그래피를 결정하는 수단;
-결정된 토포그래피의 함수로서 각 국부 변형 파라미터의 값을 결정하기 위한 수단을 지지한다.
특정 목적에 따라서, 본 발명의 요지인 장치의 특정 목적, 이점 및 특징은 본 발명의 요지인 시스템과 유사하며, 여기에서 반복되지 않는다. 이 장치는 또한 기존의 탱크가 새로 장착될 수 있도록 한다.
제3 양태에 따라서, 본 발명은 탱크의 기계적 특성의 값을 결정하기 위하여 본 발명의 요지인 장치의 사용에 관한 것이다.
본 발명의 요지인 특정 목적, 이점 및 사용의 특징은 본 발명의 요지인 장치의 장점과 유사하므로, 여기에서 반복되지 않는다.
도 1은 본 발명의 요지인 시스템 및 장치의 도식적인 특정 실시예를 도시한다.
도 2는 본 발명의 요지인 시스템 및 장치에 의해 제조된 액체 표면의 2차원 토포그래피 예시를 도시한다.
도 3은 본 발명의 요지인 시스템 및 장치에 의해 제조된 탱크 벽의 2차원 토포그래피 예시를 도시한다.
도 4는 본 발명의 요지인 시스템 및 장치에 의해 제조된 탱크 벽의 2차원 토포그래피 예시를 도시한다.
도 2는 본 발명의 요지인 시스템 및 장치에 의해 제조된 액체 표면의 2차원 토포그래피 예시를 도시한다.
도 3은 본 발명의 요지인 시스템 및 장치에 의해 제조된 탱크 벽의 2차원 토포그래피 예시를 도시한다.
도 4는 본 발명의 요지인 시스템 및 장치에 의해 제조된 탱크 벽의 2차원 토포그래피 예시를 도시한다.
본 발명의 설명은 비제한적인 방식으로 주어지며, 실시예의 각각의 특징은 선호되는 방식으로 임의의 다른 실시예의 임의의 다른 특징과 조합될 수 있다.
도면은 축척이 아니다.
본 발명은 바람직하게는 LNG 저장 탱크에 관한 것이며, 따라서 "액체"라는 용어는 저장된 LNG의 액체 상으로 해석된다.
용어 "국부 변형"은 최대 치수가 탱크의 최대 치수보다 적어도 1차 크기가 작은 벽의 변형을 언급한다. 예를 들어, 국부 변형은 균열, 캐비티, 범프 또는 다른 것일 수 있다. 이 경우에 "크기 순서"는 10의 거듭제곱으로 정의된다.
이 국부 변형은 또한 "국부 변형"과 동의어일 수 있다.
축척이 아닌 도 1은 본 발명의 요지인 시스템(100)의 실시예의 도식적인 도면을 도시한다. 예를 들어, 탱크의 국부적 변형과 같이 액체 저장 탱크의 하나 이상의 파라미터의 값을 결정하기 위한 시스템(100)은
-액체 저장 탱크(115), 및
-상기 탱크의 상부 벽(130)의 주변 및 탱크 내에 배열된 마스트와 같은 탱크의 내측에 부착하기 위한 수단(125)을 포함하고, 상기 부착 수단은 다음을 지지한다:
-다방향 레이저 이미터(110),
-레이저에 의해 방출된 광의 리시버(135),
-수신된 광을 전기 신호로 변환시키는 광검출기(140), 및
-광검출기에 의해 변환된 신호의 함수로서 탱크 내의 릴리프를 검출하기 위한 수단(145),
-하나 이상의 검출된 릴리프의 함수로서 탱크의 하나 이상의 벽의 토포그래피를 결정하기 위한 수단, 및
-결정된 토포그래피의 함수로서 각각의 국부적 변형 파라미터의 값을 결정하기 위한 수단(150).
탱크(115)는 예를 들어, 공장, 선박 또는 메탄 터미널의 탱크이다. 이 탱크(115)는 "메탄 탱커"로 공지된 선박 상에 장착될 수 있다.
이 탱크(115)는 예를 들어,
-메탄 탱커의 탱크,
-부유 액화 천연 가스 탱크,
-부유 저장 및 재기화 플랜트의 탱크,
-부유 저장 플랜트의 탱크, 또는
-가스 연료 셔틀 선박의 탱크이다.
탱크(115)는 대기압이거나 또는 대기압 초과, 예를 들면 대기압 초과의 1바 이상으로 가압될 수 있다. 일부 변형예에서, 탱크(115)는 LNG 저장 탱크(115)이고 지지 마스트(105)를 포함한다.
지지 마스트(105)는 예를 들어, 삼각 마스트(tripod mast)이고 상기 삼각 마스트의 각각의 레그는 부착 수단(125)을 포함한다. 일부 변형예에서, 이 마스트(105)는 단일의 레그를 포함한다.
부착 수단(125)은 예를 들어 나사를 수용하기 위한 나사산 또는 접착제 재료를 수용하기 위한 평평한 표면이다.
마스트(105)는 탱크(115) 내의 높이의 상부에 위치된다. 여기서, "높이"는 탱크(115)가 LNG로 충전되면, 지구의 중력 방향에 상반된 방향으로 지구의 중력 방향에 의한 방향에 의해 형성된 축을 지칭한다. 예를 들어, 마스트(105)는 탱크(115) 내에 수용된 액화 천연 가스의 액상에 대향하는 벽에 대해 위치되고, 이 액상은 탱크(115)의 하부 부분에 자체적으로 중력적으로 위치된다. 탱크(115)가 가득 충전되면, 액상은 탱크(115)를 완전히 충전한다. 탱크(115)가 비워짐에 따라, 탱크의 상부 부분은 "보일 오프 가스(boil-off gas)"라 불리는 LNG의 증발에 기인 한 가스상으로 충전된다.
탱크(115) 내에 위치되면 상기 마스트(105)의 높이를 형성하는 마스트(105)의 종방향 치수는 장치(120)의 최하위 지점이 상기 액체의 표면 위에, 바람직하게는 탱크(115)의 저장 체적의 총 높이의 98%를 나타내는 탱크의 높이에 배열되도록 선택된다. 일부 변형예에서, 이미터(110), 리시버(135) 및 광검출기(140)는 마스트(105)의 높이에 관계없이 이 높이에 위치된다.
이미터(110)는 회전 이동하도록 장착된 소스를 사용하여 또는 일련의 이동가능 미러 또는 회절 광학 시스템에 의한 다방성인 레이저 소스이고, 마스트(105)가 부착되는 상부 벽(130)의 일부 및 마스트(105) 주위에서의 밀폐 부분을 제외하고 탱크(115)의 저장 체적의 전체 내부를 레이저 소스가 스위핑할 수 있도록 배향된다.
이미터(110)는 바람직하게는 수 마이크로초의 파열(wave train)(광 패킷)을 방출하는 펄스 레이저 소스이다. 이들 파열은 상이한 광 경로를 가지며, 이 경로 중에 파열은 속도가 감소되고 매트릭스로 배향된다. 렌즈는 레이저 펄스가 공간적으로 분배되도록 한다.
이미터(110)에 의해 사용된 광은 예를 들어 900 나노미터 내지 930 나노미터 사이의 파장 값을 갖는 적외선 스펙트럼 내에 있다.
바람직하게, 이 이미터(110)는 활성화 시 1 cm의 공간 해상도를 갖도록 구성된다. 1 cm 정도의 공간 해상도는 탱크의 국부적인 변형을 결정하는 데는 충분하지만 10 cm 정도의 공간 해상도는 슬로싱을 관찰하고 액체 레벨을 측정하고, 탱크의 전체 변형 값을 결정하기에 충분하다. 이 이미터(110)는 또한 바람직하게는 1 초의 시간 해상도를 갖는다. 이 진동수는 관찰된 탱크의 슬로싱 현상 또는 팽창 현상의 전형적인 시상 수에 적합하다.
이미터(110)의 방출 강도는 예를 들어 100 미터의 거리에서 반사되고 방출된 광의 수신 강도가 수신기(135)에서 수신되어 광검출기(140)에 의해 광이 검출될 수 있도록 선택된다.
릴리프를 측정하기 위해 비행 시간 측정은 당해 표면의 지점으로 이미터로부터 이동하고 그 뒤에 리시버(135)로 반사하는 것으로 취해진다. 신호가 수신되는 시간 창(time window)은 또한 방향의 표시를 제공하며, 각각의 지연 라인은 정해진 방출 및 수신 창을 갖는다.
리시버(135)는 약 반사성 재료를 검출하기 위해 매우 민감하도록 선택된다.
리시버(135)는 예를 들어, 망원경과 같은 집광 유형의 광학 시스템이다. 이 리시버(135)는 광의 빔이 방출되고 그 뒤에 탱크(115) 내의 표면에 의해 확산 방식으로 반사되어 광검출기(140)로 전송하기 위한 일관된 방식으로 수집되게 한다.
광검출기(140)는 광 신호의 검출을 나타내는 전기 신호를 방출하도록 구성된 전자 회로이다. 이 광검출기(140)는 예를 들어, 광다이오드이다.
따라서, 다음과 같이 보일 수 있다:
-이미터(110)는 탱크(115)의 벽을 향하여 또는 탱크(115)에 저장된 액체를 향하여 복수의 빔을 방출하고;
-각각의 빔은 탱크(115)의 벽 또는 액체의 표면에 의해 반사되고;
-반사된 빔은 수신기(135)에 의해 수신되고 그 뒤에 광검출기(140)에 의해 수신되며;
-탱크의 벽으로부터 또는 가스-액체 상 계면으로부터의 거리는, 빔이 방출되는 시간과 대응하는 반사된 빔이 수용되는 시간 사이의 시간 지연의 함수로서 추론된다.
이 작업은 표준 라이다(lidar)의 작동에 일치된다. 이 라이다는 대량 생산되는 모바일 라이다 또는 지연 라인 광 시스템과 적합한 렌즈 덕분에 공간의 모든 방향으로 방출되는 소위 "솔리드 스테이트(solid state)" 라이더일 수 있다. 복수의 빔의 동시 방출은 이미터(110)에 의해 목표된 반사 표면의 토포그래피를 생성하는 것을 가능하게 한다. 각각의 빔은 예를 들어 기준 각도에 대한 방출 각도의 함수로서 독립적으로 그리고 공간적으로 식별되며, 이에 따라 방출된 빔의 반사 지점의 위치가 공간적으로 설정되게 한다.
릴리프를 검출하기 위한 수단(145)은 예를 들어, 측정된 거리와 조합하여 릴리프의 존재 및 높이를 결정하기 위해 광검출기(140)에 의해 생성된 각각의 전기 신호에 빔 방출 각도를 연계하도록 구성된 전자 계산 회로이다.
검출된 각각의 릴리프의 함수로서, 결정 수단(146)은 이미터(110)에 의해 표적화된 표면의 토포그래피를 생성하는데, 이 표면은 예를 들어:
-탱크(115) 내의 액체의 표면 및/또는
-탱크(115)의 벽이다.
각 파라미터의 값을 결정하기 위한 수단(150)은 예를 들어, 다음을 결정하도록 구성된 전자 계산 회로이다:
-탱크(115) 내의 LNG 체적,
-탱크(115) 내의 액체의 표면의 토포그래피 및/또는
-예를 들어 탱크의 벽의 변형 값과 같은 탱크(115) 또는 상기 탱크의 벽의 기계적 특성.
일부 선호되는 실시예에서, 본 발명의 요지인 시스템(100)은 벽 내의 캐비티를 나타내는 탱크의 변형 파라미터를 결정하도록 구성된다. 이러한 캐비티는 예를 들어 크랙이다. 도 3은 이러한 공동의 예를 나타낸다. 이 결정은, 예를 들어 결정 수단(150)에 의해 수행된다.
일부 실시예에서, 본 발명의 요지인 시스템(100)은 하나의 축을 따른 최대 치수가 1미터 미만인 캐비티를 나타내는 탱크의 변형 파라미터를 결정하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 본 발명의 요지인 시스템(100)은 하나의 축을 따른 최대 치수가 10 센티미터 미만인 캐비티를 나타내는 탱크의 변형 파라미터를 결정하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 본 발명의 요지인 시스템(100)은 하나의 축을 따른 최대 치수가 1 센티미터 미만인 캐비티를 나타내는 탱크의 변형 파라미터를 결정하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 본 발명의 요지인 시스템(100)은 다음을 포함한다:
-결정 수단(150)에 의해 결정된 탱크(115) 내의 다수의 임계 변형의 카운터(155); 측정된 변형 값이 미리 정해진 임계 값보다 클 때 임계 변형의 존재를 카운트하도록 구성되며,
-카운트된 다수의 임계 변형이 정해진 개수보다 클 때의 경고의 이미터(160).
이미터(160)는 예를 들어 다음이다:
-제3자 설비의 일부에 무선 신호를 방출하도록 구성된 안테나;
-제3자 설비의 일부에 연결된 유선 링크;
-광 신호의 이미터 또는 라우드 스피커.
탱크(115) 내의 액체 체적을 계산하는 것과 관련하여, 이 체적은 탱크가 비었을 때 탱크(115)의 총 체적을 결정하기 위하여 라이다를 작동시킴으로써 결정될 수 있다. 탱크(115)가 적어도 부분적으로 충전되면, 라이더를 작동시키면 탱크(115) 내의 액체의 표면의 토포그래피가 결정된다. 이 계면의 위치에 따라, 결정된 초기 토포그래피와 관련하여, 액체의 체적은 이 액상이 점유하는 체적에 대해 결정된 치수에 기초하여 계산될 수 있다.
탱크(115)의 마모는 특히, 초기 상태에 비해 이 탱크(115)의 벽의 변형을 유도하는데, 이 마모는 벽을 구성하는 재료의 열 수축 또는 팽창에 의해 발생하거나, 또는 탱크(115) 내의 액체의 높이에 의해 발생된 정수압에 의해 발생된다. 탱크(115)의 기계적 특성을 계산하는 것과 관련하여, 탱크(115)의 벽의 국부적인 또는 전체적인 토포그래피의 결정은 이 탱크(115)의 국부적인 또는 전체적인 변형의 존재가 결정될 수 있음을 의미한다.
이들 변형을 관찰하기 위해 대략 1 센티미터 이하의 결정된 토포그래피의 공간 해상도가 요구된다. 벽의 탄성과 같은 벽의 다른 기계적 특성은 특히 10cm 정도의 공간 해상도로 인해 더 큰 규모로 벽의 변형으로부터 추론될 수 있다. 이들 계산을 통해 사용자는 벽의 시효에 대해 알 수 있다.
일부 변형예에서, 이 계산은 토포그래피의 함수로서 탱크(115) 내의 슬로싱 조건의 존재를 결정하기 위하여 라이다를 주기적으로 활성화시킴으로써 수행될 수 있다. 이 슬로싱 조건은 탱크(115) 내의 슬로싱 동작의 빈도, 탱크 내의 액체 파에 의해 생성되는 벽의 위치에서의 액체의 압력 또는 속도 필드를 특징으로 한다.
일부 변형예에서, 시스템(100)은 탱크(115) 내의 다수의 임계 변형의 카운터를 포함하며, 이 카운터는 탱크의 하나의 위치에서 측정된 변형 값이 미리정해진 임계값보다 클 때 임계 변형의 존재를 카운트하도록 구성된다. 임계 변형 개수가 미리정해진 개수보다 클 때 카운터에서 경고를 방출한다.
일부 변형 예에서, 시스템(100)은 정해진 기간 동안 슬로싱 현상의 발생 빈도 카운터를 포함한다. 카운터는 슬로싱 진동수가 정의된 진동수보다 클 때 경고를 방출하도록 구성된다. 이 경고는 탱크(115)를 수용하는 선박에 대한 조향 추천의 형태를 취할 수 있다.
일부 변형예에서, 본 발명의 요지인 시스템(100)은 결정된 변형 값이 미리정해진 한계 값보다 클 때 경고 또는 결정된 변형 값을 나타내는 신호의 이미터를 포함한다. 도 2는 탱크 내의 LNG의 기상과 액상 사이의 계면의 본 발명의 요지인 시스템(100)을 이용하여 획득된 플롯(205)으로부터 형성된 2차원 도식적 토포그래피를 도시한다.
이러한 토포그래피는 이 액상에서 웨이브 피크(wave peak, 210) 및 웨이브 트로프(wave trough, 215)의 존재를 확인하는 것을 가능하게 한다. 탱크의 일 측면으로부터 다른 측면으로 웨이브의 이동은 슬로싱 현상이 있는지 확인할 수 있다. 예를 들어, 연속적으로 획득된 토포그래피와 비교되는 웨이프 피크(210)의 높이 및 이 웨이브 피크의 이동 속도에 따라, 탱크의 벽에 대한 웨이프 임팩트의 정도가 결정될 수 있다.
이 이동 속도는 또한 슬로싱 진동수가 결정되도록 한다. 도 3은 탱크 내의 벽(310)의 본 발명의 요지인 시스템(100)을 이용하여 획득된 플롯(305)으로부터 형성된 2차원 도식적인 토포그래피(300)를 도시한다. 이 토포그래피는 벽(310)에서의 국부적 변형(315)의 존재를 식별할 수 있도록 한다. 도 4는 탱크 내의 벽(410)의 본 발명의 요지인 시스템(100)을 이용하여 획득된 플롯(405)으로부터 형성된 2차원 도식적인 토포그래피(400)를 도시한다.
이 토포그래피는 벽(410)의 전체적인 변형의 존재를 식별할 수 있도록 한다. 여기서, "기계적 속성"은 예를 들어 탱크(115)의 벽의 탄성을 지칭한다. 검출 수단(140) 및 결정 수단(150)은 탱크(115)에 근접하게 도는 이로부터 이격되어 배열된다. 일부 변형예에서, 광 검출기(140)와 검출 수단(140) 사이의 링크는 광검출기(140)에 의해 생성된 전기 신호를 나타내는 신호를 방출하고 수신하는 안테나를 이용하는 무선 부분을 포함한다. 일부 실시예에서, 검출 수단(140) 및 결정 수단(150)은 탱크(115)를 이송하는 선박의 전자 계산 회로의 영역에 위치한다. 이 전자 계산 회로는 예를 들어, 시스템(100)을 포함하는 선박의 제어실 내의 제어 유닛이다. 일부 변형예에서, 이 전자 계산 회로는 선박 또는 탱크로부터 이격된다.
일부 선호되는 실시예에서, 도 1에 도시된 바와 같이,
-이미터(110),
-리시버(135), 및
-광검출기(140)는
폭발의 위험을 제한하도록 구성된 충전 재료를 가지며 및/또는 밀봉되는 하우징(165) 내로 형성된다.
충전 재료의 사용은 하우징(165)이 ATEX 구역 0 영역 내에 배열되도록 한다.
하우징(165)은 또한 리시버(135)에 의해 수신되고 이미터(110)에 의해 방출된 광을 위한 투명 부분을 포함한다.
이미터(110) 및 리시버(135)에 의해 이용되는 광 주파수의 범위에서, 이 투명 부분에 의해 야기된 간섭은 재료의 유형 및 재료의 두께의 선택 및 투명 부분에 대한 리시버(135) 및 이미터(110)의 위치설정을 통하여 최소화되어야 한다. 선택적으로, 또는 상보적인 방식으로, 이 간섭은 신호 처리 알고리즘을 광검출기(140)에 의해 생성된 전기 신호에 적용함으로써 보정될 수 있다.
하우징(165)을 형성하는 재료는 탱크에 LNG를 저장하는 것과 관련된 열 팽창 응력을 견딜 수 있도록 선택된다.
하우징(165)은, 예를 들어,
-알루미늄, 시멘트 보로실리케이트(cemented borosilicate)로 제조된 창을 가짐;
-American Iron and Steel Institute 표준 AISI 316L에 규정된 스테인리스 스틸로서 시멘트 보로실리케이트로 제조된 창을 가짐; 또는
-AISI 316L 표준에 규정된 스테인리스 스틸, 융합 보로실리케이트로 제조된 창을 가짐, 로 제조된다.
도 1에 도시된 바와 같은 일부 선호되는 실시예에서, 본 발명의 요지인 시스템은:
-적어도 단열 하우징(165),
-이미터(110);
-리시버(135);
-광검출기(140); 및
-이미터, 리시버 및 광검출기의 최소 작동 온도에 상응하는 온도로 하우징의 내부를 가열하기 위한 수단(170)을 포함한다.
하우징(165)을 형성하는 재료는 탱크(115)의 작동 조건에서 하우징(165)의 내부를 단열하도록 선택된다. LNG의 기상 온도는 약 -130 ℃이다. 바람직하게는, 선택된 재료는 하우징(165)의 내부가 -40 ℃ 초과의 온도, 표준 이미터(110), 리시버(135) 및 광검출기(140)의 최소 작동 온도를 가질 수 있게 한다. 바람직하게, 선택된 재료는 하우징의 내부가 20 ℃ 초과의 온도를 갖는 것을 허용한다.
가열 수단(170)은 예를 들어, 전류에 의해 구동되는 가열 요소이다. 이 가열 수단(170)의 전력은 탱크(115)의 작동 조건 및 선택된 하우징(165)의 재료에 따라 결정된다.
예를 들어, 하우징(165)이 0.19W/m.K의 열전도율을 갖는 2cm 두께의 플렉시글라스(Plexiglas)(등록 상표)로 제조된 창을 포함하는 경우, 하우징(165) 내부의 온도는 -130 ℃의 LNG의 기상 온도에 대해 20 ℃이어야 하고, 그 뒤에 하우징(165)의 내부와 외부 사이의 열 유동은 대략 10W로 추정된다. 따라서, 가열 수단(170)은 하우징(165)의 내부를 10W만큼 가열하도록 구성될 수 있고, 라이다의 사용에 대한 줄 효과에 의한 변형은 이 가열로부터 제거될 수 있다.
하우징(165)이 전기 케이블에 의해 검출 수단(145)에 연결되고, 이 케이블의 위치설정 및 이 전기 케이블을 형성하는 재료는 탱크(115) 내의 열 손실을 감소시키도록 선택된다.
전기 케이블은 예를 들어 나노튜브- 또는 그래핀-충전 중합체로 제조된다. 대안으로, 철 또는 스틸로 제조된 케이블이 사용될 수 있다.
하우징(165) 및 내부 요소의 중량은 바람직하게는 5 킬로그램 미만이다. 이 하우징(165) 및 내부 요소의 체적은 바람직하게는 10 리터 미만이다. 도 1에 도시된 바와 같은 일부 선호되는 실시예에서, 시스템(100)은 탱크의 내부 또는 외부 파라미터의 값을 포착하는 적어도 하나의 추가 센서(175)를 포함하고, 시스템에 의해 결정되는 파라미터의 값은 포착된 적어도 하나의 추가 파라미터 값의 함수로서 결정된다. 이 센서(175)는 예를 들어, 경사계, 관성 측정 유닛, 자이로스코프, 가속도계, 압력계 또는 온도계이다. 이 센서(175)는 탱크(115) 내에 또는 상의 또는 탱크(115)를 운송하는 선박에 위치된다. 시스템(100)은 또한 단일 유형 또는 상이한 유형의 복수의 센서(175)를 포함할 수 있다.
도 1은 또한 도 1을 참조하여 기술된 바와 같이 시스템(100)을 형성하도록 액체 저장 탱크(130)의 적어도 하나의 파라미터의 값을 결정하기 위한 장치(120)의 특정 실시예를 독립적으로 도시하며, 상기 장치는
-탱크의 내부, 예를 들어 탱크 내부 및 상기 탱크의 상부 벽(130) 근처에 배치된 마스트에 부착하기 위한 수단(125)을 포함하고 상기 부착 수단은
-다방향 레이저 이미터(110);
-레이저에 의해 방출된 광의 수신기(135);
-수신된 광을 전기 신호로 변환하는 광검출기(140); 및
-광검출기에 의해 변환된 신호의 함수로서 탱크 내부의 릴리프를 검출하기 위한 수단(145);
-적어도 하나의 검출된 릴리프의 함수로서 탱크의 적어도 하나의 벽의 토포그래피를 결정하는 수단(146);
-결정된 토포그래피의 함수로서 각 국부 변형 파라미터의 값을 결정하기 위한 수단(150)을 지지한다.
Claims (12)
- 액체 저장 탱크의 하나 이상의 파라미터, 예컨대 탱크의 국부적 변형의 값을 결정하기 위한 시스템(100)으로서,
-액체 저장 탱크(115) 및
-액체 탱크의 하나 이상의 파라미터의 값을 결정하기 위한 제거가능 장치(120)를 포함하고, 상기 장치는
-탱크의 내부, 예를 들어 탱크 내부 및 상기 탱크의 상부 벽(130) 근처에 배치된 마스트에 부착하기 위한 수단(125)을 포함하고, 상기 부착 수단은
-다방향 레이저 이미터(110);
-레이저에 의해 방출된 광의 수신기(135);
-수신된 광을 전기 신호로 변환하는 광검출기(140); 및
-광검출기에 의해 변환된 신호의 함수로서 탱크 내부의 릴리프를 검출하기 위한 수단(145);
-하나 이상의 검출된 릴리프의 함수로서 탱크의 적어도 하나의 벽의 토포그래피를 결정하는 수단(146);
-결정된 토포그래피의 함수로서 각 국부 변형 파라미터의 값을 결정하기 위한 수단(150)을 지지하는 시스템(100). - 제1항에 있어서, 벽 내의 캐비티를 나타내는 탱크의 변형 파라미터를 결정하도록 구성되는 시스템(100).
- 제2항에 있어서, 최대 치수가 하나의 축을 따라 1 미터 미만인 캐비티를 나타내는 탱크의 변형 파라미터를 결정하도록 구성되는 시스템(100).
- 제3항에 있어서, 최대 치수가 하나의 축을 따라 10 센티미터 미만인 캐비티를 나타내는 탱크의 변형 파라미터를 결정하도록 구성되는 시스템(100).
- 제4항에 있어서, 최대 치수가 하나의 축을 따라 1 센티미터 미만인 캐비티를 나타내는 탱크의 변형 파라미터를 결정하도록 구성되는 시스템(100).
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
-결정 수단(150)에 의해 결정된 탱크(115) 내의 다수의 임계 변형의 카운터(155)를 포함하고; 이 카운터는 측정된 변형 값이 미리 정해진 임계 값보다 클 때 임계 변형의 존재를 카운트하도록 구성되며,
-카운트된 다수의 임계 변형이 정해진 개수보다 클 때의 경고의 이미터(160)를 포함하는 시스템(100). - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 토포그래피를 결정하기 위한 수단(146)은 탱크 내의 액체의 표면의 토포그래피를 결정하도록 구성되며, 결정 수단(150)은 결정된 토포그래피의 함수로서 탱크 내의 액체의 체적을 나타내는 값을 결정하는 시스템(100).
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 이미터(110), 리시버(135) 및 광검출기(140)가 폭발의 위험을 제한하도록 구성된 충전 재료를 가지며 및/또는 밀봉된 하우징(165) 내에 배열되는 시스템(100).
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 이미터(110), 리시버(135) 및 광검출기(140)용 단열 하우징(165), 및 이미터, 리시버 및 광검출기의 최소 작동 온도에 대응하는 온도로 하우징의 내부를 가열하기 위한 수단(170)을 포함하는 시스템(100).
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 탱크의 내부 또는 외부 파라미터의 값을 포착하는 하나 이상의 추가 센서(175)를 포함하고, 시스템에 의해 결정되는 파라미터의 값은 포착된 하나 이상의 추가 파라미터 값의 함수로서 결정되는 시스템(100).
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 시스템(100)을 형성하기 위하여 액체 탱크(130)의 하나 이상의 파라미터의 값을 결정하기 위한 제거가능 장치(120)로서,
-탱크의 내부, 예를 들어 탱크 내부 및 상기 탱크의 상부 벽(130) 근처에 배치된 마스트에 부착하기 위한 수단(125)을 포함하고, 상기 부착 수단은
-다방향 레이저 이미터(110);
-레이저에 의해 방출된 광의 수신기(135);
-수신된 광을 전기 신호로 변환하는 광검출기(140); 및
-광검출기에 의해 변환된 신호의 함수로서 탱크 내부의 릴리프를 검출하기 위한 수단(145);
-하나 이상의 검출된 릴리프의 함수로서 탱크의 적어도 하나의 벽의 토포그래피를 결정하는 수단(146);
-결정된 토포그래피의 함수로서 각 국부 변형 파라미터의 값을 결정하기 위한 수단(150)을 지지하는 제거가능 장치(120). - 탱크의 기계적 특성의 값을 결정하기 위한 제11항에 따른 장치의 사용.
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