KR20200030931A - 선박 배관체계 손상모사 시험시스템 - Google Patents

Abstract

선박 배관체계 손상모사 시험시스템은 배관부, 확관부, 저장부 및 펌프부를 포함한다. 상기 배관부는 한 쌍의 수직 배관들, 및 상기 수직 배관들 사이에 연결되는 복수의 수평 배관들을 포함한다. 상기 확관부는 상기 배관부의 직경보다 확장된 직경을 가지며, 상기 수직 배관들 중 어느 하나에 연결되는 제1 확관배관, 및 상기 수평 배관들 중 어느 하나에 연결되는 제2 확관배관을 포함한다. 상기 저장부는 상기 확관부에 연결되어 유체를 저장한다. 상기 펌프부는 상기 저장부와 상기 배관부 사이에서 유체를 순환시킨다.

Description

선박 배관체계 손상모사 시험시스템{DAMAGE SIMULATION SYSTEM FOR A VESSEL}

본 발명은 선박 배관체계 손상모사 시험시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 함정 등과 같은 선박에서 배관계 손상 사고가 발생하였을 때 피해를 최소화하거나 피해의 최소화를 위한 배관 설계를 위해, 대표적인 손상 시나리오 상황을 보다 정확하게 모사할 수 있는 선박 배관체계 손상모사 시험시스템에 관한 것이다.

특정 시스템에서 사고가 발생하여, 위험 상황에 노출되는 경우, 그 피해를 최소화하기 위한 자체 설계 시스템 또는 위험 상황에 대한 제어 시스템을 설계하기 위해, 다양한 사고가 발생한 경우의 손상 시나리오에 대한 모사 시스템이 개발되고 있다.

대표적인 손상모사 시험시스템은, 원전이나 플랜트와 같은 고위험 설비를 대상으로 주로 개발되고 있으며, 예를 들어, 대한민국 등록특허 제10-1696690호에서는 온도 구배 영역에서 시편 이동에 의해 원전기기의 중대사고시 생존성을 평가하는 시험장치에 관한 기술을 개시하고 있다.

이와 달리, 대한민국 등록특허 제10-1678029호에서는 공기구동밸브 구동기에 대한 모사장치에 대한 기술을 개시하고 있으며, 이를 통해 대형 플랜트 등에 적용되는 배관 설비의 성능에 대한 모사를 구현하고 있다.

다만, 종래에는, 모사 시스템의 모사 대상으로 원전이나 플랜트 등과 같은 고위험 설비 또는 대형 설비로 그 모사 대상이 제한적이었으나, 최근에는 고위험 설비의 종류가 다양화되고 있어 손상 모사 시스템의 적용대상이 확대되고 있다.

특히, 최근에는, 함정이 피격되거나, 선박이 좌초되는 등과 같은 선박에 대한 손상 상황이 발생한 경우에도, 내부의 배관계의 손상에 따른 2차 피해를 예방하거나 2차 피해 상황을 예측하기 위한 손상 모사 시스템의 필요성이 증가하고 있으나, 현재까지 관련 연구현황은 미비한 상황이다.

대한민국 등록특허 제10-1696690호 대한민국 등록특허 제10-1678029호

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 선박에서 배관계 손상 사고가 발생하였을 때 피해의 최소화 또는 예측을 위해, 대표적인 선박 배관계 손상 시나리오 상황을 보다 정확하게 모사하고, 다양한 손상 시나리오 상황을 모사할 수 있는 선박 배관체계 손상모사 시험시스템에 관한 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 손상모사 시험시스템은 배관부, 확관부, 저장부 및 펌프부를 포함한다. 상기 배관부는 한 쌍의 수직 배관들, 및 상기 수직 배관들 사이에 연결되는 복수의 수평 배관들을 포함한다. 상기 확관부는 상기 배관부의 직경보다 확장된 직경을 가지며, 상기 수직 배관들 중 어느 하나에 연결되는 제1 확관배관, 및 상기 수평 배관들 중 어느 하나에 연결되는 제2 확관배관을 포함한다. 상기 저장부는 상기 확관부에 연결되어 유체를 저장한다. 상기 펌프부는 상기 저장부와 상기 배관부 사이에서 유체를 순환시킨다.

일 실시예에서, 상기 수직 배관들 및 상기 수평 배관들 각각에 구비되어, 상기 수직 배관들 및 상기 수평 배관들 각각을 개폐하여 상기 유체의 흐름을 제어하는 밸브들을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 밸브들 각각에는, 상기 밸브의 양단에 구비되어 상기 밸브의 양단 압력을 측정하는 압력센서가 구비될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 수직 배관들이 상기 수평 배관들에 의해 구간이 구획되는 경우, 상기 밸브들은 상기 구획된 수직 배관들의 각 구간에 각각 구비될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 밸브들의 개폐를 제어하여, 손상의 모사가 필요한 상기 수직 배관들 또는 상기 수평 배관들과, 상기 확관부 사이에 폐루프(closed loop)를 형성할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 밸브들 각각의 개폐 속도보다 빠른 속도로 개폐되고, 상기 제1 및 제2 확관배관들에 각각 구비되는 제1 및 제2 고속밸브들을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 고속밸브들은, 상기 제1 및 제2 확관배관들에서, 상기 배관부에 연결된 부분에 근접한 위치에 구비될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 확관부는, 상기 수평 배관들 중 상기 제2 확관배관이 연결되지 않은 다른 수평 배관에 연결되는 제3 확관배관을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 수평배관들은, 상기 수직 배관들의 일 끝단들 사이를 연결하는 제1 수평배관, 및 상기 수직 배관들의 타 끝단들 사이를 연결하는 제2 수평배관을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제2 확관배관은 상기 제1 수평배관과 상기 저장부 사이에 연결되고, 상기 제3 확관배관은 상기 제2 수평배관과 상기 저장부 사이에 연결될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 확관배관은, 상기 수직 배관들 중 제1 수직 배관의 일 끝단과 상기 제1 수평배관의 일 끝단이 연결되는 제1 연결부, 및 상기 저장부 사이에 연결되고, 상기 제2 확관배관은, 상기 제1 수직 배관의 타 끝단과 상기 제2 수평배관의 일 끝단이 연결되는 제2 연결부, 및 상기 저장부 사이에 연결되며, 상기 제3 확관배관은, 상기 수직 배관들 중 제2 수직 배관의 타 끝단과 상기 제2 수평배관의 타 끝단이 연결되는 제3 연결부, 및 상기 저장부 사이에 연결될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 확관부는, 상기 제2 수직 배관의 일 끝단과 상기 제1 수평배관의 타 끝단이 연결되는 제4 연결부, 및 상기 저장부 사이에 연결되는 제4 확관배관을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 내지 제4 확관배관들 각각에는, 상기 배관부에 연결된 부분에 근접한 위치에, 유량을 제어하는 제어밸브가 구비될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 펌프부와 상기 배관부의 사이, 및 상기 확관부와 상기 저장부 사이에 각각 구비되는 유량센서들을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 함정이나 선박 등의 내부 배관계에 손상이나 파손 등이 발생한 경우 이에 대한 손상모사 시험을 수행할 수 있어, 결과적으로 배관계 손상에 의해 피해의 최소화 또는 손상 방지를 위한 배관 설계 정보를 제공할 수 있다.

특히, 종래에 실제 배관계에 손상을 모사하는 경우 손상된 지점으로부터 분출되는 급속한 유량을 모사하기 위해, 해당 배관의 밸브를 개방하고, 개방된 밸브로부터 분출되는 유체는 하부의 하수조 등으로 직접 유출되도록 설계하였으나, 이러한 종래기술에서는 유체의 재순환이 어려워 유체가 손실되거나, 유체 분출로 인한 2차 사고의 발생 등의 문제가 있었다.

그러나, 본 실시예에서는 손상된 지점에 연결되는 배관보다 확장된 직경을 가지는 확관부를 연결함으로써, 손상 부위에서 분출되는 유체가 외부가 아닌 확장된 직경의 확관부로 배출되어 유체의 손실이 없으면서도 손상 상태를 모사할 수 있고, 확관부를 재순환이 가능한 배관으로 구성하여 유체의 재순환이 가능하면서도 외부로 유체가 분출되지 않으므로 2차 사고를 예방할 수 있다.

특히, 실제 배관 사고에서는 배관 파손 등으로 급격한 유체 분출이 발생하는데, 본 실시예에서는 이를 모사하기 위하여, 상기 확관부에 고속으로 개폐 동작이 가능한 개폐밸브를 연결함으로서 이러한 상황을 동일하게 모사할 수 있다.

나아가, 확관부는 별도의 저장부와 연결되어, 손상 모사로 유출된 유체를 재순환하여 사용할 수 있어, 유체의 재사용 및 낭비를 최소화할 수 있다.

또한, 배관부는 각각의 구획된 구간마다 밸브가 구비되고, 각 밸브의 개폐 동작을 제어함으로써, 상기 확관부와 함께, 손상 모사가 필요한 배관부와 확관부가 폐루프를 형성함으로써, 해당 배관부에서만 손상 모사를 정확하고 간략하게 수행할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 구비된 배관부의 설계를 바탕으로, 상기 배관부의 네 모서리에 각각 확관부가 연결되고, 상기 확관부들 각각에 유량을 제어하는 제어밸브가 구비된다. 그리하여, 상대적으로 축소되어 일부 배관부만 모사하도록 설계된 시험시스템에서, 상기 제어밸브를 통해 인가되는 유량을 다양하게 가변시킴으로써, 실제 선박 등에서 길이가 길거나 용량이 큰 대형 배관계에서의 유량 거동 특성을 다양하게 모사할 수 있다.

이 경우, 상기 제어밸브는 급속 개폐 동작이 가능하도록 동시에 구현됨으로써, 상기 유량을 다양하게 가변시키면서 동시에 급속 개폐를 통해 손상 상태를 모사할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 선박 배관체계 손상모사 시험시스템을 도시한 모식도이다.
도 2는 도 1의 손상모사 시험시스템을 간략하게 도시한 모식도이다.
도 3a는 종래 기술에서의 손상 상황을 모사한 결과를 도시한 그래프이고, 도3b는 도 1의 손상모사 시험시스템을 이용하여 손상 상황을 모사한 결과를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 손상모사 시험시스템을 간략하게 도시한 모식도이다.
도 5는 도 4의 손상모사 시험시스템을 통한 손상 모사시, 손상이 발생한 배관의 예를 도시한 모식도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 선박 배관체계 손상모사 시험시스템을 도시한 모식도이다. 도 2는 도 1의 손상모사 시험시스템을 간략하게 도시한 모식도이다. 도 3a는 종래 기술에서의 손상 상황을 모사한 결과를 도시한 그래프이고, 도3b는 도 1의 손상모사 시험시스템을 이용하여 손상 상황을 모사한 결과를 도시한 그래프이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 선박 배관체계 손상모사 시험시스템(이하, 손상모사 시험시스템이라고 함)(10)은 배관부(100), 확관부(200), 저장부(300) 및 펌프부(400)를 포함한다.

상기 배관부(100)는 실제 함정이나 선박 등의 내부 배관체계와 동일하게 모사한 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 실제 선박의 좌현 프레임(11), 우현 프레임(12) 및 후미 프레임(13)의 내부에 위치하도록 설계될 수 있다.

다만, 실제 선박 등의 내부 배관체계는 도 1에는 도시가 생략되었으나, 상기 후미 프레임(13)으로부터 선두 프레임까지 연장되도록 설계될 수 있으나, 본 실시예에서의 상기 배관부(100)는 후미 프레임(13)에 근접하게 위치한 배관체계만을 모사하도록 구비될 수 있다.

물론, 이 경우, 상기 배관부(100)는 도 2에 도시된 배관체계보다 확장되어 구비될 수도 있으며, 실제 선박의 내부 배관체계와 동일하게 설계될 수도 있다. 그러나, 이와 같이 선박의 내부 배관체계와 동일하게 설계된다면, 공간상의 문제나 비용의 증가, 또는 설계 등의 어려움의 문제가 있어, 도 2에 도시된 바와 같이 최소의 설계 구조를 모사하여 시험 시스템을 구축할 수 있다.

한편, 설사 도 2에 도시된 바와 같이 일부 배관체계에 대하여만 시험 시스템으로 구비하였다 하더라도, 상기 선두 프레임까지 연장된 실제 배관체계에서의 손상모사 시험을 수행할 수 있으며, 이러한 구성에 대하여는 후속되는 실시예를 통해 설명한다.

이에, 본 실시예에서는 우선, 도 1 및 도 2에서와 같이 실제 선박의 배관체계 중 일부 배관체계만을 그대로 모사한 시험 시스템에 대하여 상세히 설명한다.

상기 배관부(100)는 보다 구체적으로, 한 쌍의 제1 및 제2 수직배관들(110, 120), 및 복수의 수평배관들(130)을 포함한다.

상기 제1 및 제2 수직배관들(110, 120)은 일 방향으로 서로 평행하게 연장될 수 있으며, 상기 수평배관들(130)은 상기 제1 및 제2 수직배관들(110, 12)을 상기 제1 및 제2 수직배관들(110, 120)의 연장 방향에 수직인 방향을 따라 서로 연결한다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 수평배관들(130)은 제1 내지 제4 수평배관들(131, 132, 133, 134)을 포함할 수 있으며, 상기 제1 수평배관(131)은 상기 제1 및 제2 수직배관들(110, 120)의 일 끝단을 서로 연결하고, 상기 제2 수평배관(132)은 상기 제1 및 제2 수직배관들(110, 120)의 다른 끝단을 서로 연결할 수 있다.

한편, 상기 제3 및 제4 수평배관들(133, 134)은 상기 제1 및 제2 수평배관들(131, 132) 사이에서 서로 균일한 간격으로 이격되며 상기 제1 및 제2 수직배관들(110, 120)을 서로 연결할 수 있다.

그리하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 수직배관들 및 수평배관들은 서로 격자를 형성하도록 그물망 형태로 서로 연결되며, 전체적으로는 외곽 형상은 사각형 형상으로 형성될 수 있다.

이 경우, 상기 제1 및 제2 수직 배관들(110, 120) 각각은 상기 제1 내지 제4 수평 배관들(131, 132, 133, 134)에 의해, 3개의 구간으로 구획될 수 있으며, 각각의 구획된 구간에는, 제1 수직 배관(110) 상에는 제1 내지 제3 밸브들(501, 502, 503)이 구비되고, 제2 수직 배관(120) 상에는 제4 내지 제6 밸브들(504, 505, 506)이 구비될 수 있다.

또한, 상기 제1 내지 제4 수평 배관들(131, 132, 133, 134) 각각에는 제7 내지 제10 밸브들(507, 508, 509, 510)이 각각 구비될 수 있다.

상기 제1 내지 제10 밸브들은 각각 별도로 개폐가 제어될 수 있으며, 이에 따라 상기 배관부(100)를 소정 폐루프(closed loop)로 설정하여 해당 폐루프 상에서만 유체가 유동되도록 할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1, 제2, 제4, 제5, 제7 및 제9 밸브들(501, 502, 504, 505, 507, 509)은 폐쇄하고, 상기 제3, 제6, 제8 및 제10 밸브들(503, 506, 508, 510)은 개방하도록 제어된다면, 상기 제1 및 제2 수직배관들 일부 및 상기 제2 및 제4 수평배관들(132, 134) 사이에서만 유체가 유동되도록 제어될 수 있다.

이와 같이, 상기 밸브들 각각을 개폐 제어함으로써, 후술되는 확관부(200)와 함께 상기 배관부(100) 중 일부 배관 체계에 대하여만 유체가 유동될 수 있도록 하여, 해당 배관 체계에서만 손상모사 시험을 수행할 수 있다.

상기 확관부(200)는 상기 배관부(100)의 일부 배관들에 연결되어, 상기 배관부(100)의 배관들 중 손상이 발생된 경우에 대한 손상 모사를 수행할 수 있는 역할을 수행한다.

즉, 선박 등의 배관 체계에서 배관의 일부에서 실제 손상이 발생하는 경우, 해당 손상 부위에서는 유체가 외부로 분출하게 되며, 이에 따라 해당 배관 주변에서의 압력은 급격하게 하강하게 된다.

그러나, 이러한 실제 손상 상황을 모사하기 위해서는, 해당 배관에서 유체가 외부로 분출되도록 모사하여야 하는데, 이는 유체의 손실은 물론, 고압 유체의 외부 분출로 인한 2차 사고 등의 문제가 야기될 수 있다.

따라서, 본 실시예에서는, 실제 배관 손상시 발생되는 물리적인 현상으로, 유체의 외부 분출 및 이에 따른 급격한 압력 하강을 모사하기 위해, 상기 배관부의 직경보다 확장된 직경을 가지는 확관부(200)를 상기 배관부(100)에 연결한다.

즉, 상기 확관부(200)는 확장된 직경을 가지므로, 실제 배관부에서 손상에 의해 유체가 분출되는 경우 분출 유체는 상기 확관부(200)를 통해 이동되면서 외부로부터 가압되지 않은 상태로 자유롭게 배관부의 외측으로 분출될 수 있다. 또한, 이 경우, 상기 유체는 상기 확관부(200)의 확장된 직경으로 별도의 외압을 받지 않으므로 상기 유체의 분출시 급격한 압력 하강이 구현될 수 있다.

이는 도 3a 및 도 3b를 통해 확인할 수 있는데, 손상된 배관을 모사하는 경우 상기 배관부의 주변에 별도의 확관부가 구비되지 않는 경우, 도 3a에 도시된 바와 같이, 손상 상황에도 불구하고 급격한 압력 강하가 발생하지 않는다.

그러나, 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서와 같이 손상된 배관부의 주변에 별도의 확관부를 구비하는 경우, 손상 상황에서의 급격한 압력 강하를 모사할 수 있다.

그리하여, 상기 확관부(200)를 통해, 상기 배관부(100)의 손상 상황 모사시, 유체가 보다 확장된 직경을 가지는 확관부로 보다 자유롭게 유출될 수 있으며 이에 따른 압력 강하 현상도 동일하게 모사할 수 있다.

나아가, 상기 확관부(200)는 후술되는 상기 저장부(300)와 연결되므로, 상기 확관부(200)로 유출되는 유체는 재순환을 통해 손실없이 재사용이 가능하게 된다.

보다 구체적으로, 본 실시예에서는, 상기 확관부(200)는 제1 내지 제3 확관배관들(210, 220, 230)을 포함한다.

상기 제1 확관배관(210)은 일 끝단은 상기 제1 수직배관(110)의 상기 제2 밸브(502)의 후단에 연결되고, 타 끝단은 상기 저장부(300)에 연결된다.

상기 제2 확관배관(220)은 일 끝단은 상기 제1 수평배관(131)의 일 측에 연결되고, 타 끝단은 상기 저장부(300)에 연결된다.

상기 제3 확관배관(230)은 일 끝단은 상기 제2 수평배관(132)의 일 측에 연결되고, 타 끝단은 상기 저장부(300)에 연결된다.

본 실시예에서, 상기 배관부(100)는 좌현측과 우현측은 서로 대칭으로 형성되므로, 손상모사 시험의 경우도 어느 일측에 대한 시험으로 타측에 대한 시험을 대신할 수 있다. 따라서, 상기 제1 확관배관(210)은 상기 제1 수직배관(110)과만 연결되면 충분하고, 마찬가지로 상기 제1 확관배관(210)은 상기 제2 수직배관(120)과만 연결되는 것으로도 충분할 수 있다.

한편, 상기 제2 확관배관(220) 역시, 상기 제1 내지 제4 수평배관들 중 어느 하나와만 연결되더라도, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 밸브들의 개폐 제어를 통해 상기 배관부(100) 상에서 다양한 폐루프를 형성하여 유체가 유동되도록 설계함으로써 손상 모사 시험을 수행할 수는 있으나, 상기 제3 확관배관(230)을 보조적으로 추가함으로써, 예상치 못하게 발생할 수 있는 확관부의 손상 등의 문제를 보완할 수 있다.

이상과 같이, 상기 제1 내지 제3 확관배관들(210, 220, 230)이 상기 배관부(100)에 연결됨에 따라, 상기 배관부(100)에 대한 손상 모사 시험에서, 해당 손상부위로부터 유출되는 유체는 상기 제1 내지 제3 확관배관들(210, 220, 230)을 통해 급격하게 유출될 수 있고, 이러한 급격한 유출과정에서 압력 강하도 동일하게 모사될 수 있다.

한편, 상기 제1 내지 제3 확관배관들(210, 220, 230)에는, 상기 배관부(100)에 근접한 위치에, 제1 내지 제3 고속밸브들(601, 602, 603)이 구비된다.

즉, 상기 제1 내지 제3 고속밸브들(601, 602, 603)은 상대적으로 빠른 응답속도(예를 들어, 응답속도 1~2초 범위)로 고속으로 개방 또는 폐쇄되도록 동작되는 밸브로서, 실제 배관의 손상 상황을 그대로 모사할 수 있다.

이 경우, 상기 제1 내지 제3 고속밸브들(601, 602, 603)은 앞서 설명한 제1 내지 제10 밸브들의 개폐 속도보다 월등히 빠른 속도로 개폐가 동작될 수 있다.

즉, 도 2에서, 상기 제1 수직 배관(110)의 상기 제2 밸브(502) 후미에서 손상이 발생한 상황을 모사하는 경우, 실제 상기 제1 수직 배관(110)을 손상할 수는 없으므로, 상기 제1 고속밸브(601)를 고속으로 개방시킨다.

이와 같이, 상기 제1 고속밸브(601)를 고속으로 개방시키는 경우, 실제 손상이 발생된 상황에서 급격하게 유체가 유출되는 상황과 동일한 상황으로 모사될 수 있다. 특히, 본 실시예에서는 상기 제1 고속밸브(601)가 구비되는 상기 제1 확관배관(210)은 상기 제1 수직 배관(110)보다 확장된 직경을 가지도록 설계되므로, 상기 제1 고속밸브(601)를 통해 유출되는 유체는 급격하게 상기 제1 확관배관(210)을 통해 유출될 수 있으며, 이 경우, 상기 유체의 유출에 의한 압력 강하도 급격하게 발생하게 된다(도 3b 참조).

마찬가지로, 상기 제2 및 제3 고속 밸브들(602, 603)도 고속으로 개방됨으로써, 상기 제1 수평 배관(131) 및 제2 수평 배관(132)에서의 손상 상황을 그대로 모사할 수 있다.

또한, 단순히 상기 제1 내지 제3 고속밸브들(601, 602, 603)을 개방 및 폐쇄함으로써, 반복적으로 배관부에서의 손상 상황을 모사할 수 있어, 실제 손상 사고가 동일한 배관에서 반복적으로 발생하는 상황을 그대로 구현할 수 있다.

나아가, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 저장부(300)는 상기 제1 내지 제3 확관배관들(210, 220, 230)과 연결되므로, 손상 상황을 모사하여 상기 제1 내지 제3 확관배관들(210, 220, 230)로 유입되는 유체는 상기 저장부(300)로 저장되어 재사용이 가능하게 된다.

이 경우, 상기 펌프부(400)가 상기 저장부(300)와 상기 배관부(100) 사이에서 연결되어, 상기 배관부(100)로의 유체의 재순환을 유도하게 된다.

즉, 상기 펌프부(400)는 제1 및 제2 펌프들(410, 420)을 포함한다. 상기 제1 펌프(410)는 상기 제1 수직배관(110)에서 상기 제2 밸브(502)의 전단, 및 상기 저장부(300) 사이에 연결되어, 상기 저장부(300)에 저장되는 유체를 상기 제1 수직배관(110)으로 재활용한다.

또한, 상기 제2 펌프(420)는 상기 제2 수직배관(120)에서 상기 제6 밸브(506)의 전단, 및 상기 저장부(300) 사이에 연결되어, 상기 저장부(300)에 저장되는 유체를 상기 제2 수직배관(120)으로 재활용한다.

이 경우, 상기 제1 및 제2 펌프들(410, 420)의 연결 위치, 또는 구비되는 펌프들의 개수 등은 다양하게 설계 변경이 가능하다.

이상과 같이, 본 실시예에서의 상기 손상모사 시험시스템(10)은 실제 배관의 손상이 발생한 경우의 유체의 유동 상황 및 압력 강하를 동일하고, 반복적으로 모사할 수 있도록 설계되며, 나아가 사용된 유체를 손실 없이 재활용하는 것은 물론, 유체의 유출에 의한 2차 사고를 방지할 수 있어, 특히, 선박 등의 배관체계에 대한 손상모사 시험을 매우 효과적으로 수행할 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 손상모사 시험시스템을 간략하게 도시한 모식도이다. 도 5는 도 4의 손상모사 시험시스템을 통한 손상 모사시, 손상이 발생한 배관의 예를 도시한 모식도이다.

본 실시예에서의 손상모사 시험시스템(20)은 확관부(201)의 연결 구조, 및 유량센서와 압력센서가 더 구비되는 것을 제외하고는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 손상모사 시험시스템(10)과 실질적으로 동일하므로, 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조번호를 사용하고, 중복되는 설명은 이를 생략한다.

우선, 도 4를 참조하면, 본 실시예에서의 상기 손상모사 시험시스템(20)은 배관부(100), 확관부(201), 저장부(300) 및 펌프부(400)를 포함하며, 이미 설명한 바와 같이, 상기 배관부(100), 상기 저장부(300) 및 상기 펌프부(400)의 연결관계 및 구조는 상기 손상모사 시험시스템(10)에서와 동일하다.

다만, 상기 확관부(201)는 다른 연결관계로 구성되는데, 이는 앞서 설명한 바와 같이, 본 실시예에서의 시험시스템은 상대적으로 함정이나 선박 등의 실제 배관체계의 일부를 모사할 수밖에 없는 한계가 있으므로, 특히, 함정이나 선박의 선두부나 후미부 등에 대한 모사가 제한적일 수 있다.

그리하여, 상기 확관부(201)에 유량의 제어가 가능한 제어밸브가 구비되도록 설계함으로써, 상대적으로 일부의 배관체계가 모사 설계된 상황에서 유량의 변화를 통해 설계된 배관체계 보다 연장된 실제 선박의 배관체계를 동일하게 모사할 수 있다.

다만, 이러한 실제 선박의 배관체계를 제어밸브를 통해 모사하기 위해서는, 상기 확관부(201)의 연결 부위가 변경되어야 한다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 확관부(201)는 제1 내지 제4 확관배관들(211, 221, 231, 241)을 포함한다.

이 경우, 상기 제1 확관배관(211)은, 상기 제1 수직 배관(110)의 일 끝단과 상기 제1 수평 배관(131)의 일 끝단이 연결되는 제1 연결부(901), 즉 상기 배관부(100) 전체에서 제1 모서리, 및 상기 저장부(300) 사이에 연결된다.

또한, 상기 제2 확관배관(221)은, 상기 제1 수직 배관(110)의 타 끝단과 상기 제2 수평 배관(132)의 일 끝단이 연결되는 제2 연결부(902), 즉 상기 배관부(100) 전체에서 제2 모서리, 및 상기 저장부(300) 사이에 연결된다.

또한, 상기 제3 확관배관(231)은, 상기 제2 수직 배관(120)의 타 끝단과 상기 제2 수평 배관(132)의 타 끝단이 연결되는 제3 연결부(903), 즉 상기 배관부(100) 전체에서 제3 모서리, 및 상기 저장부(300) 사이에 연결된다.

마지막으로, 상기 제4 확관배관(241)은, 상기 제2 수직 배관(120)의 일 끝단과 상기 제1 수평 배관(131)의 타 끝단이 연결되는 제4 연결부(904), 즉 상기 배관부(100) 전체에서 제4 모서리, 및 상기 저장부(300) 사이에 연결된다.

즉, 상기 제1 내지 제4 확관배관들(211, 221, 231, 241)은, 상기 배관부(100)의 배관체계가 전체적으로 직사각형의 외형을 가지는 경우, 네 모서리들 각각(901, 902, 903, 904)에 연결된다.

또한, 상기 제1 내지 제4 확관배관들(211, 221, 231, 241) 각각에는, 상기 배관부(100)에 근접한 위치에, 제1 내지 제4 제어밸브들(611, 612, 613, 614)이 구비된다.

상기 제1 내지 제4 제어밸브들(611, 612, 613, 614)은 상기 제1 내지 제4 확관배관들(211, 221, 231, 241)에 유동되는 유량을 비례 제어할 수 있다.

즉, 본 실시예에서 상기 배관부(100)는 도 4에 도시된 바와 같이, 고정 설계된 형태의 배관체계를 가지지만, 상기 제1 내지 제4 제어밸브들(611, 612, 613, 614)을 통해 유동되는 유량을 가변시키도록 제어한다면, 동일한 배관체계에서 유량의 가변에 따라 배관체계의 길이를 보다 길게 모사하거나 이와 달리 길이를 보다 짧게 모사할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 제어밸브(611)는 상기 제1 연결부(901)에 일 끝단이 연결되도록 설계되므로, 상기 제1 제어밸브(611)에 유동되는 유량이 감소하도록 제어된다면 상대적으로 상기 저장부(300)로부터 멀리 떨어진 배관체계, 즉 길이가 길게 모사된 것으로 실제 선박에서 전두부에 위치하는 배관체계로 모사될 수 있으며, 이와 달리, 상기 제1 제어밸브(611)에 유동되는 유량이 증가하도록 제어된다면 상대적으로 상기 저장부(300)로부터 근접한 위치의 배관체계, 즉 길이가 짧게 모사된 것으로 실제 선박에서 후미부에 위치하는 배관체계로 모사될 수 있다.

즉, 본 실시예에서는, 이러한 선박의 전두부 또는 후미부의 실제 배관체계를 다양하게 모사하기 위해, 상기 제1 내지 제4 확관배관들(211, 221, 231, 241)을 상기 배관부(100)의 네 모서리(901, 902, 903, 904)에 각각 연결되도록 설계하며, 동시에 상기 제1 내지 제4 제어밸브들(611, 612, 613, 614)을 구비하도록 설계한다.

이 경우, 상기 제1 내지 제4 제어밸브들(611, 612, 613, 614)은 유량을 가변시킬 수 있는 비례제어밸브인 것은 물론, 실제 손상 모사를 구현하기 위해, 손상 상황에서의 급격한 유체의 유출을 모사할 수 있는, 고속 개폐 동작을 구현할 수 있는 밸브들이다. 이에 따라, 앞서 설명한 바와 같이, 실제 배관 손상의 발생시 급격한 유체의 유출이 고속 개방의 동작으로 통해 동일하게 모사될 수 있다.

나아가, 상기 제1 내지 제4 확관배관들의 직경이 상기 배관부(100)의 직경보다 확장되도록 설계되어 유체의 유출시 압력 강하를 구현할 수 있는 구성 등은 앞서 설명한 상기 손상모사 시험시스템(10)에서와 동일하다.

즉, 도 5를 참조하면, 본 실시예에서의 손상모사 시험시스템(20)에서, A 영역에서 손상이 발생한 것으로 모사하는 경우, 상기 제1 제어밸브(611)를 빠른 속도록 개방함으로써, 이를 모사할 수 있으나, 이 경우, 상기 제1 제어밸브(611)를 통해 유동되는 유량이 가변되도록 제어한다면, 상기 A 영역에서의 손상이 발생하는 경우를, 선박의 전두부 측에서 손상이 발생하는 경우와, 선박의 후미부 측에서 손상이 발생하는 경우로 다양하게 손상 상황을 모사할 수 있다.

예를 들어, 선박의 전두부 측에서의 손상 상황에서 유출되는 유량이 후미부 측에서의 손상 상황에 유출되는 유량보다 작다고 가정하면, 또는 실제 전두부 또는 후미부에서의 손상 상황에서 유출되는 유량에 대한 정보가 획득된 상황이라면, 상기 제1 제어밸브(611)를 통해 유출되는 유량을 미리 설정함으로써, 동일한 A 영역에서 손상이 발생하더라도 상기 제1 제어밸브(611)를 통해 유동되는 유량에 따라 상기 손상을 전두부 측에서의 손상인지 또는 후미부 측에서의 손상인지 정의할 수 있으며, 이를 통해 다양한 손상 위치에 따른 손상 상황을 모사할 수 있다.

물론, 같은 전두부 또는 후미부라 하더라도, 상기 유량을 변화시킴으로써, 다양한 위치에서의 전두부 또는 후미부의 손상 상황의 모사가 가능하게 된다.

마찬가지로, 도 5에서 같은 B 영역, 또는, 같은 C 영역에서의 손상이 발생하는 상황을 모사하더라도, 상기 제어밸브를 통해 유출되는 유량을 서로 다르게 설정함으로써, 동일하게 설계된 상기 배관부(100)의 배관체계를 이용하여, 실제 선박에서의 배관체계에서의 다양한 위치에서의 손상 상황을 모사할 수 있다.

한편, 본 실시예에서는, 상기 제1 내지 제4 제어밸브들(611, 612, 613, 614)에 의해 유체의 유량이 정확하게 제어되는 가의 계측을 위해, 상기 제1 및 제2 펌프들(410, 420)과 상기 배관부(100)가 연결되는 배관들에 제1 및 제2 유량센서들(701, 702)을 구비시키고, 상기 제1 내지 제4 확관배관들(211, 221, 231, 241) 중 상기 저장부(300)와 인접한 부분에 제3 내지 제6 유량센서들(703, 704, 705, 706)을 구비시킨다.

그리하여, 상기 제1 내지 제6 유량센서들을 통해, 상기 제1 내지 제4 제어밸브들에 의해 제어되는 유량을 계측함으로써, 실제 선박 등의 전두부 또는 후미부에서의 유량에 부합하는 정확한 유량이 상기 배관부(100) 상에 흐르거나, 손상 모사시 상기 제1 내지 제4 확관배관들(211, 221, 231, 241)에 흐르는 가의 여부를 확인할 수 있다.

그 결과, 도 4에서와 같이 설계된 배관부(100) 및 확관부(201)만으로도, 실제 선박 등에서의 전두부 및 후미부에서의 배관체계와 해당 배관체계에서의 손상 상태에 대한 모사가 보다 정확하게 구현되는 가의 여부를 확인할 수 있다.

나아가, 상기 배관부(100) 중, 도 2에서 설명한 위치에 각각 구비되는 상기 제1 내지 제10 밸브들(501, 502, 503, 504, 505, 506, 507, 508, 509, 510) 각각에는, 제1 내지 제10 압력센서들(801, 802, 803, 804, 805, 806, 807, 808, 809, 810)이 구비됨으로써, 상기 제1 내지 제10 밸브들 각각에 인가되는 압력을 계측할 수 있고, 이를 바탕으로 손상 모사 시험이 수행되는 해당 배관에서의 압력 강하의 여부를 계측하여 정확한 모사 시험이 수행되는 가의 평가를 수행할 수 있다.

한편, 상기 제1 내지 제10 압력센서들은, 앞서 실시예에서의 상기 손상모사 시험시스템(10)에서도, 상기 제1 내지 제10 밸브들 각각에 구비되어, 동일하게 손상 모사 시험이 정확하게 수행되는가의 여부에 대한 평가를 수행할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시예에서의 상기 손상모사 시험시스템(10)에서는, 상기 확관배관들의 연결관계 및 제어밸브의 추가 구비의 특성을 통해, 상대적으로 일부만 모사된 배관부(100)의 배관 체계를 실제 선박 등에서의 전두부 및 후미부의 배관 체계에서의 모사를 구현할 수 있도록 확장할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 함정이나 선박 등의 내부 배관계에 손상이나 파손 등이 발생한 경우 이에 대한 손상모사 시험을 수행할 수 있어, 결과적으로 배관계 손상에 의해 피해의 최소화 또는 손상 방지를 위한 배관 설계 정보를 제공할 수 있다.

특히, 종래에 실제 배관계에 손상을 모사하는 경우 손상된 지점으로부터 분출되는 급속한 유량을 모사하기 위해, 해당 배관의 밸브를 개방하고, 개방된 밸브로부터 분출되는 유체는 하부의 하수조 등으로 직접 유출되도록 설계하였으나, 이러한 종래기술에서는 유체의 재순환이 어려워 유체가 손실되거나, 유체 분출로 인한 2차 사고의 발생 등의 문제가 있었다.

그러나, 본 실시예에서는 손상된 지점에 연결되는 배관보다 확장된 직경을 가지는 확관부를 연결함으로써, 손상 부위에서 분출되는 유체가 외부가 아닌 확장된 직경의 확관부로 배출되어 유체의 손실이 없으면서도 손상 상태를 모사할 수 있고, 확관부를 재순환이 가능한 배관으로 구성하여 유체의 재순환이 가능하면서도 외부로 유체가 분출되지 않으므로 2차 사고를 예방할 수 있다.

특히, 실제 배관 사고에서는 배관 파손 등으로 급격한 유체 분출이 발생하는데, 본 실시예에서는 이를 모사하기 위하여, 상기 확관부에 고속으로 개폐 동작이 가능한 개폐밸브를 연결함으로서 이러한 상황을 동일하게 모사할 수 있다.

나아가, 확관부는 별도의 저장부와 연결되어, 손상 모사로 유출된 유체를 재순환하여 사용할 수 있어, 유체의 재사용 및 낭비를 최소화할 수 있다.

또한, 배관부는 각각의 구획된 구간마다 밸브가 구비되고, 각 밸브의 개폐 동작을 제어함으로써, 상기 확관부와 함께, 손상 모사가 필요한 배관부와 확관부가 폐루프를 형성함으로써, 해당 배관부에서만 손상 모사를 정확하고 간략하게 수행할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 구비된 배관부의 설계를 바탕으로, 상기 배관부의 네 모서리에 각각 확관부가 연결되고, 상기 확관부들 각각에 유량을 제어하는 제어밸브가 구비된다. 그리하여, 상대적으로 축소되어 일부 배관부만 모사하도록 설계된 시험시스템에서, 상기 제어밸브를 통해 인가되는 유량을 다양하게 가변시킴으로써, 실제 선박 등에서 길이가 길거나 용량이 큰 대형 배관계에서의 유량 거동 특성을 다양하게 모사할 수 있다.

이 경우, 상기 제어밸브는 급속 개폐 동작이 가능하도록 동시에 구현됨으로써, 상기 유량을 다양하게 가변시키면서 동시에 급속 개폐를 통해 손상 상태를 모사할 수 있게 된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10, 20 : 손상모사 시험시스템
100 : 배관부 200, 201 : 확관부
210, 211 : 제1 확관배관 220, 221 : 제2 확관배관
230, 231 : 제3 확관배관 241 : 제4 확관배관
300 : 저장부 400 : 펌프부
410 : 제1 펌프 420 : 제2 펌프
501 : 제1 밸브 601 : 제1 고속밸브
611 : 제1 제어밸브 701 : 제1 유량센서
801 : 제1 압력센서

Claims (14)

1. 한 쌍의 수직 배관들, 및 상기 수직 배관들 사이에 연결되는 복수의 수평 배관들을 포함하는 배관부;
   상기 배관부의 직경보다 확장된 직경을 가지며, 상기 수직 배관들 중 어느 하나에 연결되는 제1 확관배관, 및 상기 수평 배관들 중 어느 하나에 연결되는 제2 확관배관을 포함하는 확관부;
   상기 확관부에 연결되어 유체를 저장하는 저장부; 및
   상기 저장부와 상기 배관부 사이에서 유체를 순환시키는 펌프부를 포함하는 손상모사 시험시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 수직 배관들 및 상기 수평 배관들 각각에 구비되어, 상기 수직 배관들 및 상기 수평 배관들 각각을 개폐하여 상기 유체의 흐름을 제어하는 밸브들을 더 포함하는 손상모사 시험시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 밸브들 각각에는,
   상기 밸브의 양단에 구비되어 상기 밸브의 양단 압력을 측정하는 압력센서가 구비되는 것을 특징으로 하는 손상모사 시험시스템.
4. 제2항에 있어서,
   상기 수직 배관들이 상기 수평 배관들에 의해 구간이 구획되는 경우, 상기 밸브들은 상기 구획된 수직 배관들의 각 구간에 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 손상모사 시험시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 밸브들의 개폐를 제어하여, 손상의 모사가 필요한 상기 수직 배관들 또는 상기 수평 배관들과, 상기 확관부 사이에 폐루프(closed loop)를 형성하는 것을 특징으로 하는 손상모사 시험시스템.
6. 제2항에 있어서,
   상기 밸브들 각각의 개폐 속도보다 빠른 속도로 개폐되고, 상기 제1 및 제2 확관배관들에 각각 구비되는 제1 및 제2 고속밸브들을 더 포함하는 손상모사 시험시스템.
7. 제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2 고속밸브들은,
   상기 제1 및 제2 확관배관들에서, 상기 배관부에 연결된 부분에 근접한 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는 손상모사 시험시스템.
8. 제1항에 있어서, 상기 확관부는,
   상기 수평 배관들 중 상기 제2 확관배관이 연결되지 않은 다른 수평 배관에 연결되는 제3 확관배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 손상모사 시험시스템.
9. 제8항에 있어서, 상기 수평배관들은,
   상기 수직 배관들의 일 끝단들 사이를 연결하는 제1 수평배관; 및
   상기 수직 배관들의 타 끝단들 사이를 연결하는 제2 수평배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 손상모사 시험시스템.
10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 확관배관은 상기 제1 수평배관과 상기 저장부 사이에 연결되고,
    상기 제3 확관배관은 상기 제2 수평배관과 상기 저장부 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 손상모사 시험시스템.
11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 확관배관은, 상기 수직 배관들 중 제1 수직 배관의 일 끝단과 상기 제1 수평배관의 일 끝단이 연결되는 제1 연결부, 및 상기 저장부 사이에 연결되고,
    상기 제2 확관배관은, 상기 제1 수직 배관의 타 끝단과 상기 제2 수평배관의 일 끝단이 연결되는 제2 연결부, 및 상기 저장부 사이에 연결되며,
    상기 제3 확관배관은, 상기 수직 배관들 중 제2 수직 배관의 타 끝단과 상기 제2 수평배관의 타 끝단이 연결되는 제3 연결부, 및 상기 저장부 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 손상모사 시험시스템.
12. 제11항에 있어서, 상기 확관부는,
    상기 제2 수직 배관의 일 끝단과 상기 제1 수평배관의 타 끝단이 연결되는 제4 연결부, 및 상기 저장부 사이에 연결되는 제4 확관배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 손상모사 시험시스템.
13. 제12항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 확관배관들 각각에는,
    상기 배관부에 연결된 부분에 근접한 위치에, 유량을 제어하는 제어밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 손상모사 시험시스템.
14. 제1항에 있어서,
    상기 펌프부와 상기 배관부의 사이, 및 상기 확관부와 상기 저장부 사이에 각각 구비되는 유량센서들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 손상모사 시험시스템.

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