KR20240047041A - Coal gasification combined cycle (IGCC) gasifier high temperature and high pressure leak early detection system - Google Patents

Coal gasification combined cycle (IGCC) gasifier high temperature and high pressure leak early detection system Download PDF

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KR20240047041A
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윤민
송준호
조주운
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Abstract

본 발명은 석탄가스화 복합화력발전(IGCC) 가스화기의 Tube 위치별 가스화기 외부 Inlet/ Outlet Header에 배관으로부터 전달되는 진동신호를 감지하는 진동감지센서를 각각 설치된 제1, 2 채널(CH 1, CH 2)과, 상기 제1, 2 채널(CH 1, CH 2)로 부터 입력되는 미소 진동신호(ADC Data)를 분석하여 배관의 누설 상태 및 누설위치를 파악하여 저장하며, 원격지 서버로 전송하는 제어장치(200)를 구비하는 것을 특징으로 하는 석탄가스화 복합화력발전(IGCC) 가스화기 고온고압부 누설 조기감지 시스템을 제공한다.The present invention is a first and second channel (CH 1, CH) installed with a vibration detection sensor that detects a vibration signal transmitted from the pipe to the external inlet/outlet header of the gasifier for each tube location of the coal gasification combined cycle power plant (IGCC) gasifier. 2) and control to analyze the micro vibration signal (ADC Data) input from the first and second channels (CH 1, CH 2) to identify and store the leakage status and location of the pipe, and transmit it to a remote server. Provides an early detection system for leakage in the high-temperature, high-pressure part of a coal gasification combined cycle power plant (IGCC) gasifier, which is characterized by having a device (200).

Description

석탄가스화 복합화력발전(IGCC) 가스화기 고온고압부 누설 조기감지 시스템 {Coal gasification combined cycle (IGCC) gasifier high temperature and high pressure leak early detection system } Coal gasification combined cycle (IGCC) gasifier high temperature and high pressure leak early detection system }

본 발명은 석탄가스화 복합화력발전(IGCC ; Integrated Gasification Combined Cycle) 가스화기 고온고압부 누설 조기감지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 IGCC 가스화기 내부에 구비된 SGCC(Syngas Cooler, 합성가스 열교환기)의 Transfer Duct Tube, Burner Muffle Tube 등으로 이루어진 합성가스 열교환용 Tube 누설 여부를 감지할 수 있는 석탄가스화 복합화력발전 가스화기 고온고압부 누설 조기감지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an early detection system for leakage in the high-temperature, high-pressure part of a coal gasification combined cycle (IGCC) gasifier, and more specifically, to the SGCC (Syngas Cooler, synthesis gas heat exchanger) provided inside the IGCC gasifier. This is about an early detection system for leakage in the high-temperature, high-pressure part of a coal gasification combined cycle power plant gasifier that can detect leaks in the syngas heat exchange tube consisting of Transfer Duct Tube, Burner Muffle Tube, etc.

일반적인 석탄화력발전소에서 사용하는 석탄 화력설비는 석탄을 태워 발생하는 열로 증기를 발생시켜 증기터빈을 돌려 전기를 생산하는 것으로서, 석탄은 석유, 천연가스에 비해 이산화탄소, 황산화물 등 오염물질이 상대적으로 많아 연소 중 온도가 높아 NOx 발생량이 많고, 석탄에 함유된 황성분이 연소하면서 SOx가 다량 발생하는 문제점이 있다.Coal-fired power plants used in general coal-fired power plants generate steam using the heat generated by burning coal to turn a steam turbine to produce electricity. Compared to oil and natural gas, coal contains relatively more pollutants such as carbon dioxide and sulfur oxides. There is a problem in that a large amount of NOx is generated due to the high temperature during combustion, and a large amount of SOx is generated when the sulfur contained in coal is burned.

위와 같은 문제점이 있지만 매장량이 풍부하고 전 세계적으로 생산량이 편중되지 않으며, 또 저렴한 가격과 우수한 공급 안정성 때문에 발전연료의 97%를 수입에 의존하고 있어 이러한 문제점을 개선하기 위해 석탄등의 저급원료를 가스화 및 정제과정을 통해 청정한 연료가스로 전환하여 발전하는 석탄가스화 복합발전설비(IGCC ; Integrated Gasification Combined Cycle)을 도입하여 운영한다.Although there are the above problems, reserves are abundant and production is not concentrated around the world, and 97% of power generation fuel is dependent on imports due to low prices and excellent supply stability. To improve these problems, low-grade raw materials such as coal are gasified. and the Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC), which generates power by converting clean fuel gas through a refining process, to be introduced and operated.

그러나 도 1에 도시된 바와 같이 기존의 석탄화력 보일러는 보일러 튜브에서 누설이 발생하면 누설 시 발생하는 소음을 Membrane Wall을 통해 직접 전달받아 진단할 수 있는 반면에, 석탄가스화 복합발전설비의 가스화기는 도2에 도시된 바와 같이 Pressure Vessel Wall 과 Membrane Wall의 2중벽 구조로 되어 있고 2중벽 사이는 질소가스로 충전되어 있으며, Membrane Wall 내부에는 SGCC(Syngas Cooler, 합성가스 열교환기), Transfer Duct Tube, Burner Muffle Tube 등 합성가스 열교환용 Tube가 구비되어 Tube에서 누설이 발생되어도 누설소음이 외벽(Membrane Wall)으로 직접 전달하지 못하기 때문에 도 3에 도시된 기존의 LEAK Alam 판별법으로는 누설을 진단하는 것이 불가하여, 도 4에 도시된 바와 같이 Transfer Duct Tube 누설 시 1차 손상 후 조기발견 불가로 Duct내 재(Ash)가 퇴적되어 가스의 유로 단면적을 막아 유로 단면적 감소로 연소 가스의 유속이 증가되어 튜브 마모 손상이 증가되어 2차로 다수 개의 Tube가 파급 손상하는 문제점이 발생된다.However, as shown in Figure 1, while the existing coal-fired boiler can be diagnosed by receiving the noise generated by the leak directly through the membrane wall when a leak occurs in the boiler tube, the gasifier of the coal gasification combined cycle power plant can be diagnosed. As shown in Figure 2, it has a double wall structure of Pressure Vessel Wall and Membrane Wall, and the space between the double walls is filled with nitrogen gas, and inside the Membrane Wall are SGCC (Syngas Cooler, Syngas Heat Exchanger), Transfer Duct Tube, and Burner. Tubes for synthetic gas heat exchange, such as muffle tubes, are provided, so even if a leak occurs in the tube, the leakage noise cannot be transmitted directly to the outer wall (Membrane Wall), so it is impossible to diagnose the leak using the existing LEAK Alam detection method shown in Figure 3. Therefore, as shown in Figure 4, when the transfer duct tube leaks, early detection is impossible after the primary damage, and ash is deposited in the duct, blocking the cross-sectional area of the gas flow path. This reduces the cross-sectional area of the flow path and increases the flow rate of combustion gas, resulting in tube wear. As the damage increases, the problem of secondary damage to multiple tubes occurs.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 IGCC의 가스화기의 구조, 운전환경 등을 고려하여 전열면의 출구 헤더나 배관에 AE 센서를 설치하여 튜브 누설을 감지하는 가스화기 고온고압부 누설 조기감지 시스템 개발이 필요하다.To solve these problems, it is necessary to develop an early detection system for gasifier high-temperature and high-pressure leakage that detects tube leakage by installing an AE sensor on the outlet header or piping of the heat transfer surface, considering the structure and operating environment of the IGCC gasifier. .

한국 등록특허공보 제10-1546889호Korean Patent Publication No. 10-1546889 한국 등록특허공보 제10-2412731호Korean Patent Publication No. 10-2412731 한국 등록특허공보 제10-2038689호Korean Patent Publication No. 10-2038689

따라서 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, IGCC의 가스화기의 구조, 운전환경 등을 고려하여 전열면의 출구 헤더나 배관에 AE센서를 설치하여 튜브 누설을 감지할 수 있어 설비문제 발생 시 조기대처를 통한 정비범위 기간 단축할 수 있는 가스화기 고온고압부 누설 조기감지 시스템 개발을 제공하는데 있다.Therefore, the present invention was developed to solve the problems of the prior art as described above. Considering the structure and operating environment of the IGCC gasifier, an AE sensor is installed on the outlet header or piping of the heat transfer surface to detect tube leakage. The goal is to develop an early detection system for gasifier high-temperature and high-pressure leakage that can shorten the maintenance period through early response when equipment problems occur.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 석탄가스화 복합화력발전(IGCC) 가스화기의 Tube 위치별 가스화기 외부 Inlet/ Outlet Header에 배관으로부터 전달되는 진동신호를 감지하는 진동감지센서를 각각 설치된 제1, 2 채널(CH 1, CH 2)과, 상기 제1, 2 채널(CH 1, CH 2)로 부터 입력되는 미소 진동신호(ADC Data)를 분석하여 배관의 누설 상태 및 누설위치를 파악하여 저장하며, 원격지 서버로 전송하는 제어장치(200)를 구비하는 것을 특징으로 하는 석탄가스화 복합화력발전(IGCC) 가스화기 고온고압부 누설 조기감지 시스템으로 한다.The present invention for achieving the above-mentioned object is a first, a vibration detection sensor that detects a vibration signal transmitted from the pipe to the external inlet/outlet header of the gasifier for each tube location of the coal gasification combined cycle power plant (IGCC) gasifier, respectively installed. By analyzing the minute vibration signals (ADC Data) input from the 2 channels (CH 1, CH 2) and the first and second channels (CH 1, CH 2), the leakage status and location of the pipe are identified and stored. , It is an early detection system for leakage in the high-temperature, high-pressure part of a coal gasification combined cycle power plant (IGCC) gasifier, characterized by having a control device 200 that transmits to a remote server.

이를 더욱 상세하게는 상기 제어장치(200)는 상기 제1, 2 채널(CH 1, CH 2)로 부터 입력되는 미소 진동신호에 대한 하드웨어적인 신호 증폭 기능을 하는 Amplifier 파트(210)와, 상기 Amplifier 파트(210)의 신호 레벨을 ADC 측정 범위의 신호 레벨로 변환함과 동시에 샘플링 시에 발생 될 수 있는 엘리어싱 고주파 신호를 제거하는 LPF(Low Pass Filtering) 파트(220)와, 상기 LPF 파트(220)를 통해서 1차 Anti-Aliasing Filtering 처리를 후 2차 Anti-Aliasing 처리하는 Delta-Sigma ADC 파트(230)를 구비한다.In more detail, the control device 200 includes an amplifier part 210 that performs a hardware signal amplification function for the small vibration signal input from the first and second channels (CH 1, CH 2), and the amplifier part 210 An LPF (Low Pass Filtering) part 220 that converts the signal level of the part 210 to a signal level in the ADC measurement range and simultaneously removes aliasing high-frequency signals that may occur during sampling, and the LPF part 220 ) and is equipped with a Delta-Sigma ADC part (230) that performs secondary anti-aliasing processing after primary anti-aliasing filtering processing.

또한, 상기 Delta-Sigma ADC 파트(230)를 제어하여 양자화된 ADC 데이터를 취득하고 내부 Dual Port Memory에 데이터를 저장하는 FPGA 파트(240)와, 상기 FPGA 파트(240)로 부터 취득한 ADC 데이터를 기반으로 한 신호처리 알고리즘을 수행하여 상기 배관의 누설 상태 및 누설위치를 판단하는 파라미터들을 생성하는 CPU Up Board파트(250)를 구비한다.In addition, based on the FPGA part 240 that controls the Delta-Sigma ADC part 230 to acquire quantized ADC data and stores the data in the internal Dual Port Memory, and the ADC data acquired from the FPGA part 240 It is equipped with a CPU Up Board part 250 that generates parameters for determining the leakage state and leakage location of the pipe by performing a signal processing algorithm.

또한, 상기 CPU Up Board파트(250)는 상기 제1, 2 채널(CH 1, CH 2)에서 전송되는 미소 진동신호(ADC Data)를 이용하여 각 채널별 Time wave Data 생성과 Spectrum Data 생성하는 단계와, 상기 단계에서 생성된 1, 2 채널의 Filtered-Time Wave Data에 대해서 Cross Correlation 연산을 수행하여 두 개 채널의 상호 유사성을 판단할 수 있는 Cross-Time Wave Data를 생성하며,In addition, the CPU Up Board part 250 generates time wave data and spectrum data for each channel using the micro vibration signal (ADC Data) transmitted from the first and second channels (CH 1, CH 2). And, cross-correlation operation is performed on the filtered-time wave data of channels 1 and 2 generated in the above step to generate cross-time wave data that can determine the mutual similarity of the two channels,

여기서 상기 Cross Correlation 수식은 Here, the Cross Correlation formula is

로 한다. Do this.

상기 수식에서 f(t)= 센서1의 시간축 ,g(t)= 센서2의 시간축 ,τ= 시간축, dt = 치환적분수식 이다 (f는 센서1 g는 센서2일 때 센서1의 시간축과 센서2의 시간축에서 위상차에 대한 적분을 의미하며 f*g(τ)의 관계는 f*g와 f(t)g(t)의 위상값을 더한 수식으로 해석된다.)In the above formula, f(t) = time axis of sensor 1, g(t) = time axis of sensor 2, τ = time axis, dt = substitution integral formula (f is sensor 1, g is sensor 2, when f is sensor 1, g is the time axis of sensor 1 and sensor 2) It means integration of the phase difference on the time axis of 2, and the relationship between f*g(τ) is interpreted as a formula that adds the phase values of f*g and f(t)g(t).)

상기 2개 채널의 상관성을 검사하는 Cross-Time Wave Data는 가운데 중앙위치의 데이터를 기준으로 2개 채널의 지연정도에 따라서 2개 신호의 위상차가 발생되면 누설로 판단한다.Cross-Time Wave Data, which checks the correlation of the two channels, is judged to be a leak if a phase difference between the two signals occurs depending on the degree of delay of the two channels based on the data at the center position.

상기에서 누설로 판단되면, 배관 재질에 대한 진동 전파 속도와 Sampling Rate(96000Hz)를 적용하여 2개 신호의 시간지연 차이를 계산하고, 2개 신호의 시간지연 차이가 계산되면, 2개 센서가 설치되어 있는 실제 위치 거리를 반영하여 Leak위치를 추적할 수 있다.If it is determined to be a leak above, the time delay difference between the two signals is calculated by applying the vibration propagation speed and sampling rate (96000Hz) for the pipe material. Once the time delay difference between the two signals is calculated, two sensors are installed. Leak location can be tracked by reflecting the actual location distance.

또한, 상기 Leak위치를 추적은 상기 제1, 2 채널(CH 1, CH 2)의 Cross Correlation 수행으로 생성된 Timewaveform데이터는 수행된 개수의 반절(FFT_NUMBER/2) 지점이 기준점이 되며, 상기 기준점을 기준으로 뒤쪽은 CH 2가 CH 1에 대해서 지연되는 정도를 나타내고, 기준점을 기준으로 앞쪽은 CH2가 CH1에 대해서 앞서는 정도를 나타남에 따라서 FFT_NUMBER/2 개수를 기준으로(두 신호 지연 0 지점임) 최대 피크가 나타나는 지점이 뒤쪽에 있으면 CH 2 신호가 CH 1 신호 뒤에 있고(물리적으로는 CH 1쪽에 더 가까운 거리에서 리크가 발생된 경우), 최대 피크가 나타나는 지점이 앞쪽에 있으면 CH 2 신호가 CH 1 신호보다 앞에(물리적으로는 CH 2쪽에 더 가까운 거리에서 리크가 발생된 경우) 발생된 것으로 판단되며,In addition, for tracking the location of the leak, the Timewaveform data generated by performing cross correlation of the first and second channels (CH 1, CH 2) has a reference point at half the number performed (FFT_NUMBER/2), and the reference point is As a standard, the rear indicates the degree to which CH 2 is delayed with respect to CH 1, and the front indicates the degree to which CH2 is ahead of CH1, based on the reference point. Accordingly, based on the number of FFT_NUMBER/2 (the two signal delay point is 0), the maximum If the point where the peak appears is at the back, the CH 2 signal is behind the CH 1 signal (if the leak occurred physically closer to CH 1), and if the point where the maximum peak appears is at the front, the CH 2 signal is behind CH 1. It is judged that the leak occurred before the signal (physically, if the leak occurred at a distance closer to CH 2).

Cross Correlation통과된 Timewaveform에서 최대 진폭이 나타나는 위치는 FFT_NUMBER/2 지점을 기준으로 좌/우로 찾도록 구현된다. The position where the maximum amplitude appears in the Timewaveform that has passed Cross Correlation is implemented to find left/right based on the FFT_NUMBER/2 point.

본 발명의 석탄가스화 복합화력발전(IGCC) 가스화기 고온고압부 누설 조기감지 시스템은 IGCC의 가스화기의 전열면의 출구 헤더나 배관에 AE 센서를 설치하여 튜브 누설을 감지할 수 있는 장점이 있다.The early detection system for leakage in the high-temperature, high-pressure part of a coal gasification combined cycle power plant (IGCC) gasifier of the present invention has the advantage of being able to detect tube leakage by installing an AE sensor on the outlet header or piping of the heat transfer surface of the IGCC gasifier.

또한, 각 센서의 신호를 상호 상관 정도를 분석하고 고장의 위치를 추적할 수 있는 장점이 있으며, IGCC 가스화기와 같은 2중벽 구조의 고온고압부 누설감지에도 적용이 가능하다. In addition, it has the advantage of being able to analyze the degree of correlation between the signals of each sensor and track the location of the failure, and can also be applied to leak detection in the high-temperature and high-pressure part of a double-wall structure such as an IGCC gasifier.

도 1은 종래기술인 석탄화력 보일러용 누설 감지설비의 기술 개념도.
도 2는 석탄가스화 복합화력발전(IGCC) 가스화기의 이중벽 구조.
도 3은 종래기술의 Acoustic 센서를 이용한 석탄화력 보일러용 누설 탐지기.
도 4는 본 발명에 따른 가스화기 Transfer Duct 내부 2차 파급손상 과정도.
도 5는 본 발명에 따른 IGCC 가스화기 고온고압부 누설 조기감지 시스템의 개념도.
도 6은 본 발명에 따른 IGCC 가스화기 고온고압부 누설 조기감지 시스템의 구성도.
도 7은 본 발명에 따른 고온고압부 누설 조기감지 시스템 Parameter 생성 알고리즘 흐름도.
도 8은 본 발명 누설감지기에서 CH 1쪽보다 CH 2쪽에 더 가까운 거리에서 리크가 발생된 경우의 그래프.
도 9는 본 발명 누설감지기에서 CH 2쪽보다 CH 1쪽에 더 가까운 거리에서 리크가 발생된 경우의 그래프.
도 10은 본 발명 누설감지기에서 Leak 발생 위치가 CH1 Sensor에 가까운 경우.
도 11은 본 발명에 따른 누설감지기에서 Leak 발생 위치가 CH2 Sensor에 가까운 경우.
Figure 1 is a technical conceptual diagram of a leak detection facility for a conventional coal-fired boiler.
Figure 2 is a double-wall structure of a coal gasification combined cycle power plant (IGCC) gasifier.
Figure 3 shows a leak detector for a coal-fired boiler using a conventional acoustic sensor.
Figure 4 is a process diagram of secondary ripple damage inside the gasifier transfer duct according to the present invention.
Figure 5 is a conceptual diagram of an early detection system for leakage of the high temperature and high pressure part of the IGCC gasifier according to the present invention.
Figure 6 is a configuration diagram of an early detection system for leakage in the high-temperature and high-pressure part of an IGCC gasifier according to the present invention.
Figure 7 is a flowchart of the parameter creation algorithm for the early detection system for high-temperature and high-pressure leakage according to the present invention.
Figure 8 is a graph when a leak occurs at a distance closer to CH 2 than CH 1 in the leak detector of the present invention.
Figure 9 is a graph when a leak occurs at a distance closer to CH 1 than CH 2 in the leak detector of the present invention.
Figure 10 shows a case where the leak occurrence location in the leak detector of the present invention is close to the CH1 Sensor.
Figure 11 shows a case where the leak occurrence location in the leak detector according to the present invention is close to the CH2 Sensor.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.With reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. The present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts not related to the description are omitted, and the same reference numerals are used for identical or similar components throughout the specification. Additionally, in the case of well-known and well-known technologies, detailed descriptions thereof are omitted.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to “include” a certain element, this means that it may further include other elements rather than excluding other elements, unless specifically stated to the contrary.

그러면, 본 발명의 실시예에 따른 석탄가스화 복합화력발전(IGCC) 가스화기 고온고압부 누설 조기감지 시스템에 대하여 설명한다.Next, an early detection system for leakage in the high-temperature, high-pressure part of a coal gasification combined cycle power plant (IGCC) gasifier according to an embodiment of the present invention will be described.

도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 본 발명에 따른 IGCC 가스화기 고온고압부 누설 조기감지 시스템의 구성을 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의실시예에 따른 GCC 가스화기 고온고압부 누설 조기감지 시스템은 진동감지센서를 각각 설치된 제1, 2 채널(CH 1, CH 2), 제어장치(200), 그리고 표시부(300)를 포함하며, GCC 가스화기 고온고압부의 외벽(Membrane Wall)과 압력벽(Pressure Vessel Wall)의 2중벽과 2중벽 사이에 질소가스로 충전된 구조물 내부에 설치된 증발기 배관(100)의 누설 여부를 감지할 수 있고, 차단벽이 존재하는 환경에서 누설이 존재하는 경우에 누설 위치 추적도 가능하여 기존방법에 비해 누설 진위판별의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.Figure 5 is a diagram showing the configuration of an early detection system for leakage in the high-temperature and high-pressure part of an IGCC gasifier according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the GCC gasifier high-temperature and high-pressure part leakage early detection system according to an embodiment of the present invention includes first and second channels (CH 1, CH 2), a control device 200, and a display unit each equipped with a vibration detection sensor. Leakage of the evaporator pipe (100) installed inside the structure filled with nitrogen gas between the outer wall (Membrane Wall) and the pressure wall (Pressure Vessel Wall) of the high-temperature and high-pressure part of the GCC gasifier (300) and the double wall (Pressure Vessel Wall) It is possible to detect whether a leak exists in an environment where a barrier exists, and if a leak exists in an environment where a barrier exists, it is also possible to track the location of the leak, improving the reliability of leak detection compared to existing methods.

먼저, 진동감지센서(101, 102)는 증발기 배관(100)에서 GCC 가스화기 고온고압부의 외벽(Membrane Wall)에 도출된 부분에 설치되어 증발기 배관(100)으로부터 전달되는 진동신호를 감지한다. 상기 진동감지센서(101, 102)는 누설이 의심되는 배관(100)에서 추정되는 누설 위치(P)의 양측에 위치하도록 장착될 수 있다. 상기 진동감지센서(101, 102)는 배관(100)의 길이방향을 따라 양단에 각각 설치될 수 있다. 상기 진동감지센서(101, 102)는 배관(100)의 누설 진동 및 GCC 가스화기 고온고압부 내부 진동이 혼합된 진동신호를 감지할 수 있다.First, the vibration detection sensors 101 and 102 are installed in a portion of the evaporator pipe 100 extending from the outer wall (Membrane Wall) of the high-temperature and high-pressure section of the GCC gasifier and detect vibration signals transmitted from the evaporator pipe 100. The vibration detection sensors 101 and 102 may be mounted on both sides of the estimated leakage location P in the pipe 100 where leakage is suspected. The vibration detection sensors 101 and 102 may be installed at both ends of the pipe 100 along its longitudinal direction. The vibration detection sensors 101 and 102 can detect a vibration signal that is a mixture of leakage vibration of the pipe 100 and internal vibration of the high-temperature and high-pressure part of the GCC gasifier.

제어장치(200)는 진동감지센서(101, 102)를 제1, 2 채널(CH 1, CH 2)을 통하여 입력되는 미소 진동신호에 대한 하드웨어적인 신호 증폭 기능을 하는 Amplifier 파트(210)와, 상기 Amplifier 파트(210)의 신호 레벨을 ADC 측정 범위의 신호 레벨로 변환함과 동시에 샘플링 시에 발생 될 수 있는 엘리어싱 고주파 신호를 제거하는 LPF(Low Pass Filtering) 파트(220)와, 상기 LPF 파트(220)를 통해서 1차 Anti-Aliasing Filtering 처리를 후 2차 Anti-Aliasing 처리하는 Delta-Sigma ADC 파트(230)와, 상기 Delta-Sigma ADC 파트(230)를 제어하여 양자화된 ADC 데이터를 취득하고 내부 Dual Port Memory에 데이터를 저장하는 FPGA 파트(240)와, 상기 FPGA 파트(240)로 부터 취득한 ADC 데이터를 기반으로 한 신호처리 알고리즘을 수행하여 상기 배관의 누설 상태 및 누설위치를 판단하는 파라미터들을 생성하는 CPU Up Board파트(250)를 구비하고 있다.The control device 200 includes an amplifier part 210 that performs a hardware signal amplification function for the slight vibration signal input through the first and second channels (CH 1 and CH 2) of the vibration detection sensors 101 and 102, A low pass filtering (LPF) part 220 that converts the signal level of the amplifier part 210 to a signal level in the ADC measurement range and simultaneously removes aliasing high-frequency signals that may occur during sampling, and the LPF part Through (220), the Delta-Sigma ADC part (230) performs the first anti-aliasing filtering process and then the second anti-aliasing process, and the Delta-Sigma ADC part (230) is controlled to acquire quantized ADC data. An FPGA part 240 that stores data in the internal Dual Port Memory, and parameters that determine the leakage state and location of the pipe by performing a signal processing algorithm based on the ADC data acquired from the FPGA part 240. It is equipped with a CPU Up Board part (250) that generates.

이들 구성들을 상세하게 설명하면, 상기 Amplifier 파트(210)는 진동센서로 부터 입력되는 미소 진동신호에 대한 하드웨어적인 신호 증폭 기능을 담당하며, LPF(Low Pass Filtering) 파트(220)는 신호 레벨을 ADC 측정 범위의 신호 레벨로 변환함과 동시에 샘플링 시에 발생 될 수 있는 엘리어싱 고주파 신호를 제거한다.To explain these configurations in detail, the amplifier part 210 is responsible for hardware signal amplification for the micro vibration signal input from the vibration sensor, and the LPF (Low Pass Filtering) part 220 adjusts the signal level to the ADC. Converts to a signal level in the measurement range and simultaneously removes aliasing high-frequency signals that may occur during sampling.

또한, Delta-Sigma ADC 파트(230)는 24bit Delta-Sigma Type의 ADC이며, 114dB의 높은 Dynamic Range를 가지며 최대 192 kHz의 샘플링 속도를 지원한다. ADC의 내부에 Anti-Aliasing Filtering을 위해서 고성능 Linear Phase FIR Filter가 내장되어, 2개 채널이 동시 샘플링이 가능하고 내부 Delta-Sigma Filtering 블럭을 통해서 Anti-Aliasing Filtering이 수행되고 24bit의 디지털 데이터로 변환된다.Additionally, the Delta-Sigma ADC part (230) is a 24-bit Delta-Sigma Type ADC, has a high dynamic range of 114dB, and supports a sampling rate of up to 192 kHz. A high-performance Linear Phase FIR Filter is built into the ADC for anti-aliasing filtering, enabling simultaneous sampling of two channels. Anti-aliasing filtering is performed through the internal Delta-Sigma Filtering block and converted to 24-bit digital data. .

또한, FPGA 파트(240)는 ADC를 제어하여 양자화된 ADC 데이터를 취득하고 내부 Dual Port Memory에 데이터를 저장하며, 내부 Dual Port Memory에 저장된 데이터는 CPU Bus Access를 통해서 CPU Board의 DDR Memory에 이동되고, In addition, the FPGA part 240 controls the ADC to acquire quantized ADC data and stores the data in the internal Dual Port Memory, and the data stored in the internal Dual Port Memory is moved to the DDR Memory of the CPU Board through CPU Bus Access. ,

CPU Up Board파트(250)는 FPGA로부터 취득한 ADC 데이터를 기반으로 다양한 신호처리 알고리즘을 수행하여 보일러 관의 증기 Leak 상태등을 판단하는 파라미터들을 생성한 후에 Local Processor는 PoE(Power Of Ethernet)를 통해서 외부 전원을 공급받고 동시에 PoE Port를 통해서 생성된 파라미터 데이터들이 표시부(300)가 포함되는 원격지 서버로 전송한다.The CPU Up Board part (250) performs various signal processing algorithms based on the ADC data acquired from the FPGA to generate parameters to determine the steam leak status of the boiler tube, and then the Local Processor provides external information through PoE (Power of Ethernet). Power is supplied and at the same time, the generated parameter data is transmitted to a remote server including the display unit 300 through the PoE Port.

또한, 상기 CPU Up Board파트(250)에 구비된 Software에서 Parameter 생성 알고리즘 흐름에 대하여 설명하면, 상기 제1, 2 채널(CH 1, CH 2)에서 전송되는 미소 진동신호(ADC Data)를 이용하여 각 채널별 Time wave Data 생성과 Spectrum Data 생성하는 단계를 구비하며,In addition, when explaining the parameter creation algorithm flow in the software provided in the CPU Up Board part 250, the micro vibration signal (ADC Data) transmitted in the first and second channels (CH 1, CH 2) is used to describe the parameter creation algorithm flow. It has steps for generating time wave data and spectrum data for each channel.

상기 Time wave Data 생성과 Spectrum Data 생성하는 단계에서 생성된 1,2 채널의 Filtered-Time Wave Data에 대해서 Cross Correlation 연산을 수행하여 두 개 채널의 상호 유사성을 판단할 수 있는 Cross-Time Wave Data를 생성하며,Cross-correlation operation is performed on the filtered-time wave data of channels 1 and 2 generated in the time wave data generation and spectrum data generation steps to generate cross-time wave data that can determine the mutual similarity of the two channels. And

상기 Cross Correlation 수식은 The above Cross Correlation formula is

로 하며, and

상기 수식에서 f(t)= 센서1의 시간축 ,g(t)= 센서2의 시간축 ,τ= 시간축, dt = 치환적분수식 이다 (f는 센서1 g는 센서2일 때 센서1의 시간축과 센서2의 시간축에서 위상차에 대한 적분을 의미하며 f*g(τ)의 관계는 f*g와 f(t)g(t)의 위상값을 더한 수식으로 해석된다.)In the above formula, f(t) = time axis of sensor 1, g(t) = time axis of sensor 2, τ = time axis, dt = substitution integral formula (f is sensor 1, g is sensor 2, when f is sensor 1, g is the time axis of sensor 1 and sensor 2) It means integration of the phase difference on the time axis of 2, and the relationship between f*g(τ) is interpreted as a formula that adds the phase values of f*g and f(t)g(t).)

상기 2개 채널의 상관성을 검사하는 Cross-Time Wave Data는 가운데 중앙위치의 데이터를 기준으로 2개 채널의 지연정도에 따라서 2개 신호의 위상차가 발생되면 누설로 판단하며,Cross-Time Wave Data, which checks the correlation of the two channels, is judged as a leak if a phase difference between the two signals occurs depending on the degree of delay of the two channels based on the data at the center position.

또한, 누설로 판단되면, Additionally, if it is determined to be a leak,

배관 재질에 대한 진동 전파 속도와 Sampling Rate(96000Hz)를 적용하여 2개 신호의 시간지연 차이를 계산하고, 2개 신호의 시간지연 차이가 계산되면, 2개 센서가 설치되어 있는 실제 위치 거리를 반영하여 Leak위치를 추적한다.Calculate the time delay difference between the two signals by applying the vibration propagation speed and sampling rate (96000Hz) for the pipe material. Once the time delay difference between the two signals is calculated, it reflects the actual location distance where the two sensors are installed. and track the location of the leak.

이를 보다 상세하게 설명하면,To explain this in more detail,

상기 단계에서는 FPGA제어를 통해서 취득한 양자화된 24bit ADC Data이며, 상기 24 bit ADC Data에 대해서 하드웨어 감쇄에 대한 Gain조정을 수행하고 24bit ADC에 대한 bit_resolution(1bit당 전압값) 수치를 곱하여 Time Wave Raw Data를 생성하는 과정과, Time Wave Raw Data에 대해서 65536 개 데이터셋을 사용하여 FFT 수행하여 Real, Imaginary로 구성된 Specturm 데이터 생성과정으로 형성된다.In the above step, it is quantized 24-bit ADC data acquired through FPGA control, and gain adjustment for hardware attenuation is performed on the 24-bit ADC data and multiplied by the bit_resolution (voltage value per 1 bit) value for the 24-bit ADC to obtain Time Wave Raw Data. It is formed through the creation process and the Specturm data generation process consisting of Real and Imaginary by performing FFT using 65536 datasets on Time Wave Raw Data.

또한, 상기 단계에서 생성된 1,2 채널의 Filtered-Time Wave Data에 대해서 Cross Correlation 연산을 수행하여 두 개 채널의 상호 유사성을 판단할 수 있는 Cross-Time Wave Data를 생성하며, 상기 Cross Correlation 수식은 위에서 설명된 공식을 사용한다.In addition, a cross correlation operation is performed on the filtered-time wave data of channels 1 and 2 generated in the above step to generate cross-time wave data that can determine the mutual similarity of the two channels, and the cross correlation formula is Use the formula described above.

상기 연산식으로 생성된 Cross-Time wave Data 의 Center 위치에서 최대 Peak Data 발생 위치 확인 / 진동 매질 전송 속도 및 Sampling Rate 반영하여 Leak 위치 계산할 수 있으며, 2개 채널의 상관성을 검사하는 Cross-Time Wave Data는 가운데 중앙위치의 데이터를 기준으로 2개 채널의 지연정도에 따라서 2개 신호의 위상차가 발생된다.Check the location of maximum peak data at the center location of the cross-time wave data generated using the above calculation formula / Leak location can be calculated by reflecting the transmission speed and sampling rate of the vibrating medium, and cross-time wave data that checks the correlation between two channels A phase difference between the two signals is generated depending on the degree of delay of the two channels based on the data at the center position.

또한, 상기 2개 신호의 위상차를 확인하면, 매질에 대한 진동 전파 속도와 Sampling Rate(96000Hz)를 적용하여 2개 신호의 시간 지연차이를 계산할 수 있다.으며, 2개 신호의 시간 지연 차리가 계산되면, 2개 센서가 설치되어 있는 실제 위치 거리를 반영하여 Leak위치를 추적할 수 있다.In addition, by checking the phase difference between the two signals, the time delay difference between the two signals can be calculated by applying the vibration propagation speed to the medium and the Sampling Rate (96000Hz). The time delay difference between the two signals is calculated. If so, the leak location can be tracked by reflecting the actual location distance where the two sensors are installed.

도8, 도9에 도시된 바와 같이 양 방향에 Sensor를 장착 하여 1번 Sensor를 CH1 2번 Sensor를 CH2로 지정한 센서의 Cross Correlation 수행으로 생성된 Timewaveform데이터는 수행된 개수의 반절(ex. FFT_NUMBER/2) 지점이 기준점이 된다.As shown in Figures 8 and 9, the Timewaveform data generated by performing cross correlation of sensors with sensors installed in both directions and designating sensor number 1 as CH1 and sensor number 2 as CH2 is half of the number performed (ex. FFT_NUMBER/ 2) The point becomes the reference point.

상기 반절 위치를 기준으로 뒤쪽은 CH2가 CH1에 대해서 지연되는 정도를 나타내고반절 위치를 기준으로 앞쪽은 CH2가 CH1에 대해서 앞서는 정도를 나타냄에 따라 FFT_NUMBER/2 개수를 기준으로(두 신호 지연 0 지점임) 최대 피크가 나타나는 지점이 뒤쪽에 있으면 CH2신호가 CH1신호 뒤에 있다.(물리적으로는 CH1쪽에 더 가까운 거리에서 리크가 발생된 경우이다.)Based on the half position, the rear indicates the degree to which CH2 is delayed with respect to CH1, and the front part relative to the half position indicates the degree to which CH2 is ahead of CH1, based on the number of FFT_NUMBER/2 (the two signal delay point is 0) ) If the point where the maximum peak appears is behind the CH2 signal, the CH2 signal is behind the CH1 signal. (Physically, this is the case when the leak occurs at a distance closer to CH1.)

최대 피크가 나타나는 지점이 앞쪽에 있으면 CH2신호가 CH1신호보다 앞에 있음을 의미한다.(물리적으로는 CH2쪽에 더 가까운 거리에서 리크가 발생된 경우이다.)If the point where the maximum peak appears is in front, it means that the CH2 signal is in front of the CH1 signal. (Physically, this is the case when the leak occurs at a distance closer to CH2.)

또한, Cross Correlation통과된 Timewaveform에서 최대 진폭이 나타나는 위치는 FFT_NUMBER/2 지점을 기준으로 좌/우로 찾도록 구현 하여 IGCC 가스화기 보일러에 적용 이중벽에 의한 기존 장비(BTLD)를 사용하지 못하는 구조에서 Leak 발생을 탐지하며 발생 위치를 찾을 수 있다.In addition, the position where the maximum amplitude appears in the Timewaveform that has passed Cross Correlation is implemented to find left/right based on the FFT_NUMBER/2 point and applied to the IGCC gasifier boiler. Leak occurs in a structure where existing equipment (BTLD) cannot be used due to double walls. can be detected and the location of occurrence can be found.

Leak 발생 위치가 CH1 Sensor에 가까운 경우는 도10에 도시된 바와 같이 CH2센서쪽으로는 시간지연 b만큼 더 진동 신호가 진행하면서 수신되며, Correlation 연산으로 계산된 시간 지연값은 b값이 된다. 이 때에 b값이 양의 실수로 생성되며 리크 발생 위치 a = [L - b] / 2 로 알 수 있다.If the location of the leak is close to the CH1 Sensor, as shown in Figure 10, the vibration signal is received with a time delay of b toward the CH2 sensor, and the time delay calculated through the correlation operation becomes the value of b. At this time, the b value is generated as a positive real number, and the leak occurrence location can be known as a = [L - b] / 2.

반대로 Leak 발생 위치가 CH2 Sensor에 가까운 경우는 도11에 도시된 바와 같이 CH1센서쪽으로는 시간지연 d만큼 더 진동 신호가 진행하면서 수신되며, Correlation 연산으로 계산된 시간 지연값은 d값이 된다. 단 d 값이 음의 실수로 생성된다. 리크 발생 위치 c = [L - d] / 2 이고, CH1 기준으로 CH1에서 떨어져 있는 리크 발생 위치 = L - c 로 알 수 있다.On the other hand, when the location of the leak is close to the CH2 sensor, as shown in Figure 11, the vibration signal is received with a time delay d further toward the CH1 sensor, and the time delay value calculated by the correlation operation becomes the value d. However, the d value is generated as a negative real number. Leak occurrence location c = [L - d] / 2, and the leak occurrence location away from CH1 relative to CH1 can be known as = L - c.

이상 본 발명을 구체적인 실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.Although the present invention has been described in detail through specific examples, this is for detailed explanation of the present invention, and the present invention is not limited thereto, and can be understood by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention. It is clear that modifications and improvements are possible.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 명확해질 것이다.All simple modifications or changes of the present invention fall within the scope of the present invention, and the specific scope of protection of the present invention will be made clear by the appended claims.

100 : 배관 101, 102 : 진동감지센서
200 : 제어장치 210 : Amplifier 파트
220 : LPF 파트 230 : Delta-Sigma ADC 파트
240 : FPGA 파트 250 : CPU Up Board파트
300 : 표시부
[약어]
BTLD: 보일러 튜브 누설감지 시스템
Membrane Well: 보일러 내부의 벽
IGCC: Integrated Gasification Combined Cycle(석탄가스화복합화력발전소)
Pressure Vessel Wall: 보일러 외부의 벽
Cross Correlation: 교차상관관계
Leak: 증발기 튜브가 터지거나 금이 갔을 때 나타나는 증상
LP: 진동신호를 받아 증폭 및 전달하는 기기
RECEIVE UNIT: 수신장치
Acoustic: 음향학
SGCC: 합성가스 열교환기
Logic: 논리적 흐름
FPGA: field programmable gate array(설계 가능 논리 소자와 프로그래밍이 가능한 내부 회로가 포함된 반도체 소자)
RTC: Real Time Clock(실시간 시계)
RS-232: RS-232(Recommended Standard 232)는 1960년에 도입된 표준의 하나로, PC와 음향 커플러, 모뎀 등을 접속하는 직렬 방식의 인터페이스의 하나
PoE: Power Of Ethenet IEEE 802.3af 및 802.3at 표준에 의해 정의된 네트워킹 기능. PoE를 사용하면 기존 데이터 연결 상에서 이더넷 케이블을 통해 네트워크 장치에 전원을 공급할 수 있음.
Analog: 어떤 수치를 '길이', '각도' 또는 '전류'와 같이 외부적인 원인에 의해 연속적으로 변하는 물리량으로 나타내는 일
Digital: 아날로그를 연속적 실수가 아닌, 특정한 최소 단위를 갖는 이산적(離散的)인 수치를 이용하여 처리하는 방법
LPF: Low Pass Filtering 저주파 통과 필터는 특정한 차단 주파수 이상 주파수의 신호를 감쇠시켜 차단 주파수 이하의 주파수 신호만 통과시키는 필터를 의미
Anti-Aliasing Filtering: 저주파 통과 필터
ADC: Analog-to-digital converter 아날로그 전기 신호를 디지털 전기 신호로 변환하는 전자 회로
Dynamic range: 특정한 양을 추정할 수 있는 최대값과 최소값 사이의 비이다.
Linear Phase FIR Filter: 위상 응답의 선형(일직선화)이 가능한 필터
bit: 데이터의 부호
Dual Port Memory: 램의 한 종류로 다수의 읽거나 쓰기가 동시에 가능하다.
Access: 컴퓨터 데이터 또는 리소스를 어떤 방식으로든 사용할 수 있는 권한 또는 할당 된 권한
Parameter: 매개변수(媒介變數), 파라미터(parameter), 모수(母數)는 수학과 통계학에서 어떠한 시스템이나 함수의 특정한 성질을 나타내는 변수를 말한다.
Imaginary: 실수가 아닌 복소수
Spectrum: 파동의 성분을 주파수에 따라 연속적으로 배열한 것.
Overall RMS: 스펙트럼에서 rms의 부가단위로 나타난 주파수 별 진폭들을 파워합산한 값
Octave Band: 주파수가 두배의 차이가 나는 주파수 영역을 의미한다.
DB: DataBase 통합하여 관리되는 데이터의 집합체를 의미한다.
ADC = Analog to Digital Converter
FFT = Fast Fourier Transform
IFFT = Inverse Fast Fourier Transform
LPF = Low Pass Filtering
PoE = Power Of Ethernet
L: 센서와 센서의 거리
d: 센서와 센서의 거리 - 니크 발생한 위치에서 가장 가까운 센서 값 * 2
b: 센서와 센서의 거리 - 니크 발생한 위치에서 가장 가까운 센서 값 * 2
a: 니크와 가장 가까운 센서와의 거리
c: 니크와 가장 가까운 센서와의 거리
100: Piping 101, 102: Vibration detection sensor
200: Control device 210: Amplifier part
220: LPF part 230: Delta-Sigma ADC part
240: FPGA part 250: CPU Up Board part
300: display unit
[abbreviation]
BTLD: Boiler tube leak detection system
Membrane Well: Wall inside the boiler
IGCC: Integrated Gasification Combined Cycle (Coal Gasification Combined Cycle Power Plant)
Pressure Vessel Wall: Wall outside the boiler.
Cross Correlation:
Leak: A symptom that appears when the evaporator tube bursts or cracks.
LP: A device that receives, amplifies and transmits vibration signals
RECEIVE UNIT: Receiving device
Acoustic: acoustics
SGCC: Syngas heat exchanger
Logic: logical flow
FPGA: field programmable gate array (semiconductor device with designable logic elements and programmable internal circuitry)
RTC: Real Time Clock
RS-232: RS-232 (Recommended Standard 232) is a standard introduced in 1960 and is a serial interface that connects a PC, audio coupler, modem, etc.
PoE: Power Of Ethenet A networking feature defined by the IEEE 802.3af and 802.3at standards. PoE allows you to power network devices over an Ethernet cable over an existing data connection.
Analog: Expressing a numerical value as a physical quantity that changes continuously due to external causes, such as 'length', 'angle', or 'current'.
Digital: A method of processing analog using discrete numbers with a specific minimum unit, rather than continuous real numbers.
LPF: Low Pass Filtering A low-pass filter refers to a filter that attenuates signals with frequencies above a specific cutoff frequency and passes only signals with frequencies below the cutoff frequency.
Anti-Aliasing Filtering: Low-pass filter
ADC: Analog-to-digital converter Electronic circuit that converts analog electrical signals into digital electrical signals
Dynamic range: The ratio between the maximum and minimum values that can estimate a specific quantity.
Linear Phase FIR Filter: A filter capable of linearizing the phase response.
bit: sign of data
Dual Port Memory: A type of RAM that allows multiple reads or writes simultaneously.
Access: Permission or assigned permission to use computer data or resources in any way.
Parameter: In mathematics and statistics, a parameter refers to a variable that represents a specific characteristic of a system or function.
Imaginary: A complex number that is not a real number
Spectrum: A continuous arrangement of wave components according to frequency.
Overall RMS: Power sum of amplitudes for each frequency shown in the spectrum as an additional unit of rms
Octave Band: This refers to the frequency range where the frequency is twice the difference.
DB: DataBase refers to a collection of data that is integrated and managed.
ADC = Analog to Digital Converter
FFT = Fast Fourier Transform
IFFT = Inverse Fast Fourier Transform
LPF = Low Pass Filtering
PoE = Power of Ethernet
L: Distance between sensors
d: Distance between sensors - sensor value closest to the location where the nick occurred * 2
b: Distance between sensors - sensor value closest to the location where the nick occurred * 2
a: Distance from nick to the nearest sensor
c: Distance from nick to nearest sensor

Claims (4)

석탄가스화 복합화력발전(IGCC) 가스화기의 Tube 위치별 가스화기 외부 Inlet/ Outlet Header에 배관으로부터 전달되는 진동신호를 감지하는 진동감지센서를 각각 설치된 제1, 2 채널(CH 1, CH 2)과,
상기 제1, 2 채널(CH 1, CH 2)로 부터 입력되는 미소 진동신호(ADC Data)를 분석하여 배관의 누설 상태 및 누설위치를 파악하여 저장하며, 원격지 서버로 전송하는 제어장치(200)를 구비하는 것을 특징으로 하는 석탄가스화 복합화력발전(IGCC) 가스화기 고온고압부 누설 조기감지 시스템.
The 1st and 2nd channels (CH 1, CH 2) and the 1st and 2nd channels (CH 1, CH 2) respectively have vibration detection sensors that detect vibration signals transmitted from the pipe to the external Inlet/Outlet Header of the gasifier for each tube location of the coal gasification combined cycle power plant (IGCC) gasifier. ,
A control device (200) that analyzes the micro vibration signal (ADC Data) input from the first and second channels (CH 1, CH 2), identifies and stores the leakage state and location of the pipe, and transmits it to a remote server. An early detection system for leakage in the high-temperature, high-pressure part of a coal gasification combined cycle power plant (IGCC) gasifier, characterized by having a.
제2항에 있어서,
상기 CPU Up Board파트(250)는
상기 제1, 2 채널(CH 1, CH 2)로 부터 입력되는 미소 진동신호에 대한 하드웨어적인 신호 증폭 기능을 하는 Amplifier 파트(210)와,
상기 Amplifier 파트(210)의 신호 레벨을 ADC 측정 범위의 신호 레벨로 변환함과 동시에 샘플링 시에 발생 될 수 있는 엘리어싱 고주파 신호를 제거하는 LPF(Low Pass Filtering) 파트(220)와,
상기 LPF 파트(220)를 통해서 1차 Anti-Aliasing Filtering 처리를 후 2차 Anti-Aliasing 처리하는 Delta-Sigma ADC 파트(230)와,
상기 Delta-Sigma ADC 파트(230)를 제어하여 양자화된 ADC 데이터를 취득하고 내부 Dual Port Memory에 데이터를 저장하는 FPGA 파트(240)와,
상기 FPGA 파트(240)로 부터 취득한 ADC 데이터를 기반으로 한 신호처리 알고리즘을 수행하여 상기 배관의 누설 상태 및 누설위치를 판단하는 파라미터들을 생성하는 CPU Up Board파트(250)를 구비하는 것을 특징으로 하는 석탄가스화 복합화력발전(IGCC) 가스화기 고온고압부 누설 조기감지 시스템.
According to paragraph 2,
The CPU Up Board part (250) is
Amplifier part 210 that performs a hardware signal amplification function for the small vibration signal input from the first and second channels (CH 1, CH 2),
An LPF (Low Pass Filtering) part 220 that converts the signal level of the amplifier part 210 to a signal level in the ADC measurement range and simultaneously removes aliasing high-frequency signals that may occur during sampling,
A Delta-Sigma ADC part (230) that performs primary anti-aliasing filtering through the LPF part (220) and then secondary anti-aliasing processing,
An FPGA part (240) that controls the Delta-Sigma ADC part (230) to acquire quantized ADC data and stores the data in an internal Dual Port Memory;
Characterized by having a CPU Up Board part 250 that generates parameters for determining the leakage state and leakage location of the pipe by performing a signal processing algorithm based on the ADC data acquired from the FPGA part 240. Early detection system for leakage in the high-temperature, high-pressure part of a coal gasification combined cycle power plant (IGCC) gasifier.
제1항에 있어서,
상기 제어장치(200)는
상기 제1, 2 채널(CH 1, CH 2)에서 전송되는 미소 진동신호(ADC Data)를 이용하여 각 채널별 Time wave Data 생성과 Spectrum Data 생성하는 단계와,
상기 Time wave Data 생성과 Spectrum Data 생성하는 단계에서 생성된 1,2 채널의 Filtered-Time Wave Data에 대해서 Cross Correlation 연산을 수행하여 두 개 채널의 상호 유사성을 판단할 수 있는 Cross-Time Wave Data를 생성하며,
상기 Cross Correlation 수식은
로 하며,
상기 수식에서 f(t)= 센서1의 시간축 ,g(t)= 센서2의 시간축 ,τ= 시간축, dt = 치환적분수식 이며, (f는 센서1 g는 센서2일 때 센서1의 시간축과 센서2의 시간축에서 위상차에 대한 적분을 의미하며 f*g(τ)의 관계는 f*g와 f(t)g(t)의 위상값을 더한 수식으로 해석된다.)
상기 2개 채널의 상관성을 검사하는 Cross-Time Wave Data는 가운데 중앙위치의 데이터를 기준으로 2개 채널의 지연정도에 따라서 2개 신호의 위상차가 발생되면 누설로 판단하며,
또한, 누설로 판단되면,
배관 재질에 대한 진동 전파 속도와 Sampling Rate(96000Hz)를 적용하여 2개 신호의 시간지연 차이를 계산하고, 2개 신호의 시간지연 차이가 계산되면, 2개 센서가 설치되어 있는 실제 위치 거리를 반영하여 Leak위치를 추적하는 것을 특징으로 하는 석탄가스화 복합화력발전(IGCC) 가스화기 고온고압부 누설 조기감지 시스템.
According to paragraph 1,
The control device 200 is
Generating time wave data and spectrum data for each channel using the minute vibration signals (ADC data) transmitted from the first and second channels (CH 1, CH 2);
Cross-correlation operation is performed on the filtered-time wave data of channels 1 and 2 generated in the time wave data generation and spectrum data generation steps to generate cross-time wave data that can determine the mutual similarity of the two channels. And
The above Cross Correlation formula is
and
In the above formula, f(t) = time axis of sensor 1, g(t) = time axis of sensor 2, τ = time axis, dt = substitution integral equation, (f is sensor 1, g is sensor 2, and g is the time axis of sensor 1 It refers to the integration of the phase difference on the time axis of sensor 2, and the relationship between f*g(τ) is interpreted as a formula that adds the phase values of f*g and f(t)g(t).)
Cross-Time Wave Data, which checks the correlation of the two channels, is judged as a leak if a phase difference between the two signals occurs depending on the degree of delay of the two channels based on the data at the center position.
Additionally, if it is determined to be a leak,
Calculate the time delay difference between the two signals by applying the vibration propagation speed and sampling rate (96000Hz) for the pipe material. Once the time delay difference between the two signals is calculated, it reflects the actual location distance where the two sensors are installed. An early detection system for leakage in the high-temperature, high-pressure part of a coal gasification combined cycle power plant (IGCC) gasifier, which is characterized by tracking the location of the leak.
제3항에 있어서,
상기 Leak위치를 추적은
상기 제1, 2 채널(CH 1, CH 2)의 Cross Correlation 수행으로 생성된 Timewaveform데이터는 수행된 개수의 반절(FFT_NUMBER/2) 지점이 기준점이 되며,
상기 기준점을 기준으로 뒤쪽은 CH 2가 CH 1에 대해서 지연되는 정도를 나타내고, 기준점을 기준으로 앞쪽은 CH2가 CH1에 대해서 앞서는 정도를 나타남에 따라서 FFT_NUMBER/2 개수를 기준으로(두 신호 지연 0 지점임) 최대 피크가 나타나는 지점이 뒤쪽에 있으면 CH 2 신호가 CH 1 신호 뒤에 있고(물리적으로는 CH 1쪽에 더 가까운 거리에서 리크가 발생된 경우), 최대 피크가 나타나는 지점이 앞쪽에 있으면 CH 2 신호가 CH 1 신호보다 앞에(물리적으로는 CH2쪽에 더 가까운 거리에서 리크가 발생된 경우) 발생된 것으로 판단되며,
Cross Correlation통과된 Timewaveform에서 최대 진폭이 나타나는 위치는 FFT_NUMBER/2 지점을 기준으로 좌/우로 찾도록 구현하는 것을 특징으로 하는 석탄가스화 복합화력발전(IGCC) 가스화기 고온고압부 누설 조기감지 시스템.
According to paragraph 3,
Tracking the location of the leak is
For the Timewaveform data generated by performing cross correlation of the first and second channels (CH 1, CH 2), the reference point is half of the number performed (FFT_NUMBER/2),
Based on the above reference point, the back side indicates the degree to which CH 2 is delayed with respect to CH 1, and the front side relative to the reference point represents the degree to which CH2 is ahead of CH1, so based on the number of FFT_NUMBER/2 (two signal delay 0 point ) If the point where the maximum peak appears is at the back, the CH 2 signal is behind the CH 1 signal (physically, if the leak occurred at a closer distance to CH 1), and if the point where the maximum peak appears is at the front, the CH 2 signal is behind the CH 1 signal. It is judged to have occurred before the CH 1 signal (physically, if the leak occurred at a closer distance to CH2),
An early detection system for leakage in the high-temperature, high-pressure part of a coal gasification combined cycle power plant (IGCC) gasifier, which is characterized by finding the position where the maximum amplitude appears in the Timewaveform that has passed Cross Correlation to the left and right based on the point FFT_NUMBER/2.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101546889B1 (en) 2014-09-05 2015-08-24 주식회사 오르비스 System and method for sencing leak of boiler tube
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101546889B1 (en) 2014-09-05 2015-08-24 주식회사 오르비스 System and method for sencing leak of boiler tube
KR102038689B1 (en) 2018-06-14 2019-10-30 한국원자력연구원 Apparatus for sensing leakage of pipe using distance-difference frequency analysis and method thereof
KR102412731B1 (en) 2021-11-30 2022-06-27 산일전기 주식회사 Eco-friendly GIS that can detect dry air leakage using high sensitive vibration sensor and the method using it

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