KR920002017B1 - 온도감지장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

온도감지장치 및 그 방법

제1도는 본 발명의 절연된 증기 주입관의 종단면도.

제2도는 본 발명의 다른 실시예를 도시하며 제1도와 유사한 도면.

제3도는 쿠폰 유무에 따라 초음파장치에서 발생된 신호를 도시한 도면.

본 발명은 온도감지기술, 특히 예정온도에서 접착이 해제되는 접착제를 사용하는 부품에 미리 결합되는 쿠폰의 유무에 따라 부품을 시험하여 주위온도 이상의 예정온도로 부품의 노출을 유지하는 새롭고 유용한 온도감지장치에 관한 것이다.

중유와 타르 샌드는 액체 탄화수소의 미개발 자원이며 이는 종래의 원유 생산량이 감축될 것에 대비하여 생산량이 점차 증가될 것이다. 그러나 이 퇴적물은 경제적인 측면에서 유정을 개발하기전에 가열하여 점성을 낮추어야 한다. 가열하는 주된 방법은 연속적으로(증기 압송)또는 주기적으로(증기 자극이나 증기압축 반복 하중) 증기를 주입하는 것이다. 증기를 긴 주입관을 통하여 주입시키는 경우에 매장된 원유를 덮고 있는 암석(높이 약 150m에서 2100m정도까지)에 막대한 양의 열 에너지를 상실한다.

증기 주입과정을 실시하던 초기단계에서는 열손실 방지를 위한 절연장치를 설치하는 것이 유가에 비해 타당하지 못했으나 현재는 유가가 30불 또는 그이상에 달하므로 유정의 증기 주입관용 절연장치를 설치하는 것이 경제적으로 타당하다. 비절연상태를 표시하는 과도하게 선택된 온도에 부품이 노출되는 것을 감지하는 방법에는 여러가지가 있다. 이는 열전대, 써미스터, 온도계, 광학온도계 또는 적외선 카메라 등을 사용한 표면온도 감지 실시간을 포함한다.

유체온도 입출력 감지장치는 완전절연을 시키기 위해 사용된다. 여기서 완전절연 부품은 유체운반용으로 설계된다. 또, 절연이 감소되면 효율이 떨어지므로 연료소비율, 즉 효율 대 출력의 비는 절연상태를 표시한다.

상기 방법에서, 부품이 주위온도까지 냉각되면 열손실이 더 이상 나타나지 않는다. 이런방법은 실제 작업시간동안 실시해야 하므로 실제 작업시간을 감지할 수 있는 경우에만 사용되었다.

비직경 온도감지 기술은 직접 완전절연을 행하거나 절연의 완벽성이 요구된다. 이때 부품은 시험하기 위해 제거한다.

어떤 기술에서는 유도가열기를 사용하여 유도 열류(熱流)를 적외선 카메라나 다른 온도감지장치로 검사한다. 또 부품을 루우프 내에 배치하여 열효율을 측정할 수 있다.

열손실은 미리 과열되었던 부품이나 어떤 부위의 상태를 조사함으로써 비직결 상태에서 측정할 수 있다. 시각으로 심한 붕괴, 즉 예를 들어 과열로인한 부품의 변형이나 용융등으로 측정할 수도 있다.

정상표면의 변색도 열손실을 감지하는 단서가 된다. 이 변색으로 템퍼링온도 변화를 알수 있다. 특정 온도에서 색이 영구적으로 변화한다는 개념은 화학공업에서 저장탱크등에도 적용할 수 있다. 그러나 거칠은 외부환경, 특히 매장된 냉결원유를 채굴하기 위해 증기가 주입되는 유정같은 환경속에서는 사용하기 곤란하다. 이런 매장된 원유 채굴하기 위해 증기를 주입하는 방법이 공지되어 있다.

공지의 방법에서는 증기를 절연된 증기 주입관으로 주입하는데 이 증기주입관은 열 절연체를 사용하거나 진공을 만들어서 절연시키는 환상간극을 형성하는 동축내외관으로 구성된다. 동축 내외관 사이를 절연한 것으로는 예를 들어 알렉산더 외 몇명이 특허받은 미합중국 특허 제3,574,357호와 독일 특허 받은 미합중국 특허 제3,478,783호에 기재되어 있다.

본 발명의 목적은 선택된 온도 즉 예를 들어 부품에 절연체를 사용하지 않을때의 온도에 대응하는 주위온도 이상의 과도하게 선택된 온도에 부품이 노출되는 것을 측정하기 위한 방법과 장치를 포함하는 기술에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 쿠폰이라고 하는 얇은 웨이퍼가 선택된 온도 또는 그 이상의 온도에서 용융되거나 분해되는 물질을 포함하는 부품 표면에 부착된다. 작동온도가 예정 한계치를 초과하면 쿠폰이 떨어져서 열손실를 예고하게 된다.

본 발명은 열 전대 같은 민감한 측정장치를 사용하기 곤란한 유정내에서 특히 유용하다. 웨이퍼, 즉 쿠폰은 환경에 따라 특수온도에서 용융되는 동합금 또는 땜납등의 접착제를 사용하여 플라스틱이나 다른 재료, 즉 에폭시 수지등으로 형성할 수 있다.

다양한 온도 범위에서 사용하는 복수개의 쿠폰의 절연을 확실하게 해야하는 부품에 알맞게 사용할 수 있다. 또, 단일 쿠폰 또는 웨이퍼도 사용할 수 있다.

쿠폰은 부품내, 외측에 접착할 수 있다. 유정같이 특히 거칠은 환경에서는 관형부품의 외관 내측에 쿠폰을 부착시키는 것이 가장 양호하다.

접착제가 분해되어 외관의 내표면과 쿠폰사이의 접착이 해제되면 초음파 변환기를 사용하여 감지하게 된다.

따라서 본 발명의 다른목적은 선택된 온도까지만 유지되는 접착제를 사용하여 부품에 쿠폰을 접착시키며 선택된 온도 이상에서는 접착제가 부품에 쿠폰을 부착시키지 않으며 이로써 부품에 쿠폰이 부착되어 있는지 떨어졌는지를 측정하여 작동중에 주위온도 이상의 선택된 온도에 부품이 노출되는 것을 감지하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 선택된 온도까지만 유지되는 접착제를 사용하며 외관 내외측 표면중 적어도 하나에 접착되는 쿠폰을 부착한 서로 동축인 외관, 내관, 내외관 사이의 절연체로 구성되고 작동중 주위온도 이상의 선택된 온도로 장치가 노출되는 것을 감지하는데 사용하는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 외형이 단순하고 구조적으로 견고하고 제조하는데 경제적이며 부품이 선택된 온도에 노출되는 것을 감지하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 원리를 이해하기 위해 첨부 도면을 참조하여 실시예에 의거, 상세히 설명하겠다.

제1도에 도시된 본 발명의 실시예를 참조하면 절연된 증기 주입관(30)의 외관(20)의 외표면에 접착시킬 수 있는 웨이퍼, 또는 쿠폰(10)을 사용하고 있다. 증기 주입관(30)은 또 절연재로 채워지거나 진공으로 노출하거나 하여 외측 부품으로부터 내측 부품을 절연시킬 수 있는 외관에 환상공간(24)을 형성하는 외관(20) 및 내관(22)을 포함한다. 내관(22)으로 형성되는 내부공간(26)은 공지의 방법으로 증기 흐름을 수용한다. 환상공간(24)을 절연시키지 않으면 외관 또는 부품(20)이 주위온도와 예정한계 온도이상의 온도에 노출된다. 절연하지 않으면 작동효율이 급격히 감소하여 유정에서 원유를 채굴하는데 사용하기 전에 증기가 많은 열을 상실하게 된다.

쿠폰(10)은 예정온도와 그 이상에서 용융 또는 분해되는 접착제를 사용하여 외관(20)에 접착된다. 쿠폰(10)을 외관(20) 외측에 부착시키면 유정에서 부품을 제거하여 간단히 쿠폰이 부착되어 있는지 어떤지 시각으로 검사할 수 있어서 주위온도 이상의 온도에 노출되었는지 알 수 있다. 유정같이 거칠은 환경에서는 쿠폰이 경사진 단부가 제공되어 결합상태에서 기게적으로 떨어지지 않도록 형성한다.

본 발명의 다른 형태에서는 외관(20)의 내표면에 하나 또는 그 이상의 쿠폰(12)이 접착된다. 이때의 쿠폰이 부착되었는지 아닌지 알기 위해 시각으로 쉽게 판단할 수 없게 되며 따라서 제2도에 도시한 초음파 변환기(34)를 사용한다. 이런 초음파 변환기는 금속부재의 두께를 측정하는데 사용되며 1978년 바브콕 앤드 윌콕스 컴퍼니 회사 공보 ＂증기, 그 발생 및 사용＂의 31페이지 7,8째줄에 기재되어 있다. 초음파 변환기 이외에, 와전류 감지기와 X선 장치를 사용하는 다른 비파괴 검사법으로 외관(20)내표면에 쿠폰 또는 접착제의 유무를 감지하는데 사용할 수 있다. 이 기술은 본 발명의 청구범위 측면에서 보아 중요한 것이다.

초음파 변환기는 원래 부품의 벽 두께를 측정하는 것이다. 외관(20)을 따라 공지된 위치에 쿠폰(12)을 설치하면 초음파 표시장치(32)를 쿠폰 유무를 측정하는데 사용할 수 있다. 쿠폰 주위를 절연한다고 해도 외관(20)내표면에 더 이상 접착되지 않으므로 쿠폰과 내표면 사이에 형성된 접착면이 파괴되어 초음파 장치로 감지할 수 있다.

초음파 변환기(34)를 사용하는 초음파 장치(32)는 외관(20)을 통해 초음파를 발생, 주사시키며 쿠폰(12)이 부착된 경우에 쿠폰에도 마찬가지로 초음파를 발생·주사한다. 쿠폰 유무를 조사하는데는 음극관 표시장치(38)가 유용하다. 또, 벽 두께를 직접 인치 또는 밀리미터로 측정하는 디지탈 형 초음파 장치도 사용할 수 있다. 제3도에 도시한 바와 같이, 곡선(40)은 쿠폰이 떨어졌을 때 음극관 표시 장치의 곡선을 도시한 것이며 곡선(42)은 쿠폰이 제자리에 부착된 경우에 음극관 표시장치의 곡선을 도시한 것이다. 이 곡선은 도식적인 것이며 반드시 어떤 특수쿠폰과 변환기의 조합으로 이루어지는 응답을 직접 도시한 것은 아니다. 결합된 요소를 초음파 시험하는 것은 1960년 출판된 칼린 맥그로 힐의 ＂초음파＂ 제2판 270페이지에 기록되어 있다.

이 책에는 금속과 다른 재료사이의 결합은 초음파로 탐지할 수 있고 금속부재 뒷면과 거기 접착된 재료사이의 결합이 떨어질때 테스터의 신호가 달라진다.

본 발명의 장치를 제조하는 방법은 관부재의 길이에 따라 한개이상의 공지의 위치에 쿠폰(10 또는 12)을 부착하는 것이다. 이 관을 유정에서 증기주입용으로 사용하면 공지된 형태로 다시 파괴된다. 관은 외측에 부착된 쿠폰을 눈으로 보거나 각 스트링의 완전절연여부를 시험하기 위해 외측으로 부착된 쿠폰을 초음파장치로써 탐지할 수 있다. 이때 낡은 절연재료는 미래의 작동을 위해 제거한다.

본 발명의 장점은 온도집중효과를 쉽고 빠르게 표시할 수 있다는 것이다. 부품을 재가열할 필요도 없으며 휴대 가능한 시험장비도 빠른 방법으로 덜 숙련된 자가사용할 수 있으며 작동순서는 단순히 출-입-출의 순서이다. 선택된 온도에 노출되면 변색되는 페인트와 비교하면 본 발명은 페인트의 경우에서 만큼 오물이나 다른 화학반응으로 일어나는 오측(誤測)이 나타나지 않는 장점이 있다. 또, 변색이 되더라도 측정하는데 주관적 판단이 필요하지 않다.

[표 1]

접착제 자체를 쿠폰으로 사용할 수도 있다. 변환기는 특히 접착제가 금속일때 쿠폰의 두께뿐만 아니라 접착제의 두께도 측정한다. 접착제는 관을 굽기 위해(관표면으로부터 가스를 제거하기 위해 관을 가열하는 것)수평상태로 관의 환상공간에 배치할 수 있다. 관이 냉각되면 관이 수평상태를 유지하면서 접착제는 접착제가 외관내표면에 고착, 경화된다. 경화된 반죽을 형성하며 이 접착제를 수용하기 위해 외관에 작은 요기가 제공된다.

쿠폰이 절연재료에 의해 지지되기 때문에 제 위치에 유지되는 경우를 제외하고는 고온으로 인해 접착제가 용융 또는 분해되어 관바닥으로 떨어지지 않는다. 그러나 이 경우에 관 벽두께는 쿠폰이 벽에 접착되지 않은 경우 음파(보통 3내지 5메가헤르쯔의 파)가 쿠폰으로 방해받지 않는 경우에만 측정할 수 있다. 접착제는 기밀 고체 접착제이어야 한다. 쿠폰이 부분적으로만 접착되면 숙련된 조작자는 이를 알게되고 보조측량하기 위해 장치를 움직인다.

그러나 쿠폰을 접착제로 접착하는 경우의 장점은 쿠폰이 부착된 두께를 측정하기 쉽다는 것이다. 쿠폰은 외관 한쪽 단부로부터 특정거리를 측정함으로써 측정위치를 쉽게 결정할 수 있도록 원형링으로 형성할 수 있다.

링(40)은 쿠폰이 외관 외표면에 접착된 경우 이를 보호하기 위해 쿠폰주위에 용접한다. 또, 쿠폰은 또 다른 보호장치인 경사단부를 갖고 있다. 한편, 쿠폰은 외관(20)의 표면에 형성된 요흠 또는 놋치에 위치시킬 수도 있다.

제3도를 참조하면 X축은 신호가 반향되는 재료의 두께와 관계있는 시간을 표시한다. 축은 각 시간당 신호의 세기를 표시한다.

점(A,B)은 파가 재료내에서 반향될때 초음파 변환기로 측정한 변환기의 여기 펄스강도를 표시한다. 점(C)은 벽두께를 표시한다. 점(D)은 벽표면에 대한 신호의 거의 모든 에너지의 반향을 표시하며, 점(E)은 벽두께를 통과한 신호의 반향을 표시한다. 물론 이때 에너지 손실이 발생한다. 점(F)은 대량의 에너지가 쿠폰을 통하여 계속 통과하는 신호에너지의 반향을 표시한다. 점(G,H,I,J)은 각 방향에서의 계속적인 에너지 손실로 인한 쿠폰에서의 신호반향을 표시한다. 따라서, 거리(K)는 쿠폰의 두께를 표시한다. 내관과 외관사이에 형성되는 환상공간은 섬유질 절연재 또는 절연하거나 열장벽을 형성하기 위해 진공을 형성하면 유리하다.

진공을 형성한 경우 그 공간은 진공을 유지하기 위해 공간내로 이동할 수 있는 가스를 흡수하는 흡수재를 충진할 수도 있다. 이런 가스는 외관의 부식으로 인하여 발생하는 수소와, 내관으로부터 새어나오는 질소, 일산화탄소 또는 산소를 포함한다.

흡수재료(예를 들어 티타늄)는 내관에 인접 배치되어 400℉에서 700℉까지 끌어올려진 고온 증기에 노출되며 표류 가스를 더욱 효과적으로 흡수하도록 활성화된다.

본 발명의 특정실시예에 대하여 도시하고 본 발명의 원리를 상세히 설명하였으나 본 발명의 원리를 벗어나지 않는 범위내에서 다른 실시예가 있을 수 있다.

Claims (18)

1. 작동중에 주위온도 이상의 선택된 온도에 부품이 노출되는 것을 감지하는 방법이 있어서, 적어도 선택된 온도와 같은 온도에서 액화됨으로써 부품이 상기 선택된 온도에 노출되면 쿠폰(10,12)을 더이상 부품(20)에 부착시키지 않는 접착제를 사용하여 부품(20) 쿠폰(10,12)을 접착시키는 단계와, 작동을 개시하는 단계와, 쿠폰이 부품에 부착되어 있는지의 여부를 판단하기 위해 부품을 관찰하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도감지방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 접착제가 선택된 온도에서 분해되는 것을 특징으로 하는 온도감지방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 부품920)의 내면이 절연수단으로 절연되고 상기 선택된 온도에 도달되면 절연수단은 파괴되는 것을 특징으로 하는 온도감지방법.
4. 제3항에 있어서, 부품(20)의 내면에 쿠폰(12)을 접착시키는 것을 특징으로 하는 온도감지방법.
5. 제4항에 있어서, 쿠폰(12)이 부품에 부착되어 있는지 여부를 판단하기 위해 부품(20)을 조사하는 단계에서 쿠폰이 부품에 부착되었던 위치에서 부품과 쿠폰을 통하여 음파로 두께를 측정하는 것을 특징으로 하는 온도감지방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 부품(20)의 외면에 쿠폰(10)을 접착시키고 쿠폰이 부품에 부착되어 있는지의 여부를 판단하기 위해 부품을 시각으로 관찰하는 것을 특징으로 하는 온도감지방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 접착제가 주석합금, 납합금, 은합금, 동합금으로 구성되는 그룹에서 선택한 땜납재료인 것을 특징으로하는 온도감지방법.
8. 작동중에 주위온도 이상의 선택된 온도에 부품이 노출되는 것을 감지하는 장치에 있어서, 적어도 선택된 온도와 같은 온도에서 액화됨으로써 부품(20)이 상기 선택된 온도에 노출되면 쿠폰(10,12)을 더이상 부품(20)에 부착시키지 않는 접착제로 부품(20)에 접착되는 쿠폰(10,12)을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도감지장치.
9. 절연증기주입관에 있어서, 외관과(20), 상기 외관(20)내에 설치되어 그 벽과 벽사이에 환형공간(24)을 형성하는 내관(22)과, 상기 내관(22)으로부터 외관(20)을 절연하기 위한 환형공간(24)속의 절연수단과, 적어도 선택된 온도와 같은 온도에서 액화됨으로써 외관이 상기 선택된 온도에 노출되면 쿠폰(10,12)을 외관(20)에 더이상 부착시키지 아니하며 외관이 선택된 온도에 노출되었음을 지시해주는 접착제로 외관(20)의 내면 또는 외면 중 적어도 하나에 부착되는 쿠폰(10,12)을 포함하는 것을 특징으로 하는 절연증기주입관.
10. 작동중에 주위온도 이상의 선택된 온도에 부품이 노출되는 것을 감지하는 방법에 있어서, 적어도 선택된 온도와 같은 온도에서 액화됨으로써 부품이 선택된 온도에 노출되면 더 이상 부품(20)에 점착하지 않는 접착제를 부품(20)에 도포하는 단계와, 작동을 개시하는 단계와, 부품(20)에 접착제가 점착되어 있는지의 여부를 판단하기 위해 접착제를 관찰하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도감지방법.
11. 제10항에 있어서, 각기 다른 용융온도를 갖는 적어도 두 종류 이상의 접착제를 부품(20)에 도포하는 것을 특징으로 하는 온도감지방법.
12. 제10항에 있어서, 각기 다른 용융온도를 갖는 두개의 다른 접착제를 사용하여 부품(20)에 적어도 두개 이상의 쿠폰(10,12)을 접착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도감지방법.
13. 제10항에 있어서, 부품이 절연증기 주입관(30)을 이루는 외관(20)과 외관 내측으로 이격된 내관(22)을 구비하여 그 사이에 환형공간(24)을 형성하고, 상기 접착제가 상기 외관의 내면 또는 외면중 적어도 하나에 도포되는 것을 특징으로 하는 온도감지방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 접착제를 사용하여 외관에 쿠폰(10,12)을 부가적으로 부착하는 것을 특징으로 하는 온도감지방법.
15. 제14항에 있어서, 쿠폰(10,12)이 경사진 단부를 갖는 것을 특징으로 하는 온도감지방법.
16. 제14항에 있어서, 상기 외관(20)의 외면에 접착제를 도포하고 쿠폰(10)을 부착하며, 쿠폰 보호용 링(40)을 쿠폰 주위에 설치하는 것을 특징으로 하는 온도감지방법.
17. 제1항 또는 제2항에 있어서, 쿠폰(12)이 부품(20)의 어느 한쪽에 부착되고 부품(20)조사단계에서 쿠폰이 상기 어느 한쪽에 부착되어 있는지의 여부를 부품의 다른쪽에서 관찰하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도감지방법.
18. 제10항에 있어서, 접착제가 부품(20)의 어느 한쪽에 도포되고 부품(20)조사단계에서 접착제가 상기 어느 한쪽에 점착되어 있는지의 여부를 부품의 다른쪽에서 관찰하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도감지방법.

Images