KR960001998B1 - 가스, 증기 등의 누설 검지 시스템 - Google Patents

가스, 증기 등의 누설 검지 시스템 Download PDF

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데루유끼 오노데라
사부로 다까하시
구니오 사까시따
요시노리 히로시게
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미쓰이도오아쓰가가꾸 가부시끼가이샤
사와무라 하루오
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Abstract

내용 없음.

Description

가스, 증기 등의 누설 검지 시스템
제1도는 본 발명의 일 실시예의 누설 검지 시스템이 적용된 플랜트의 평면도이다.
제2도는 샘플링 모듈(10)의 측면도이다.
제3도는 센서 모듈(20)내의 내부 구조를 나타내는 도면이다.
제4도의 (1)은, 풍향·풍속 측정 장치(30)의 측면도, (2)는 그 평면도이다.
제5도는 제1도의 플랜트에 있어서의 시뮬레이션 결과(풍향 변동폭과 검지 기대 확률의 관계)를 나타내는 그래피이다.
제6도는 본 발명의 제2의 실시예의 풍향 측정 장치의 평면도와 입면도이다.
제7도는 제2의 실시예에 있어서의 자연 풍향에 대한 편각과 대자연 풍속비의 평균치의 그래프이다.
제8도는 본 발명의 제3의 실시예의 풍향·풍속 측정 장치의 평면도와 입면도이다.
제9도는 제3의 실시예에 있어서의 풍속 변화를 나타내는 표이다.
제10도는 본 발명의 제4의 실시예의 풍향 측정 장치의 평면도와 입면도이다.
제11도는 제4의 실시예에 있어서의 자연 풍향에 대한 편각 θ와, 대자연 풍속비 R의 평균치의 관계를 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
M1∼M6: 모듈 10 : 샘플링 모듈
11 : 가스관 12 : 나사
13 : 공기 도관 14 : 공기 샘플러
20 : 센서 모듈 21 : 다리
22 : 케이스체 23 : 샘플 공기 입구 노즐
24 : 배플판 25 : 가스 센서
26 : 펀치 플레이트 27 : 샘플 공기 출구 노즐
28 : 단자 상자 29 : 신호선
30 : 풍향, 풍속 측정 장치 31 : 회전축
32 : 모터 33 : 열선식 풍속 측정 소자
34 : 차폐판 35 : 역류방지 베인
36 : 신호 처리 장치 37 : 신호선
38 : 차폐판 부착 다리 40 : 플랜트 야드
51 : 풍동(風洞) 52 : 기구
53, 56 : 열선 풍속 측정 소자 54 : 평행관
55 : 역류방지 베인 57a, 57b, 57c : 케이블
59 : 모터 58, 60 : 연산부
61 : 풍동 62 : 기구
62a, 62b, 62c, 62d : 구획 63a, 63b, 63c, 63d : 바람 도입구
64 : 간막이 판
65a, 65b, 65c, 65d, 66 : 열선 풍속 측정 소자
67a, 67b, 67c, 67d, 67e : 케이블 68 : 연산부
본 발명은 가스상, 액체상 또는 고체상으로 가연성 또는 유해한 물질은 취급하는 플랜트에 있어서, 이 플랜트의 장치, 설비에서 누설된 가스, 증기 등을 검지하는 가스, 증기등의 누설 검지 시스템, 및 누설원의 추정에 필요한 국소적인 풍향·풍속의 방법 및 풍향·풍속 측정 장치에 관한 것이다.
단일의 기계 장치, 설비 또는 이들이 집합하여 상호 파이프로 접속된 하나의 공장, 및 이들의 공장이 1개소에 집합하고, 상호 유기적으로 결합된 컴비네이트 등에 있어서의 화재, 폭발 혹은 유독 가스의 누설에 의한 사고, 재해 등의 피해는 국내, 국외를 불문하고 다수 보고되어 있고, 이들에 의한 피해는 피해의 규모가 커지면 이들의 피해 설비의 손실과 생산 정지로만 끝나지 않는다. 예를 들면, 방사성 물질을 취급하는 원자력 발전소 등에서는 전 직구적인 오염에 연계될 우려가 있다.
사고 발생 원인은 인간의 조작 실수로 인한 경우와, 기계 장치, 설비류의 불량에 의한 경우가 있지만, 보고되어 있는 사례의 대다수가 결국 가스 등의 누설이 최초의 현상으로서 발생하고, 이들 누설 가스에 어떤 점화원이 있어서 발화하고, 화재 또는 폭발에 이르는 케이스이다.
따라서, 가스 등의 누설을 누설량이 적은 조기에 발견하고, 처치를 취하게 되면, 이들의 사고의 많은 것을 미연에 방지하고, 사회적인, 자산의 손실을 최소한으로 그치게 할 수 있게 된다.
이와 같은 목적에 있어서, 일본에서는 소방법 및 고압가스 단속법 등의 법률로 일정 규모 이상의 사업소에 대하서 가스 누설 검지기의 설치를 의무화 하고 있고, 특히 후자의 법규중의 컴비네이트 등 보안 규칙 제8조 53호에 있어서는, 플랜트 등의 바깥가장자리에는 20m 간격으로 1개 이상의 소정 사양의 가스 누설 검지기를 설치하도록 구체적으로 규정되어 있다.
한편, 공장 또는 각종 시설을 관리하는 사업자측에서는 이들의 법규제 이외에 자위적으로 가스누설의 조기 발견에 다대한 노력을 기울여 왔다.
그러나, 현재에 있어서는 신뢰성이 높은 가스, 증기 등의 누설을 발견하는 누설 검지의 방법 및 누설이 발견된 경우, 누설 지점, 누설량 등을 추정하는 시스템은 확립되어 있지 않고, 결국은 인간이 플랜트내를 빈번하게 순회, 감시하여 이상의 발견에 힘쓰고 있는 것이 일반적 상황이다.
현재로서는, 플랜트내에 이산적으로 배치된 복수의 가스 검지기가, 플랜트내에서의 가스 누설을 발견하는 확률이 매우 낮을 뿐아니라, 가령 1개의 감지기가 발보(發報)했다 해도, 발보 신호의 시간적 지속이 짧고, 단속적이 되는 경우가 많기 때문에, 무엇이 참다운 누설 발견인 것인지, 모종의 노이즈에 의한 것인지, 제로점의 드리프트에 의한 것인지 등의 판단이 어렵고, 결국은 인간의 판단에 의지하게 되어 있는 것이 현재 상태이다.
또, 종래의 풍향·풍속은 연직축을 중심으로 하여 수평으로 회전하는 모형 비행기와 같은 형상이 전형적이고, 수평 부분의 선단에 프로펠라를 구비한 구조이고, 꼬리 날개로서 프로펠라를 가동시켜 비행기형 본체의 방향을 풍향과 일치시켜서, 이 방향 변화를 풍향으로서 지시시키고, 또한, 프로펠라 부분은 풍속에 비례한 회전 속도로 회전하고, 이 회전을 내부에 있는 소형의 발전기에 전하고, 그 전압 변화에 의하여 풍속을 지시하는 형식이 일반적이다.
그러나, 종래의 이형식의 것에서는 미소한 풍속으로는 잘 동작하지 않는 결점이 있다.
예를 들면, 1m/초 이하의 풍속하에서는 회전이 완만하기 때문에, 풍향·풍속 지시정도(指示精度)가 불량해지고, 더욱이, 0.5m/초 이하에서는 회전이 거의 정지하므로 측정 불능이 된다.
종래 형식의 결점이 또 하나는, 화재, 폭발의 위험이 존재하는 분위기에서 사용 가능한 방폭 구조품의 제작이 곤란한 점이다. 이 때문에 화학약품, 석유제품, 가스연료 등을 취급하는 장소에서의 사용이 제약된다.
방폭 구조품의 제작은 가능하지만 값이 비싸지는 외에, 방폭 구조로 하기 위한 일반적 방법으로서 프로펠라와 소형 발전기의 접속 부분의 시일(seal)을 하면 풍속의 측정 정도가 악화하는 불리한 점이 생긴다.
1m/초 이하 같은 미소한 풍속 측정의 필요성에 대해서, 일반적인 기상관측의 분야에 관해서는 여기에서 언급하지 않지만, 공장, 사무소 등에 있어서의 환경 측정을 위한 풍향·풍속의 측정, 특히, 이들 장소에서의 유해 가스, 증기 등의 누설에 대한 확산 상황의 예측, 및 누설원의 추정에는 이와같은 미소한 풍송의 정도가 높은 측정이 필요해졌고, 또한, 이와같은 경우의 풍향·풍속의 측정에는 화재·폭발의 위험이 존재하는 분위기에서 사용가능한 것이거나 또는 측정정도(測定精度)를 손상하지 않고 방폭구조를 개조 가능한 것이어야 한다.
본 발명의 목적은, 신뢰성이 높은 가스, 증기 등의 누설검지 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 또다른 목적은, 미소한 풍속하에서도, 고정도로 풍향·풍속을 측정하는 방법과, 화재·폭발의 위험이 존재하는 분위기에서 사용가능하기 때문에, 본래적으로 방폭 구조이거나, 또는 측정 정도를 손상하지 않고 간단한 방폭 구조로 개조 가능한 풍향·풍속 측정 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 제1의 가스, 증기 등의 누설 검지 시스템은, 주변의 대기를 수집하는 플랜트내에 배치된 복수의 샘플링 모듈과, 상기 샘플링 모듈과 접속되고, 상기 샘플링 모듈에서 수집된 대기가 도입되고, 상기 플랜트내의 장치, 설비로부터 가스, 증기 등이 누설한 경우, 이 대기중에 함유되는 이들 누설 물질의 농도를 검출하는 센서를 내장한 센서 모듈과, 상기 샘플링 모듈중의 대기를 상기 센서모듈을 통해서 상기 흡입하는 흡인 펌프와, 국소적 풍향 및 국소적 풍속을 실시간적으로 측정하는 풍향·풍속 측정 장치를 구비하고, 상기 플랜트내의 장치, 설비로부터 발생하는 가스, 증기 등의 누설을 높은 확률로 발견한다.
본 발명의 제2의 가스, 증기 등의 누설 검지 시스템은, 관과, 양단이 개구되어 상기의 가스관에 상기 가스관 내부와 연이어 통하도록 부착된 복수의 공기 도관 및 이 도관의 선단에 접속되어 주변의 대기를 수집하는 공기 샘플러를 포함하고, 이 플랜트내에 배치된 복수의 샘플링 모듈과, 상기 샘플링 모듈과 접속되고, 상기 샘플링 모듈에서 수집된 대기가 도입되고, 상기 플랜트내의 장치, 설비에서 가스, 증기 등이 누설된 경우, 이 대기중에 함유되는 이들 누설 물질의 농도를 검출하는 센서를 내장한 센서 모듈과, 상기 샘플링 모듈중의 대기를 상기 센서 모듈을 통해서 상시 흡인하는 흡인 펌프와, 국소적 풍향 및 국소적 풍속을 실시간적으로 측정하는 풍향·풍속 측정 장치를 구비하고, 상기 플랜트내의 장치, 설비에서 발생하는 가스, 증기 등의 누설을 높은 확률로 단시간에 발견한다.
본 발명의 제3의 가스, 수증기 등의 누설 검지 시스템은, 주변의 대기를 수집하는 플랜트내에서 배치된 복수의 샘플링 모듈과, 상기 샘플링 모듈과 접속시켜서, 상기 샘플링 모듈에서 수집된 대기가 도입되고, 상기 플랜트내의 장치, 설비로부터, 가스 증기 등이 누설한 경우, 이 대기중에 함유되는 이들 누설 물질의 농도를 검출하는 센서를 내장한 센서 모듈과, 상기샘플링 모듈중의 대기를 상기 센서 모듈을 통해서 상시 흡인하는 펌프와, 국소적 풍향 및 국소적 풍속을 실시간적으로 측정하는 풍향·충속 측정 장치와, 가스, 증기 등의 누설이 발견된 경우, 상기 풍향·풍속 측정 장치에서 얻어지는 풍향 및 풍속의 데이터와, 상기 센서 모듈에서 검출된, 각 샘플링 모듈에서 수집된 대기중의 누설 물질의 농도치를 실시간적으로 해석하는 데이터 처리 장치를 포함하고, 상기 풍향 및 풍속 데이터의 실시간적 변동과, 이에 따라 변동하는, 각 샘플링 모듈에서 수집된 대기중의 누설 물질의 농도치의 변동을 이용함으로써, 가스, 증기 등의 누설 지점을 추정하고, 또 이들의 누설량을 실시간적으로 추정한다.
본 발명의 제1의 풍향·풍속 측정 방법은, 풍속 측정 소자를, 대략 서로 평행하게, 서로 마주대하는 2매의 차폐판의 사이에 배치하여, 상기 풍속 측정 소자와 이 2매의 차폐판을, 상기 풍속 측정 소자에 평행한 축의 둘레에 일체가 되어 회전시켜, 그 회전 각도에 대응하는 상기 풍속 측정 소자의 풍속 측정 데이터를 해석함으로써, 상기 풍속 측정 소자의 근방의 국소적 풍향 및 풍속을 측정한다.
본 발명의 제1의 풍향·풍속 측정 장치는, 바람의 도입구 및 이것과 마주 대하는 바람의 배출구를 형성하도록, 대략 서로 평행, 및 서로 마주보고 배치된 2매의 차폐판과, 상기 도입구의 쪽을 향하도록 이들의 2매의 차폐판 사이에 배치된 측정 소자와, 상기 차폐판과 풍속 측정 소자를, 상기 2개의 차폐판 사이에 두고, 차폐판과 도입구에 대략 평행한 축의 둘레에 일체가 되어 회전시키는 모터와, 상기 풍속 측정 소자의 회전 각도와, 이에 대응하는, 상기 풍속 측정 소자의 풍속 측정 데이터를 해석함으로써, 상기 풍속 측정 소자의 근방의 국소적 풍향 및 국소적 풍속을 측정하는 연산부를 가지며, 상기배출구는 점차 좁아져 있다.
본 발명의 제2의 풍향 측정 방법은, 바람의 도입구와 배출구를 갖추고, 내부에는 1개의 풍속 측정 소자가 부착된 자연 통풍식의 기구의 상기 풍속 측정 소자에 면하는 바람의 방향과 기구밖의 자연 풍향이 이루는 각도와, 상기 풍속 측정 소자의 지시 풍속과 상기 기구밖의 풍속 측정 소자가 나타내는 자연 풍속과의 비(比)의 관계를 사전에 구하여 놓고, 자연 풍향을 측정하려고 하는 장소에 상기 기구를, 그 외부에 풍속 측정 소자를 각각 설치하고, 상기 기구안의 풍속 측정 소자의 지시 풍속과 상기 기구밖의 풍속 측정 소자가 나타내는 자연 풍속과의 비를 구하고, 이 비와 상기 관계에서 자연 풍향을 구한다.
본 발명의 제2의 풍향 측정 장치는, 바람의 도입구와 배출구를 갖추고 내부에 1개의 풍속 측정 소자가 부착된 자연 통풍식의 기구와, 이 기구 바깥에 설치된 1개의 풍속 측정 소자와, 사전에 구해진, 상기 풍속 측정 소자에 면하는 바람의 방향과 기구밖의 자연 풍향이 이루는 각도와, 상기 기구안의 풍속 측정 소자의 지시 풍속과 상기 기구밖의 풍속 측정 소자가 나타내는 자연 풍속과의 비의 관계와, 상기 지시 풍속에서 자연 풍향을 구하는 연산부를 갖는다.
본 발명의 제3의 풍향 측정 방법은, 내부가 4개 내지 16개의 구획으로 간막이 되고, 각 구획에 바람의 도입구와 배출구를 갖추고, 각 구획내에 1개의 풍속 측정 소자가 부착된 자연 통풍식의 기구의 상기 각 풍속 측정 소자에 면하는 바람의 방향과 기구밖의 자연 풍향이 이루는 각도와, 이 풍속 측정 소자의 지시 풍속과 상기 기구밖의 풍속 측정 소자가 나타내는 자연 풍속과의 비의 관계를 사전에 구해 놓고, 자연 풍향을 측정하려고 하는 장소에 상기 기구를, 그 외부에 1개의 풍속 측정 소자를 각각 설치하고, 상기 기구안의 각 풍속 측정 소자의 지시 풍속과 상기 기구밖의 풍속 측정 소자가 나타내는 자연 풍속과의 비를 구하고, 이 비와 상기 관계에서 자연 풍향을 구한다.
본 발명의 제3의 풍향 측정 장치는, 횡단면이 등각도의 부채꼴을 이루는, 4 내지 16개의 구획으로 내부가 간막이된 원통형의 기구로서, 이 기구의 원통면에는 상기 구획의 개수와 동일한 개수의 바람 도입구가 원주방향으로 등간격으로, 원통의 중심선에 대해서 모두 동일한 각도를 이루도록 설치되고, 상기 기구의 상면 또는 하면에는 각 구획안과 기구밖을 연이어 통하게 하는 바람 배출구가 설치되고, 상기 각 구획내에는 이 바람 도입구가 뻗어나가는 방향과 직교하도록 1개의 풍속 측정 소자가 설치되어있는 기구와, 이 기구밖에 설치된 1개의 풍속 측정 소자와, 상기 기구내의 각 풍속 측정 소자가 상기 기구의 중심선에 대해서 이루는 각도와, 상기 기구안의 이 풍속 측정 소자의 지시 풍속과, 상기 기구밖의 자연 풍속 측정 소자가 나타내는 자연 풍속과의 비의 관계를 얻고, 상기 기구내의 모든 풍속 측정 소자에 관한 상기 관계를 해석하여 자연 풍향과 자연 풍속을 구하는 연산부를 갖는다.
본 발명의 제4의 풍향·풍속 측정 방법은, 바람의 도입구와 배출구를 갖추고, 내부에 1개의 풍속 측정 소자가 설치되고, 내부의 통풍 저항이 무시될 수 있는 자연 통풍식의 기구를 자연 풍향과 자연 풍속을 측정하려고 하는 장소에 설치하고, 상기 기구를 회전시키면서, 상기 풍속 측정 소자에 의하여 풍속을 연속적으로 측정하고, 측정된 풍속중의 최대치를 자연 풍속으로 하고, 이 최대치의 풍속에 대한 상기 기구의 회전 위치를 자연 풍향으로 한다.
본 발명의 제4의 풍향·풍속 측정 장치는, 바람의 도입구와 배출구를 갖추고, 내부에 1개의 풍속 측정 소자가 설치된 자연 통풍식의 기구와, 상기 기구를 회전시키는 모터와, 상기 모터에 의하여 상기 기구를 일정속도로 회전시키면서, 상기 풍속 측정 소자 에 의하여 풍속을 연속적으로 측정하고, 얻어진 기구의 회전 각도의 풍속을 기억하고, 측정된 풍속중의 최대치를 자연 풍속으로 하고, 이 최대치의 풍속에 대한 상기 기구의 회전 위치를 자연 풍향으로 하는 연산부를 갖는다.
본 발명의 제5의 풍향 측정 방법은, 자연 풍향과 자연 풍속을 측정하려고 하는 장소에, 바람은 도입구와 배출구를 갖추고, 내부에 1개의 풍속 측정 소자가 설치된 자연 통풍식 기구를, 그 외부에 1개의 풍속 측정 소자를 설치하고, 상기 기구를 회전시키면서, 상기 양 풍속 측정 소자에 의하여 풍속을 연속적으로 측정하고, 상기 기구안의 풍속 측정 소자의 지시 풍속의, 상기 기구밖의 풍속 측정 소자가 나타내는 자연 풍속에 대한 비를 구하고, 이 비의 최대치에 대한, 상기 기구의 회전 위치를 자연 풍향으로 한다.
본 발명의 제5의 풍향 측정 장치는, 바람의 도입구와 배출구를 갖추고, 내부에 1개의 풍속 측정 소자가 설치된 자연 통풍식의 기구와, 상기 기구를 회전시키는 모터와, 상기 기구에 설치된 1개의 풍속 측정 소자와, 상기 모터를 일정 속도로 회전시키고, 상기 기구안의 풍속 측정 소자의 지시 풍속의 상기 기구밖의 풍속 측정 소자가 나타내는 자연 풍속에 대한 비를 구하고, 이 비의 최대치에 대한 상기 기구의 회전 위치를 자연 풍향으로서 구하는 연산부를 갖는다.
복수의 샘플링 모듈을 플랜트내의 장치, 설비의 주변에 배치하고, 이들 샘플링 모듈을 통해서 설비의 주변의 대기를 흡인 펌프로 흡인하여 각 샘플링 모듈에서 흡인된 대기중의 누설 물질의 농도를 센서 모듈에서 검출한다. 통상, 플랜트내에 가스, 증기 등의 누설이 없는 경우는, 어느 센서 모듈도 농도 제로를 나타내고 있다. 만약, 어느 하나의 샘플링 모듈에 접속되어 있는 센서 모듈이 제로가 아닌 농도를 검지하면, 이것은 이 샘플링 모듈의 근방의 어느 하나의 누설이 있는 것을 나타낸다.
일반적으로, 플랜트의 상공(上空) 및 바깥둘레는 바람이 불고 있고, 이에 의하여 누설 지점의 근방에도 바람이 불고 있다. 이들 누설 지점의 근방의 국부적인 풍향과 풍속은, 플랜트 내부의 다수의 장치류 등의 장해물의 영향도 있어, 상공 및 바깥둘레의 상태와는 현저하게 상이한 경우가 많고, 또 상공의 기상적 풍향 변동에 따라 시간적으로 어떤 폭으로 항상 변하고 있다. 복수의 샘플링 모듈이 플랜트내의 장치, 설비의 주변에, 예를 들면 그 플랜트를 에워싸도록 배치되어 있으면, 만약 플랜트내에 어떤 누설이 있는 경우는, 풍향의 변동에 의하여 통상 어느것인가의 샘플링 모듈에 접속된 센서 모듈에 이 누설이 검지되게 된다.
누설원 주변의 풍향 변동에 의하여, 누설을 검지하는 샘플링 모듈이 시간과 함께 변하고, 또한, 검지 농도도 이에 따라 시시각각 변화하는 경우도 있다. 또한, 복수의 샘플링 모듈이 누설을 검지하는 경우도 발생한다.
여기에서, 각 샘플링 모듈의 근방에 풍향·풍속 측정 장치를 설치하고, 센서 모듈에서의 농도치와 풍향·풍속 측정 장치에서의 풍향·풍속의 데이터를 중앙의 데이터 처리장치로 전송하고, 전수의 모듈세트를 표시하는 그래픽 화면상에 누설원 존재 가능 영역을 검지하고 있는 샘플링 모듈(복수도 있을 수 있음)에 대해서 풍향·풍속 측정 장치에 의하여 측정된 풍향의 바람이 불어오는 측에 누설원 존재 가능 영역으로서 작도하고, 풍향의 시간적 변동에 따른 누설된 존재 가능 영역의 변화를 시간에 대한 변동으로서 합성하고, 이들을 추적한다. 누설원은 통상 고정되어 있고, 급히 이동하는 일은 없다고 생각되므로, 이상과 같은 정보 처리에 의한 추적에 의하여, 누설원 존재 가능 영역을 풍향·풍속의 시간적 변동에 대해서 점차 좁혀감으로써 매시 1㎥ 이상의 누설이라면 1 내지 2시간 이내에 누설원을 특정(特定)할 수 있다. 또, 누설원 존재 가능 영역이 대략 특정된 시점에서, 누설을 검출하고 있는 센서 모듈의 농도 측정치와 풍향·풍속 측정 장치에서 얻어지는 풍향·풍속 데이터의 시간적 변화를 연립하고 해석함으로써 누설량의 계산이 가능하고(이들의 사이에는 후술과 같이 어떤 관계식이 성립하기 때문에), 그 경시 변화도 기록과 표시가 가능하다.
풍속 측정 소자내에서, 예를 들면 열선식 풍속 측정 소자(본문중에서는 종종, 단지 『소자』라고 약함)는, 어떤 종류의 금속의 세선을 미약한 전류로 주위보다 수십도 높은 정(定) 온도로 가열한 것이고, 이 소자에 자연의 바람이 접촉하면, 이 바람에 의하여 소자의 열이 빼앗기고, 소자의 온도가 저하한다. 이 온도의 저하량은 소자에 접촉하는 기체에 의한 단위 시간당의 열제거량에 비례하고, 따라서, 좁은 온도의 범위에서는 그 기체의 단위 시간당의 유량에 비례한다. 따라서, 소자의 온도 저하의 양을 전기 전도도의 변화 등을 이용하여 출력으로서 꺼내고, 풍속을 지시시키는 것이, 열선식 풍속 측정 소자의 측정 원리이다. 이 원리에 의한 풍속의 측정 감도는 매우 뛰어나고, 0.1m/초 정도의 미풍에서도 고정도의 측정이 가능하다. 열선식 풍속 측정 소자 이외의 것, 예를 들면, 비드관일지라도 근년에는 소형이고, 정밀한 사양의 것이 시판되어 있으므로 사용가능하다.
따라서, 본 발명에서 사용되는 풍속 측정 소자는, 본 발명의 『풍향의 변화에 따라서 외부의 자연풍의 풍향과 내부의 소자에 면하는 바람의 방향에 차가 생기는 구조의 기구』에 짜넣을 수 있고, 미풍에 있어서도 측정 정도가 높은 것이면 그다지 풍속 측정 소자의 종류는 한정되지 않는다.
풍속이 일정한 조건에서는, 이 소자에 면하는 바람의 방향과 자연풍향이 이루는 각도(편각) θ가 0°인 때에 이 소자의 지시 풍속은 최대가 된다. 편각 θ가 커짐에 따라서, 이 소자의 지시 풍속은 감소하고, 편각이 90°가 되면, 지시 풍속은 최소가 된다. 풍속 저항이 작은 구조의 기구를 사용한 경우에는, 이 최대 풍속치는 자연의 풍속과 대략 동등하다. 자연풍의 풍향·풍속이 여러가지로 변화하는 경우에도 소자의 자연 풍향에 대한 편각 θ와, 이 소자의 지시 풍속은 대자연 풍속비 R과의 관계는 대략 일정한 곡선으로 표시된다.
제2의 풍향 측정 방법은, 이 원리를 사용한 것으로, 소자의 자연풍향에 대한 편각 θ와, 소자의 지시 풍속의 대자연 풍속비 R과의 비의 관계를 사전에 구하여 놓고, 실제의 측정으로 구한 소자의 지시 풍속과 상기 관계에 의하여 자연 풍향을 구하는 것이다.
간단한 구조의 것으로서 2매의 평행판으로 구성되는 기구를 사용하는 경우에는, 기구내에 짜넣어진 소자의 자연 풍향에 대한 편각을 θ, 자연 풍속을 u로 하면, θ가 0°에서 90°의 범위에서는 이 소자의 지시 풍속 u'는 대략 다음식으로 표시할 수 있다.
u'=ucosθ
따라서, 이 경우는 기구내의 소자를 u'를 알고, 기구밖의 소자로 u를 알면 계산에 의하여 풍향을 구하기가 용이하다. θ가 90°에서 180°의 범위에서는 상기의 관계식은 u'=-ucosθ가 되므로 이 계산법에서는 0°에서 90° 범위와 동일한 u를 나타내는 각도가 존재하므로 그때의 풍향의 구별이 불가능하다. 이것을 해소하기 위하여 평행판의 바람의 통로의 한쪽에 역류방지 베인 또는 방풍체를 설치하고, 90°에서 180°의범위의 지시 풍속을 0에 가까이 하도록 한다.
여하튼, 기구내에 1개의 소자만을 짜넣는 이 방법에서는, 자연 풍향과의 편각 θ가 90°보다 커지면 풍향의 결정이 곤란해진다. 또한, 동일한 편각 θ라 할지라도, 좌우의 풍향의 구별이 불가능하다.
편각 θ와 대자연 풍속비 R의 관계를 조사하면, 편각 θ가 0° 내지 180°사이에서 커질수록, 대자연 풍속비 R의 변화폭이 작아지고, 특히 45°를 넘으면 대자연 풍속비 R의 변화폭은 급히 작아지는 것이 판명되었다.
따라서, 대자연 풍속비 R을 알고 편각 θ을 구하는 경우, θ가 0°에 가까울수록 풍향이 정확하게 구해지게 된다. 이 때문에, 기구내의 소자의 수를 증가시켜서, 1개의 소자에 대한 편각 θ의 폭을 작게할수록, 구하는 풍향은 정확해진다. 그래서, 제3의 풍향 측정 방향에서는, 4 내지 16개의 소자를 기구내에 짜넣는다. 설치 방각이 상이한 이들의 소자의 각각의 자연 풍향에 대한 편각 θ는 각각 상이하기 때문에, 지시 풍속도 각각 상이하다. 따라서, 대자연 풍속비 R도 각각 상이한 값을 나타낸다. 그래서, 본 방법에서는, 각각의 소자마다 몇개인가의 풍속에 관하여, 기구내의 소자의 풍향의 자연 풍향과의 편각 θ의 변화에 대한 이 소자의 지시 풍속의 대자연 풍속비 R의 관계(연립 방정식)를 구해 놓고, 이들 복수개의 관계와, 각 소자의 지시 풍속의 대자연 풍속비 R에서 자연 풍향을 결정한다. 또한, 극단의 경우, 16개의 소자를 기구내에 배치하면, 연립 방정식 없이, 최대의 대자연 풍속비 R을 나타내고 있는 소자의 배치 방각을 알면, 16방위까지는 대개의 측정이 가능하다.
또 소자의 배치 및 각 소장 주변의 바람의 통로의 구조가 기구의 연직 중심선에 대하여 서로 일정 각도인 대칭 구조의 기구를 사용하면 기구내의 소자의 자연 풍향에 대한 편각 θ와, 소자의 지시 풍속의 대자연 풍속비 R의 관계는 기구내의 모든 소자에 대해서 대략 동일하게 되므로, 대표로서 1개의 소자에 대하여 몇개인가의 풍속에 대해 자연 풍향과의 편각 θ에 대한 이 소자의 지시 풍속의 대자연 풍속비 R의 관계를 사전에 구해놓으면, 다른 소자에 대해서도 편각 θ가 일정각도 만큼 상이한 동일식이 적용될 수 있다.
하나의 풍향에 대해서는 기구내의 소자에 면하는 바람의 방각은 기구의 회전에 따라서 연속적으로 변화한다. 기구의 각 속도를 ω(도/분)으로 하면, 기준 시각에서의 시간 t(분) 인때의 이 소자에 면하는 바람의 방각은 기준 시각에 있어서의 이 소자에 면하는 바람의 방각(이하, 간단히『기준 방각』이라 약함)에 ω를 가한 값이 된다. 기구내의 소자의 편각 θ가 0°인 때가 이 소자의 지시 풍속이 최대가 되므로, 풍속이 일정하면 이 최대 풍속을 지시한 때가 풍향과 이 소자에 면하는 바람의 방각이 일치한 때이고, 이때의 이 방각은 기준 방각을 θ0(도)으로 하고, 이에 각속도 ω와 기준시간부터 이때까지의 경과 시간 t를 곱한 값 ωt를 더한 θ0+ωt가 되고, 이것이 측정 풍향이 된다. 기구가, 기구안의 통풍 저항이 무시될 수 있는 구조인 경우는, 이때의 이 소자의 지시 풍속이 그대로 풍속 측정치가 된다. 이것이 제4의 풍향·풍속 측정 방법의 원리이다.
기구밖에 자연 풍속을 측정하기 위한 다른 소자를 설치해 놓고, 기구안의 소자의 대자연 풍속비 R을 알 수 있도록 하면, 이 소자의 대자연 풍속비 R이 최대치를 표시할 때의 이 소자의 면하는 바람의 방각이 측정 풍향이고, 이 방각은 상기와 동일한 계산 방법으로 결정될 수 있다.
이것이 본 발명의 제5의 풍향 측정 방법이다. 이 경우는 풍속이 측정중에 변동하는 경우에도 이 소자의 대자연 풍속비는 연속하여 계산할 수 있으므로, 풍속의 결정을 정확히 할 수 있다.
[실시예]
다음에, 본 발명의 실시예에 관하여 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명은 이하에 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
제1도는 본 발명의 일 실시예의 누설 검지 시스템이 설치된 플랜트의 평면도, 제2도는 샘플링 모듈(10)의 측면도, 제3도는 센서 모듈(20)의 내부 구조를 나타내는 도면, 제4도의 (1), (2)는 풍향·풍속 측정 장치(30)의 구성을 나타내는 도면, 제5도는 제1도의 플랜트에 있어서의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
본 실시예는 액화 에틸렌 제조 플랜트에 적용된 일 실시예이고, 제1도에 나타낸 바와 같이, L1×L2=60m×40m의 플랜트 야드(40)내에, 샘플링 모듈(10)과 센서 모듈(20)과 풍향·풍속 측정 장치(30)로 이루어지는 6세트의 모듈 세트 M1, M2, ㎥, M4, M5, M6가 3세트씩 평행 배치되어 있다.
샘플링 모듈(10)은 지상 3 내지 5m의 높이에 배치되고, 제2도에 나타내는 바와 같이 일단이 닫히고, 타단이 열린, 길이 20m의 가스관(11)과, 이 가스관(11)내부에 연이어 통하도록, 나사(12)가 가스관(11)의 측면에 2m 간격으로 설치되고 양단이 열린 10개의 공기 도관(13)과 접속되고, 빗물의 침입을 방지하기 위하여 선단에 다공판이 설치되어 있는 원뿔형의 공기 샘플러(14)로 이루어지고, 가스관(11)의 개구단은 센서 모듈(20)을 거쳐서 흡인 펌프(도시않음)에 접속되어 있다. 또한 흡인 펌프는 복수개의 샘플링 모듈(10)을 결합하여 흡인하도록 해도 좋다. 이 샘플링 모듈(10)은 본 예에서는 플랜트내의 각 곳의 지상 3 내지 5m 높이에 배치하였지만, 플랜트의 상황에 따라서 적절한 높이에 배치할 수 있다. 또 샘플링 모듈(10)은 제2도와 같은 구조로 한정되는 것은 아니고, 3차원의 오픈된 공간의 다수의 지점에서 효율적으로 대기를 수집하고, 이들을 집합시키는 기능을 갖는 것이면 좋고, 예를 들면 다수의 구멍을 갖는 관도 가능하다.
센서 모듈(20)은, 제3도에 나타낸 바와 같이, 다리(21)로 지면에 설치되어 있고, 원통형의 케이스체(22)와, 샘플링 모듈(10)에서 수집된 공기를 케이스체(22)내에 도입하기 위한 샘플 공기 입구 노즐(23)과, 케이스체(22)를 반으로 칸막이 하는 배플판(24)과, 배플판(24)의 위쪽에 설치된 가스 센서(25)와, 가스 센서(25)를 포위하는 원통형의 펀치 플레이트(26)와, 펀치 플레이트(26)를 통과한 공기가 배출되는, 흡인 펌프와 접속된 샘플 공기 출구 노즐(27)과, 케이스체(22)의 상부에 설치되고, 가스 센서(25)와 접속된 단자 케이스(28)와, 신호선(29)으로 이루어져 있다.
샘플링 모듈(10)에서 수집된 공기는 샘플 공기 입구 노즐(23)에서 케이스체(22)내에 도입되고, 케이스체(22)의 반쪽부로 들어가고, 배플판(24)에 의하여 격리된 공간을 상승하고, 펀치 플레이트(26)의 원통측면에 열려진 복수의 구멍으로부터 센서 내부로 들어가고, 가스 센서(25)의 주위를 흘러서 케이스체(22)의 나머지 반쪽 부분을 하강하고, 샘플 공기 출구 노즐(27)에서 흡인 펌프로 유도되고, 펌프 출구에서 대기로 방출된다. 가스 센서(25)는 이 경우에, 에틸렌 가스의 검지 센서이다. 일반적으로 본 발명을 플랜트에 적용하는 경우는, 그 플랜트에서 취급하는 물질의 센서를 사용하지만 현시점에서 가장 바람직한 기종은 반도체식의 센서이고, 다중의 것이 시판되고 있다. 검지 감도는 높을 수록 좋지만, 5 내지 10ppm이 바람직하다. 검지된 신호는 신호선(29)을 거쳐서 데이터 처리 장치(도시 않음)로 보내진다.
본 실시예에서는 하나의 샘플링 모듈(10)에 하나의 센서 모듈(20)이 접속되어 있지만, 복수의 샘플링 모듈(10)을 하나의 센서 모듈(20)에 대응시키고, 센서 모듈(20)을 시간적으로 전환하여, 각 샘플링 모듈(10)에 접속하는 것도 가능하다.
풍향·풍속 측정 장치(30)는, 제4도에 나타낸 바와 같이, 회전축(31)이 대략 연직 방향으로 되도록 설치되고 매분 120°정도의 정속도로 회전하는 모터(32)와, 모터(32)의 회전축(31)에 유지된 열선식 풍속 측정 장치(33)와, 회전축(31)과 평행으로, 또한 회전축(31) 및 열선식 풍속 측정 소자(33)를 사이에 두고 서로 마주대하는 회전축(31)과 함께 회전하도록 차폐판 설치 다리(38)에 의하여 회전축(31)에 고정된 대략 동일한 2매의 차폐판(34)과, 이들 차폐판(34)으로 형성되는, 회전축(31)과 평행한 개구의 한쪽으로 향하여 양 차폐판(34) 사이를 흐르는 대기의 유로를 점차 좁히도록 차폐판(34)의상기 개구 근방의 내측에 설치된 역류 방지 베인(35)과, 차폐판(34)의 회전각에 대응하는 열선식 풍속 측정 소자(33)의 풍속 측정 데이터를 해석함으로써, 열선식 풍속 측정 소자(33) 근방의 국소적 풍향 및 국소적 풍속을 측정하는 신호 처리 장치(36)를 포함하고, 신호 처리 장치(36)의 측정 결과는 신호선(37)에 의하여 데이터 처리 장치로 보내진다.
풍향·풍속 측정 정치(30)의 출력 신호의 신호 강도 I는 차폐판(34)과 국소 풍향이 이루는 각도 θ 및 국소 풍속 u에 대해서 I=ucos θ의 관계에 근사한 곡선이 된다. 국소 풍향과 180°상이한 회전각에 대해서는 역류방지 베인(35)의 작동으로 국소 풍속 u는 작게 측정되고, 신호 강도 I의 출력도 작아지므로 참다운 풍향과 반대 풍향과는 구별될 수 있다. 따라서, 이 신호 강도 I의 시간 변화를 데이터 처리하면 국소 풍향과 국소 풍속을 동시에 측정할 수 있고, 이들의 실시간적 변화도 기록할 수 있다. 상기 역류방지 베인(35)은, 참다운 풍향과 정반대의 풍향과를 구별하기 위하여 설치된 것이며, 이것과 동일한 효과를 갖는(측정 풍속 u가 변화함)방법이라면 어느것이나 좋고, 상기 역류방지 베인에 한정되지 않는다. 예를 들면, 차폐판(34)의 대기 배출구측을 내측으로 구부려서, 배출구를 점차 좁게 해도 좋다.
또한, 풍향·풍속 측정 장치(30)는 누설 규모에 관한 정보를 특히 필요로 하지 않는 경우는 불필요하다. 따라서, 플랜트내에서의 가스, 증기 등의 누설 발견만에 본 발명을 적용하고, 풍향·풍속의 시간적 변동을 유효, 또한 적극적으로 활용하여, 플랜트내의 가스 누설을, 보다 신속, 보다 높은 확률로, 또한 외란의 노이즈 등의 영향을 배제하여 보다 확실하게 발견하는 경우는, 샘플링 모듈(10), 센서 모듈(20) 및 흡인 펌프만을 플랜트내에 적절히 배치하면 좋다. 이것만으로도 본 발명은 매우 큰 의의가 있고, 종래 고안된 적이 없었던 풍향·풍속의 자연 조건에 의한 변동의 적극적 활용과, 단일 검지기만의 이산적 배치와는 상이한 샘플링 모듈의 플랜트내 배치의 짜맞춤에 의하여 불의의 가스 누설을 확실, 신속, 명확하게 발견할 수 있다. 또, 이와 같은 풍향·풍속의 시간적 변동을 이용하는 방법은, 상기 플랜트 뿐만 아니라, 좁은 범위·소공간에서도 사용할 수 있다. 가스 누설지점 및 가스 누설량의 시간적 추이를 사람의 손을 통하지 않고 추정하고 싶은 경우에는 이 시스템에 더하여 풍향·풍속 측정 장치를 첨가하면 된다, 또, 샘플링 모듈(10)의 배치법은 대상 플랜트의 중요도에 따라 임의이고, 배치의 방법에 따라 누설 검지의 기대 확률이 어떻게 변화하는가를 아는 것은 시뮬레이션에 의하여 가능하고, 그 결과로부터 본 시스템을 희망하도록 설계할 수 있다.
각 센서 모듈(20)에서 검지된, 각 샘플링 모듈(10)에서 수집된 대기중의 가스 농도와, 풍향·풍속 측정 장치(30)로 측정된 풍향·풍속의 데이터는 데이터 처리장치로 전송된다. 그리고, 전체의 모듈 세트(M1내지 M6)를 표시하는 그래픽 화면상에서 누설을 검지하고 있는 샘플링 모듈(10)(복수도 있을 수 있음)에 대해서 풍향·풍속 측정 장치(30)에 의하여 측정된 풍향의 바람이 불어오는 측에 누설원 존재 가능 영역이 작도되고, 풍향의 시간적 변동에 따라서 누설원 존재 가능 영역이 합성되고, 그 시간적 변화를 추적함으로써 누설원이 추정된다. 또, 누설원 존재 가능 영역이 대략 특정될 수 있는 시점에서, 누설을 검출하고 있는 센서 모듈(20)의 농도 측정치와 풍향·풍속 측정 장치(30)에서 얻어진 풍속에서 누설량이 계산된다.
다음에, 상기 시뮬레이션의 방법에 관하여 그 개요를 설명한다.
일반적으로 가스의 대기중에의 확산은 많은 연구자에 의하여 보고 되어 있다. 사까우에의 보고(사까우에 지로 : 고압 가스, 19, (4) : 6, 1982)에서는 높이 H(m)의 점원으로부터 연속적으로 Q(㎥/H)로 방출되는 가스가 풍속 u(m/s)의 바람에 의하여 확산할 때, 풍향축을 x축으로 하여 공간 좌표(x, y, H+z)의 가스 농도 C(㎥/㎥)는,
C=(Q/u) {exp(-y2/A)/(πA)1/2} (1/B)×exp {-(H+z)/B I0{2×(Hz)1/2/B}
로 표현된다. 이제 설명을 간단하게 하기 위하여, 지상 수 m의 범위만을 취급하고, 이 범위에 있어서의 높이 방향을 평균화 하고, 높이 z를 포함하는 항을,
exp{-(H+z)/B} I0{2×(Hz)1/2/B}=α
로 놓고, 이 α를 가령 실험적으로 평균치로서 결정한다고 하면,
C[ppm]=α(106×Q/u) {(1/B)/(πA)1/2} exp(-y2/A)
여기에서, A, B는 대기 안정도로 정해지는 계수를 갖는 x만의 함수이다. 따라서, 누설원으로부터의 등 농도선은 풍향으로 직각의 반지름을 y로 하여,
y=[A1n{1/(D(x)C)}]1/2
단,
D(x)=(10-6u/Q) {B(πA)1/2} (1/α)
로 간략화 된다. 물론 반드시 높이 방향을 평균화 하여 α를 실험적으로 정할 필요는 없고, 높이 z를 포함하는 3차원의 시뮬레이션이 가능하다.
시뮬레이션은 난수를 사용하는 소위 몬테칼로 시뮬레이션이라고 불리워지는 형식이다. 상기와 같이 높이 방향으로 평균치를 사용하는 경우는 간단하고, 누설 가스량의 최대치, 누설 지점(x, y), 풍속의 최대치, 풍향 및 대기 안정도를 한결같이 난수로서 입력하고, 상기의 등 농도선을 각 농도 C(ppm)에 대해서 계산하고, 그 반지름 y내의 검출 가능한 모듈 세트의 유무의 판정을 다수 회 시행하고, 이에 의한 검지 성공의 확률을 구하면 이것이 모듈 세트의 배치안의 하나에 관한 검지 기대 확률로 볼 수 있다. 여기에서, 풍향·풍속은 일정하지 않고, 끊임없이 시간적으로 변동하고 있다. 풍속은 일정시간내의 평균치로 고정하고, 이 평균치의 상, 하에 통상의 변동폭을 표준 편차로 입력하여 변동시킨다.
본 발명의 효과를 검증하도록 실시한 검증 실험에서는, 이 변동 평균치의 약 1/2를 표준 편차로 하는 정규 분포라고 생각해도 좋다. 국소 풍향의 변동은 플랜트내에서는 기상의 변동이외에 여러가지의 장해물의 영향이 가해져 변화하지만, 일정 시간내의 변화는 평균 풍향에 대해서 어떤 표준 편차의 각 변동폭을 갖는 정규 분포를 나타낸다. 본 발명의 효과를 검증하도록 실시한 검증 실험에서는 3분 이내에 있어서의 이 각 변동폭의 표준 편차는 약 44°이고, 이 값은 수시간의 경우도 거의 일정했다. 따라서 시뮬레이션에 의한 해석에서는 1시행내에서 동일 난수에 의한 중심 풍향폭(평균 풍향에 해당)의 세트 후, 표준 편차의 2배, 즉 ±88°까지의 풍향 변동을 고려하면 좋은 것으로 된다.
다음에, 본 발명의 효과를 실증하기 위하여 실제의 플랜트에 있어서 실증 시험을 실시했다. 시험은 제1도에 나타내는 플랜트 야드(40)의 우측부분의 L2×L3=40m×40m의 범위에서 실시했다.
이 범위에는 제1도에 나타내는 바와 같이 4세트의 모듈 M2, M3, M5, M6가 설치되어 있다. 본 범위내를 64구획으로 분할하고, 그속의 임의의 각 구획으로부터 에틸렌 가스를 누설시켜, 본 발명의 시스템에 의한 검지 성능을 시험했다. 실험은 일자와 시간을 바꾸어 다수회 실시하고, 실험 조건은 누설 가스량은 매시 1㎥ 또는 3㎥, 누설 높이는 지상 1m 또는 2m, 센서 모듈(20)에는 반도체식 센서를 사용했다.
이들 센서의 에틸렌 가스에 대한 감도는 5 내지 10ppm이고, 이러한 종류의 가스 센서는 현재, 범용의 시판품으로서 용이하게 입수 가능하다.
실험 결과는 다수회의 평균치로서, 누설 검지 확률 79.7%, 표준 편차 13.2%, 데이터의 분산 폭은 62.5 내지 100%였다. 이들의 결과를 상기의 시뮬레이션과 비교하기 위하여, 본 검증 시험의 조건을 모두 상기 시뮬레이션의 시행 입력 조건으로서 부여하여 계산한 결과는, 어떤 일정 시간내의 풍향 변동을 ±80°로 하면 기대 검지 확률은 75%가 되고, 본 검증 시험의 결과와 잘 일치하고 있다.
이상의 결과에서 상기의 시뮬레이션에 의하여, 모듈 세트 배치의 각 형태에 따라서 그 효과를 예측 가능하고, 따라서 본 발명의 시스템을 대상 플랜트의 성격(규모, 취급 물질의 성상, 취급 방법등)에 따라서 설계하는 것이 가능해졌다.
대상 야드를 제1도의 전역으로 확대하고, 누설 조건을 모두 랜덤하게 선택하는 시뮬레이션을 실시한 결과를 제5도에 나타낸다. 센서 모듈(20)을 사용하는 센서의 감도를 5 내지 10ppm으로 하면, 본 도면에서는 25 내지 50ppm의 커브를 적용할 수 있고, 풍향 변동폭을 ±88°로 하면, 검지 기대 확률은 90 내지 100%이다. 법규칙에 준해서 단순히 플랜트 외연에 20m 간격으로 1개의 검지기를 배치한 경우에 본 시뮬레이션으로 추정한 검지 기대 확률은 기껏해야 5% 정도이고, 이것은 상기의 검증 시험에 있어서도 확인되었다.
일반적으로, 일정 풍향, 일정 풍속, 일정 누설량의 조건으로, 단일의 검지기가 가스 누설을 발견할 수 있는 곳은 검지기의 높이 단면에서, 장타원형이 된다. 이에 대해서 동일감도의 센서 모듈을 갖는 단일 샘플링 모듈의 경우는 이 검지 가능한 곳은 이 모듈에 평행한 직사각형에 가깝게 된다. 따라서, 한번 누설을 검지했다 해도, 풍향이 변화하면 단일 검지기의 경우는 곧 검지 가능한 곳으로부터 벗어나 버리는데에 대해서, 샘플링 모듈의 구성의 경우는 지속적으로 검지 출력을 계속 발신한다. 단일 검지기의 경우, 검지기의 신호는 단속적이고 외래의 노이즈와 구별되지 않는다.
본 발명에서는 이 신호/잡음비를 크게 상승시켜서 확실하게 가스 누설을 판정할 수 있다. 그위에, 자연히 발생하는 풍향·풍속의 변동을 적극적으로 이용할 수 있고, 만약 모듈을 복수 배치로 하면, 그들의 검지 가능한 곳은, 이 변동에 의하여 직사각형이 중첩된 꼴이되고, 신호/잡음비는 더욱 상승한다. 제5도의 시뮬레이션 결과에서는, 이와 같은 배치에 의하여 일정 풍향(검지 확률은 20%)에 대해서 약 5배인 100%에 가까운 검지 확률을 노이즈와 명확히 구별할 수 있는 상태로 기대할 수 있다.
본 예의 효과를 정리하면, 매시 1㎥ 이상의 누설량의 경우, 제1도와 같은 모듈 배치로 하여 누설 발행후 수분이내에 그것을 검지할 수 있는 기대 확률은 80% 이상이고, 만약 수시간의 검지 여유를 주면 ±90°이상의 풍향 변동이 생길 가능성이 충분히 있고, 90% 이상의 100% 가까운 검지 확률을 기대할 수 있다. 따라서, 단순히 20m 간격으로 1개의 검지기를 배치하는 종래의 단순한 방법에서는 플랜트의 안정성에 대한 공헌도는 그다지 기대할 수 없지만, 본 발명의 방법에 의하면, 이것을 비약적으로 향상시킬 수 있고, 충분히 실용적인 시스템으로 채용할 수 있음이 실증되었다.
또한, 본 발명의 모듈 세트의 형태 및 각종의 짜맞춤 등은, 지금까지 나타낸 예에 한정되지 않고, 예를 들면 원고리상, 연직상, 경사상 등의 샘플링 모듈의 선택은 자유이고, 그 경우의 기대 효과도 추정할 수 있는 것은 말할 필요가 없다. 또, 검출 대상 가스의 종류, 및 검출을 요하는 누설량의 요구에 따라 센서 모듈에 사용하는 센서의 종류 및 감도를 택하는 것도 자유이다. 또 본 발명은 원자력 발전소에서의 방사능의 누설의 검지에도 적용될 수 있음은 물론이다.
제6도 (1), (2)는 본 발명의 제2의 실시예의 풍향 측정 장치의 구성도, 제7도는 편각 θ와 대자연 풍속비 R의 평균치를 나타내는 그래프이다.
풍동(51)속에, 바람에 대해서 후단에 역류방지 베인(55)을 구비한 2매의 평행판(54)으로 이루어지고, 내부에 열선 풍속 측정 소자(53)가 짜넣어진 기구(52)가 배치되고, 기구(52)의 외부에는 열선 풍속 측정 소자(56)가 배치되어 있다. 풍동(51)의 외부에는, 열선 풍속 측정 소자(53, 56)와 각각 케이블(57a, 57b)로 접속되고, 열선 풍속 측정 소자(53 및 56)의 지시 풍속에서 편각 θ를 구하는 연산부(58)가 설치되어 있다.
풍동(51)의 내부에서 풍속을 매초 0.5m, 2.0m, 4.0m 및 10.0m로 변화시켜 각각의 일정 풍속 조건하에서 기구(52)의 방향을 수평면(제6도 (1)의 지면과 평행)상에서 변화시켜 감으로써, 소자(53)에 면하는 바람의 방향과 기구밖의 바람이 이루는 각도(앞에서 정의한 『자연 풍향에 대한 편각 θ』)를 0°에서 180°까지 변화시키면서, 열선 풍속 측정 소자(53)의 지시 풍속을 측정했다. 또한, 열선 풍속 측정 소자(56)로 풍동(51)내의 풍속(앞에서 정의한 『자연 풍속』)을 측정하고, 앞서 측정한 이 자연 풍속에 대한 비(앞에서 정의한 『대자연 풍속비 R』)를 구했다.
실험 데이터 및 각각의 자연 풍향에 대한 편각 θ에 관하여 대자연 풍속비 R의 평균치를 표 1에 나타냈다. 또한, 이들 자연 풍향에 대한 편각 θ와 대자연 풍속비 R의 평균치와의 관계를 제7도에 나타냈다. 연산부(58)에는, 표1, 제7도에 나타내는 자연 풍향에 대한 편각 θ와 대자연 풍속비 R의 평균치의 관계를 나타내는 데이터가 기억되어 있고, 풍속 측정 소자(53, 56)의 지시 풍속을 입력하고, 대자연 풍속비 R을 산출하고, 상기 관계에서 자연 풍향에 대한 편각 θ를 구한다.
제8도는 본 발명의 제3의 실시예의 풍향·풍속 측정 장치의 구성도, 제9도는 기구(52)의 회전 각도와 풍속 측정 소자(53)의 지시 풍속의 관계를 나타내는 그래프이다.
본 실시예는, 제6도의 실시예와, 열선 풍속 측정 소자(56)가 없는 사실과, 기구(52)를, 제8도 (1)의 지면에 수직한 축 주변에 일정 각도로 회전시키는 모터(59)를 갖추고 있는 것과, 연산부(60)의 처리내용이 연산부(58)와 상이한 것에 있다. 또한, 모터(59)는 케이블(57c)로 연산부(60)와 접속되어 있다.
풍동(51) 내부에서 풍속을 매초 0.5m, 2.0m, 4.0m 및 10.0m로 변화시켜, 각각의 일정 풍속 조건하에서 기구(52)를 매분 1회전(360°/분)의 각 속도로 회전시키고, 이때의 열선 풍속 측정 소자(53)의 지시 풍속을 연산부(60)에 의하여 연속 기록하고, 제9도에 나타내는 결과를 얻었다. 여기에서, 제9도의 그래프의 가로축에는 시간 및 각도의 눈금이 표시되어 있다.
연산부(60)는, 기구(52)가 1회전하는 동안의 열선 풍속 측정 소자(56)가 표시하는 지시 풍속을 기록해 놓고, 그 최대치를 자연 풍속으로 하고, 이때의 기구(52)의 회전 위치를 자연 풍향으로 한다.
[표 1]
또한, 측정 소요시간은 기구(52)가 1회전하는 시간, 예를 들면 1분간 정도이다.
제10도 (1)은 본 발명의 제4의 실시예의 풍향 측정 장치의 평면도, 제10도 (2)는 그 입면도, 제11도는 본 실시예에 있어서의 자연 풍향에 대한 편각 θ와, 대자연 풍속비 R의 평균치의 관계를 나타내는 도면이다.
본 실시예에서는, 풍동(61)속에 원통형의 기구(62)가 배치되고, 기구(62)의 외측에는 열선 풍속 측정 소자(66)가 배치되어 있다. 이 기구(62)는, 간막이 판(64)에 의하여 어느것이나 90°의 부채꼴의 4개의 구획(62a, 62b, 62c, 62d)으로 간막이 되어 있고, 원통면에는 원통의 중심선의 방향을 향하는 바람 도입구(63a, 63b, 63c, 63d)가 90°도의 등 간격으로 설치되고, 기구(62)의 상면만이 개구하여 바람 배출구를 형성하고 있다. 각 바람 도입구(63a, 63b, 63c, 63d)내에는, 바람 도입구(63a, 63b, 63c, 63d)가 뻗는 방향과 직각으로 열선 풍속 측정 소자(65a, 65b, 65c, 65d)가 각각 설치되어 있다. 풍동(61)밖에는, 케이블(67a, 67b, 67c, 67d, 67e)에 의하여 각각 열선 풍속 측정 소자(65a, 65b, 65c, 65d, 65e)와 접속되고 자연 풍향을 구비하는 연산부(68)가 설치되어 있다.
풍동(61)의 내부에서 풍속을 매초 0.5m, 2.0m, 4.0m 및 10.0m로 변화시켜서, 각각의 일정 풍속 조건하에서 기구(62)의 방향을 수평면상에서 변경시켜 감으로써, 열선 풍속 측정 소자(65a)의 자연 풍향에 대한 편각 θ를 0°에서 360°까지 변화시키면서, 4개의 열선 풍속 측정 소자(65a, 65b, 65c, 65d)의 지시 풍속을 측정하고, 다시 기구(62)밖의 열선 풍속 측정 소자(66)에서 풍동(61)내의 자연 풍속을 측정하고, 각 열선 풍속 측정 소자(65a, 65b, 65c, 65d)의 지시 풍속의 대자연 풍속비 R을 구했다. 실험 데이터에서 각각의 자연 풍향에 대한 편각 θ에 관하여 대자연 풍속비 R의 평균치를 구하고, 양자의 관계를 제11도에 나타냈다. 제11도중, 71, 72, 73, 74는 각각 열선 풍속 측정 소자(65a, 65b, 65c, 65d)의 지시 풍속의 대자연 풍속비의 평균치를 나타내고 있다.
또, 자연 풍향에 대한 편각은 열선 풍속 측정 소자(65a)를 기준으로 하고 있고, 이것을 θ(도)로 하면, 다른 소자(65b, 65c, 65d)의 편각은 각각 θ+90, θ+180, θ+270이 된다. 연산부(68)는 사전에 구해놓은 대자연 풍속비 R과 편각 θ의 4개의 관계식에 실제의 측정에서 얻어진 대자연 풍속비 R1, R2, R3, R4(각각 열선 풍속 측정 소자 65a, 65b, 65c, 65d에 대응)를 대입하여 이들을 연립하여 풀므로서, 다만 하나의 편각 θ를 구한다.
본 실시예에서 사용되는 열선식 풍속 측정 소자는 0.1m/초 정도의 미풍에 대해서도 높은 측정 정도를 갖고 있으므로, 이것을 기구에 짜넣은 경우에도, 기구내의 풍속이 0.1m/초 정도이면 고정도의 풍속 지시를 얻을 수 있고, 따라서, 본 실시예의 방법에 의하여, 종래 기술로는 곤란했던 0.5m/초 정도의 미풍에 대해서도 풍향·풍속의 고정도의 측정이 가능해졌다.
또한, 이 소자는 금속 등의 세선을 미약한 전류로 주위에서 수십도 높은 일정 온도로 가열한 것이기 때문에, 폭발 화재의 발생 위험이 존재하는 장소에 있어서도, 그대로 사용가능이며, 따라서 제1 및 제3의 실시예와 같은 정지식 장치에서는, 이와 같은 장소에서의 사양에 특히 제약을 받지 않는다. 제2의 실시예와 같은 기구(52)가 회전하는 장치에서도, 종래의 장치와 같이 측정 정도를 손상하는 일이 없이 구동 장치인 모터의 부분을 방폭 구조로 변경함으로써 사용가능하게 할 수 있다. 또한, 실제의 장치에 있어서는 풍동(51, 61)은 반드시 필요하지는 않다.
열선식 풍속 측정 소자 이외의 풍속 측정 소자일지라도, 열선식 풍속 측정 소자와 동등, 또는 그 이상의 성능을 가지며, 본래적으로 방폭성이고, 기구에 짜넣을 수 있는 소형의 것을 사용하면 상기와 동등 또는 그 이상의 효과를 얻을 수 있다.
이상 설명한 본 발명은 하기의 효과를 갖는다.
(1) 복수의 샘플링 모듈과 풍향·풍속 측정 장치를 플랜트내의 장치, 설비의 주변에 배치하고, 이들 샘플링 모듈을 통해서 설비의 주변의 대기를 흡인 펌프로 흡인하여 각 샘플링 모듈에서 흡인된 대기중의 누설 물질의 농도를 센서 모듈에서 검출하는 한편, 플랜트내의 풍향·풍속을 측정하므로써 가장 저렴한 방법으로 확실하고도 고확률로 플랜트내의 가스, 증기 등의 누설을 발견할 수 있다.
(2) 또한 각 샘플링 모듈에 대응하는 검출 농도와 풍향·풍속 측정 장치로부터의 데이터를 해석처리하여 누설 지점 및 누설량도 추정함으로써, 신뢰성 높은, 가스, 증기 등의 누설 검지 시스템을 제공할 수 있다.
(3) 열선식 풍속 측정 소자 등의 단순한 풍속 측정 소자와 간단한 기구와 간단한 연산부(마이크로 컴퓨터)의 짜맞춤으로 풍향·풍속의 측정이 가능하고, 종래의 장치와 비교하여 저렴해진다. 따라서, 공장, 사무소 등에 있어서의 환경 측정을 위한 풍향·풍속의 측정, 특히 이들 장소에 있어서의 유해 가스, 증기 등의 누설에 대한 확산 상황의 예측, 및 누설원의 추정에 필요한 미풍에 대한 정도가 높은 측정에 저렴한 비용으로 사용할 수 있다.

Claims (2)

  1. 가스상, 액체상 또는 고체상으로, 가연성 또는 유해 물질을 취급하는 플랜트에 있어서, 풍향 및 풍속 데이터의 실시간적 변동과, 그에 의해 변동하는 이 플랜트내의 대기중의 누설물질의 농도치의 변동을 이용하여, 이 플랜트내의 장치, 설비로부터 발생하는 가스, 증기 등의 누설을 발견하는, 가스, 증기 등의 누설검지 시스템으로서, 일단이 개구되어 있는 가스관과, 이 가스관을 본관으로 하고, 양단이 개구되어 상기 가스관에, 상기 가스관 내부와 연이어 통하도록 설치된 복수의 공기 도관 및 이 도관의 선단에 접속되어 주변의 대기를 수집하는 공기 샘플러를 포함하고, 이 플랜트내에 배치된 복수의 샘플링 모듈과, 상기 샘플링 모듈의 가스관과 그 개구부에서 접속되고, 상기 샘플링 모듈에서 수집된 대기가 도입되고, 상기 플랜트내의 장치, 설비로부터 가스, 증기 등이 누설된 경우, 이 대기중에 함유되는 이들 누설 물질의 농도를 검출하는 센서를 내장한 센서 모듈과, 상기 샘플링 모듈중의 대기를 상기 센서 모듈을 통해서 상기 흡인하는 흡인 펌프와, 국소적 풍향 및 국소적 풍속을 실시간적으로 측정하는 풍향·풍속 측정 장치와를 포함하는 가스, 증기 등의 누설 검지 시스템.
  2. 가스상, 액체상 또는 고체상으로, 가연성 또는 유해 물질을 취급하는 플랜트에 있어서, 풍향 및 풍속 데이터의 실시간적 변동과, 그에 의해 변동하는 이 플랜트내의 대기중의 누설 물질의 농도치의 변동을 이용하여, 이 가스, 증기 등의 누설 지점을 실시간적으로 추정하고, 또한 이들의 누설량을 실시간적으로 추정하는 가스, 증기 등의 누설검지 시스템으로서, 일단이 개구되어 있는 가스관과, 이 가스관을 본관으로 하고, 양단이 개구되어 상기 가스관에, 상기 가스관 내부와 연이어 통하도록 설치된 복수의 공기도관과, 이 공기도관의 선단에 접속되어 주변의 대기를 수집하는 공기 샘플러를 포함하며, 이 플랜트내에 배치된 복수의 샘플링 모듈과, 상기 샘플링 모듈의 가스관과 그의 개구부에서 접속되고, 상기 샘플링 모듈에서 수집된 대기가 도입되고, 상기 플랜트내의 장치, 설비로부터, 가스, 증기 등이 누설된 경우, 이 대기중에 함유되는 이들 누설 물질의 농도를 검출하는 센서를 내장한 센서 모듈과, 상기 샘플링 모듈중의 대기를 상기 센서 모듈을 통해서 상기 흡인하는 흡인 펌프와, 국소적 풍향 및 국소적 풍속을 실시간적으로 측정하는 풍향·풍속 측정 장치와, 대기중의 누설 물질의 농도를 검출하고있는 단일 또는 복수의 샘플링 모듈에 대해, 각 샘플링 모듈마다 이 샘플링 모듈의 가스관의 양단을 잇는 직선을 기준으로 하여, 상기 풍향·풍속 측정에 의해 측정된 풍향의 바람이 불어오는 방향으로 작도하고, 풍향의 시간적 변화에 따라 누설원 존재가능 영역의 변화를 시간에 대하여 합성합으로써 누설원을 추적하고, 누설원 존재가능 영역을 점차 좁혀가는 조작을 행하기 위해, 풍향 및 풍속의 데이터와, 상기 센서 모듈에서 검출된, 각 샘플링 모듈에서 수집된 대기중의 누설 물질의 농도치를 실시간적으로 해석하는 데이터 처리장치를 포함하는 가스, 증기 등의 누설 검지 시스템.
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