KR101772902B1 - 이중배관을 사용하여 유류를 이송하는 유류저장시설에서 초음파를 이용하여 배관의 누유를 검출하는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이중배관을 사용하여 유류를 이송하는 유류저장시설에서 초음파를 이용하여 배관의 누유를 검출하는 장치에 관한 것으로서, 유류저장탱크의 유류를 주유기로 이송하는 배관으로서 이중벽 구조를 갖는 이중배관, 상기 이중배관과 연결된 강관배관 및 상기 강관배관과 일체로 형성된 주름배관을 포함하는 복합배관, 상기 주름배관에 연결되어 유류를 흡입하는 흡입펌프, 및 상기 강관배관 외부의 일측벽에 부착되어 상기 강관배관 내부에 초음파를 발진하고 타측벽에서 반사된 반사파를 수신하는 초음파센서를 포함하는 누유검출장치를 제공한다.

Description

이중배관을 사용하여 유류를 이송하는 유류저장시설에서 초음파를 이용하여 배관의 누유를 검출하는 장치 {APPARATUS FOR DETACTING OIL LEAKAGE OF OIL STATION USING DOUBLE WALL PIPE}

본 발명은 유류저장시설의 누유를 검출하는 장치에 관한 것이다.

주유소에 설치된 유류저장탱크 및 유류저장탱크에서 주유기로 유류를 공급하는 유류배송관은 보통 지하에 매설되어 있다. 지하에 매설된 유류저장탱크 및 유류배송관은 오랜 시간이 경과하면 크랙 등으로 인해 유류가 누설될 염려가 많으나, 이를 검출하는 것은 기술적으로 쉽지 않았다.

이와 같은 문제를 해결하기 위한 종래 기술로 대한민국등록실용신안 제20-0398442호는 배관 누유 모니터링 장치를 개시한 바 있다. 종래 기술은 주유기에 유류를 공급하도록 매설된 유류저장탱크와 송유배관으로 연결되어 유류를 공급하는 주유 장치에 있어서, 송유배관과 유류저장탱크 사이에 설치되어 송유배관 내의 유류가 유류저장탱크로 역류되는 현상을 방지하는 체크밸브와, 송유배관과 연통되도록 체크밸브에 연결된 보조배관, 및 보조배관에 연결되어 송유배관 내부의 압력 변화를 측정하여 누유를 감지하도록 형성된 압력계를 포함하여 구성된다.

그러나 종래 기술은 압력변화만을 검출하여 유류의 누유여부를 검출하므로 정밀도가 떨어지는 단점이 있어 문제되었다.

본 발명의 발명자는 그런 문제점을 해결하기 위해서 오랫동안 연구하고 시행착오를 거치며 개발한 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명의 목적은 유류저장시설에서 초음파를 이용하여 배관의 누유를 검출하는 누유검출장치를 제공하는데 있다. 특히, 본 발명은 이중배관을 이용하여 유류를 이송하는 유류저장시설에서도 초음파를 이용하여 누유를 검출할 수 있다.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.

이와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 유류저장탱크의 유류를 주유기로 이송하는 배관으로서 이중벽 구조를 갖는 이중배관;

상기 이중배관과 연결된 강관배관 및 상기 강관배관과 일체로 형성된 주름배관을 포함하는 복합배관;

상기 주름배관에 연결되어 유류를 흡입하는 흡입펌프; 및

상기 강관배관 외부의 일측벽에 부착되어 상기 강관배관 내부에 초음파를 발진하고 타측벽에서 반사된 반사파를 수신하는 초음파센서를 포함하는, 이중배관을 사용하여 유류를 이송하는 유류저장시설에서 초음파를 이용하여 배관의 누유를 검출하는 장치를 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 초음파센서는 상기 강관배관의 일측벽을 따라 위아래로 소정의 간격만큼 이격되어 배치된 발신부 및 수신부를 포함하고,

발신부에서 발진된 초음파가 타측벽에서 반사되어 수신부로 입사되도록, 상기 발신부 및 수신부는 타측벽의 소정의 위치를 기준으로 대칭되는 위치에서 대칭되는 각도로 설치되는 것이 좋다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 초음파센서의 신호를 수신하고, 상기 강관배관 내부에 유입된 유류의 수위에 따라 초음파의 속도가 변하는 원리를 이용하여 유류 누출여부를 판별하는 누유 판별부를 더 포함하는 것이 좋다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 이중배관은 내화학성을 구비한 플라스틱 재질로 형성되는 것이고,

상기 강관배관은 초음파센서가 초음파를 이용하여 강관배관 내부의 유류 수위를 측정하도록 소정의 금속 재질로 형성되는 것이 좋다.

위와 같은 본 발명의 과제해결수단에 의해서 본 발명은 유류저장시설에서 초음파를 이용하여 배관의 누유를 검출할 수 있다.

특히, 본 발명은 이중배관을 이용하여 유류를 이송하는 유류저장시설에서도 초음파를 이용하여 누유를 검출할 수 있다. 유류저장탱크와 주유기 사이의 유류배송라인을 이중배관으로 하면, 높은 내화학성으로 인해 유류 누출 위험을 감소시킬 수 있다. 또한 이중배관은 플라스틱재질이므로 금속배관에 비해 작업성이 용이하고, 단가가 저렴한 장점이 있다. 그러나 플라스틱 이중배관은 내부배관 및 외부배관 사이가 비어있기 때문에 초음파센서를 이용하여 유류 수위를 측정할 수 없다.

이에 본 발명은 이중배관과 주름배관 사이에 강관배관을 설치하고, 강관배관의 외벽에 초음파센서를 설치하여 유류 수위를 측정하고, 누유 여부를 판별할 수 있는 효과가 있다.

한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.

도 1은 본 발명의 누유검출시스템의 개략적인 실시예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 누유검출장치의 바람직한 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 초음파센서의 바람직한 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 초음파센서의 동작원리를 설명하기 위한 예시도면이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.

최근 환경부의 자료에 따르면 배관 누출율이 88.3%로 유류저장탱크의 누출율 38.2% 보다 대략 2배 이상이므로, 배관의 누출여부를 탐지하는 것이 탱크의 누출여부를 탐지하는 것보다 중요한 상황이다. 본 발명의 발명자는 바로 이러한 점에 착안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

도 1은 본 발명의 누유검출시스템의 개략적인 실시예를 나타내는 도면이다.

도 1에서 알 수 있듯이, 본 발명의 누유검출시스템은 유류저장탱크(1), 주유기(2), 누유검출장치(100), 이중배관(110), 누유 판별부(300)를 포함한다.

유류저장탱크(1)는 유류를 저장한다. 지하에 소정의 깊이로 매설된다. 유류저장탱크(1)는 유류배송관이 연결된다. 유류배송관은 수평하게 매설된 수평배관 및 수평배관의 일단에서 주유기를 향해 수직으로 연결된 수직배관을 포함할 수 있다. 수평배관에 누유가 발생하는 경우 수직배관에 가득차 있는 유류의 높이가 낮아지게되므로 이를 이용하여 수평배관의 누유를 검출한다. 이하의 실시예에서 유류배송관은 이중배관일 수 있다. 또한, 수직배관은 이중배관에서 수직으로 연결된 배관 및 복합배관을 포함하는 개념으로 설명될 수 있다.

주유기(2)는 유류를 공급하기 위한 장치이다. 바람직한 실시예에서 본 발명의 주유기는 흡입펌프식 주유기일 수 있다. 흡입펌프식 주유기는 흡입펌프의 압력으로 유류를 유류저장탱크로부터 흡입한다. 흡입펌프는 보통 주유기에 근접하여 설치되며, 지상에 설치될 수 있다. 그러나, 본 발명의 주유기가 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 액중펌프식 주유기를 포함할 수 있다. 액중펌프식 주유기는 유류를 토출하기 위한 펌프가 유류저장탱크 내부에 설치되는 주유기를 말한다. 다만, 이하에서는 본 발명이 흡입펌프식 주유기를 사용하는 것을 기준으로 설명하도록 한다.

누유검출장치(100)는 주유기(2) 내부에 설치되며, 수직배관 내부에 유류가 있는지 아니면 공기가 차 있는지는 외부에서 초음파를 통과 및 반사시켜 검출한다. 비파괴 방식으로 배관 내부에 초음파를 통과시키므로 방폭효과가 있으며, 간편하게 기존의 주유기에 초음파센서를 추가할 수 있어 설치 상의 편의성도 얻을 수 있다.

이중배관(110)은 유류저장탱크의 유류를 주유기로 이송하는 유류배송관으로서 이중벽 구조를 갖는다. 이중벽 구조는 외벽, 내벽, 및 외벽과 내벽 사이에 형성된 이격공간을 포함한다. 이격공간은 진공상태일 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

이중배관(110)은 플라스틱 재질로 형성된다. 다만, 이중배관(110)은 안전한 유류배송을 위해 고압력을 견딜 수 있어야 하고, 내부식성을 갖추어야 한다. 바람직한 실시예에서 플라스틱은 고밀도 폴리에틸렌을 포함한다. 다른 실시예에서 내벽의 내면에는 내부식성 재질의 코팅막을 형성하여 내화학성을 보강할 수 있다.

누유 판별부(300)는 초음파센서의 신호를 수신하고, 강관배관 내부에 유입된 유류의 수위에 따라 초음파의 속도가 변하는 원리를 이용하여 유류 누출여부를 판별한다. 바람직한 실시예에서 누유 판별부(300)는 초음파 센서 통신부, 연산부, 화면출력부, 프린터부, 스피커부, 근거리통신부를 포함할 수 있다.

초음파 센서 통신부은 다채널의 초음파 센서 입력단자(ch1 내지 ch20)를 포함한다. 각각의 입력단자는 누유검출장치(100)에 설치된 초음파센서와 연결된다. 바람직한 실시예에서 초음파 센서 통신부는 RS-485와 같은 통신규격으로 초음파센서와 제어신호 및 초음파수신신호를 주고 받을 수 있다.

연산부는 초음파 센서 통신부를 제어하고, 초음파 수신 데이터를 받아 분석한다. 연산부는 특정 주기별(예를 들면 매 1시간 마다)로 초음파센서에 검사시작 신호를 출력하고, 초음파센서로부터 초음파 수신 데이터를 입력받을 수 있다. 연산부는 입력받은 초음파 수신 데이터(예를 들면 도 4와 같은 신호 데이터)를 분석하여 누유 여부를 판별한다. 연산부는 초음파 수신 데이터 이외에도 진동여부, 온도, 체크밸브 상태 등을 종합적으로 분석하여 누유 여부를 최종적으로 판단할 수 있다.

화면출력부는 분석결과를 디스플레이 장치에 출력한다. 분석결과는 유류저장탱크의 수위, 주유라인 설치맵에 매핑된 누유지점을 표시한 알림맵 등을 포함할 수 있다. 프린터부는 누유 여부, 누유라인의 위치, 측정시간 등을 프린터로 출력할 수 있다. 스피커부는 누유 경보를 스피커로 출력할 수 있다. 근거리통신부는 LAN 케이블을 연결할 수 있는 단자를 제공할 수 있다.

도 2는 본 발명의 누유검출장치의 바람직한 실시예를 나타내는 도면이다.

도 2에서 알 수 있듯이, 누유검출장치는 복합배관(120), 흡입펌프(130), 초음파센서(140), 체크밸브(150), 유량계(160)를 포함한다.

복합배관(120)은 유류저장탱크의 유류를 주유기로 이송하는 배관으로서 이중벽 구조를 갖는 이중배관 및 흡입펌프(130) 사이에 연결된다.

복합배관(120)은 강관배관(121) 및 주름배관(123)이 일체로 형성된 배관이다.

강관배관(121)은 일단이 이중배관(110)에 연결되고 타단이 주름배관(123)과 일체화된다. 이중배관(111)과 강관배관(121)은 주유기 하단에서 올라오는 수직배관의 일종이다. 즉 강관배관(121)은 직선배관이며 주유기 하단에 수직으로 배치되어 유류를 이송한다.

강관배관(121)은 초음파센서(140)가 초음파를 이용하여 강관배관(121) 내부의 유류 수위를 측정하도록 소정의 금속 재질로 형성된다.

주름배관(123)은 강관배관(121)과 흡입펌프(130) 사이에 위치하며, 주유기 동작 간에 발생하는 다양한 충격을 흡수한다. 예를 들어 흡입펌프(130)의 동작에 따른 충격을 흡수한다. 이를 위해 주름배관(123)에는 주름이 형성된다.

흡입펌프(130) 주름배관(123)에 연결되어 유류를 흡입한다. 흡입펌프(130)가 가동되면, 복합배관(120) 및 이중배관(110)에 진공압력(음압)이 형성되어 유류를 흡입한다. 흡입펌프(120)가 가동을 중지하면 역류 방지를 위해 체크밸브(150)가 차단된다.

초음파센서(140)는 강관배관(121) 외부의 일측벽에 부착되어 강관배관(121) 내부에 초음파를 발진하고 타측벽에서 반사된 반사파를 수신한다.

체크밸브(150)는 흡입펌프(130) 후단에 연결되며 주유기가 주유를 시작하면 흡입펌프(130)가 가동될 때 개방되고, 주유가 종료되어 흡입펌프(130)가 정지하면 역류 방지를 위해 차단된다. 유량계(160)는 주유기에서 주유한 양을 측정한다.

도 3은 본 발명의 초음파센서의 바람직한 실시예를 나타내는 도면이다.

도 3에서 알 수 있듯이, 내관(111), 외관(112), 및 이격공간(113)을 포함하는 이중배관(110)의 일단에 강관배관(121)이 연결된다. 강관배관(121)의 일단에는 주름배관(123)이 일체형으로 연결되어 있다.

초음파센서(140)는 강관배관(121)의 일측벽을 따라 위아래 수직방향으로 부착된다. 초음파센서(140)는 강관배관(121)의 일측벽을 따라 위아래 수직방향으로 소정의 간격만큼 이격되어 배치된 발신부(141) 및 수신부(142)를 포함한다.

발신부(141)는 초음파를 강관배관(121)의 내부로 발진한다. 수신부(142)는 발진된 초음파가 타측벽에서 반사되어 돌아오면 이를 수신한다.

발신부(141)에서 발진한 초음파를 수신부(142)가 수신하기 위해서는 발신부(141) 및 수신부(142)가 반사지점을 기준으로 정렬되어야 한다. 이를 위해 발신부(141) 및 수신부(142)는 타측벽의 소정의 위치(초음파의 반사지점)를 기준으로 대칭되는 위치에서 대칭되는 각도로 설치된다. 예를 들어, 발신부(141)가 반사지점으로부터 5cm 위에 45도 하방으로 배치되면 수신부(142)는 반사지점으로부터 5cm 아래에 45도 상방으로 배치될 수 있다.

이를 위해 다른 실시예에서 초음파센서(140)는 각도조절부 및 슬라이딩부를 포함할 수 있다.

각도조절부는 발신부(141) 및 수신부(142)의 각도를 조절한다. 바람직한 실시예에서 각도조절부는 발신부(141) 및 수신부(142)의 각도를 동시에 조절하는 기구구성을 갖는다. 각도조절부는 발신부(141) 및 수신부(142)의 각도를 서로 방향이 반대이고 각도는 동일하게 조절한다.

슬라이딩부는 발신부(141) 및 수신부(142)의 이격거리를 조절한다. 예를들어, 슬라이딩부는 레일을 통해 발신부(141)와 수신부(142)가 이격된 거리를 조절할 수 있다.

이와 같이 각도조절부와 슬라이딩부를 이용하면 발신부(141) 및 수신부(142)의 각도와 이격거리를 용이하게 조절할 수 있다. 그러므로 각도조절부와 슬라이딩부는 강관배관(121)의 직경이 상이한 경우에도 발신부(141)에서 발신한 초음파를 수신부(142)에서 정확하게 수신할 수 있도록 하는 효과가 있다.

송수신회로(145)는 상세하게 도시하지 않았지만, 초음파 발진회로, 증폭기, 초음파 수신회로 등을 포함할 수 있다.

도 4는 본 발명의 초음파센서의 동작원리를 설명하기 위한 예시도면이다.

도 4의 가로축은 시간이고, 세로축은 초음파의 속도를 의미한다. 따라서 도 4는 시간변화에 따른 초음파의 속도변화 그래프이다. 예를들어 t1 구간은 도 3과 같이 강관배관 내부에 오일이 가득 차 있을 때 초음파의 속도를 나타낸다. 그런데 만약 배관에서 누유가 발생하는 경우 강관배관 내부에 차있는 오일의 높이가 낮아진다. 오일의 높이가 낮아지면 초음파의 진행경로에 있는 매질의 종류가 달라진다. 즉, 오일의 높이가 낮아지면 그 부분에 공기 또는 진공이 형성되므로 매질의 종류가 달라지는 것이다. 매질의 종류가 달라지면 초음파의 속도가 달라진다. 이를 나타낸 것이 t2 구간이다. t2 구간에서는 초음파의 속도가 낮아졌음을 확인할 수 있다.

이를 좀 더 구체적으로 설명하기 위해 초음파의기본 성질에 대해 설명한다. 다음은 물질의 종류에 따른 초음파의 기본 성질을 나타내는 표이다.

물질	밀도(g/cm2)	종파(m/s)	횡파(m/s)
Steel	7.8	5,900	3,230
PVC	1.18	2,730	1,430
Water	1.0	1,400	액체와 기체 상에서는 횡파가 없음
Oil	0.92	1,400
Air	0.0012	340

위 표에서 알 수 있듯이, 초음파는 매질에 따라서 전파속도 등이 차이가 나며, 특히, 유류와 공기를 비교하면 그 성질 차이가 확연한 것을 알 수 있다

<누유 판별 알고리즘의 실시예>

본 발명의 누유 검출장치의 누유 판별 알고리즘에 대한 실시예에 대해 설명한다.

본 발명은 유류배송관의 누출 모니터링 및 유류저장탱크의 재고 모니터링을 동시에 실시할 수 있다.

유류배송관의 누출 모니터링은 유량변화가 소정의 시간(예를들면 10분) 이상 안정되면 작동을 시작하여 소정의 간격(예를들면 1시간)으로 누출 여부를 모니터링하고, 누출 감지 내역을 자동으로 출력할 수 있다.

유류저장탱크의 재고 모니터링은 유량, 수분량, 및 온도를 정밀 계측한다. 한편, 주유기의 주유량과 유류저장탱크의 유류변화량을 매칭하면 유류저장탱크의 누유여부를 검출할 수 있으며, 수분량을 측정하여 지하수의 유입여부를 검출할 수도 있다.

이하, 구체적인 누유 검출방법에 대해 예를 들어 설명한다.

우선, 유류저장탱크의 유량변화를 소정의 주기(예를들면 1분)로 모니터링하여 컨트롤러의 디스플레이 화면에 유량, 수분량, 온도를 실시간으로 표시한다.

다음, 유량변화량이 소정의 기준(10분에 5리터) 이하인 경우 누출을 감지한다. 이와 같은 조건은 예를들면, 주유기에서 주유 중인 경우는 누유여부를 검출할 수 없기 때문에 주유가 중지되었는지 여부를 확인하기 위해 필요한 것이다.

다음, 소정의 간격(예를들면 1시간)으로 유량변화량을 측정하여 소정의 기준(0.8리터) 이상의 유량변화가 감지되면 누출이 있다고 감지한다. 누출이 감지되면 알림화면, 알람음 등을 자동으로 출력할 수 있다.

다음, 누출이 있다고 감지되면, 진동, 온도, 체크밸브의 정상동작여부 등을 종합적으로 분석하여 누출의 진위를 결정한다.

다음, 초음파센서의 위치와 배관의위치를 비교 매칭하여 누출 부위를 디스플레이 화면에 표시하거나 프린터로 출력한다.

본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 이중벽 구조를 갖는 이중배관으로부터 유류저장탱크의 유류를 공급받는 주유기로서:
   이중벽 구조를 갖으며, 지하에 매설되어 유류저장탱크로부터 주유기 방향으로 연장되는 수평구간과 수평구간과 연결되어 주유기 하단에서 주유기를 향해 수직으로 연장되는 수직구간을 포함하는 이중배관;
   상기 이중배관의 수직구간의 일단과 연결되고 수직으로 연장되는 강관배관;
   상기 강관배관의 상단에서 강관배관과 일체로 형성되고 흡입펌프의 충격을 흡수하는 주름이 형성되는 주름배관;
   상기 주름배관에 연결되어 유류를 흡입하는 흡입펌프; 및
   상기 강관배관 외부의 일측벽에 부착되어 상기 강관배관 내부에 초음파를 발진하고 타측벽에서 반사된 반사파를 수신하는 초음파센서를 포함하고,
   상기 이중배관은 내화학성을 구비한 플라스틱 재질로 형성되는 것이고,
   상기 강관배관은 초음파센서가 초음파를 이용하여 강관배관 내부의 유류 수위를 측정하도록 소정의 금속 재질로 형성되는 것인,
   이중배관을 사용하여 유류를 이송하는 유류저장시설에서 초음파를 이용하여 배관의 누유를 검출하는 주유기.

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