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KR-20260061668-A - VALVE INTERNAL LEAKAGE DIAGNOSIS DEVICE AND METHOD

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 유입구와 배출구를 연결하는 관로가 형성된 밸브 몸체와, 상기 밸브 몸체에 부착되는 음향 방출 센서, 상기 밸브 몸체의 내부에서 왕복 이동할 때에 상기 관로를 선택적으로 개폐하는 디스크와, 상기 디스크와 상기 밸브 몸체 사이의 기밀을 유지하는 시트를 포함하는 밸브 조립체의 내부 누설을 진단하는 디바이스로서, 정상 상태의 밸브에서 측정된 정상 음향 신호의 RMS값인 정상 RMS값 및 누설 상태의 밸브에서 측정된 누설 음향 신호의 RMS값인 누설 RMS값이 저장된 메모리; 상기 음향 방출 센서로부터 음향 신호를 수신하는 수신부; 및 수신된 음향 신호의 RMS값인 진단 RMS 값과 상기 정상 RMS값 사이의 제1 RMS 비와, 누설 RMS 값과 상기 정상 RMS값 사이의 제2 RMS 비를 비교해 누설 원인 및 결함 정도를 결정하는 프로세서를 포함하는 디바이스를 제공한다.

Inventors

  • 송승민
  • 구한범
  • 박기범

Assignees

  • 주식회사 코어로보틱스

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241028

Claims (11)

  1. 유입구와 배출구를 연결하는 관로가 형성된 밸브 몸체와, 상기 밸브 몸체에 부착되는 음향 방출 센서, 상기 밸브 몸체의 내부에서 왕복 이동할 때에 상기 관로를 선택적으로 개폐하는 디스크와, 상기 디스크와 상기 밸브 몸체 사이의 기밀을 유지하는 시트를 포함하는 밸브 조립체의 내부 누설을 진단하는 디바이스로서, 정상 상태의 밸브에서 측정된 정상 음향 신호의 RMS값인 정상 RMS값 및 누설 상태의 밸브에서 측정된 누설 음향 신호의 RMS값인 누설 RMS값이 저장된 메모리; 상기 음향 방출 센서로부터 음향 신호를 수신하는 수신부; 및 수신된 음향 신호의 RMS값인 진단 RMS 값과 상기 정상 RMS값 사이의 제1 RMS 비와, 누설 RMS 값과 상기 정상 RMS값 사이의 제2 RMS 비를 비교해 누설 원인 및 결함 정도를 결정하는 프로세서를 포함하는, 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 누설 원인은 스크래치에 의한 시트 손상, 시트 연마 불량, 밀봉 압력 부족인, 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 정상 음향 신호, 상기 누설 음향 신호 및 상기 음향 신호는 주파수-음압 신호인, 디바이스.
  4. 제3항에 있어서, 상기 프로세서는, 소정 크기의 주파수 영역마다 진단 RMS 값을 정상 RMS 값으로 나누어, 각 주파수 영역별로 제1 RMS 비를 산출하고, 소정 크기의 주파수 영역마다 누설 RMS 값을 정상 RMS 값으로 나누어, 각 주파수 영역별로 제2 RMS 비를 산출하는, 디바이스.
  5. 제4항에 있어서, 주파수 영역은 0~400kHz를 50kHz씩 나눈 8개의 영역으로 구분되는, 디바이스.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 프로세서는 밸브의 누설 원인으로서, 250~400kHz의 영역들 중 제1 RMS 비가 2이상인 영역이 하나 이상이면 시트 연마 불량으로 판단하고, 50~100kHz 인 영역의 제1 RMS 비가 2이상이면서 시트 연마 불량이 아닌 경우 밀봉 압력 부족으로 판단하고, 150~250kHz인 영역들에서 제1 RMS 비가 2이상인 영역이 하나 이상이면서 시트 연마 불량이 아닌 경우 스크래치에 의한 시트 손상으로 판단하는, 디바이스.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 제1 RMS 비 및 기 저장된 결함 정도-제2 RMS 비의 상관관계 데이터를 비교하여 밸브의 결함 정도를 진단하는, 디바이스.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 프로세서는, 누설 원인이 스크래치에 의한 시트 손상인 경우, 100~250kHz 영역들의 제1 RMS 비의 최대값과 시트 손상 정도-제2 RMS 비의 상관관계 데이터를 비교하여 결함 정도를 결정하고, 시트 손상 정도-제2 RMS 비의 상관관계 데이터에서 스크래치에 의한 시트 손상 정도가 클수록 제2 RMS 비의 최대값은 작아지는, 디바이스.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 프로세서는, 누설 원인이 밀봉 압력 부족인 경우, 50~150kHz 영역들의 제1 RMS 비의 최대값과 밀봉 압력-제2 RMS 비의 상관관계 데이터를 비교하여 결함 정도를 결정하고, 밀봉 압력-제2 RMS 비의 상관관계 데이터에서 밀봉 압력이 낮을수록 제2 RMS 비의 최대값은 작아지는, 디바이스.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 프로세서는, 누설 원인이 시트 연마 불량인 경우, 50~400kHz 영역들의 제1 RMS 비 중 최대값과 시트 연마 상태-제2 RMS 비의 상관관계 데이터를 비교하여 결함 정도를 결정하고, 시트 연마 상태-제2 RMS 비의 상관관계 데이터에서 연마가 덜 될수록 제2 RMS 비의 최대값은 작아지는, 디바이스.
  11. 유입구와 배출구를 연결하는 관로가 형성된 밸브 몸체와, 상기 밸브 몸체에 부착되는 음향 방출 센서, 상기 밸브 몸체의 내부에서 왕복 이동할 때에 상기 관로를 선택적으로 개폐하는 디스크와, 상기 디스크와 상기 밸브 몸체 사이의 기밀을 유지하는 시트를 포함하는 밸브 조립체의 내부 누설을 진단하는 방법으로서, 정상 상태의 밸브에서 측정된 정상 음향 신호의 RMS값인 정상 RMS값 및 누설 상태의 밸브에서 측정된 누설 음향 신호의 RMS값인 누설 RMS값을 저장하는 단계; 상기 음향 방출 센서로부터 음향 신호를 수신하는 단계; 및 수신된 음향 신호의 RMS값인 진단 RMS 값과 상기 정상 RMS값 사이의 제1 RMS 비와, 누설 RMS 값과 상기 정상 RMS값 사이의 제2 RMS 비를 비교해 누설 원인 및 결함 정도를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.

Description

밸브 내부누설을 진단하는 디바이스 및 방법{VALVE INTERNAL LEAKAGE DIAGNOSIS DEVICE AND METHOD} 본 발명은 밸브 내부누설을 진단하는 디바이스 및 방법에 관한 것이다. 발전소 및 화학플랜트 등 산업설비에는 수많은 밸브가 사용되고 있으며 그 중 설비의 안전운전에 큰 영향을 주는 밸브는 동작 건전성 검사 및 밸브 내부 누설검사가 수행되고 있다. 밸브 내부누설은 대표적으로 시일(seal)부인 밸브 몸체와 밸브 시트(seat) 면에 스크래치 발생에 의한 시트 손상, 밸브 시트 연마 불량, 디스크의 밀봉 압력 부족에 의해 발생되며 밸브 내부누설이 발생하면 누설유량 증가, 밸브 입구쪽 압력저하, 냉각기능 상실, 유독물질 및 방사성 물질의 방출 등 산업설비 운전에 막대한 손상과 사고를 초래하게 된다. 밸브 내부 누설을 파악하기 위해 보통 밸브 후단의 온도 변화율이나 압력 변화율을 이용하거나 이동식 장치를 사용해 누설로 인해 발생하는 소음을 직접 듣는 방법을 사용한다. 그러나 이러한 방법들은 누설이 상당히 진행된 이후에 판단이 가능하다는 문제가 있다. 이를 해결하기 위해 개발된 종래의 음향 방출 신호를 이용해 밸브 내부누설을 진단하는 기술은 누설의 유무 판별은 가능했으나, 누설의 원인과, 누설의 원인이 된 결함의 정도를 파악하지는 못하는 한계가 있었다. 도 1은 밸브 내부누설 상황을 나타낸 도면이다. 도 2는 일 실시 예에 따른 밸브 내부 누설 실험 장치의 개략도이다. 도 3은 일 실시 예에 따른 밸브 내부 누설 실험 방법의 흐름도이다. 도 4는 누설 원인 별 누설량 그래프를 도시한다. 도 5는 일 실시 예에 따른 디바이스의 구성의 일 예를 나타내는 개략적인 도면이다. 도 6은 일 실시 예에 따른 디바이스가 동작하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 7은 일 실시 예에 따른 디바이스가 밸브의 누설 원인 및 결함 정도를 결정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 8은 시트 손상에 의한 누설량 그래프를 도시한다. 도 9는 시트 연마 불량에 의한 누설량 그래프를 도시한다. 도 10은 밀봉 압력 부족에 의한 누설량 그래프를 도시한다. 이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다. 본 명세서에서 사용되는 '제 1' 또는 '제 2' 와 같은 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들 또는 단계들을 설명하기 위해 사용될 수 있으나, 해당 구성 요소들 또는 단계들은 서수에 의해 한정되지 않아야 한다. 서수를 포함하는 용어는 하나의 구성 요소 또는 단계를 다른 구성 요소들 또는 단계들로부터 구별하기 위한 용도로만 해석되어야 한다. 이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도1은 밸브 내부누설 상황을 나타낸 도면이다. 일반적으로 발전소에는 배관(A)과 배관(A) 사이를 연결하기 위한 밸브 조립체(10)가 사용된다. 배관(A)의 내부로는 발전소의 종류에 따라 다양한 종류의 유체(ex 증기, 천연가스, 연소가스 등)가 이동할 수 있다. 밸브 조립체(10)는 유입구(11A)와 배출구(11B)를 연결하는 관로가 형성된 밸브 몸체(11), 밸브 몸체(11)의 내부에서 왕복 이동할 때에 상기 관로를 선택적으로 개폐하는 디스크(12)와, 디스크(12)와 밸브 몸체(11) 사이의 기밀을 유지하는 시트(13)를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 밸브 몸체(11)의 일측에는 음향 방출 센서(14)가 부착될 수 있다. 디스크(12)가 시트(13)과 밀착하는 경우 밸브 몸체(11)로는 유체가 통과하지 못한다. 반대로 디스크(12)가 시트(13)로부터 상측으로 이격되는 경우, 상기 밸브 몸체(11)의 내부 공간이 개방되어 유체가 이동 가능하게 된다. 밸브 조립체(10)의 내부에서 디스크(12)의 반복적인 개폐작용과 유체의 이동 등에 의해, 시트(13)는 디스크(12)와의 시트면이 침식되거나 부식되는 등의 결함이 발생할 수 있으며, 이러한 경우 도1과 같이 디스크(12)와 시트(13) 사이에 내부누설이 발생할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 디바이스(100)는 밸브 몸체(11)에 부착되는 음향 방출 센서(14)로부터 음향 신호들을 수신하고, 정상 상태의 밸브에서 측정된 정상 음향 신호들의 주파수 영역별 음압의 RMS값인 정상 RMS값과 수신된 음향 신호의 주파수 영역별 음압의 진단RMS 값을 비교해 누설 원인 및 결함 정도를 판단한다. 여기서, 음향 신호는 가로축이 주파수, 세로축이 음압인 데이터를 의미할 수 있다. 도 2는 일 실시 예에 따른 밸브 내부 누설 실험 장치의 개략도이다. 도2를 참조하면, 누설 실험 장치(20)은 가압을 위한 컴프레서(21)와, 가압한 공기를 저장할 에어 탱크(22), 밸브의 누설 정도에 관계없이 일정한 압력의 공기를 제공해줄 수 있는 압력 레귤레이터(23), 테스트 글로브 밸브(24)와, 밸브 후단의 누설 유체를 모으기 위한 챔버(25)로 구성된다. 아울러, 밸브(24)의 몸체에는 1개의 음향 방출 센서(26a)가 부착되고, 밸브(24)의 전단과 챔버(25)의 압력을 측정하기 위한 2개의 압력 센서(26b), 누설 유체의 온도를 측정하기 위한 1개의 온도 센서(26c)이 챔버(25)에 결합되어 있다. 그리고 음향 방출 센서(26a)를 제외한 각 센서(26b, 26c)은 데이터 수집 장치 (27)에 직접 연결되어 있고, 음향 방출 센서(26a)은 전치증폭기(28)에 의해 1차 증폭이 된 후 데이터 수집 장치(27)에 연결된다. 데이터 수집 장치(27)로 수집한 데이터는 디바이스(100)를 통해 처리, 분석 가능하다. 도 3은 일 실시 예에 따른 밸브 내부 누설 실험 방법의 흐름도이다. 단계 S21을 참조하면, 우선 설계한 환경에 맞게 밸브에 시트를 장착하고, 밀봉 압력을 설정한다. 우선, 정상적인 시트와 충분한 밀봉 압력으로 설정하여 실험을 진행하고, 이후 누설 모사 유형에 따라 시트와 밀봉 압력을 설정한다. 누설 모사 유형은 스크래치에 의한 시트 손상, 시트 연마 불량, 디스크의 밀봉 압력 부족의 세가지로 설정하였다. 그리고 각 누설 모사 유형에 따라 결함 정도를 세가지로 분류하였다. 시트 손상은 스크래치의 깊이에 따라 10mm 스크래치, 8mm 스크래치, 6mm의 스크래치로 나누고, 시트 연마는 연마 정도에 따라 C, B, A 등급으로 나누며, 밀봉 압력은 50psi, 55psi, 60psi으로 나누었다. 여기서, A는 연마가 적당히 되어 있는 시트(예를 들어 연마 상태 80%), B는 연마가 덜 되어있는 시트(예를 들어 연마 상태 50%), C는 연마가 거의 되지 않은 시트(예를 들어 연마 상태 10%)를 의미한다. 단계 S22을 참조하면, 도 2와 같이 밸브(24) 및 챔버(25)에 음향 방출 센서(26a)과, 압력 센서(26b) 및 온도 센서(26c)를 설치한다. 음향 방출 센서(26a)는 전치 증폭기(28)에 연결 후 데이터 수집 장치(27)로, 압력 센서(26b) 및 온도 센서(26c)는 데이터 수집 장치(27)에 직접 연결된다. 데이터 수집 장치(27)로 수집한 데이터는 일 실시예에 의한 디바이스(100), 예를 들면 컴퓨터를 통해 분석 및 처리할 수 있다. 단계 S23을 참조하면, 컴프레서(21)을 통해 공기를 9bar까지 가압하고, 가압한 공기를 에어 탱크(22)에 저장한다. 에어 탱크(22)의 후단에 연결된 압력 레귤레이터(23)은 7bar로 설정한다. 단계 S24를 참조하면, 데이터 수집을 시작하고, 아울러 압력 레귤레이터(23)와 테스트 글로브 밸브(24) 사이의 밸브를 개방해 시험을 시작한다. 압력 레귤레이터(23)와 테스트 글로브 밸브(24) 사이의 밸브를 열어도 밸브 후단 챔버(25)의 압력증가가 관측되지 않으면, 누설이 발생하지 않는 정상적인 환경이라 판단 가능하다. 단계 S25를 참조하면, 밸브 내부누설이 진행되어 밸브 후단의 챔버(25)에 누설 공기가 모이게 되고, 챔버의 압력이 전단압력 7bar에 근접하고, 변화가 거의 없어지면 시험을 종료한다 단계 S26을 참조하면, 시험을 종료한 후 데이터 수집을 종료하고, 디바이스(100)를 통해 데이터 분석 및 처리를 진행한다. 누설량은 밸브 후단과 챔버의 부피, 측정한 챔버의 압력, 온도를 이용해서 이상 기체 상태방정식에 대입해 산출하였고, 누설 원인 별 음향 방출 신호의 주파수 분석을 수행한 후, 각 결함 정도 별로 음향 방출 신호의 주파수 분석을 수행하였다. 도 4는 누설 원인 별 누설량 그래프를 도시한다. 각 누설 원인 별로 가장 결함이 심한 경우를 기준으로 누설 시험을 수행하였다. 구체적으로는, 시트 손상은 10mm 스크래치, 시트 연마 불량은 C등급, 밀봉 압력은 50psi로 설정하고 실험을 수행하였다. 각 누설 원인 중 밀봉 압력 부족의 경우가 초기 누설량이 가장 크게 나타났고, 이후 시트 손상, 시트 연마 순으로 초기 누설량이 낮아졌다. 같은 누설량 환경에서의 비교가 가능하도록, 누설량이 0.8L/min이 되는 시점에 비교분석을 수행하였다. 도 5는 일 실시 예에 따른 디바이스의 구성의 일 예를 나타내는 개략적인 도면이다. 도5를 참조하면, 디바이스(100)는 수신부(110), 프로세서(120) 및 메모리(130)를 포함할 수 있다. 그러나 도 5에 도시된 구성요소 모두가 디바이스(100)의 필수 구성요소인 것은 아니다. 도 5에 도시된 구성 요소보다 많은 구성 요소에 의해 디바이스(100)가 구현될 수도 있고, 도 5에 도시된 구성 요소보다 적은 구성