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문제 정의
- 용접 . 보수한 원통형 톨루엔 저장 탱크에서의 결함유무 및 결함성장에 관한 정보를 얻고자 음향방출시험을 수행하였다. 그 결과결함의 존재를 지적하는 순수 음향방줄 (genuine AE)과 밸브잡음에 기인한 유사 음향방출(non-genuine AE)들이 관찰되었다.
제안 방법
- 0m/h로 공급되었다. AE 모니터링은 물을 저장탱크의 최대설계용량 (11.2m)의 75% 레벨(8.4m)까지 채운 후 Fig. 3 에서 보는 바와 같이 하중절차에 따라 실시간으로 측정하였다.
- 각 센서들의 감도교정은 내용물이 담겨져 있지 않은 저장탱크의 외벽에 삼각형 모양으로 부착된 센서근처에서 3회에 걸친 연필심 부러뜨림(pencil break)시험으로 수행되었다. 이들 시험으로부터 측정된 사건 (events) 들의 평균진폭 값은 78dB로 평가되었으며, 이 평균값에 대하여 ±4dB를 벗어나는 각 센서에 대하여 감쇠 요인을 제거하여 교정하였다.
- 센서배열은 용접 . 보수한 저장탱크의 하부 1단과 2단 지역에서 의결함 검출 및 AE 발생원의 위치표정(source location)을 위하여 Fig. 2와 같이 센서를 삼각형 모양(triangular mode)으로 배열하였다. 이 그림에서 RT로 표시된 영역은 음향방출시험 후 결함의 존재유무를 확인하기 위하여 방사선시험(radiography testing)을 행한 지역을 의미한다.
- 현장응용을 위한 기초단계로 20여년간 사용하고 있는 원통형 톨루엔 저장탱크에 대하여 음향방출을 실시간으로 측정하였다. 하중 절차에 따른 음향방출 사건들의 거동으로부터 밸브 잡음 신호와 결함신호를 구분할 수 있었으며, 일부 결함신호들은 방사선시험으로 확인할 수 있었다.
대상 데이터
- 시험용기는 액체 톨루엔을 저장하기 위하여 1978년 API 650 기준[11]에 따라 A 283 등급 C의 고장력강으로 제작되어 현재까지 사용되고 있는 원통형 저장탱크이다. 이 저장탱크는 Fig.
- 본 연구에서 사용된 음향방출 측정장비의 문턱 값은 환경잡음을 고려하여 45dB 레벨로 설정하였다. 음향방출센서는 40dB의 이득을 갖는 전치증폭기 (pre-amplifier) 가 내장된 PAC R15I를 사용하였다. 이 센서는 70~ 200kHz 영역의 주파수 대역을 가지며, 공진주파수는 약 125kHz 이다.
- 음향방출측정 장비 는 Physical Acoustics CorpQration(PAC)의 32채널로 구성된 Spartan 2000이 사용되었다. 본 연구에서 사용된 음향방출 측정장비의 문턱 값은 환경잡음을 고려하여 45dB 레벨로 설정하였다.
- 있는 원통형 저장탱크이다. 이 저장탱크는 Fig. 1에서 보는 바와 같이 직경이13.36m, 높이가 12m이며, 바닥은 편평하며, 지붕은 30° 돔 (dome)형으로 되어' 있다. 저장탱크의 최대저장 높이는 11.
- 저장탱크의 시험하중은 사용유체인 톨루엔 대신에 물을 사용하였다. 충수(filling water) 는소방호수로 저장탱크 하부 1단에 부착된 입력 노즐을 통하여 0.
데이터처리
- 이들 시험으로부터 측정된 사건 (events) 들의 평균진폭 값은 78dB로 평가되었으며, 이 평균값에 대하여 ±4dB를 벗어나는 각 센서에 대하여 감쇠 요인을 제거하여 교정하였다. Table 2는 교정된 각 센서들의 감도를 보여준다.
성능/효과
- 1. 고장력강의 저장탱크 외벽에서 측정된 음향방출 파의 평균속도는 3, 195m/s로 평가되었다.
- 2. 중수를 시작하거나 중지하는 시점에서는 밸브 잡음이 발생될 수 있다. 이들은 순간적으로 과도하게 발생되며, 진폭 등의 AE 변수들은 하중과 일치하지 않고 순수 AE에 비해 상당히 넓은 영역에 걸쳐 분산적으로 분포하는 경향을 갖는다.
- 3. 용접결함 등에 의한 순수 음향방출은 하중이 증가함에 따라 지속적으로 발생되나, 이 시험하중영역에서 결함성장에 대한 어떠한 음향방출특성은 관찰되지 않았다.
- 4. 시험하중영역에서 비활성(non-active)인 결함은 현저한 음향특성을 보이지 않는다.
- 보수한 원통형 톨루엔 저장 탱크에서의 결함유무 및 결함성장에 관한 정보를 얻고자 음향방출시험을 수행하였다. 그 결과결함의 존재를 지적하는 순수 음향방줄 (genuine AE)과 밸브잡음에 기인한 유사 음향방출(non-genuine AE)들이 관찰되었다.
- 이것은 기공이 85%의 시험 하중 레벨 이하에서는 의미 있는 웅력 발생원으로 작용하지 못하는 것으로 판단된다. 둘째, 센서 6은 센서 11에 비해서 상당히 많은 사건들과 더불어 상당히 큰 진폭을 갖는 사건들이 다수 발생되었음을 보여 주었다. 이들의 음향방출 변수특성은 밸브나 유체흐름에 의한 유사 음향방출이 아닌 순수 AE인 것으로 판단된다.
- Table 2는 교정된 각 센서들의 감도를 보여준다. 또한, 도착 시 간차로부터 계산된 음향방출파의 평 균 속력은 3, 195 m/s로 평가되었다.
- 왜냐하면, 결함이 성장할 경우에는 사건의 진폭은 증가하는 경향을 보인다. 또한, 활성 센서별로 검출된 사건들의 진폭에 따른 counts, 오름시간(rise time) 및 에너지의 분포를 분석한 결과 Fig. 6의 count-amplitude 상관관계와 유사하게 사건의 진폭이 클수록 이들 변수값들은 상대적으로 큰 값을 갖는 경향을 보였다.
- 하중이 일정하게 유지된 75% 레벨에서는 소수의 AE 사건(events)들이 나타나며, 각 사건들은 4 개 이하의 진동횟수 (count) 를 갖는다. 약 L0m/h의 충수율로 하중을 증가시키는 (75~ 84)% 레벨영역에서는 많은 사건들이 지속적으로 발생되었으며 개별 사건들의 진동횟수는 1~100개 정도로 분포되어 있음을 알 수 있다. 또한, 하중(혹은 시간)이 증가함에 따라 사건 수가 증가하는 경향은 보여주지 않는다.
- 첫째, 센서 4는 센서 11에 비해 활성이 낮으나 인접한 용접부에서는 허용기준에 부적합한 기공이 발견되었다. 이것은 기공이 85%의 시험 하중 레벨 이하에서는 의미 있는 웅력 발생원으로 작용하지 못하는 것으로 판단된다.
후속연구
- 제한적이기는 하지만 일부 음향방출 시스템은 시험절차와 응용기술에 있어서 많은 발전을 이룩하여 경제적 안전성 측면에서 음향방출의 잠재력과 신뢰성을 향상시키는 계기가 되었다[1, 2, 3, 4]. 음향방출의 잠재적인 가치는 공정유체를 사용하여 설비가동상태에서의 가압, 플랜트 가동 중지 전의 cool-down 검사, 사용중인 설비의 동적 연속 모니터링 등으로 요약될. 수 있다.
- 따라서, 센서 6에 나타난 AE 발생원은 RT를 실시하지 못한 저장탱크의 하부경판과 벽의 원주용접부 결함이나 이들 부위에서의 하중에 의한 국소변형에 기인할 가능성도 있다. 이것을 규명하기 위해서는 하중을 저장 탱크의 최대사용 하중까지 가하는 추가적인 시험이 요구된다.
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