STS 316L 교정시험편을 이용한 재가열기 튜브의 와전류신호와 초음파 IRIS 신호 특성 Eddy Current and Ultrasonic IRIS Signal Characteristics of Reboiler Tube by Using STS 316L Calibration Specimen원문보기
본 연구에서는 가공된 오스테나이트계 STS 316L ASME 표준 교정시험편을 이용하여 튜브 두께 감소율과 잔존두께에 대한 와전류 신호와 IRIS 신호특성을 비교하여 리보일러 튜브의 현장 적용성을 평가하였다. 그 결과 두께감소율의 경우 와전류탐상검사는 $20%{\times}4$ 평저공, 10% 외면 그루브, IRIS는 80%홈, 10%외면 그루브에서 ${\pm}15%$ 이상의 편차가 발생하였다. 잔존두께의 경우 와전류탐상은 측정치가 모두 허용범위를 만족하였으나, IRIS는 80% 인공홈에서 ${\pm}15%$ 이상의 편차가 발생하였다. 따라서 와전류탐상검사 후 의사지시에 대한 해석, 두께감소율 측정을 위해 IRIS를 수행한다면 신뢰성이 향상될 것으로 판단된다.
본 연구에서는 가공된 오스테나이트계 STS 316L ASME 표준 교정시험편을 이용하여 튜브 두께 감소율과 잔존두께에 대한 와전류 신호와 IRIS 신호특성을 비교하여 리보일러 튜브의 현장 적용성을 평가하였다. 그 결과 두께감소율의 경우 와전류탐상검사는 $20%{\times}4$ 평저공, 10% 외면 그루브, IRIS는 80%홈, 10%외면 그루브에서 ${\pm}15%$ 이상의 편차가 발생하였다. 잔존두께의 경우 와전류탐상은 측정치가 모두 허용범위를 만족하였으나, IRIS는 80% 인공홈에서 ${\pm}15%$ 이상의 편차가 발생하였다. 따라서 와전류탐상검사 후 의사지시에 대한 해석, 두께감소율 측정을 위해 IRIS를 수행한다면 신뢰성이 향상될 것으로 판단된다.
In this study, a field applicability of reboiler tube was evaluated by comparing ECT signal with IRIS signal about wall loss rate and remaining wall thickness using worked austenite STS 316L ASME standard calibration tube. In the case of wall-loss rate, as a result, tolerance about $20%{\times}...
In this study, a field applicability of reboiler tube was evaluated by comparing ECT signal with IRIS signal about wall loss rate and remaining wall thickness using worked austenite STS 316L ASME standard calibration tube. In the case of wall-loss rate, as a result, tolerance about $20%{\times}4$ flat bottom hole and 10% O D groove(ECT), 80% defect and 10% O D groove(IRIS) occurred up to ${\pm}15%$. In the case of remaining wall thickness, ECT was satisfied with the both tolerance, but tolerance about 80% defect occurred up to ${\pm}15%$ in IRIS. Therefore, if the IRIS is performed for interpretation of non-relevant indication and measurement of wall-loss rate after ECT, reliability is supposed to be improved.
In this study, a field applicability of reboiler tube was evaluated by comparing ECT signal with IRIS signal about wall loss rate and remaining wall thickness using worked austenite STS 316L ASME standard calibration tube. In the case of wall-loss rate, as a result, tolerance about $20%{\times}4$ flat bottom hole and 10% O D groove(ECT), 80% defect and 10% O D groove(IRIS) occurred up to ${\pm}15%$. In the case of remaining wall thickness, ECT was satisfied with the both tolerance, but tolerance about 80% defect occurred up to ${\pm}15%$ in IRIS. Therefore, if the IRIS is performed for interpretation of non-relevant indication and measurement of wall-loss rate after ECT, reliability is supposed to be improved.
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제안 방법
400 mm 튜브시험편에 대해 시험주파수 15 MHz, 물 압력 및 온도는 340 kPa과 20℃, 검사 속도는 0.04 m/s로 설정하여 IRIS 검사를 수행하였다.
교정시험편에 존재하는 각각의 인공 홈의 위상을 측정, depth curve를 이용하여 감육 깊이로 환산하였다. Fig.
3 mm 관통홀 신호의 위상을 40°로, 20%×4개 평저공과 100% 관통홀 사이의 위상각의 차이는 103°이며 100% 관통홀에 대한 신호진폭(peak to peak)을 1Ⅴ로 설정하였다. 또한 지지판에 의한 신호를 억제하기 위해 50 kHz, 25 kHz, 10 kHz 주파수를 혼합하여 사용하였다. 프로브의 충진율은 84%이고 검사 속도는 1.
본 실험에 사용된 검사 장치는 Olympus사의 MS-5800E 시스템과 코일 외경이 13 mm인 내삽식 보빈프로브를 이용하여 와전류탐상을 수행하였고, IRIS사의 IRIS-9000 V3.08 시스템과 V15.1 초음파 회전식튜브를 사용하여 IRIS검사를 수행하였다.
본 연구에서는 열교환기 리보일러 튜브와 동일한 재질의 외경 19.05 mm 및 두께 2.11 mm로 인발 가공된 오스테나이트계 STS 316L의 ASME 표준 교정 시험편을 이용하여 각각 와전류탐상검사와 초음파탐상검사(IRIS)를 수행한 후 두 신호 특성을 비교 평가하였다.
이론/모형
배관검사의 와전류탐상은 ASME 표준 교정용 튜브를 이용하여 교정 후 실시한다. 탐상감도가 최적인 검사 주파수를 기본주파수로 맞춘 후 탐촉자의 흔들림으로 인한 잡음 신호를 X축 방향에 대해 수평으로 위상각을 조정하고 검사주파수에서 100% 관통 드릴 홀에 대한 위상각을 40±5°로 한 후 20%×4개의 평저공(flat bottom hole)으로 부터 신호의 위상각은 관통 홀 신호로부터 시계 방향으로 50~120° 사이가 되어 나타난다.
성능/효과
2)결함의 잔존두께와 10% 외면홈(No. 6) 결함의 두께감소율에서 가공 시험 편과 큰 차이를 발생하였다.
ASME 표준 교정 시험편을 사용하여 보빈 코일로 오스테나이트계 STS 316L (외경 19.05 × 2.11 mm)에 대한 시험주파수(F180)를 구한 결과 적합한 시험주파수 조건이 105 kHz임을 확인하였다.
Fig. 4, Fig. 5와 같이 ASME 표준 교정튜브를 근거로 하여 길이 400 mm, 외경이 19.05 mm이고 두께가 2.11 mm으로 인발 가공된 오스테나이트계 STS 316L 재질 튜브에 100% 관통홀 1개, 80%감육, 60%감육, 40%감육, 20%×4개 평저공, 10% 외면 홈, 10% 내면 홈 등 7개의 인공결함을 가공하였고 Table 2에 교정용 튜브의 인공결함의 크기를 나타내었다.
Fig. 6과 Fig. 7의 결과로 볼 때, No. 1, No. 3, No. 4, No. 5, No. 7 결함에 대한 IRIS 신호의 두께 감소율과 No. 1, No. 3, No. 4, No. 5, No. 6, No. 7 결함에 대한 잔존두께 검출율은 허용 오차범위(±10%)를 만족하였고, 와전류탐상은 No. 5, No. 6 결함을 제외하고 두께 감소율을 만족하였고, 잔존 두께 측정은 전 결함에 대해 허용범위를 만족하였다.
IRIS 검사는 나선형 주사, 부정확한 초음파 시스템 연결과 검사자의 능력 등으로 인한 데이터 손실이 발생할 수 있으나 와전류탐상 결과의 신뢰도를 향상하기 위한 결함크기 산정(sizing)과열교환기 튜브의 두께 감소율을 정확히 측정할 수 있었다.
부식과 산화에 기인된 현장 실물 시험편의 결함은 폭과 길이가 크고 축 방향으로 존재하기 때문에 IRIS 측정값의 정확도가 높지만 교정시험편에 존재하는 인공홈은 비교적 크기가 작아 허용 오차범위를 초과하는 값이 나타났다.
기타의 결함에 대한 감소율과 잔존두께 측정비율은 두 방법 모두 허용오차범위 내에서 결과를 제공하였다. 신호해석 및 평가의 불리함에도 불구하고 와전류탐상은 신호수집 능력과 빠른 검사속도로 인해 한 곳에서 다량의 튜브를 검사하는데 효과적이었다.
후속연구
두 방법을 동일한 조건에서 열교환기 튜브 전수검사에 적용하여 비교하는 것은 의미가 없다. 와전류탐상검사를 선행하고 의사지시에 대한 신호해석, 두께감소율 측정을 위해 IRIS 검사를 병행한다면 검사 결과에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다고 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
석유화학플랜트에서 운용되는 반응로, 저장탱크, 열교환기 등의 시설물을 노후화 되게 하는 요인은 무엇이 있는가
석유화학플랜트에서 운용되는 반응로, 저장탱크, 열교환기, 배관 등의 시설물은 장기간 사용함에 따라 고온, 고압, 부식성 분위기, 열응력, 피로등 여러 가지 요인으로 경년열화 되어 노후화 된다. 따라서 이들 시설물에 대한 신뢰성 및 안전성 확보가 매우 중요하며, 관련 장치에 대한 비파괴검사 및 평가기술이 중요시 되고 있다[1,2].
석유화학 플랜트에서 방사선투과검사와 초음파탐상검사가 사용되는 이유는 무엇인가
석유화학 플랜트에서 사용중인 장치, 배관, 설비 등의 건전성 평가를 위해 방사선투과검사와 초음파탐상검사가 주로 사용되고 있다. 특히 석유화학공업에서 가열기, 예열기, 과열기, 증발기, 리보일러, 냉각기, 응축기 등 다양한 열교환기 튜브의 검사에 와전류탐상검사가 효과적으로 이용되고 있다.
석유화학공업에서 리보일러는 어떠한 목적으로 사용되는가
특히 석유화학공업에서 가열기, 예열기, 과열기, 증발기, 리보일러, 냉각기, 응축기 등 다양한 열교환기 튜브의 검사에 와전류탐상검사가 효과적으로 이용되고 있다. 여기서 리보일러(reboiler)는 응축한 액체를 재차 가열하여 증발시킬 목적으로 사용된다.
참고문헌 (10)
이주석, "비파괴검사에 의한 석유화학설비의 안전진단", 대한기계학회지, 제34권 제11호, pp. 859-866 (1994)
ASME, "Boiler & Pressure Vessel Code," The American Society of Mechanical Engineers, Vol. V Art. 8, pp. 127-129 (2004)
A. Joseph, G. K. Sharma and T. Jayakumar, "Ultrasonic internal rotary inspection system(IRIS) for heat exchanger and steam generator tubes," Journal of Pure and Applied Ultrasonic, Vol 31, No. 1, pp. 24-30 (2009)
A. S. Birring, "Selection of NDT techniques for inspection of heat exchanger tubing," Materials Evaluation, Vol. 59, No. 3 (2001)
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