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시뮬레이션을 활용한 유동층보일러 수냉벽튜브 검사용 원격장 와전류 탐상 센서 설계
Design of Remote Field Eddy Current Sensor for Water-Wall Tube Inspection using Simulation 원문보기

KEPCO Journal on electric power and energy, v.5 no.1, 2019년, pp.33 - 38  

길두송 (KEPCO Research Institute, Korea Electric Power Corporation) ,  권찬울 (School of Mechanical Engineering, Sungkyunkwan University) ,  조용상 (KEPCO Research Institute, Korea Electric Power Corporation) ,  김학준 (School of Mechanical Engineering, Sungkyunkwan University)

초록
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화력발전은 국내 발전량 중 가장 높은 비율을 차지하고 있으며, 그 중 석탄보일러 발전이 가장 높은 비율을 차지하고 있다. 석탄보일러는 석탄 연소 중 유해 물질 및 미세먼지가 발생하여 대기오염에 심각한 영향을 미친다. 이에 친 환경 석탄보일러로 유동층보일러가 도입 되었으며, 이는 유동매체를 활용하여 기존의 석탄보일러보다 약 1/10정도 적은 오염물질을 배출한다. 수냉벽튜브는 이 유동층보일러에서 중요한 역할을 하는 구조물로, 유동층보일러의 특성상 기존의 보일러보다 외벽손상이 심하다. 하지만 아직까지 이에 대한 정량적인 유지보수 기법이 없다. 원격장 와전류 탐상은 튜브형태의 내, 외벽 검사에 많이 사용되는 비파괴평가 기법으로, 비접촉이며 빠른 검사가 장점이다. 하지만 원격장 와전류 탐상은 본래 배관 내부에서 진행하는 검사이며, 수냉벽튜브는 특성상 내부 진입이 불가능하다. 이에 본 연구에서는 시뮬레이션을 활용해 유동층보일러 수냉벽튜브에 적합한 외부 원격장 와전류 탐상 센서에 대한 설계를 진행하고, 시뮬레이션을 수행하였으며, 기존 원격장 와전류 탐상과 유사한 신호를 얻음으로써 추후 실제 제작 될 원격장 와전류 탐상 센서에 대한 기준을 제시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Thermal power generation accounts for the highest percentage of domestic power generation, among which coal-fired boiler generation accounts for the highest percentage. Coal boilers generate harmful substances and fine dust during coal combustion and have a serious effect on air pollution. So, fluid...

주제어

#RFECT, Remote Field Eddy Current Testing   #RFECT Simualtion   #RFECT Sensor   #Non-Destructive Evaluation   #Water-Wall Tube   #Fluidized boiler  

표/그림 (17)

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • (1)에서 자속 밀도는 Exciter 센서에 따라 고정되는 값이므로, 기전력을 높이기 위해서는 권선 수를 높이면 된다. Receiver 센서의 방향에 따라 Receiver 센서가 수신하는 자기장의 세기가 다르기 때문에, 이에 대한 비교 분석을 진행해 보았다.
  • 8에서 볼 수 있듯이, 튜브 양쪽에 날개와 같은 것이 멤브레인을 형상화한 것이며, 여러 개의 튜브를 형상화하기보다는 하나의 튜브만 형상화하였다. 그 이유는 위에서 언급하였듯이 시간적인 효율성을 높이기 위해서이다. Table 1은 수냉벽튜브의 상세 사이즈를 나타낸다.
  • 하지만 본 연구에서 검사하고자 하는 유동층보일러 수냉벽튜브는 내부로 Exciter 센서 진입이 어렵고, 또한 멤브레인(수냉벽튜브와 튜브 사이의 연결부) 때문에, 원형 형태의 Exciter 센서로 검사가 불가능하다. 그렇기 때문에 본 연구에서는 외부로 진행하며 수냉벽튜브 외벽에 적절한 와전류를 유도할 수 있는 반원 형태의 Exciter 센서를 설계하고자 하였다. Fig.
  • 하지만, 원격장 와전류 탐상은 기본적으로 튜브 내부에서 진행되고, 수냉벽튜브는 구조적 특성상 내부에서 검사를 진행할 수 없다. 이에 본 연구에서는 시뮬레이션을 활용하여 수냉벽튜브 외벽을 검사할 수 있는 원격장 와전류 센서 설계를 하는 것을 목표로 하고 있다.
  • 5의 그래프와 매우 흡사한 것을 확인할 수 있으며, 기본적으로 원격장 와전류 탐상의 원격장 영역은 검사 배관 직경의 2~3배 정도 이다. 하지만 시뮬레이션 결과 원격장 영역이 약 1~1.5배 정도이며, 원격장 형성 위치는 검사 결과와는 크게 상관없기 때문에 본 연구의 목적인 외부 원격장 와전류 탐상 센서의 설계가 가능함을 확인할 수있다.

가설 설정

  • 시뮬레이션 상으로는 Receiver 센서 성능에 따른 자기장 세기를 비교할 수 없다. 그렇기에 본 연구에서는 와전류에 의해 생성된 2차 자기장을 100% 수신하였을 경우를 가정하였으며, II. B절에서 언급하였듯이, Receiver 센서는 원거리 장 영역(remote-field zone)의 자기장을 수신한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
원격장 와 전류 탐상이란 무엇인가? 본 연구에서 활용된 기법은 원격장 와전류 탐상 (Remote Field Eddy Current Testing, RFECT)이다. 원격장 와 전류 탐상은 와전류 탐상의 응용기법으로서 전자기를 활용 하여 주로 배관검사에서 적용되는 비파괴평가 기법이다. 바 탕 원리는 와전류 탐상과 같기 때문에 먼저 와전류 탐상에 대한 이해가 필요하다.
유동층보일러의 장점은? 석탄보일러는 석탄 연소 중 유해 물질 및 미세먼지가 발생하여 대기오염에 심각한 영향을 미친다. 이에 친 환경 석탄보일러로 유동층보일러가 도입 되었으며, 이는 유동매체를 활용하여 기존의 석탄보일러보다 약 1/10정도 적은 오염물질을 배출한다. 수냉벽튜브는 이 유동층보일러에서 중요한 역할을 하는 구조물로, 유동층보일러의 특성상 기존의 보일러보다 외벽손상이 심하다.
유동층보일러가 개발되게 된 계기는 무엇인가? 하지만 화력 발전소는 대기오염에 심각한 영향을 미치 며, 특히 석탄 화력발전은 연소과정 중에 질소산화물(NOx) 과 황산화물(SOx)이 배출되며 이는 대기오염에 주범이라 할 수 있다 [3]. 그렇기에 정부는 2030년까지 화력발전소가 차 지하는 비중을 약 25%수준까지 축소할 것을 제안하였다 [4]. 석탄 화력발전의 입지가 줄어든 만큼, 친환경적인 화력 발전에 대한 연구개발이 활발하며, 그 결과물 중의 하나가 유동층보일러이다.
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참고문헌 (10)

  1. 한국전력공사 전력 빅데이터 센터, "5대 전력정보분석보고서_1", 2016. 

  2. 통계청, www.index.go.kr/potal/main/EachDtlPageDetail.do?idx_cd1339 

  3. 송유나, 박종식, 구준모, 이지언, 사회공공연구원, "석탄화력 연구보고서", 2017. 

  4. 현대경제연구원, "온실가스 감축 및 미세먼지 저감을 위한 전력정책 제안", 2017. 

  5. terms.naver.com/entry.nhn?docId2446539&cid51641&categoryId51641 

  6. 박은수, 박익근, 송성진, "비파괴평가공학", 학연사, 2004. 

  7. Satish S. Udpa and Patrick O. Moore, "NONDESTRUCTIVE TESTING Handbook Electromagnetic Testing Volume 5" , 2004. 

  8. 이유기. (2015). "Remote Field Eddy Current Testing System의 설계에 관환 연구". 석사학위, 부산대학교, 부산. 

  9. Park, J. H., Yoo, H. R., Kim, D. K., Kim, H. J., Cho, S. H., Song, S. J., ... & Rho, Y. W. (2017). Development of RFECT system for in-line inspection robot considering extendibility of receiving sensors based on parallel lock-in amplifier. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 18(2), 145-153. 

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  10. 김범수, 김두수, 정남근, & 이성호. "보일러 수냉벽튜브 손상원인 분석" 

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