JP6279572B2

JP6279572B2 - 熱交換器伝熱管の円周断面の楕円化検出装置及びその方法

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Publication number: JP6279572B2
Application number: JP2015524171A
Authority: JP
Inventors: ドクヒョンイ; ミョンシクチェ; ドヘンホ; ジョンホハン
Original assignee: Korea Atomic Energy Research Institute KAERI
Current assignee: Korea Atomic Energy Research Institute KAERI
Priority date: 2012-07-23
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2018-02-14
Anticipated expiration: 2033-07-19
Also published as: JP2015526719A; EP2881700A1; EP2881700A4; KR20140013237A; WO2014017785A1; EP2881700B1; KR101382051B1

Description

原子力及び火力発電所で用いられる熱交換器伝熱管の断面円周の楕円化を検出する検出装置及びその方法に関する。

原子力及び火力発電所の熱交換器は極めて長い複数の伝熱管から構成され、稼動中に発生する亀裂及び損傷などの欠陥を非破壊検査技術で検出した後に補修している。

伝熱管が外力又は曲げなどにより変形されて円周断面の形状が楕円化されると、伝熱管壁の内／外面に大きい応力を誘発し、これによって腐食性亀裂及び損傷の発生が加速化する。したがって、伝熱管内で円周断面が楕円化した部分を検出し、その程度を測定すれば、そのように検出された部分が亀裂及び損傷の加速化される脆弱な地域であるため、欠陥発生を予測して非破壊検査を強化することで、発生する欠陥を早期に検出するなどの効率的な管理を行うことができる。

従来における熱交換器伝熱管の非破壊検査技術は、すでに発生した欠陥を検出する目的として開発され、欠陥発生を加速化させる先行因子として作用する伝熱管の円周断面の楕円化を検出し、その程度を測定する技術は開発されていない。

本発明の実施形態の目的は、原子力及び火力発電所の熱交換器に用いられる伝熱管が外力又は曲げなどにより変形されて円周断面の形状が楕円化された位置を予め検出し、その程度を測定することのできる装置及び方法を開発する。

上述した本発明の実施形態に係る熱交換器伝熱管の円周断面の楕円化検出装置は、伝熱管の内部に挿入して前記伝熱管の長手方向に沿って移動可能であり、前記伝熱管内面の円周方向に沿って回転可能に備えられる探触子胴体部と、前記探触子胴体部の両端に設けられ、前記探触子胴体部の線形移動及び回転を支持する支持脚と、前記探触子胴体部の互いに異なる位置に形成されるコイル支持部と、前記コイル支持部に装着して前記伝熱管断面の楕円化を検出するために伝熱管の内面とコイルとの間の距離変化による渦電流抵抗を測定するための第１コイルユニット及び第２コイルユニットで構成される渦電流コイルとを含んで構成され、前記渦電流コイルは、前記第１及び第２コイルユニットのうちの１つを検査コイルとして使用し、残り１つを基準コイルとして使用するか、前記第１及び第２コイルユニットを検査コイルとして共に使用する。

一実施形態によると、前記第１及び第２コイルユニットのうちの１つ又は２つのコイルは、前記探触子胴体部の外面に装着されてもよい。そして、前記第１コイルユニット及び前記第２コイルユニットで測定された信号の大きさの差を用いて、前記伝熱管断面の楕円化の有無と楕円化の程度を検出してもよい。

一実施形態によると、前記第１コイルユニット及び前記第２コイルユニットは、互いに９０°に離隔した位置に備えられてもよい。

一実施形態によると、前記コイル支持部は弾性部材で形成されたり、下部に弾性部材が含まれて前記第１コイルユニット及び第２コイルユニットのうちの１つ又は２つのコイルが伝熱管の内面と接触するように弾性的に支持してもよい。また、前記第１コイルユニット及び前記第２コイルユニットで測定される信号の大きさの差を記録する記録部が備えられてもよい。

一方、前述した本発明の他の実施形態に係る伝熱管の断面円周の楕円化検出方法は、伝熱管の内部に探触子胴体部を挿入するステップと、前記探触子胴体部を前記伝熱管の長手方向に沿って移動させるステップと、前記探触子胴体部を前記伝熱管の内面の円周方向に沿って回転させるステップと、前記探触子胴体部に備えられた第１及び第２コイルユニットでそれぞれ前記伝熱管の渦電流抵抗を測定するステップと、前記第１及び第２コイルユニットで測定された渦電流抵抗信号の大きさの差を検出するステップとを含む。

本発明の実施形態によると、原子力及び火力発電所の熱交換器伝熱管で稼動中に発生する損傷を予め予測することで、脆弱な地域に対する予防的な管理を行うことができる。また、熱交換器伝熱管の製作及び組立時に伝熱管の円周断面の楕円化を検出し、その程度を測定する品質管理が可能であることから、損傷を基本的に防止かつ抑制できる。

本発明の一実施形態に係る伝熱管の楕円化検出装置の一例を示す側面図である。伝熱管が正常状態の場合に、図１に示す伝熱管の楕円化検出装置で「Ａ−Ａ」線に沿った断面を示す断面図である。図２に示す状態で検出された結果グラフである。伝熱管が楕円化された場合に、図１に示す伝熱管の楕円化検出装置で「Ａ−Ａ」線に沿った断面を示す断面図である。図４に示す状態で検出された結果グラフである。図２に示す変形実施形態に係る伝熱管の楕円化検出装置の断面図である。

以下、添付する図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明するが、本発明が実施形態によって制限されたり限定されることはない。本発明を説明するにおいて、公知された機能あるいは構成に対する具体的な説明は本発明の要旨を明瞭にするため省略されてもよい。

以下、図１ないし図６を参照して本発明の一実施形態に係る熱交換器伝熱管の円周断面の楕円化（ｏｖａｌｉｔｙ）検出装置１００について詳細に説明する。参考まで、図１は、本発明の一実施形態に係る伝熱管１０の楕円化検出装置１００の一例を示す側面図である。図２は伝熱管１０が正常状態である場合に、図１に示す伝熱管１０の楕円化検出装置１００で「Ａ−Ａ」線に沿った断面を示す断面図であり、図３は図２に示す状態で検出された結果グラフである。そして、図４は、伝熱管１０が楕円化される場合に、図１に示す伝熱管１０の楕円化検出装置１００で「Ａ−Ａ」線に沿った断面を示す断面図であり、図５は図４に示す状態で検出された結果グラフである。また、図６は、図２に示す変形実施形態に係る伝熱管１０の楕円化検出装置１００の断面図である。

図面を参照すると、楕円化検出装置１００は、伝熱管１０（図２及び図４参照）の内部に挿入される探触子胴体部１１０及び伝熱管１０の楕円化の有無を検出するための渦電流コイル１４０を含んで構成される。

探触子胴体部１１０は、伝熱管１０の内部に挿入して伝熱管１０の長手方向に沿って移動されるだけではなく、伝熱管１０の内面の円周方向に沿って回転してもよい。また、探触子胴体部１１０は、伝熱管１０の内面形状に対応するように円筒状に形成されてもよい。探触子胴体部１１０は、支持脚１２２、１３２が連結される上部胴体部１１２と下部胴体部１１４、そして、渦電流コイル１４０が装着して支持されるコイル支持部１１８及び弾性部材１１６を含んで構成してもよい。

探触子胴体部１１０の中心部には螺旋状で巻線された渦電流コイル１４０が備えられてもよい。渦電流コイル１４０は、探触子胴体部１１０が伝熱管１０の内部で上部方向又は下部方向に移動したり、伝熱管１０の円周方向に沿って回転しながら渦電流コイル１４０で得られる伝熱管の内面との距離変化による信号の大きさの差を測定することにより、伝熱管１０の楕円化の有無を検出してもよい。

探触子胴体部１１０は、両端に伝熱管１０の内面と弾性的に接触して探触子胴体部１１０が伝熱管１０の中心部に位置するように探触子胴体部１１０を支持する支持脚１２２、１３２が備えられる。支持脚１２２、１３２は、探触子胴体部１１０が伝熱管１０に挿入したとき、探触子胴体部１１０の外面が伝熱管１０の内面と接触していない状態で伝熱管１０の中心部に位置されるようにする。また、支持脚１２２、１３２の両端にはベアリング１２４が設けられ、探触子胴体部１１０が円周方向に回転運動しても支持脚１２２、１３２が回転することなく安定に探触子胴体部１１０を支持することができる。また、支持脚１２２、１３２は、探触子胴体部１１０の両端に弾性支持部１２０を用いて弾性的に連結され、伝熱管１０の曲管地域でも内部の曲面に沿って支持脚１２２、１３２が接触した状態を保持しながら移動されるようにし、探触子胴体部１１０を弾性的に支持する役割を果たす。弾性支持部１２０と支持脚１２２、１３２が探触子胴体部１１０を弾性的に支持するため、伝熱管１０の曲管地域でも内部の楕円化を容易に検出することができる。また、コイル支持部１１８の下部に弾性部材１１６が含まれる場合、渦電流コイル１４０が伝熱管１０の内面と接触した状態を保持しながら移動するため、伝熱管１０の内部の摩耗、腐食、及びクラックなどを測定することができる。

支持脚１２２、１３２は、上部支持脚１２２及び下部支持脚１３２から構成されてもよい。上部支持脚１２２は、ウォッシャー１２６及びボルト１２８によって弾性支持部１２０と連結して上部胴体部１１２の外側一端からの離脱を防止し、下部支持脚１３２は締結用ナット１３４によって弾性支持部１２０と連結して下部胴体部１１４の外側一端からの離脱を防止する。

一方、下部支持脚１３２の締結用ナット１３４の外側にはコンダクターソケット（ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓｏｃｋｅｔ）１３６が備えられてもよい。コンダクターソケット１３６は、交流信号送信と渦電流信号を受信するための渦電流コイル１４０の電線（図示せず）に接続されている。コンダクターソケット１３６は、渦電流コイル１４０に電気的な送受信信号を伝達できるだけではなく、探触子胴体部１１０の線形移動及び回転運動のための駆動力を伝達してもよい。また、コンダクターソケット１３６は、第１コイルユニット１４１と第２コイルユニット１４２で測定される信号の大きさの差を記録する記録部（図示せず）を備える。

渦電流コイル１４０は、コイル支持部１１８に装着して支持される。コイル支持部１１８は、円筒状に形成されて探触子胴体部１１０に固定装着されてもよく、渦電流コイル１４０を収容できる収容空間及び渦電流コイル１４０を固定させる役割を提供する。また、コイル支持部１１８の下部には渦電流コイル１４０を弾性的に支持できるように弾性部材１１６が備えられてもよい。この場合、コイル支持部１１８は、渦電流コイル１４０が伝熱管１０の内面状に対応して伝熱管１０の内面と接触状態を保持できるようにする。

コイル支持部１１８の中央には渦電流コイル１４０が装着される。
渦電流コイル１４０は、第１コイルユニット１４１と第２コイルユニット１４２を構成してもよい。そして、第１及び第２コイルユニット１４１、１４２で測定される信号の大きさの差を用いて伝熱管１０の断面の楕円化の有無を検出してもよい。

詳細に、第１及び第２コイルユニット１４１、１４２は、探触子胴体部１１０で互いに異なる位置に装着され、探触子胴体部１１０の一位置に装着される第１コイルユニット１４１と、探触子胴体部１１０の円周方向に沿って前記第１コイルユニット１４１で一定の間隔離隔した位置に装着される第２コイルユニット１４２の２つで構成される。例えば、第１コイルユニット１４１と第２コイルユニット１４２は互いに９０°離隔して備えられてもよい。

しかし、本発明が図面によって限定されるものではなく、コイルユニットの数は実質的に多様に変更され得る。例えば、図６に示すように、互いに９０°の間隔に離隔して３つのコイルユニットが装着されることも可能である。

ここで、第１コイルユニット１４１及び第２コイルユニット１４２のうちの１つは検査コイル（ｔｅｓｔｃｏｉｌ）として使用され、第３コイルユニット１４３は基準コイル（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｃｏｉｌ）として使用されてもよい。または、第１及び第２コイルユニット１４１、１４２の両方の全てが検査コイルとして使用されてもよい。

または、第１及び第２コイルユニット１４１、１４２が探触子胴体部１１０の内部に設けられ、探触子胴体部１１０の外部に基準電圧を測定するための基準コイルが備えられてもよい。

また、第１及び第２コイルユニット１４１、１４２のうち少なくとも１つは、探触子胴体部１１０の外面に装着されてもよい。

一方、第１又は第２コイルユニット１４１、１４２のコイル支持部１１８の下部にはコイルユニットを外側に押し出して伝熱管１０の壁面に接触できるようにする弾性部材１１６が備えられてもよい。弾性部材１１６は、第１又は第２コイルユニット１４１、１４２の外側が伝熱管１０の内面に接触した状態で保持されているため、ばねのような弾性体を有してもよい。本実施形態によると、伝熱管１０の楕円化、摩耗、腐食、及びクラックなどを同時に測定することができる。

伝熱管の断面円周の楕円化検出装置１００の動作について説明すると、まず、伝熱管１０の楕円化を測定するために渦電流コイル１４０が備えられた探触子胴体部１１０を伝熱管１０の内部に挿入する。

次に、探触子胴体部１１０を伝熱管１０の長手方向に沿って移動させる。すなわち、探触子胴体部１１０を伝熱管１０の内面に沿って上方又は下方に移動させる。その後、探触子胴体部１１０を伝熱管１０の内面の円周方向に沿って回転させる。ただし、探触子胴体部１１０を移動させるステップと回転させるステップは、探触子胴体部１１０を先に移動させた後回転させるよう相異なる時間に行われるが、移動させるステップと回転させるステップとが同時に連続的に行われてもよい。上記のように探触子胴体部１１０が伝熱管１０の長手方向の移動又は円周方向に回転すると、探触子胴体部１１０に備えられた渦電流コイル１４０は伝熱管１０の渦電流抵抗を測定する。そして、第１及び第２コイルユニット１４１、１４２で測定される渦電流抵抗の信号の大きさ変化を測定し、このように測定された第１及び第２コイルユニット１４１、１４２の信号の大きさの差を検出することによって、伝熱管１０の楕円化の有無を検出することができる。

詳細に、図２及び図３は、伝熱管１０が楕円化されていない定常状態を示す。図面を参照すると、第１及び第２コイルユニット１４１、１４２でそれぞれ渦電流抵抗の絶対値を測定する。そして、第１及び第２コイルユニット１４１、１４２で測定された渦電流抵抗の差値を検出し、このように検出される差値を用いて伝熱管１０の楕円化を検出してもよい。そして、図２に示すように、伝熱管１０が定常状態（すなわち、円形である場合）では伝熱管１０の内面と第１及び第２コイルユニット１４１、１４２との間の距離が一定であるため、前記第１及び第２コイルユニット１４１、１４２で検出される信号が同一である。したがって、図３に示すように、伝熱管１０が定常状態である場合、第１及び第２コイルユニット１４１、１４２で得られる信号の大きさの差が０値を示す。また、伝熱管１０の断面楕円化検出装置１００は、探触子胴体部１１０を持続的に回転させながら楕円化を検出するため、伝熱管１０の円周位置ごとに第１コイルユニット１４１と第２コイルユニット１４２で検出される信号の大きさの差は変化しないことから、測定したグラフが直線状に表示される。一方、図４に示すように、伝熱管１０が楕円化された場合には、第１コイルユニット１４１と伝熱管１０の内面までの距離と、第２コイルユニット１４２と伝熱管１０の内面までの距離との間に差が発生する。このような距離の差によって、第１及び第２コイルユニット１４１、１４２で測定される信号値には差が発生する。また、伝熱管１０の断面楕円化検出装置１００は、探触子胴体部１１０を持続的に回転させながら楕円化を検出するため、伝熱管１０の円周位置ごとに第１コイルユニット１４１と第２コイルユニット１４２で検出される信号大きさに変化が発生する。第１及び第２コイルユニット１４１、１４２は互いに９０°の間隔で設けられているため、前記第１及び第２コイルユニット１４１、１４２で検出される信号もサイン曲線又はコサイン曲線状を有する。同様に、伝熱管１０が楕円化された場合、第１及び第２コイルユニット１４１、１４２で検出される信号の大きさの差は、図５に示すように、概略的にサイン曲線状を有する。そして、このように検出されるサイン曲線の振幅の大きさが伝熱管１０の楕円化の程度に比例する。したがって、渦電流コイル１４０で検出される信号の大きさの差のグラフから形態及び振幅を測定することによって、伝熱管１０の楕円化の有無及び楕円化の程度を容易に検出することができる。

本実施形態に係る伝熱管１０の楕円化検出装置１００は、探触子胴体部１１０の線形移動及び回転だけでも伝熱管１０の長手方向及び円周方向の渦電流抵抗を測定することができる。

本実施形態によると、第１及び第２コイルユニット１４１、１４２で測定される信号の大きさの差から伝熱管１０の楕円化を検出することができ、伝熱管１０の長手方向に沿って連続的に検出することができる。

しかし、本発明がこれに限定するものではなく、第１及び第２コイルユニット１４１、１４２で測定される信号の大きさを基準コイル１４３の電圧と比較することによって、伝熱管１０の楕円化を検出することも可能である。

本明細書ではコイルが２つであることを例にして説明したが、これに限定されることなく、本発明によってコイルが２つ含まれて構成された発明を含む。すなわち、２つ以上のコイルが含まれた発明といっても本発明によって実施したコイルが含まれれば、本特許の権利範囲に含まれることは自明である。

上述したように、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、このような実施形態から多様な修正及び変形が可能である。したがって、本発明の範囲は、開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲だけではなく特許請求の範囲と均等なものなどによって定められるものである。

１０：伝熱管
１００：伝熱管の楕円化検出装置
１１０、１１２、１１４：探触子胴体部
１１６：弾性部材
１１８：コイル支持部
１２０：弾性支持部
１２２、１３２：支持脚
１２６：ウォッシャー
１２８：ボルト
１３４：締結用ナット
１３６：コンダクターソケット
１４０：渦電流コイル
１４１、１４２、１４３：コイルユニット

Claims

伝熱管の内部に挿入して前記伝熱管の長手方向に沿って移動可能であり、前記伝熱管内面の円周方向に沿って回転可能に備えられる探触子胴体部と、
前記探触子胴体部の両端に設けられ、前記探触子胴体部の線形移動及び回転を支持する支持脚と、
前記探触子胴体部の一部に形成され、弾性部材が内部に備えられるコイル支持部と、
前記コイル支持部で円周方向に互いに離隔した位置に備えられ、１つまたはそれ以上のコイルユニットが前記コイル支持部に装着される複数のコイルユニットを含み、前記伝熱管の断面の楕円化を検出するために渦電流抵抗を測定する渦電流コイルと、
前記渦電流コイルは、前記複数のコイルユニットのうち１つは基準（reference）コイルであり、残りの１つ以上は検査（test）コイルであり、
前記コイル支持部は、前記弾性部材で前記渦電流コイルが前記伝熱管の内面と接触状態を維持できるように前記渦電流コイルを弾性的に支持し、
前記渦電流コイルが前記伝熱管の内面と接触しない状態で、前記複数のコイルユニットでそれぞれ測定された渦電流抵抗信号の大きさの差を用いて前記伝熱管の断面の楕円化の有無と楕円化の程度を検出し、
前記渦電流コイルが前記伝熱管の内面と接触した状態で、前記複数のコイルユニットでそれぞれ測定された渦電流抵抗信号の大きさの差を用いて前記伝熱管の断面の欠陥を検出することを特徴とする伝熱管の断面円周の楕円化及び欠陥検出装置。
前記複数のコイルユニットのうちの１つ又は２つのコイルは、前記探触子胴体部の外面に装着されることを特徴とする請求項１に記載の伝熱管の断面円周の楕円化及び欠陥検出装置。
前記複数のコイルユニットは、互いに９０°に離隔した位置に備えられることを特徴とする請求項１に記載の伝熱管の断面円周の楕円化及び欠陥検出装置。
前記複数のコイルユニットで測定される信号の大きさの差を記録する記録部が備えられることを特徴とする請求項１に記載の伝熱管の断面円周の楕円化及び欠陥検出装置。
請求項１ないし４のいずれか１項による伝熱管の断面円周の楕円化検出装置を用いた伝熱管の断面円周の楕円化検出方法であって、
伝熱管の内部に探触子胴体部を挿入するステップと、
前記探触子胴体部を前記伝熱管の長手方向に沿って移動させるステップと、
前記探触子胴体部を前記伝熱管の内面の円周方向に沿って回転させるステップと、
複数のコイルユニットのうち前記探触子胴体部のコイル支持部に少なくとも１つ以上のコイルユニットが備えられ、前記複数のコイルユニットのうち１つ以上を検査（test）コイルとして使用し、残り１つを基準（reference）コイルとして使用し、前記複数のコイルユニットで前記伝熱管までの渦電流抵抗をそれぞれ測定するステップと、
前記複数のコイルユニットで測定された渦電流抵抗信号の大きさの差を検出するステップと、
を含み、
前記渦電流コイルが前記伝熱管の内面と接触しない状態で、前記渦電流抵抗を測定して前記伝熱管の断面の楕円化の有無と楕円化の程度を検出し、
前記渦電流コイルが前記伝熱管の内面と接触した状態で、前記渦電流抵抗を測定して前記伝熱管の断面の欠陥を検出することを特徴とする伝熱管の断面円周の楕円化及び欠陥検出方法。