KR100562358B1 - 열교환기의 전열관 상태 검출 장치 및 그 방법 - Google Patents

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한정호
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Abstract

본 발명은 열교환기의 전열관에서 발생되는 결함과 전열관의 형상 변화를 동시에 검출하는 장치에 관한 것이다. 본 발명은 열교환기의 전열관의 결함을 검출하는 제1 검출부, 및 상기 전열관의 형상 변화를 검출하는 제2 검출부를 포함하고 상기 제1 검출부 및 상기 제2 검출부는 원통형 몸체의 동일한 원주 위치에 각각 배치되며, 상기 원통형 몸체의 길이 방향으로 일정 거리를 갖도록 장착되어 상기 전열관 내부에 삽입되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 전열관 상태 검출 장치를 제공한다. 열교환기의 전열관에 대한 결함만을 단순하게 탐지하는 종래기술에 비해, 본 발명에 의하면 결함뿐만 아니라 결함의 발생과 성장을 촉진시킬 수 있는 형상 변화의 유형을 확인하고 그 크기를 동시에 측정함으로써 결함의 조기 검출에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
와전류(eddy current), 탐촉자(probe), 열교환기(heat exchanger), 전열관(tube), 결함(defect), 형상 변화(shape transition)

Description

열교환기의 전열관 상태 검출 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR DETECTING STATE OF HEAT EXCHANGER TUBE AND METHOD THEREOF}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기의 전열관 상태를 검출하는 탐촉자의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 탐촉자에 있어서, A-A면에 대한 단면도를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 탐촉자에 있어서, B-B면에 대한 단면도를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 탐촉자에 있어서, C-C면에 대한 단면도를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 탐촉자에 있어서, D-D면에 대한 단면도를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 열교환기의 전열관 상태 검출 장치를 이용하여 전열관에 존재하는 단일 원주 방향 균열을 검출한 경우의 일례에 있어서, 결함 검출용 코일로부터 검출된 와전류 신호에 대한 진폭의 원주 및 길이 방향 위치별 분포도이다.
도 7은 본 발명에 따른 열교환기의 전열관 상태 검출 장치를 이용하여 전열 관에 존재하는 단일 원주 방향 균열을 검출한 경우의 일례에 있어서, 결함 검출용 코일로부터 검출된 와전류 신호에 대한 진폭 분포의 3차원 형상도이다.
도 8은 본 발명에 따른 열교환기의 전열관 상태 검출 장치를 이용하여 전열관에 존재하는 국부적인 함몰을 검출한 경우의 일례에 있어서, 형상 변화 검출용 코일로부터 검출된 와전류 신호에 대한 진폭의 원주 및 길이방향 위치별 분포도이다.
도 9는 본 발명에 따른 열교환기의 전열관 상태 검출 장치를 이용하여 전열관에 존재하는 국부적인 함몰을 검출한 경우의 일례에 있어서, 형상 변화 검출용 코일로부터 검출된 와전류 신호에 대한 진폭 분포의 3차원 형상도이다.
도 10은 본 발명에 따른 열교환기의 전열관 상태 검출 장치를 이용하여 전열관에 존재하는 단일 축 방향 균열을 검출한 경우의 일례에 있어서, 결함 검출용 코일로부터 검출된 와전류 신호에 대한 진폭의 원주 및 길이방향 위치별 분포도이다.
도 11은 본 발명에 따른 열교환기의 전열관 상태 검출 장치를 이용하여 전열관에 존재하는 단일 축 방향 균열을 검출한 경우의 일례에 있어서, 결함 검출용 코일로부터 검출된 와전류 신호에 대한 진폭 분포의 3차원 형상도이다.
도 12는 본 발명에 따른 열교환기의 전열관 상태 검출 장치를 이용하여 전열관에 존재하는 돌출을 검출한 경우의 일례에 있어서, 형상 변화 검출용 코일로부터 검출된 와전류 신호에 대한 진폭의 원주 및 길이방향 위치별 분포도이다.
도 13은 본 발명에 따른 열교환기의 전열관 상태 검출 장치를 이용하여 전 열관에 존재하는 돌출을 검출한 경우의 일례에 있어서, 형상 변화 검출용 코일로부터 검출된 와전류 신호에 대한 진폭 분포의 3차원 형상도이다.
도 14는 본 발명에 따른 열교환기의 전열관 상태 검출 장치를 이용하여 전열관에 존재하는 함몰을 검출한 경우의 일례에 있어서, 형상 변화 검출용 코일로부터 검출된 와전류 신호 진폭 결과로부터 형상 변화의 크기를 정량화하여 나타낸 원주 및 길이방향 위치별 반경 측정치의 분포도이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기의 전열관 상태를 검출하는 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기의 전열관 상태를 검출하는 방법의 흐름도를 나타내는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 결함 검출용 와전류 코일 2: 내면 접촉용 코일 지지몸체
3: 스프링 내장용 탐촉자 몸체 4, 14: 스프링
5: 상부 탐촉자 몸체 6: 하부 탐촉자 몸체
7: 형상 변화 검출용 와전류 코일 8: 비접촉용 코일 지지몸체
9: 중심 유지용 상부 지지발 10: 중심 유지용 하부 지지발
11: 베어링 12: 와셔
13: 볼트 15, 16: 도선
17: 내부 공간 18: 컨덕터 소켓
19: 체결용 너트
본 발명은 열교환기의 전열관에 대한 상태를 검출하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열교환기의 전열관에서 발생되는 결함 및 전열관의 형상 변화를 동시에 검출하는 장치에 관한 것이다.
통상적으로 열교환기의 전열관은 원자력발전소의 증기발생기 전열관, 복수기 전열관, 또는 화력 발전소 전열관 등이 있다. 열교환기의 전열관은 내외면에 균열, 마모, 핏팅, 입계 부식 등과 같은 결함이 존재할 수 있다. 종래 열교환기의 전열관에 대한 결함을 검출하기 위해 비파괴적 방법으로서 와전류 검사 방법이 있다.
종래 와전류 검사 방법은 내면 비접촉식(non-surface riding) 코일이 장착된 탐촉자(probe)를 사용하는 방법과 내면 접촉식(surface riding) 코일이 장착된 탐촉자를 사용하는 방법이 대표적이다.
종래 내면 비접촉식 코일 탐촉자는 대표적으로 보빈(Bobbin) 코일 탐촉자 및 다중 배열(multi array) 코일 탐촉자가 있으며, 코일이 전열관 내면과 일정한 간격을 갖도록 제작되어 있다. 하지만, 종래 내면 비접촉식 코일 탐촉자의 경우 전열관 내외면의 형상 변화가 전열관 내면과 코일간의 간격 변화에 의한 와전류 신호를 발생시키고, 형상 변화 위치에 결함이 함께 존재하는 경우 결함 신호와 형상 변화 신호가 구별되지 않아 결함을 검출하기 어려운 기술적 취약점이 존재하는 문 제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 개발된 회전형 코일(rotating pancake coil) 탐촉자는 코일 하부에 스프링을 장착하여 검사 시 코일이 전열관 내면과 항상 접촉되도록 제작된 내면 접촉형 탐촉자이다. 상기 회전형 코일 탐촉자는 모터(motor)를 이용하여 상기 탐촉자를 원주방향으로 회전시키면서 동시에 전열관의 하향 또는 상향으로 직선 이동하여 나선형으로 전열관을 검사하는 방식이다. 하지만, 종래 회전형 코일 탐촉자는 전열관 내외면에 형상 변화가 존재하는 경우 코일과 내면이 항상 접촉하고 있으므로 간격 변화에 의한 와전류 신호를 최소화시킬 수 있기 때문에 형상 변화와 무관하게 결함이 야기한 와전류 신호만을 검출하는 문제점이 있다.
이와 같이 종래 탐촉자별 특성 때문에 현재 수행되고 있는 발전설비 전열관의 와전류 검사 방법에서는 우선 보빈 코일 탐촉자와 같은 내면 비접촉식 탐촉자를 사용하여 검사를 실시한 후 이상 신호가 발견된 전열관 부위에 대해서 내면 접촉식 회전형 코일 탐촉자를 사용하여 결함을 정밀하게 탐지하는 절차가 적용되고 있다. 따라서, 종래 검사 방법은 전열관에 발생된 결함과 그 주변의 형상 변화를 동시에 탐지하고 구별하는 것이 불가능하다.
한편, 열교환기의 전열관은 확관, 확관 천이부, 곡관부, 국부적인 지역이 내경 방향으로 찌그러져 들어온 함몰(dent)과 외경 방향으로 부풀어나간 돌출(bulge) 등과 같이 내외면에 여러 유형의 형상 변화가 존재할 수 있다. 국내 출원번호 제10-2004-0006391호는 열교환기 전열관에 대한 형상 변화만을 측정하기 위해 발명된 와전류 탐촉자로서, 형상 변화 위치에 존재하는 결함을 검출할 수 없는 기술적인 제약이 있다.
이러한 형상 변화는 전열관에 국부적인 잔류응력을 야기하여 결함, 특히 균열성 결함을 유발하는 구조적인 인자로 작용하기 때문에 와전류 검사 상에서 결함과 더불어 형상 변화를 동시에 탐지하고 구별하는 기술의 개발이 절실히 요구되어 오고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 열교환기 전열관의 내외면에 존재하는 결함을 검출함과 동시에 형상 변화의 존재 유무와 유형을 확인하고 그 위치와 크기를 3차원적으로 측정하는 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 열교환기의 전열관의 결함을 검출하는 제1 검출부, 및 상기 전열관의 형상 변화를 검출하는 제2 검출부를 포함하고 상기 제1 검출부 및 상기 제2 검출부는 원통형 몸체의 동일한 원주 위치에 각각 배치되며, 상기 원통형 몸체의 길이 방향으로 일정 거리를 갖도록 장착되어 상기 전열관 내부에 삽입되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 전열관 상태 검출 장치를 제공한다.
본 발명의 다른 일측에 따르는 열교환기의 전열관 상태를 검출하는 방법은 제1 검출부에서 상기 전열관의 결함을 검출하는 단계와, 제2 검출부에서 상기 전열 관의 형상 변화를 검출하는 단계, 및 측정부에서 상기 검출된 결함과 상기 검출된 형상 변화 신호를 수집하여 상기 결함의 발생 위치 및 상기 형상 변화의 크기를 측정하는 단계를 포함하고, 상기 제1 검출부 및 상기 제2 검출부는 원통형 몸체의 동일한 원주 위치에 각각 배치되며, 상기 원통형 몸체의 길이 방향으로 일정 거리를 갖도록 장착되어 상기 전열관 내부에 삽입되는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 열교환기의 전열관 상태를 검출하는 장치 및 그 방법을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기의 전열관 상태를 검출하는 탐촉자의 구조를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 탐촉자는 결함 검출용 와전류 코일(1)을 내면 접촉용 코일 지지 몸체(2)에 삽입하고, 형상 변화 검출용 와전류 코일(7)을 내면 비접촉용 코일 지지 몸체(8)에 삽입한다.
결함 검출용 와전류 코일(1) 및 형상 변화 검출용 와전류 코일(7)은 각각 원통형의 탐촉자 몸체(3, 5, 6)내 동일한 원주 위치에 각각 배치되며, 원통형의 탐촉자 몸체(3, 5, 6)의 길이 방향으로 일정 거리를 갖도록 장착되고, 상기 전열관 내부에 삽입된다.
내면 접촉용 코일 지지몸체(2)와 스프링 내장용 탐촉자 몸체(3)는 원통형의 상부 탐촉자 몸체(5)와 하부 탐촉자 몸체(6)에 고정되어 내면 접촉용 코일 지지몸체(2)가 스프링 내장용 탐촉자 몸체(3)로부터 이탈되는 것을 방지한다.
원통형의 탐촉자 몸체(3, 5, 6)는 상기 전열관 내부에 삽입되었을 때 상기 몸체의 외면이 상기 전열관 내면과 접촉함이 없이 원주상으로 일정한 간격을 유지하면서 상기 전열관의 중심에 위치할 수 있도록 상기 전열관 내면과 탄성을 갖고 접촉하는 중심 유지용 상부 지지발(9) 및 하부 지지발(10)에 의해 지지된다. 결함 검출용 와전류 코일(1)과 형상 변화 검출용 와전류 코일(7) 사이의 원통형 탐촉자 몸체 중간 지점에 상기 전열관 내면과 탄성을 갖고 접촉되는 지지발(9, 10)을 포함할 수 있다.
탐촉자 몸체(3, 5, 6)가 회전과 직선 이동할 때 지지발(9, 10)은 회전 없이 직선 이동만 이루어지도록 지지발(9, 10) 양단에 베어링(11)이 설치된다.
상부 지지발(9)은 상기 탐촉자의 선단을 와셔(12)와 볼트(13)로 마감하여 상부 탐촉자 몸체(5)로부터 이탈되는 것을 방지한다.
하부 지지발(10)과 상기 탐촉자의 종단은 결함 검출용 와전류 코일(1) 및 형상 변화 검출용 와전류 코일(7)의 교류 신호 송신과 와전류 신호 수신을 위한 도선들(15, 16)이 원통형의 탐촉자 몸체(3, 5, 6)의 내부 공간(17)을 통하여 연결된 컨덕터 소켓(18)과 체결용 너트(19)로 마감된다. 컨덕터 소켓(18)과 체결용 너트(19)는 하부 지지발(10)이 하부 탐촉자 몸체(6)로부터 이탈되는 것을 방지함과 동시에 상기 탐촉자의 회전 및 직선 운동 구동력과 코일의 전기적 송수신 신호를 전달하도록 구성된다.
도 2 및 도 3은 각각 도 1에 도시된 탐촉자에 있어서, 결함 검출용 와전류 코일과 관련된 A-A면 및 B-B면의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 결함 검출용 와전류 코일(1)은 수평 방향 및 수 직 방향으로 서로 교차되도록 권선된 코일로서 내면 접촉용 코일 지지몸체(2)에 삽입되고, 원통형의 스프링 내장용 탐촉자 몸체(3)에 장착된다. 결함 검출용 와전류 코일(1)은 상기 열교환기의 전열관 내부에 삽입되어 모터에 의해 회전되는 동시에 상기 전열관의 하향 또는 상향으로 직선 이동하면서 상기 전열관의 내외면에 존재하는 균열, 마모, 핏팅, 입계부식 등과 같은 결함에 의한 와전류 신호를 검출한다. 스프링 내장용 탐촉자 몸체(3)는 동일한 원주상에 일정한 원주 거리를 두고, 두 개 이상의 서로 다른 결함 검출용 와전류 코일을 동시에 장착할 수 있다. 내면 접촉용 코일 지지몸체(2)의 양단 하부에는 피검사체인 전열관의 내면과 결함 검출용 와전류 코일(1)이 항상 접촉되도록 1조의 스프링(4, 14)이 설치된다. 여기서 내면 접촉용 코일 지지몸체(2)의 양단은 원통형의 상부 탐촉자 몸체(5)와 하부 탐촉자 몸체(6)에 고정되어 내면 접촉용 코일 지지몸체(2)와 스프링(4, 14)이 스프링 내장용 탐촉자 몸체(3) 바깥으로 이탈되는 것을 방지한다. 결함 검출용 와전류 코일(1)은 교류 신호 송신과 와전류 신호 수신을 위한 도선(15)이 원통형 탐촉자 몸체(3, 5, 6)의 내부 공간(17)을 통하여 연결된다.
도 4 및 도 5는 각각 도 1에 도시된 탐촉자에 있어서, 형상 변화 검출용 와전류 코일과 관련된 C-C면 및 D-D면의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 형상 변화 검출용 와전류 코일(7)은 맴돌이 형태로 권선된 코일로서 비접촉용 코일 지지 몸체(8)에 삽입되고, 원통형의 하부 탐촉자 몸체(6)의 외면에 피검사체인 상기 전열관의 내면과 일정한 간격을 갖도록 고정된다. 형상 변화 검출용 와전류 코일(7)은 교류 신호 송신과 와전류 신호 수신을 위한 도선(16)이 원통형 탐촉자 몸체(6)의 내부 공간(17)을 통하여 연결된다. 형상 변화 검출용 와전류 코일(7)은 상기 열교환기의 전열관 내부에 삽입되어 상기 모터에 의해 회전되는 동시에 상기 전열관의 하향 또는 상향으로 직선 이동하면서 상기 전열관의 확관, 함몰, 돌출 등과 같은 형상 변화로부터 야기되는 와전류 신호를 검출한다. 비접촉용 코일 지지 몸체(8)는 동일한 원주상에 일정한 원주 거리를 두고, 두 개 이상의 서로 다른 형상 변화 검출용 와전류 코일을 동시에 장착할 수 있다.
도 6, 7, 8, 9는 상기 전열관 중 확관 천이부 외면이 국부적으로 함몰되고, 그에 대응되는 내면에 단일 원주 방향 균열이 형성된 제1 전열관을 대상으로 본 발명에 따른 열교환기의 전열관 상태 검출 장치를 사용하여 결함과 형상 변화를 동시에 탐지하는 일련의 방법에 관한 일실시예이다.
도 6은 본 발명에 따른 열교환기의 전열관 상태 검출 장치에서 제1 전열관의 단일 원주 방향 균열을 검출한 경우의 일례에 있어서, 결함 검출용 코일로부터 검출된 와전류 신호에 대한 진폭의 원주 및 길이 방향 위치별 분포도이다.
도 6을 참조하면, 가로축은 0~360°범위를 갖는 전열관의 원주방향 위치를 세로축은 상기 전열관의 길이 방향 위치를 의미하며, 각 위치에서 얻어진 신호 진폭의 변화를 명암의 차이로 나타낸다. 제1 수평선(20)과 제1 수직선(21)은 가장 큰 신호 진폭 값을 보인 결함 발생 지점을 나타내며, 상기 결함 발생 지점을 상기 길이 방향 위치(29mm) 원주 방향 위치(185°)로 정위(定位)한 것이다. 제1 그래프(22)는 제1 수평선(20)상에 놓여 있는 지역의 원주 위치별 신호 진폭 변화를 나타 내고, 제2 그래프(23)는 제1 수직선(21)상에 놓여 있는 지역의 길이 위치별 신호 진폭 변화를 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 열교환기의 전열관 상태 검출 장치에서 제1 전열관의 단일 원주 방향 균열을 검출한 경우의 일례에 있어서, 결함 검출용 와전류 코일로부터 검출된 와전류 신호에 대한 진폭 분포의 3차원 형상도이다.
도 7을 참조하면, 상기 열교환기의 전열관 상태 검출 장치는 상기 결함 검출용 와전류 코일로부터 검출된 와전류 신호에 대한 진폭 분포의 3차원 형상도에 의해 상기 열교환기의 전열관에서 발생된 결함의 개수가 하나이고, 그 위치(24)를 입체적으로 파악할 수 있다.
상기 결함 검출용 와전류 코일 및 상기 형상 변화 검출용 와전류 코일은 도 1에 도시된 것과 같이 길이 방향으로 임의의 거리를 갖고 상기 탐촉자에 장착되어 있기 때문에 상기 전열관 검사 시 동일한 길이 위치 지점에 대해 상기 두 코일들간의 길이 방향 거리만큼 수집되는 와전류 신호의 시차가 발생된다. 이는 상기 탐촉자의 이동 속도 또는 위치 측정을 통한 계산으로부터 동일한 길이 방향 위치 정보를 갖도록 교정이 가능하며, 원주 방향 위치의 경우는 상기 두 코일이 모두 동일한 원주에 장착되어 있기 때문에 별도의 교정이 필요하지 않다.
도 8은 본 발명에 따른 열교환기의 전열관 상태 검출 장치에서 제1 전열관의 국부적인 함몰을 검출한 경우의 일례에 있어서, 형상 변화 검출용 코일로부터 검출된 와전류 신호에 대한 진폭의 원주 및 길이방향 위치별 분포도이다.
도 8을 참조하면, 상기 열교환기의 전열관 상태 검출 장치는 형상 변화 검 출용 와전류 코일로부터 검출된 와전류 신호 진폭을 결함 검출용 와전류 코일과 동일한 길이 방향 위치 정보를 갖도록 교정을 수행하여 제2 수평선(25)과 제2 수직선(26)의 위치를 결함 발생 지점을 정위한 제1 수평선(20)과 제1 수직선(21)의 위치와 동일하도록 한다. 제3 그래프(27)는 제2 수평선(25)상에 놓여 있는 지역의 원주 위치별 신호 진폭 변화를 나타내고, 제4 그래프(28)는 제2 수직선(26)상에 놓여 있는 지역의 길이 위치별 신호 진폭 변화를 나타낸다. 제3 그래프(27)를 참조하면, 결함의 발생 지점이 원주 위치상에서 가장 큰 크기의 함몰(29)이 존재하는 지점이다. 제4 그래프(28)를 참조하면, 결함의 발생 지점이 길이 위치상으로는 확관부(30)와 비확관부(31)의 경계(천이) 지역이 함몰(32)된 지점이다.
도 9는 본 발명에 따른 열교환기의 전열관 상태 검출 장치에서, 제1 전열관의 국부적인 함몰을 검출한 경우의 일례에 있어서, 형상 변화 검출용 코일로부터 검출된 와전류 신호에 대한 진폭 분포의 3차원 형상도이다.
도 9를 참조하면, 상기 열교환기의 전열관 상태 검출 장치는 상기 와전류 신호에 대한 진폭 분포의 3차원 형상도에 의해 확관부(30-1) 및 비확관부(31-1)의 직경 변화와 그 경계 지역이 함몰(29-1, 32-1)된 형상 변화를 입체적으로 확인할 수 있다.
도 10, 11, 12, 13은 상기 전열관중 길이방향으로 약 40mm 구간에 걸쳐 원주상의 약 60°범위 구간이 외경방향으로 돌출되고, 그에 대응되는 중앙부 내면에 단일 축방향 균열이 형성된 제2 전열관을 대상으로 본 발명에 따른 열교환기의 전열관 상태 검출 장치를 사용하여 결함과 형상 변화를 동시에 탐지하는 일련의 방법 의 일실시예이다.
도 10은 본 발명에 따른 열교환기의 전열관 상태 검출 장치에서 제2 전열관의 단일 축 방향 균열을 검출한 경우의 일례에 있어서, 결함 검출용 코일로부터 검출된 와전류 신호에 대한 진폭의 원주 및 길이 방향 위치별 분포도이다.
도 10을 참조하면, 결함 검출용 와전류 코일로부터 검출된 와전류 신호의 변화를 명암의 차이로 나타내고, 제3 수평선(33)과 제3 수직선(34)은 가장 큰 신호 진폭 값을 나타내는 결함 발생 지점을 길이 방향 위치(26.5mm) 및 원주 방향 위치(178°)로 정위한 것이다. 제5 그래프(35)는 제3 수평선(33)상에 놓여 있는 지역의 원주 위치별 신호 진폭 변화를 나타내고, 제6 그래프(36)는 제3 수직선(34)상에 놓여 있는 지역의 길이 위치별 신호 진폭 변화를 나타낸다.
도 11은 본 발명에 따른 열교환기의 전열관 상태 검출 장치에서 제2 전열관의 단일 축 방향 균열을 검출한 경우의 일례에 있어서, 결함 검출용 와전류 코일로부터 검출된 와전류 신호에 대한 진폭 분포의 3차원 형상도이다.
도 11을 참조하면, 상기 열교환기의 전열관 상태 검출 장치는 상기 결함 검출용 와전류 코일로부터 검출된 와전류 신호에 대한 진폭 분포의 3차원 형상도에 의해 상기 전열관의 결함이 1개이며, 그 위치(37)를 입체적으로 확인할 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 열교환기의 전열관 상태 검출 장치에서 제2 전열관의 돌출을 검출한 경우의 일례에 있어서, 형상 변화 검출용 코일로부터 검출된 와전류 신호에 대한 진폭의 원주 및 길이 방향 위치별 분포도이다.
도 12를 참조하면, 열교환기의 전열관 상태 검출 장치는 형상 변화 검출용 와전류 코일로부터 검출된 와전류 신호 진폭을 상기 결함 검출용 와전류 코일과 동일한 길이 방향 위치 정보를 갖도록 교정을 수행한다. 상기 교정에 따라 제4 수평선(38) 및 제4 수직선(39)은 각각 결함 발생 지점을 정위한 제3 수평선(33) 및 제3 수직선(34)의 위치와 동일하다. 제7 그래프(40)는 제4 수평선(38)상에 놓여 있는 지역의 원주 위치별 신호 진폭 변화를 나타내고, 제8 그래프(41)는 제4 수직선(39)상에 놓여 있는 지역의 길이 위치별 신호 진폭 변화를 나타낸다. 상기 열교환기의 전열관 상태 검출 장치는 제7 그래프(40)로부터 결함의 발생 지점이 원주 위치상으로 일정 부분이 돌출된 구간 내에서 돌출량이 가장 큰 정상 지점(42)임을 파악할 수 있다. 또한, 상기 열교환기의 전열관 상태 검출 장치는 제8 그래프(41)로부터 길이 위치상으로 결함 발생 지점을 중심으로 길이 방향으로 상하 20mm씩 전체 약 40mm 구간이 돌출(43)되어 있음을 파악할 수 있다.
도 13은 본 발명에 따른 열교환기의 전열관 상태 검출 장치에서 제2 전열관의 돌출을 검출한 경우의 일례에 있어서, 형상 변화 검출용 와전류 코일로부터 검출된 와전류 신호에 대한 진폭 분포의 3차원 형상도이다.
도 13을 참조하면, 상기 열교환기의 전열관 상태 검출 장치는 상기 형상 변화 검출용 와전류 코일로부터 검출된 와전류 신호에 대한 진폭 분포의 3차원 형상도에 의해 상기 신호 진폭의 분포로부터 약 40mm 길이에 걸쳐 원주상의 일부 구간이 돌출된 형상 변화(42-1, 43-1)를 입체적으로 확인할 수 있다.
도 14는 본 발명에 따른 열교환기의 전열관 상태 검출 장치에서 제1 전열관의 함몰을 검출한 경우의 일례에 있어서, 형상 변화 검출용 와전류 코일로부터 검 출된 와전류 신호 진폭 결과로부터 형상 변화의 크기를 정량화하여 나타낸 원주 및 길이방향 위치별 반경 측정치의 분포도이다.
도 14를 참조하면, 상기 열교환기의 전열관 상태 검출 장치는 형상 변화의 3차원적 크기를 이미 알고 있는 치수의 형상 변화가 내재된 보정용 표준 시험편을 사용하여 형상 변화 검출용 와전류 코일로부터 검출된 와전류 신호 진폭과 치수 변화 값들 간의 상관 관계를 먼저 구한다. 상기 열교환기의 전열관 상태 검출 장치는 상기 상관 관계로부터 실제 전열관에서 측정된 형상 변화에 의한 와전류 신호 진폭 값을 치수로 환산함으로써 상기 전열관에서의 형상 변화를 정량화하여 검출할 수 있다. 상기 열교환기의 전열관 상태 검출 장치는 도 14에 도시된 것과 같이 각 위치에서 측정된 반경 값을 반경 지표(44)를 사용하여 명암의 차이로 정량화하여 나타낼 수 있다. 제5 수평선(45) 및 제5 수직선(46)은 상기 반경이 가장 작게 나타난 지점 즉, 함몰이 가장 큰 지점을 길이 방향 위치(29mm)와 원주 방향 위치(185°)로 정위한 것이다. 제9 그래프(47)는 제5 수평선(45)상에 놓여 있는 지역의 원주 위치별 반경 변화를 나타내고, 제10 그래프(48)는 제5 수직선(46)상에 놓여 있는 지역의 길이 위치별 반경 변화를 나타낸다. 상기 열교환기의 전열관 상태 검출 장치는 제9 그래프(47)로부터 원주 방향 185°위치 지점에 존재하는 함몰의 최대 크기(49)가 함몰이 발생되지 않은 180°에 대응되는 원주 방향 5°지점(50)과 비교하여 반경이 약 0.20mm만큼 감소된 것으로 측정한다. 상기 열교환기의 전열관 상태 검출 장치는 제10 그래프(48)로부터 상기 전열관의 비확관부 반경(51)이 8.40mm이고, 확관부 반경(52)이 8.62mm로 확관에 의한 반경 증가량이 약 0.22mm임 을 검출할 수 있다. 또한, 상기 열교환기의 전열관 상태 검출 장치는 제10 그래프(48)로부터 상기 전열관의 비확관부(51)와 확관부(52)의 경계(천이) 지역에 존재하는 함몰의 크기가 확관부(52)와 비교할 때 그 최대 반경 감소량(53)이 약 0.35mm라는 상세한 정량적 측정 결과를 구할 수 있다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기의 전열관 상태를 검출하는 장치의 구성을 나타내는 도면으로서, 전열관 상태 검출 장치(1500)는 제1 검출부(1510), 제2 검출부(1520), 및 측정부(1530)를 포함한다.
제1 검출부(1510)는 원통형 몸체의 동일한 원주상에 일정한 원주 거리만큼 이격 배치되는 두 개 이상의 서로 상이한 결함 검출용 와전류 코일을 포함하는 것으로서, 상기 열교환기의 전열관에서 발생하는 결함을 검출한다. 상기 결함 검출용 와전류 코일은 수평 방향 및 수직 방향으로 서로 교차되도록 권선될 수 있으며, 스프링을 통해 상기 전열관의 내면과 접촉할 수 있다.
제1 검출부(1510)는 모터에 의해 회전되는 동시에 상기 전열관의 하향 또는 상향으로 직선 이동하며, 상기 전열관의 내외면에 존재하는 균열, 마모, 핏팅 또는 입계 부식과 같은 결함을 검출할 수 있다.
제2 검출부(1520)는 원통형 몸체의 동일한 원주상에 일정한 원주 거리만큼 이격 배치되는 두 개 이상의 서로 상이한 형상 변화 검출용 와전류 코일을 포함하는 것으로서, 상기 열교환기의 전열관에서 발생하는 형상 변화를 검출한다. 상기 형상 변화 검출용 와전류 코일은 맴돌이 형태로 권선될 수 있으며, 상기 전열관의 내면과 접촉되지 않도록 일정한 간격을 유지할 수 있다.
제2 검출부(1520)는 모터에 의해 회전되는 동시에 상기 전열관의 하향 또는 상향으로 직선 이동하며, 상기 전열관의 확관, 함몰 또는 돌출에 따른 형상 변화의 존재 유무를 검출할 수 있다.
제1 검출부(1510) 및 제2 검출부(1520)는 도 1에 도시된 것과 같이 원통형 탐촉자 몸체(3, 5, 6)의 동일한 원주 위치에 각각 배치되며, 원통형 탐촉자 몸체(3, 5, 6)의 길이 방향으로 일정 거리를 갖도록 장착되어 상기 전열관 내부에 삽입됨으로써 상기 전열관 내부의 결함과 형상 변화를 검출할 수 있다.
측정부(1530)는 상기 검출된 결함과 상기 검출된 형상 변화 신호를 수집하여 상기 결함의 발생 위치 및 상기 형상 변화의 크기를 측정한다. 측정부(1530)는 상기 검출된 결함과 상기 검출된 형상 변화에 대한 유형을 확인하여 상기 결함의 발생 위치 및 상기 형상 변화의 크기에 대한 3차원적인 치수를 측정할 수 있다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기의 전열관 상태를 검출하는 방법의 흐름도를 나타내는 도면이다.
단계(1610)에서 열교환기의 전열관 상태 검출 장치는 제1 검출부를 통해 상기 전열관의 결함을 검출한다. 이때, 상기 제1 검출부는 상기 열교환기의 전열관 내부에 삽입되며, 모터에 의해 회전되는 동시에 상기 전열관의 하향 또는 상향으로 직선 이동하며, 상기 전열관 내외면에 존재하는 균열, 마모, 핏팅 또는 입계 부식과 같은 결함을 검출할 수 있다.
단계(1620)에서 상기 열교환기의 전열관 상태 검출 장치는 제2 검출부를 통해 상기 전열관의 형상 변화를 검출한다. 이때, 상기 제2 검출부는 상기 열교환기 의 전열관 내부에 삽입되며, 상기 모터에 의해 회전되는 동시에 상기 전열관의 하향 또는 상향으로 직선 이동하며, 상기 전열관의 확관, 함몰 또는 돌출에 따른 형상 변화의 존재 유무를 검출할 수 있다.
단계(1630)에서 상기 열교환기의 전열관 상태 검출 장치는 측정부를 통해 상기 검출된 결함과 상기 검출된 형상 변화 신호를 수집하여 상기 결함의 발생 위치 및 상기 형상 변화의 크기를 측정한다. 즉, 단계(1630)에서 상기 열교환기의 전열관 상태 검출 장치는 상기 측정부를 통해 상기 검출된 결함과 상기 검출된 형상 변화 신호를 수집하여 상기 결함의 발생 위치 및 상기 형상 변화의 크기에 대한 3차원적 치수를 측정할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
본 발명에 따르면, 열교환기의 전열관에서 발생되는 결함과 더불어 형상 변화를 동시에 탐지하고 구별하는 검출 장치를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 열교환기의 전열관에서 발생된 결함에 대한 근본적인 구조적 원인을 규명할 수 있고, 결함이 발생될 가능성이 높은 형상 변화가 존재하는 경우 위치 정보를 제공하여 결함 검출에 대한 오류의 발생 가능성을 감소시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 열교환기의 전열관에 대한 결함만을 단순하게 탐지하는 경우와 대비하여 결함의 발생과 성장을 촉진시킬 수 있는 형상 변화의 유형을 확인하고 그 크기를 측정함으로써 결함의 조기 검출에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 열교환기의 전열관에서 발생된 결함 주변의 형상 변화 크기를 측정하여 결함에 가해지는 응력과 향후 성장 거동을 예측함으로써 열교환기의 전열관에서 발생될 수 있는 결함의 위험도에 대한 평가를 수행할 수 있다.

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 열교환기의 전열관 상태를 검출하는 장치에 있어서,
    상기 전열관의 결함을 검출하는 제1 검출부; 및
    상기 전열관의 형상 변화를 검출하는 제2 검출부
    를 포함하고,
    상기 제1 검출부 및 상기 제2 검출부는,
    원통형 몸체의 동일한 원주 위치에 각각 배치되며, 상기 원통형 몸체의 길이 방향으로 일정 거리를 갖도록 장착되어 상기 전열관 내부에 삽입되고,
    상기 제1 검출부는 상기 전열관의 결함을 검출하기 위한 결함 검출용 와전류 코일을 포함하고, 상기 결함 검출용 와전류 코일은 스프링을 통해 상기 전열관의 내면과 접촉하고,
    상기 제2 검출부는 상기 전열관의 형상 변화를 검출하기 위한 형상 변화 검출용 와전류 코일을 포함하고, 상기 형상 변화 검출용 와전류 코일은 상기 전열관의 내면과 접촉되지 않도록 일정한 간격을 유지하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 전열관 상태 검출 장치.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 검출부는,
    모터에 의해 회전되는 동시에 상기 전열관의 하향 또는 상향으로 직선 이동하며, 상기 전열관의 내외면에 존재하는 균열, 마모, 핏팅, 또는 입계 부식을 검출하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 전열관 상태 검출 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제2 검출부는,
    모터에 의해 회전되는 동시에 상기 전열관의 하향 또는 상향으로 직선 이동하며, 상기 전열관의 확관, 함몰, 또는 돌출에 따른 형상 변화의 존재 유무를 검출하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 전열관 상태 검출 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제1 검출부는,
    상기 원통형 몸체의 동일한 원주상에 일정한 원주 거리만큼 이격 배치되는 두 개 이상의 결함 검출용 와전류 코일을 포함하고,
    상기 결함 검출용 와전류 코일 중 하나는 수평 방향 및 수직 방향으로 서로 교차되도록 권선된 것을 특징으로 하는 열교환기의 전열관 상태 검출 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제2 검출부는,
    상기 원통형 몸체의 동일한 원주상에 일정한 원주 거리만큼 이격 배치되는 두 개 이상의 형상 변화 검출용 와전류 코일을 포함하고,
    상기 형상 변화 검출용 와전류 코일 중 하나는 맴돌이 형태로 권선된 것을 특징으로 하는 열교환기의 전열관 상태 검출 장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 원통형 몸체의 선단 및 후단에 상기 전열관 내면과 탄성을 갖고 접촉하는 지지발을 더 포함하고,
    상기 원통형 몸체는 상기 지지발에 의하여 상기 전열관 중심에 위치하도록 지지되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 전열관 상태 검출 장치.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 제1 검출부는 상기 전열관의 결함을 검출하기 위한 제1 와전류 코일을 포함하고,
    상기 제2 검출부는 상기 전열관의 형상 변화를 검출하기 위한 제2 와전류 코일을 포함하고,
    상기 제1 와전류 코일과 상기 제2 와전류 코일은 각각 상기 원통형 몸체에 길이 방향으로 일정 거리를 갖도록 장착되고,
    상기 제1 와전류 코일과 상기 제2 와전류 코일 사이의 원통형 몸체 중간 지점과 양단에 상기 전열관 내면과 탄성을 갖고 접촉되는 지지발을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 전열관 상태 검출 장치.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 검출된 결함과 상기 검출된 형상 변화에 대한 유형을 확인하여 상기 결함의 발생 위치 및 상기 형상 변화의 크기에 대한 3차원적인 치수를 측정하는 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 전열관 상태 검출 장치.
  12. 열교환기의 전열관 상태를 검출하는 방법에 있어서,
    제1 검출부에서 상기 전열관의 결함을 검출하는 단계;
    제2 검출부에서 상기 전열관의 형상 변화를 검출하는 단계; 및
    측정부에서 상기 검출된 결함과 상기 검출된 형상 변화 신호를 수집하여 상기 결함의 발생 위치 및 상기 형상 변화의 크기에 대한 3차원적 치수를 측정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 검출부 및 상기 제2 검출부는,
    원통형 몸체의 동일한 원주 위치에 각각 배치되며, 상기 원통형 몸체의 길이 방향으로 일정 거리를 갖도록 장착되어 상기 전열관 내부에 삽입되며,
    상기 제1 검출부는 상기 전열관의 결함을 검출하기 위한 결함 검출용 와전류 코일을 포함하고, 상기 결함 검출용 와전류 코일은 스프링을 통해 상기 전열관의 내면과 접촉하고,
    상기 제2 검출부는 상기 전열관의 형상 변화를 검출하기 위한 형상 변화 검출용 와전류 코일을 포함하고, 상기 형상 변화 검출용 와전류 코일은 상기 전열관의 내면과 접촉되지 않도록 일정한 간격을 유지하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 전열관 상태 검출 방법.
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