KR100971073B1 - 피그에 장착된 피복 결함 탐상 장치 - Google Patents

피그에 장착된 피복 결함 탐상 장치 Download PDF

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한국가스공사
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Abstract

본 발명은 피그에 장착된 피복 결함 탐상 장치에 관한 것으로, 자기누설피그에 연결부를 통하여 연결된 초음파 피그에 장착되며 입력된 정현파에 따른 전자기 초음파를 생성하여 출력하는 전자기 초음파 송신부; 상기 초음파 피그에 장착되며 인접한 전자기 초음파 송신부에서 전파되는 전자기 초음파를 수신하여 출력하는 전자기 초음파 수신부; 상기 초음파 피그에 장착되며 정현파를 생성하여 상기 전자기 초음파 송신부로 출력하는 정현파 생성부; 및 상기 정현파 생성부를 제어하여 상기 전자기 초음파 송신부로 정현파를 제공하도록 하고, 상기 전자기 초음파 수신부에서 수신된 전자기 초음파의 강도를 근거로 배관 피복 결함을 검출하는 제어부를 포함하여 이루어진 피그에 장착된 피복 결함 탐상 장치가 제공된다.
피그, 피복 결함, 전자기 초음파, 피복 결함 탐상

Description

피그에 장착된 피복 결함 탐상 장치{Detection apparatus of coating defects connected pig}
본 발명은 피그에 장착된 피복 결함 탐상 장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 피그에 장착되어 운반되면서 고압가스 배관의 피복 손상을 감지할 수 있는 피그에 장착된 피복 결함 탐상 장치에 관한 것이다.
전기방식 측면에서 고압가스 배관 설비는 배관 모재, 피복 및 전기 방식 시스템으로 구성된다. 배관 설비의 결함은 크게 부식 및 시공불량에 의한 모재의 결함, 피복의 결함 및 전기 방식 시스템의 결함으로 분류될 수 있다.
피복 결함 탐측이 강조되는 이유는 피복의 결함은 전기적 그리고 생화학적으로 모재의 결함으로 연결된 확률이 매우 높기 때문이다.
따라서, 배관 내에 현존하는 모재손상은 ILI(In-Line Insepection)를 이용해서 검출하여 관리하며, 미래에 모재의 손상으로 연결될 수 있는 피복 손상 부위를 검출하여 보수하는 것이 가장 효과적인 배관의 건전성 유지 방법이라 할 수 있다.
배관의 효과적인 전기 방식을 위해서는 정류기, 배관, 전해질 및 애노드로 이루어지는 전기적 회로(이하 CP(Cathodic Protection))시스템이라 칭함)에서 방식 전류가 배관에서 조절되어 흘러 주어야 한다. 그러나 피복 손상 부위에서는 방식 전류가 과하게 유입되거나 손실되어 부식 현상을 제어하지 못하게 된다.
이러한 결함 부위를 찾아 보수하기 위해서 지상에서 관대지(pipe-to-soil) 의 전기적 전위(potential)측정기법(DCVG 및 CIPS)을 활발히 적용하고 있다. 한국가스공사의 경우 매설배관 직상부에서 2~20m 간격으로 5년 주기로 전위정밀 점검(CIPS)을 시행하고 있으며 외부 간섭이 발생하는 구간은 야간에 시행하고 있다.
이러한 관대지 전위측정에 기초한 기술의 한계와 진단 수행에 있어 발생하는 문제점은 다음과 같다.
미리 정해진 거리 단위로 수많은 포인트의 전위를 인력에 의해 측정해야 하고 이때 전선을 끌고 이동해서 측정해야 하므로 데이터의 정확도와 연속성에 문제가 발생된다.
또한 측정 인력의 교통사고와 야간작업의 경우를 배제할 수 없다. 측정시 통행권이 보장되어야만 하고, 교통량이 많고 혼잡한 지역과 포장된 도로인 경우 전기적으로 절연되어 있으면 측정이 불가능하다. 그리고 배관 직상부가 물로 채워진 경우와 해저 배관의 경우에도 적용이 어렵다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 피그에 잔자기 초음파 장비를 탐재하여 배관 가스의 피복 결함을 용이하게 검출할 수 있도록 하는 피그에 장착된 피복 결함 탐상 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 자기누설피그에 연결부를 통하여 연결된 초음파 피그에 장착되며 입력된 정현파에 따른 전자기 초음파를 생성하여 출력하는 전자기 초음파 송신부; 상기 초음파 피그에 장착되며 인접한 전자기 초음파 송신부에서 전파되는 전자기 초음파를 수신하여 출력하는 전자기 초음파 수신부; 상기 초음파 피그에 장착되며 정현파를 생성하여 상기 전자기 초음파 송신부로 출력하는 정현파 생성부; 및 상기 정현파 생성부를 제어하여 상기 전자기 초음파 송신부로 정현파를 제공하도록 하고, 상기 전자기 초음파 수신부에서 수신된 전자기 초음파의 강도를 근거로 배관 피복 결함을 검출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 전자기 초음파 송신부와 상기 전자기 초음파 수신부가 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 전자기 초음파 수신부에서 수신하여 출력하는 전자기 초음파에서 잡음을 제거하여 상기 제어부로 제공하는 대역통과필터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 정현파 생성부와 상기 전자기 초음파 송신부 사이와 상기 전자기 초음파 수신부와 상기 제어부 사이에 위치하여 임피던스 정합을 제공하는 임피던스 정합부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 전자기 초음파 송신부는, 서로 자극이 대향되도록 평행하게 배치된 2개의 자석; 및 두개의 자석 사이에 위치하며 미앤더 형상을 가지고 있는 발진 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 전자기 초음파 수신부는, 서로 자극이 대향되도록 평행하게 배치된 2개의 자석; 및 두개의 자석 사이에 위치하며 미앤더 형상을 가지고 있는 수신 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 피그가 배관을 정해진 속도로 이동하면서 피복 결함을 검출하기 때문에 데이터의 정확도와 연속성을 확보할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 피그가 배관을 정해진 속도로 이동하면서 피복 결 함을 검출하기 때문에 주변환경에 크게 영향을 받지 않으면서 배관의 피복 여부를 확인할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 피그에 장착된 피복 결함 탐상 장치의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 피그에 장착된 피복 결함 탐상 장치는 전자기 초음파 송신부(100)와, 전자기 초음파 수신부(200)로 이루어져 있다.
상기 전자기 초음파 송신부(100)와 전자기 초음파 수신부(200)는 배관(300)의 축방향 혹은 원주방향으로 배열되어 있으며, 전자기 초음파 송신부(100)가 배 관(300)의 축방향 또는 원주 방향으로 전자기 초음파를 전파하게 되면, 전자기 초음파 수신부(200)는 이를 수신하여 출력한다.
상기 전자기 초음파 송신부(100)에서 전파되는 전자기 초음파는 배관(300)을 따라 전파되면서 피복층(400)으로 누설되어 그 에너지가 전파 거리에 따라 감소한다.
그러나, 배관(300)에 있어 피복층(400)이 손상되어 배관(300)-피복층(400)의 경계조건이 배관-공기 또는 배관-토양측으로 변하게 되면 전파되는 전자기 초음파의 에너지가 변화하게 된다.
일반적으로 가스 배관(300)-피복층(400)의 음향 임피던스가 공기 혹은 토양층보다 더 클 뿐 아니라 접합 조건이 우수하기 때문에 가스 배관(300)의 코팅 손상이 존재하게 되면 전파되는 전자기 초음파의 에너지는 손상 영역에 비례하게 증가하게 된다.
이를 도 2를 참조하여 설명하면, 도 2의 (a)는 배관(300)의 피복층(400)에 손상이 없는 경우의 전자기 초음파 수신부(200)에서 수신한 전자기 초음파의 강도를 나타내는 그래프이고, 도 2의 (b)는 가스 배관(300)의 코팅 손상이 존재하는 경우의 전자기 초음파 수신부(200)에서 수신한 전자기 초음파 강도를 나타내는 그래프로서, 가스 배관(300)의 코팅 손상이 존재하는 경우에 초음파 강도가 정상 구간의 초음파 강도보다 크게 되는 것을 알 수 있다.
따라서, 전자기 초음파 송신부(100)에서 전송한 전자기 초음파를 전자기 초음파 수신부(200)에서 수신하여 초음파 강도를 검출하여 비교해보면 피복층(400)의 손상 여부를 알 수 있다.
이와 같은 전자기 초음파 송신부(100)와 전자기 초음파 수신부(200)를 동일한 케이스내에 구현하여 전자기 초음파를 발생하거나 인접하는 전자기 초음파 송신부(100)에서 발생한 전자기 초음파를 수신하도록 할 수 있다. 이 경우에는 전자기 초음파 송신부와 전자기 초음파 수신부를 통칭하여 전자기 초음파 송수신부라고 부를 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 피그에 장착된 피복 결함 탐상 장치의 전자기 초음파 송수신부의 배관내의 배치 관계를 보여주는 예시도이다.
도 3의 (a)는 낮은 밀도를 가지면서 배관(300)에 전자기 초음파 송수신 부(150a~150c)가 원주 방향으로 배열되어 있는 것을 보여준다.
도면부호 150a의 전자기 초음파 송수신부가 전자기 초음파를 발생하면, 나머지 두개의 전자기 초음파 송수신부는 발생된 초음파의 강도를 측정하여 출력한다.
그리고, 계속해서 도면부호 150b의 전자기 초음파 송수신부가 전자기 초음파를 발생하면, 나머지 두개의 전자기 초음파 송수신부가 발생된 초음파의 강도를 측정하여 출력한다.
다음으로, 도면부호 150c의 전자기 초음파 송수신부가 전자기 초음파를 발생하면, 나머지 두개의 전자기 초음파 송수신부가 발생된 초음파의 강도를 측정하여 출력하며, 이와 같은 방식으로 배관(300)의 전구간에 대하여 피복 결함을 검사할 수 있다.
도 3의 (b)는 높은 밀도를 가지면 배관(300)에 배치된 전자기 초음파 송수신 부(150a'~150m')을 보여주는 도면으로, 위의 도 3의 (a)와 관련되어 설명된 방식과 동일한 방식으로 배관(300)에 대한 피복의 결함 여부를 판정한다.
이와 같이 배관(300)에서 배열구조는 갖는 전자기 초음파 송수신부는 피그에 장착되어 배관(300) 내부를 주행하면서 피복 결함 유무를 검사할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 피복 결함 탐상 장치가 피그에 장착된 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 피그는 자기누설 피그(500)와, 연결부(600) 그리고 초음파 피그(700)으로 구성되어 있다.
여기에서 자기누설 피그(500)는 배관의 부식, 외부 손상 등으로 야기된 금속 손실을 측정하는 피그로, 배관에 자기장을 유도하기 위한 자기장 유도부(520), 자기 누설 피그(500)의 몸체(510)에 유도된 자기장을 배관으로부터 누설시에 그 누설 자기장을 측정하기 위한 센서 모듈(530), 상기 몸체(510)의 중심축을 기준으로 일정 각도 이격되어 외주면을 따라 다수개 설치된 지지대(540) 및 상기 지지대(540)와 센서(530) 사이에 소정 각도로 회동 가능한 탄발 회동 수단(550)으로 구성되어 있다.
상기 자기장 유도부(520)는 상기 몸체(510)의 길이방향을 따라 일측과 타측에 각각 설치되며, 자기장이 배관에 유도될 수 있도록 영구자석(533)과 요크(522)가 적층되고, 상기 요크(522)의 상부에는 빗살 구조로 가는선이 모아져 다발형태를 이루는 자기브러쉬(521)가 적층된다.
이와 같이 이루어진 가기누설 피그(500)의 자기장유도부(520)는 배관을 적절하게 포화시켜 배관의 부식 등으로 인한 두께 변화가 있는 경우에 배관의 유효 단 면적이 감소하여 발생되는 누설자기장을 상기 센서 모듈(530)에서 측정하여 배관의 부식등을 측정한다.
한편, 초음파 피그(700)는 배관의 피복 결함 여부를 측정하는 피그로, 배관에 초음파를 유도하거나 유도된 초음파를 측정하기 위한 전자기 초음파 송수신부(720), 상기 몸체(710)의 중심축을 기준으로 일정 각도 이격되어 외주면을 따라 다수개 설치된 지지대(730) 및 상기 지지대(730)와 송수신부(720) 사이에 소정 각도로 회동 가능한 탄발 회동 수단(740)으로 구성되어 있다.
이와 같이 구성되는 초음파 피그(700)는 전자기 초음파 송수신부(720)에서 전자기 초음파를 생성하여 배관을 따라 전파되도록 한 후에 인접하는 전자기 초음파 송수신부가 전파되는 전자기 초음파를 측정하여 배관의 피복 결함 여부를 검출한다.
여기에서, 피그는 운송매체인 가스의 피그 동체 전-후단에서의 압력 차이에 의해 추진되고 속도는 배관내의 유체속도와 같다. 이와 같은 피그에 탑재되는 본 발명의 전자기 초음파 송수신부는 검사할 배관의 두께, 운영압력, 유체의 속도, 검사 길이 및 시간을 고려하여 설계되고 제작된다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자기 초음파 송신부의 개념도이다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 전자기 초음파 송신부는 서로 자극이 대향되도록 평행하게 배치된 2개의 자석(810, 812)과, 두개의 자석(810, 812)내에 위치하며 미앤더 형상을 가지고 있는 발진 코일(820)을 구비하고 있다.
이와 같은 구조는 2개의 자석(810, 812)에 의한 자기장의 방향과 발진 코 일(820)에 의해 생성되는 유도 자기장이 서로 상쇄되도록 배치하여 로렌츠힘이 0에 가깝게 되도록 한 상태에서 오직 자왜력(magnetostration force)에 의해서만 초음파가 발생되도록 한 것이다.
도 6은 본 발명의 전자기 초음파 송수신부의 단면도이고, 도 7은 본 발명의 전자기 초음파 송수신부의 평면도이다.
도 6과 7에 도시된 바와 같이 전자기 초음파 송수신부는 케이스(830)의 입구 양측에 고정된 자석(810, 812)과, 자석(810, 812) 사이에 배치되고 표면에 노출된 발진코일(820), 자석(810, 812)의 사이에 배치되고 발진 코일(820)과 절연체(840)을 개재하여 평행하게 설치되어 있는 수신 코일(850), 발진 코일(820)과 수신 코일(850)에 설치되어 있으며 아크릴등으로 형성되어 전기적 절연을 제공하는 절연체(840)로 이루어져 있다.
이와 같은 구성에서 발진 코일(820)에 정현파가 인가되면 자석(810, 812)에 의해 발생되는 자기장을 상쇄할 수 있는 자기장이 발생하여 로렌츠 힘을 0으로 한 상태에서 자왜력에 의한 전자기 초음파가 발생된다.
한편, 발진 코일(820)이 휴지 상태에 있을 때 수신 코일(850)은 이와 반대로 인접하는 전자기 초음파 송신부에서 발생된 전자기 초음파를 수신하여 그 강도를 출력한다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 피그에 장착된 피복 결함 탐상 장치의 구성도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 피그에 장착된 피복 결함 탐상 장치는 제어부(910), 정현파 생성부(920), 증폭부(930), 임피던스 정합부(940), 전자기 초음파 송신부(950), 전자기 초음파 수신부(960), 임피던스 정합부(970), 증폭부(980), 대역통과 필터(990)를 구비하고 있다.
제어부(910)는 각 구성요소를 제어하여, 전자기 초음파 송신부(950)의 발진 코일을 통하여 전자기 초음파를 발생시키고, 전자기 초음파 송신부(950)가 휴지기일때 전자기 초음파 수신부(960)의 수신 코일을 통하여 전자기 초음파를 수신하도록 한다.
그리고, 정현파 생성부(920)는 제어부(910)의 제어하에 정현파를 생성하여 출력한다. 증폭부(930)는 정현파 생성부(920)에서 생성된 정현파를 증폭하여 출력한다.
이와 같은 증폭부(930)에서 증폭된 정현파는 전자기 초음파 송신부(950)에 인가되고, 발진 코일에 의해 전자기 초음파를 발생시킨다.
다음으로, 수신단의 전자기 초음파 수신부(960)의 수신 코일은 인접한 전자기 초음파 송신부서 생성된 전자기 초음파를 수신하여 출력한다.
그리고, 증폭부(980)는 전자기 초음파 수신부(960)의 출력을 증폭하여 출력하며, 대역통과필터(990)는 증폭부(980)에서 출력되는 신호에서 잡음을 제거하여 출력한다.
한편, 이와 같은 장치에서 전자기 초음파 송신부(950)와 전자기 초음파 수신 부(960)는 다른 구성요소와의 임피던스 정합을 위한 임피던스 정합부(940, 970)가구비되어 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 피그에 장착된 피복 결함 탐상 장치의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2의 (a)는 배관(300)의 피복층(400)에 손상이 없는 경우의 전자기 초음파 수신부(200)에서 수신한 전자기 초음파의 강도를 나타내는 그래프이고, 도 2의 (b)는 가스 배관(300)의 코팅 손상이 존재하는 경우의 전자기 초음파 수신부(200)에서 수신한 전자기 초음파 강도를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 피그에 장착된 피복 결함 탐상 장치의 전자기 초음파 송수신부의 배관내의 배치 관계를 보여주는 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 피복 결함 탐상 장치가 피그에 장착된 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자기 초음파 송신부의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 전자기 초음파 송수신부의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 전자기 초음파 송수신부의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 피그에 장착된 피복 결함 탐상 장치의 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 전자기 초음파 송신부 200 : 전자기 초음파 수신부
300 : 배관 400 : 피복층
500 : 자기누설 피그 600 : 연결부
700 : 초음파 피그 810, 812 : 자석
820 : 발진 코일 830 : 케이스
840 : 절연체 850 : 수신 코일
910 : 제어부 920 : 정현파 생성부
930 : 증폭부 940 : 임피던스 정합부
950 : 전자기 초음파 송신부 960 : 전자기 초음파 수신부
970 : 임피던스 정합부 980 : 증폭부
990 : 대역 통과 필터

Claims (6)

  1. 자기누설피그에 연결부를 통하여 연결된 초음파 피그에 장착되며 입력된 정현파에 따른 전자기 초음파를 생성하여 출력하는 전자기 초음파 송신부;
    상기 초음파 피그에 장착되며 인접한 전자기 초음파 송신부에서 전파되는 전자기 초음파를 수신하여 출력하는 전자기 초음파 수신부;
    상기 초음파 피그에 장착되며 정현파를 생성하여 상기 전자기 초음파 송신부로 출력하는 정현파 생성부; 및
    상기 정현파 생성부를 제어하여 상기 전자기 초음파 송신부로 정현파를 제공하도록 하고, 상기 전자기 초음파 수신부에서 수신된 전자기 초음파의 강도를 근거로 배관 피복 결함을 검출하는 제어부를 포함하며,
    상기 전자기 초음파 송신부는
    서로 자극이 대향되도록 평행하게 배치된 2개의 자석; 및
    두개의 자석 사이에 위치하며 미앤더 형상을 가지고 있는 발진 코일을 포함하는 피그에 장착된 피복 결함 탐상 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자기 초음파 송신부와 상기 전자기 초음파 수신부가 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 피그에 장착된 피복 결함 탐상 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자기 초음파 수신부에서 수신하여 출력하는 전자기 초음파에서 잡음을 제거하여 상기 제어부로 제공하는 대역통과필터를 더 포함하는 피그에 장착된 피복 결함 탐상 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 정현파 생성부와 상기 전자기 초음파 송신부 사이와 상기 전자기 초음파 수신부와 상기 제어부 사이에 위치하여 임피던스 정합을 제공하는 임피던스 정합부를 더 포함하여 이루어진 피그에 장착된 피복 결함 탐상 장치.
  5. 삭제
  6. 자기누설피그에 연결부를 통하여 연결된 초음파 피그에 장착되며 입력된 정현파에 따른 전자기 초음파를 생성하여 출력하는 전자기 초음파 송신부;
    상기 초음파 피그에 장착되며 인접한 전자기 초음파 송신부에서 전파되는 전자기 초음파를 수신하여 출력하는 전자기 초음파 수신부;
    상기 초음파 피그에 장착되며 정현파를 생성하여 상기 전자기 초음파 송신부로 출력하는 정현파 생성부; 및
    상기 정현파 생성부를 제어하여 상기 전자기 초음파 송신부로 정현파를 제공하도록 하고, 상기 전자기 초음파 수신부에서 수신된 전자기 초음파의 강도를 근거로 배관 피복 결함을 검출하는 제어부를 포함하며,
    상기 전자기 초음파 수신부는
    서로 자극이 대향되도록 평행하게 배치된 2개의 자석; 및
    두개의 자석 사이에 위치하며 미앤더 형상을 가지고 있는 수신 코일을 포함하는 피그에 장착된 피복 결함 탐상 장치.
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