KR101041335B1 - 와전류 신호를 이용한 전열관의 관지지판 유로 홈 막힘 정도 평가 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 와전류 신호를 이용한 전열관의 관지지판 유로 홈 막힘 정도 평가 방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 열교환기의 와전류 검사를 위하여 수행하는 보빈 탐촉자 신호와 회전형 탐촉자 신호를 이용하여 관지지판에서 유로홈 막힘 정도에 따라 와전류 신호가 변하는 정도를 파악하여, 전체 열교환기 관지지판의 유로홈 막힘 정도를 평가하는 데 있다.

이를 위해 본 발명은 수직형 열교환기의 네잎모양의 관지지판에 대하여 전열관의 와전류 검사용 회전형 탐촉자의 신호를 이용하여 유로 홈 막힘 정도를 측정하는 제1단계와, 선택된 전열관에 대하여 보빈 탐촉자의 신호 크기를 측정하는 제2단계와, 제1단계 및 제2단계에서 구한 회전형 탐촉자의 신호에 의한 유로 홈 막힘 정도와 보빈 탐촉자의 신호 크기 사이의 상관 관계를 구하는 제3단계와, 전체 열교환기의 관지지판에 대하여 보빈 탐촉자의 신호 크기를 제3단계에서 구한 상관 관계식을 이용하여 전체 열교환기의 관지지판 유로 홈 막힘 정도로 환산하여 평가하는 제4단계로 이루어진 와전류 신호를 이용한 전열관의 관지지판 유로 홈 막힘 정도 평가 방법을 개시한다.

열교환기, 와전류 신호, 관지지판 막힘, 보빈 탐촉자, 회전형 탐촉자

Description

와전류 신호를 이용한 전열관의 관지지판 유로 홈 막힘 정도 평가 방법{An Analysis Method for the Flow Blockage Rate at the Heat Exchanger Tube Support Plate Using Eddy Current Signal}

본 발명은 와전류 신호를 이용한 전열관의 관지지판 유로 홈 막힘 정도 평가 방법에 관한 것으로서, 보다 상세히는 수직형 열교환기 전열관을 지지하는 네잎모양 관지지판의 유로 홈 막힘의 정도를 와전류 신호를 이용하여 정량적으로 측정할 수 있는 와전류 신호를 이용한 전열관의 관지지판 유로 홈 막힘 정도 평가 방법에 관한 것이다.

수직형 열교환기는 고온의 물이 흐르는 다수의 전열관과, 전열관의 외부로 공급되는 급수의 열교환이 이루어지며, 각 전열관은 관판에 고정되며, 길이 방향으로 관지지판이 그 간격을 유지하는 구조로 되어 있다.

관지지판은 전열관의 길이에 따라 일정 길이 간격으로 수개가 배치되어 전열관을 지지한다. 열교환기의 전열관 외부는 운전연수가 증가할수록 유로 정체 구간에 산화 퇴적물이 쌓이게 되며, 시간이 지날수록 굳어지게 된다. 특히 관판 상부 또는 관지지판의 유로홈에 산화 퇴적물이 쌓이게 되며, 유로 홈에 쌓여 굳어진 퇴 적물은 유로 홈을 막게 되며, 전체적인 유로 흐름을 방해하여 열교환기의 수위 불안정을 야기한다.

따라서 주기적으로 관지지판의 유로홈 막힘 정도를 측정하게 되는데 기존에는 원격으로 조정되는 카메라를 열교환기 내부에 삽입하여 감시하는 방법이 사용되고 있으며, 이 육안 검사는 열교환기 내부 구조에 제한을 많이 받게 되어, 접근이 불가능한 구역이 있으며, 카메라 접근 각도에 따라 사각 지대가 존재하는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 열교환기의 와전류 검사를 위하여 수행하는 보빈 탐촉자 신호와 회전형 탐촉자 신호를 이용하여 관지지판에서 유로홈 막힘 정도에 따라 와전류 신호가 변하는 정도를 파악하여, 전체 열교환기의 관지지판의 유로홈 막힘 정도를 평가할 수 있는 와전류 신호를 이용한 전열관의 관지지판 유로 홈 막힘 정도 평가 방법을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 와전류 신호를 이용한 전열관의 관지지판 유로 홈 막힘 정도 평가 방법은 수직형 열교환기의 네잎모양의 관지지판에 대하여 전열관의 와전류 검사용 회전형 탐촉자의 신호를 이용하여 유로 홈 막힘 정도를 측정하는 제1단계; 선택된 전열관에 대하여 보빈 탐촉자의 신호 크기를 측정하는 제2단계; 상기 제1단계 및 상기 제2단계에서 구한 회전형 탐촉자의 신호에 의한 유로 홈 막힘 정도와 보빈 탐촉자의 신호 크기 사이의 상관 관계를 구하는 제3단계; 및, 전체 열교환기의 관지지판에 대하여 보빈 탐촉자의 신호 크기를 상기 제3단계에서 구한 상관 관계식을 이용하여 전체 열교환기의 관지지판 유로 홈 막힘 정도로 환산하여 평가하는 제4단계를 포함한다.

상기 제1단계의 회전형 탐촉자의 신호는 유로 홈을 막는 퇴적물의 양이 많아질수록 높아진다.

상기 제2단계의 보빈 탐촉자의 신호는 유로 홈을 막는 퇴적물의 양이 많아질수록 높아진다.

상기 제3단계에서의 상관 관계는 회전형 탐촉자에 의한 유로 막힘 정도를 수직축에 위치시키고, 보빈 탐촉자에 의한 신호 크기를 수평축에 위치시켜 점을 그린후, 각 점들을 선형 근사함으로써 상관 관계식을 구하여 이루어진다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 와전류 신호를 이용한 전열관의 관지지판 유로 홈 막힘 정도 평가 방법은 수직형 열교환기의 네잎모양 관지지판의 유로 막힘 정도를 파악할 수 있다.

기본적으로 열교환기는 주기적인 비파괴검사를 시행하고 있으며, 기본 검사로 보빈 탐촉자의 와전류 신호를 이용하여 결함 평가를 수행하고 있다. 따라서 몇 개 전열관의 관지지판에 대한 회전형 탐촉자의 신호만 추가하면 이미 수행중인 보빈 탐촉자의 신호와 비교하여 관지지판의 유로 막힘 정도를 파악할 수 있다.

이러한 유로 막힘 정도가 심하게 되면 전열관의 외면으로 흐르는 급수의 흐름에 이상이 발생하여 열교환기 수위 불안정을 야기할 수 있으며, 또한 침적물에 의한 부식 결함 발생이 발생할 수 있다. 따라서 주기적인 유로 막힘 정도 평가를 통하여 그 추세를 파악하고, 일정량 이상 막히는 경우 열교환기 세정을 통하여 일정량 이하로 관리할 수 있는 수단을 제공한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 수직형 열교환기를 도시한 부분 절개 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 수직형 열교환기는 수직 방향으로 세워진 채 소정 간격 이격되어 설치된 다수의 전열관(10)과, 상기 전열관(10)의 길이 방향에 소정 간격을 두고 결합되어, 상기 전열관(10)의 흔들림을 방지하는 다수의 관지지판(20)과, 상기 전열관(10)의 하단에 결합된 관판(30)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 수직형 열교환기는 당업계의 당업자들에게 이미 널리 알려진 사항이므로, 그 구조 및 원리에 대한 설명은 생략한다.

도 2는 열교환기 와전류 검사에 사용되는 탐촉자를 도시한 사시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 이용된 탐촉자는 보빈 탐촉자(40)와 회전형 탐촉자(41)를 포함한다. 여기서, 상기 보빈 탐촉자(40) 및 상기 회전형 탐촉자(41) 역시 당업계의 당업자들에게 이미 널리 알려진 사항이므로, 그 구조 및 원리에 대한 설명은 생략한다.

도 3은 전열관과 네잎 모양의 관지지판 사이에 막힘 현상이 나타난 것을 도시한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이 열교환기중 관지지판(20)의 유로홈 막힘(50)은 전 열관(10)과 관지지판(20)의 사이에 유로홈이 막히는 현상을 의미하며, 이 정도를 파악하기 위하여 와전류 검사용 보빈 탐촉자의 신호와 회전형 탐촉자의 신호를 이용한다.

도 4는 유로홈 막힘에 따른 와전류 신호 평가 방법의 순서를 도시한 순서도이다.

도 4에 도시된 바와 같이 와전류 신호를 이용한 전열관의 관지지판 유로 홈 막힘 정도 평가 방법은 회전형 탐촉자 신호 평가 단계(제1단계, 1)와, 보빈 탐촉자 신호 측정 단계(제2단계, 2)와, 상관 관계식 도출 단계(제3단계, 3)와, 유로 막힘 정도 평가 단계(제4단계, 4)를 포함한다.

이하, 도 5 내지 도 7을 함께 참조하여 본 발명에 따른 유로홈 막힘에 따른 와전류 신호 평가 방법을 구체적으로 설명한다.

제1단계(1)는 몇 개의 선택된 전열관에 대한 회전형 탐촉자의 신호에 대한 평가이다. 회전형 탐촉자의 신호는 저주파수(대략 20kHz)에서 관지지판과 접촉하는 네 부위가 도 5에 도시된 바와 같이 대략 네 개의 손가락 모양으로 선명하게 나타난다. 유로홈이 막히게 되는 경우 네 골에 퇴적물 신호가 나타나게 되며, 퇴적물 양이 많아질수록 그 높이가 높아지게 된다. 그 높이에 따른 유로 막힘 정도를 식으로 나타내면 다음과 같다. 해당 관지지판의 유로 막힘 정도(B)는 각 골의 유로 막힘 정도(B1, B2, B3, B4)의 평균값이 된다.

각 골의 신호 크기가 클수록 해당 유로 홈이 많이 막힌 것을 나타내며, 인접 봉우리 신호의 대략 90% 되는 높이에 이른 신호를 100% 막힌 신호 진폭(V100)으로 하고, 깨끗한 골 신호 진폭을 0% 막힌 신호 진폭(V0)으로 하여, 각 골의 유로 막힘 정도(B1, B2, B3, B4)를 아래와 같이 계산할 수 있다.

상기 제1단계(1)를 거친 전열관의 관지지판에 대한 보빈 탐촉자의 신호를 이용한 평가는 아래의 제2단계(2)와 같이 수행한다.

제2단계(2)는 몇 개의 선택된 전열관에 대한 보빈 탐촉자 신호에 대한 평가이다. 보빈 탐촉자 신호는 저주파수(대략 100kHz)에서 관지지판과 접촉하므로 도 6a에 도시된 바와 같이 전형적인 대략 "ㄴ"자 모양을 갖게 된다. 유로홈이 막히게 되는 경우 이 모양이 왜곡되어 도 6b와 같게 되며, 퇴적물의 양이 많아질수록 그 정도가 커지며 왜곡되는 신호 크기(H1)가 커지게 되며, 이 왜곡 신호 크기(H1)를 측정한다. 유로홈 막힘의 정도가 커질수록 왜곡된 보빈 탐촉자 신호는 도 6c와 같이 비례 관계를 갖게 된다. 이 비례 관계는 열교환기에 따른 퇴적물 성분에 의한 전도도 차이로 인해 다를 수 있으므로 유로 막힘 정도는 아래의 제3단계(3)를 통한 회전형 탐촉자 신호와의 관계를 통해 구한다.

제3단계(3)는 도 7과 같이 몇 개의 전열관에 대해 제1단계(1)에서 구한 회전형 탐촉자의 신호 평가 결과 유로 막힘 정도를 수직축에, 제2단계에서 구한 보빈 탐촉자의 신호 평가 결과 신호 크기를 수평축에 위치시켜 점을 그리고, 각 점들을 선형 근사하여 그래프의 식을 구한다. 도 7에서는 예를 들면 y=7.715x-16.9라는 식이 도출되었다.

제4단계(4)는 전체 열교환기의 관지지판에 대한 보빈 탐촉자 신호를 평가하고, 그 신호의 크기를 제3단계(3)에서 구한 상관 관계식을 이용하여 전체 열교환기의 관지지판의 유로 홈 막힘 정도로 환산하여 평가한다.

이와 같이 하여, 기존의 육안 검사 카메라를 이용한 유로 홈 막힘 평가는 평가자의 정성적 평가인데 반하여 본 발명에 의한 방법은 와전류 신호에 의한 정량적 평가가 가능하며, 열교환기 내부 구조에 의한 사각과 접근 한계가 존재하지 않아 전열관의 관지지판 전체에 대한 평가가 가능하고, 기존에 주기적으로 시행하고 있는 건전성 평가에 소요되는 탐촉자 신호의 특성을 이용하여 평가가 가능한 잇점이 있다.

또한, 본 발명의 방법을 활용하면 기존 건전성 평가 장비 외에 별도의 장비 가 필요하지 않아 설치에 따른 추가 공기가 필요 없으며, 기존 비파괴 검사자가 본 발명의 방법을 이용한 평가를 통해 결과를 바로 확인할 수 있고, 주기적인 평가를 통하여 주기별 막힘의 추이를 파악할 수 있어, 열교환기 관리에 직접 활용할 수 있다.

또한, 열교환기의 주기적 건전성 평가를 위한 비파괴검사는 열교환기 수명 기간동안 계속 수행하고 있으므로, 기본 검사기법의 신호를 활용한 본 발명의 방법은 열교환기 수명 내내 적용이 가능하고, 열교환기에 따른 주기별 막힘을 확인하기 위해 지속적인 활용이 가능하다.

또한, 기존 열교환기의 전열관 비파괴 평가자가 본 발명의 방법을 이용하여 유로막힘 정도를 평가할 수 있으며, 열교환기 유로 막힘 평가 결과를 수치 혹은 색으로 환산하여 위치별로 쉽게 인지할 수 있다.

또한, 화력/원자력을 비롯한 공정상 수직형 열교환기를 사용하는 모든 곳에 사용 가능하며, 열교환기의 수위/유량 조절, 주기적 건전성 평가를 필요로 하는 곳에 적용 가능하다.

또한, 열교환기 사용 기간이 증가할수록 열교환기의 관지지판의 퇴적물에 의한 침식과 수위 변동이 우려되는 곳에서 별도의 장비가 필요하지 않고 기존 비파괴검사 장비를 활용한 평가 기법 적용에 대한 선호도가 높고, 그 결과를 정량적으로 확인 할 수 있어서 열교환기의 장기적인 관리에 기여한다.

또한, 적용 가능한 곳에 대해 별도의 추가 장비 등이 필요치 않고, 정량적으로 결과물 처리가 용이하여 진입 장벽이 타 기법에 비해 매우 낮다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 와전류 신호를 이용한 전열관의 관지지판 유로 홈 막힘 정도 평가 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 수직형 열교환기를 도시한 부분 절개 사시도이다.

도 2는 열교환기 와전류 검사에 사용되는 탐촉자의 사시도이다.

도 3은 전열관과 네잎모양의 관지지판 사이에 막힘 현상을 도시한 도면이다.

도 4는 유로홈 막힘에 따른 와전류 신호 평가 방법의 순서를 도시한 순서도이다.

도 5는 제1단계의 회전형 탐촉자 신호 평가를 나타낸 도면이다.

도 6a 내지 도 6c는 보빈 탐촉자의 신호 측정을 나타낸 도면으로서,

도 6a는 유로 막힘이 없는 보빈 탐촉자 신호를 도시한 것이고,

도 6b는 유로 막힘에 의해 왜곡된 보빈 탐촉자 신호를 도시한 것이며,

도 6c는 왜곡된 보빈 탐촉자 신호와 유로 막힘 정도간의 비례 관계를 도시한 것이다.

도 7은 제3단계의 상관 관계식을 도출하는 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 전열관 20 : 관지지판

30 : 관판 40 : 보빈 탐촉자

41 : 회전형 탐촉자 50 : 유로 홈 막힘

Claims (4)

1. 수직형 열교환기의 네잎모양의 관지지판에 대하여 전열관의 와전류 검사용 회전형 탐촉자의 신호를 이용하여 유로 홈 막힘 정도를 측정하는 제1단계;

   선택된 전열관에 대하여 보빈 탐촉자의 신호 크기를 측정하는 제2단계;

   상기 제1단계 및 상기 제2단계에서 구한 회전형 탐촉자의 신호에 의한 유로 홈 막힘 정도와 보빈 탐촉자의 신호 크기 사이의 상관 관계를 구하는 제3단계; 및,

   전체 열교환기의 관지지판에 대하여 보빈 탐촉자의 신호 크기를 상기 제3단계에서 구한 상관 관계식을 이용하여 전체 열교환기의 관지지판 유로 홈 막힘 정도로 환산하여 평가하는 제4단계를 포함하고,

   상기 제3단계에서의 상관 관계는 회전형 탐촉자에 의한 유로 막힘 정도를 수직축에 위치시키고, 보빈 탐촉자에 의한 신호 크기를 수평축에 위치시켜 점을 그린후, 각 점들을 선형 근사함으로써 상관 관계식을 구하여 이루어짐을 특징으로 하는 와전류 신호를 이용한 전열관의 관지지판 유로 홈 막힘 정도 평가 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1단계의 회전형 탐촉자의 신호는 유로 홈을 막는 퇴적물의 양이 많아질수록 높아짐을 특징으로 하는 와전류 신호를 이용한 전열관의 관지지판 유로 홈 막힘 정도 평가 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제2단계의 보빈 탐촉자의 신호는 유로 홈을 막는 퇴적물의 양이 많아질수록 높아짐을 특징으로 하는 와전류 신호를 이용한 전열관의 관지지판 유로 홈 막 힘 정도 평가 방법.
4. 삭제

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