KR101613256B1 - 와전류 검사법을 이용한 전열관 부식량 예측방법 - Google Patents

와전류 검사법을 이용한 전열관 부식량 예측방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 와전류 검사법을 이용한 전열관 부식량 예측방법에 관한 것으로, 구체적으로는 전열관 재료에 와전류 MRPC 탐촉자 검사를 수행하는 단계(단계 1); 상기 단계 1에서 수행된 MRPC 탐촉자 검사의 신호를 평가하는 단계(단계 2); 및 상기 단계 2에서 평가된 전열관의 MRPC 검사신호의 노이즈 값으로부터 전열관 재료의 부식량을 예측하는 단계(단계 3);를 포함하는 와전류 검사법을 이용한 전열관의 부식량 예측 방법 을 제공한다.
본 발명에 따른 전열관 부식량 예측방법을 이용하면, 전열관 재료의 와전류 MRPC 노이즈 검사를 통하여, 1차 계통 조건에서의 전열관의 부식량에 관한 기준을 요건화할 수 있고 부식량을 예측할 수 있으므로, 재료 선정단계에서 적은 부식량을 갖는 전열관 재료를 선정할 수 있는 효과가 있다.

Description

와전류 검사법을 이용한 전열관 부식량 예측방법{Method for prediction of corrosion rate of steam generator tube using eddy current testing}
본 발명은 와전류 검사법을 이용한 전열관 부식량 예측방법에 관한 것으로, 상세하게는 와전류 Motorized Rotating Pancake Coil (MRPC) 검사를 수행하고, MRPC 노이즈 값으로부터 전열관의 부식량을 예측하는 방법에 관한 것이다.
원자력발전소의 건전성은 가동중 계통의 부식손상, 기계적 마모 등에 의해 영향을 받는다. 특히, 1차 계통 표면적의 약 70 %를 차지하고 있으며, 1차 계통 및 2차 계통 냉각수 모두에 노출되어 있는 증기발생기 전열관은 원전 건전성 확보를 위해 매우 중요한 구성 요소이다.
기존의 전열관 재료인 Alloy 600을 사용한 증기발생기에서는 응력부식균열, 입계부식, 핏팅 등의 다양한 부식손상이 빈번하게 발생하였으나, Alloy 690 재료로 대체됨에 따라 부식손상이 보고된 사례가 없고, 마모와 같은 기계적 손상이나 덴팅과 같은 2차적 손상만이 발생하고 있는 상황이다.
부식손상에 대한 우수한 저항성에도 불구하고, 1차 계통 냉각수와 접촉하는 Alloy 690 재료 표면에서의 부식 및 이에 따른 금속이온이나 부식생성물의 용출 특성은 여전히 불가피하게 발생하는 문제이다.
재료 표면으로부터 용출되는 58Ni과 59Co 이온 및 산화물은 원자로 내부로 유입되어 중성자 반응에 의해 각각 58Co과 60Co로 방사화되어 계통내 방사선량을 증가시키므로 작업자 방사선 피폭량 증가의 주원인이 된다. 또한 핵연료 피복관 표면에 산화물 형태로 부착되어 열전달을 방해하여 피복관 온도를 상승시키고, 피복관 부식속도를 증가시킬 뿐만 아니라, 원자로 축방향으로 출력불균일(axial offset anomaly, AOA) 현상을 유발한다.
이러한 코발트 핵종 발생원의 약 60~70%가 증기발생기 전열관의 표면부식으로부터 방출되는 부식생성물의 방사화에 기인한다는 점에 주목할 필요가 있다. 전열관 재료인 Alloy 600과 690에는 기지금속 성분인 니켈이 약 58~72% 함유되어 있을 뿐만 아니라, 코발트가 불순물로 약 0.01~0.02% 포함되어 있다. 1차 계통에서 냉각수와 접촉하는 전체 구조재료 표면적의 약 70%를 증기발생기 전열관이 차지하고 있는 사실로부터, 전열관 재료에서의 부식생성물, 특히 니켈의 부식 용출에 의한 부식생성물을 감소시키는 것이야말로 1차계통 방사선량을 근본적으로 저감할 수 있는 핵심 방법임을 알 수 있다. 또한 핵연료 피복관 표면에 부식생성물이 부착되어 발생하는 AOA 현상을 억제할 수 있는 효과도 동시에 얻을 수 있을 것으로 기대된다.
전열관 재료에서의 부식 및 용출특성은 전열관 재료의 화학적 조성, 표면 특성과 같은 재료의 고유 특성 및 재료의 제조 공정 등 다양한 인자들에 영향을 받는다고 보고되고 있다. 실제 원전 운영 중에 부식 및 용출량은,, 58CO, 60CO 등 주요 방사선원의 방사선량 변화를 실시간으로 모니터링 함으로써 간접적으로 예측할 수 있다. 그러나 원전 설계 및 건설 단계에서부터 부식 및 용출 저항성이 우수한 전열관 재료를 선정하여 증기발생기를 제작하는 것이 무엇보다 중요하다. 따라서 재료선정 및 원전 설계, 건설 단계에서 전열관의 부식 특성을 사전에 예측할 수 있는 혁신 기법의 확보가 요구된다.
한편, 일반적으로 와전류 검사는 전열관의 가동중 건전성을 평가하기 위해 사용되는데, 이때, 와전류 검사 신호는 전열관의 제조 품질 및 가동중 전열관 표면에 부착되는 산화물 및 이물질 그리고 인접 구조물 등의 신호에 의하여 영향을 받게 된다. 따라서, 와전류 신호 품질에 영향을 미치는 요인들을 감소시키는 것이 전열관에 발생하는 결함을 효과적으로 탐지하는데 매우 중요하고, 이는 전열관의 제작 품질이 더욱 중요한 요소가 되고 있음을 의미한다. 그러나, 전열관 재료의 제조단계에서는 가동중 검사시 검출능 확보 차원에서 와전류 보빈 탐촉자의 신호대 잡음비(bobbin signal-to-noise ratio)에 의해서만 요건화가 이루어져 있는 실정이다.
전열관 재료의 부식 및 용출에 의한 58CO과 60CO의 방사선량 변화에 있어서는, 보빈 신호대 잡음비 설계요건을 만족하는 전열관의 경우라 하더라도, 제조시기, 제조공정 등의 제작상 요인에 의해 다른 경향과 차이를 보이는 것으로 보고되고 있다. 현재 부식 및 용출 특성에 관한 기준은 요건화되지 않았으며, 이를 미리 예측할 수 있는 방법 또한 없다는 문제점을 안고 있다.
한편, 전열관의 와전류 탐상법에 관련된 종래 기술로써 대한민국 등록특허 제10-1083215호에서는 증기 발생기 전열관 내경의 원주균열에 대한 MRPC 탐촉자를 이용한 와전류탐상 검사 방법에 대하여 개시하고 있다. 구체적으로는, 증기발생기 전열관 내경의 원주균열에 대한 MRPC 와전류 탐상 검사 방법에 있어서, (a) 증기발생기의 전열관에 MRPC 탐촉자를 사용하여 복수의 주파수를 인가하여 와전류검사 신호를 획득하는 단계; (b) 상기 획득된 와전류검사 신호로부터 상기 복수의 주파수별 신호특성을 분석하여 내경 원주균열을 확인하는 단계; (c) 상기 내경 원주균열에 대하여 보정곡선을 작성하고, 상기 복수의 주파수별 와전류 검사 신호들 중 어느 하나의 주파수에 상응하는 와전류 검사 신호에 대한 데이터를 선택하는 단계; (d) 상기 확인된 내경 원주균열이 시작되는 시점부터 일정한 간격으로 균열이 끝나는 점까지 깊이를 측정하는 단계; 및 (e) 상기 균열의 길이에 상응하는 깊이 형상을 이용하여 손상면적백분율(Percent Degraded Area; PDA)을 산출하는 단계를 포함하는 증기발생기 전열관 내경의 원주균열에 대한 MRPC 와전류탐상 검사 방법을 개시하고 있다.
그러나, 기존의 전열관 재료인 Alloy 600을 사용하는 증기발생기와는 달리, Alloy 690은 응력부식균열과 같은 부식손상이 보고되지 않기 때문에, 균열 측정보다는 전열관의 부식 및 용출 특성에 대한 예측이 더욱 중요해지고 있다.
이에, 본 발명자들은 전열관의 부식 및 용출 특성을 예측하는 방법에 대하여 연구를 수행하던 중, 와전류 MRPC 탐촉자로 측정한 전열관의 노이즈 신호와 부식량 특성이 상관관계를 갖는다는 사실을 발견하고, 전열관의 재료 선정단계에서 MRPC 검사를 통하여 전열관의 부식 및 용출 특성을 예측할 수 있음을 알아내어 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은,
와전류 검사법을 이용한 전열관 재료의 부식량 예측방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
Motorized Rotating Pancake Coil (MRPC) 탐촉자를 이용하여 전열관 재료에 와전류 검사를 수행하는 단계(단계 1);
상기 와전류 검사에 의해 생성된 검사신호를 평가하는 단계(단계 2); 및
상기 평가에 의해 획득된 전열관의 MRPC 검사신호의 노이즈 값으로부터 전열관 재료의 부식량을 예측하는 단계(단계 3);를 포함하는 와전류 검사법을 이용한 전열관의 부식량 예측 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 전열관 부식량 예측방법을 이용하면, 전열관 재료의 와전류 MRPC 노이즈 검사를 통하여, 1차 계통 조건에서의 부식량을 예측할 수 있고, 전열관의 부식량에 관한 기준을 요건화할 수 있으므로, 재료 선정단계에서 적은 부식량을 갖는 전열관 재료를 선정할 수 있는 효과가 있다.
또한 부식량이 적은 전열관 재료를 선정하여 증기발생기를 제작함으로써, 원전 1차 계통의 방사선량을 저감하고, 피복관에 부착되는 부식생성물을 저감하여 원자로 안전성을 획기적으로 향상할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 와전류 검사법을 이용한 전열관 부식량 예측방법의 일례를 모식도로 나타낸 것이고;
도 2는 실시예에서 전열관 재료의 MRPC +Point 신호 그래프를 나타낸 것이고;
도 3은 실시예에서 전열관 시편을 표면 조도 분석기로 분석한 사진 및 그래프이고;
도 4는 실시예에서 전열관 시편을 비커스 경도 측정기로 측정한 경도 그래프이고;
도 5은 실시예에서 평가된 MRPC 노이즈와 전열관 재료의 부식량과의 상관관계를 나타낸 그래프이고;
도 6은 전열관의 MRPC 노이즈와 부식량의 상관관계를 나타내는 그래프에 검량곡선을 추가한 그래프이다.
본 발명은,
Motorized Rotating Pancake Coil (MRPC) 탐촉자를 이용하여 전열관 재료에 와전류 검사를 수행하는 단계(단계 1);
상기 와전류 검사에 의해 생성된 검사신호를 평가하는 단계(단계 2); 및
상기 평가에 의해 획득된 전열관의 MRPC 검사신호의 노이즈 값으로부터 전열관 재료의 부식량을 예측하는 단계(단계 3);를 포함하는 와전류 검사법을 이용한 전열관의 부식량 예측 방법을 제공한다.
이때, 본 발명의 일례를 도 1에 도시하였으며, 이하, 본 발명에 따른 와전류 검사법을 이용한 전열관 부식량 예측방법을 상세히 설명한다.
일반적으로 전열관 재료의 선정 단계에서는, 가동 중의 와전류 검사의 검출능에 영향을 미치는 보빈 탐촉자의 신호대 잡음비 특성만을 요건으로 채택한다. 그러나, 와전류 MRPC 탐촉자 검사는 재료 선정 단계에서는 사용되지 않고, 가동중에 보빈 신호에 의해 결함이 검출되는 경우, 결함의 상세한 길이 및 깊이 크기 검사를 위해 사용된다.
본 발명에서는 종래와 달리 재료 선정단계에서 와전류 MRPC 탐촉자 검사를 수행함으로써, 상기 결과 값과 후속 단계의 원전 1차계통 모사장치를 이용한 부식량 정량화를 통해, 와전류 MRPC 노이즈와 부식량과의 상관관계를 도출할 수 있다. 이로써, 실제 원자력 발전소의 가동중 발생하는 전열관 재료의 부식량을 예측할 수 있고, 이를 통해 부식 및 부식용출 특성에 관한 전열관 기준을 요건화할 수 있다.
이때, 상기 부식량 예측은, 전열관 재료 선정단계에서 수행될 수 있다. 종래, 전열관 재료 선정단계에서 가동 중의 와전류 검사의 검출능에 영향을 미치는 보빈 신호대 잡음비 특성만을 요건으로 채택한 것과는 달리, 본 발명에서는 와전류 MRPC 검사를 전열관 재료 선정단계에서 수행하고, 이를 통해 부식량을 예측할 수 있다.
본 발명에 따른 전열관의 부식량 예측 방법에 있어서 단계 1은 MRPC 탐촉자를 이용하여 전열관 재료에 와전류 검사를 수행하는 단계이다. 이때, 상기 단계 1의 와전류 MRPC 검사는 MRPC +Point 코일 또는 pancake 코일을 사용할 수 있고, 특히 +Point Magnetic-Bias Detachable 탐촉자를 사용할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것을 아니며 이와 동등한 기능의 탐촉자를 사용할 수 있다. 이 때의 검사주파수는 100 내지 1000kHz 범위의 주파수 조건을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 전열관의 부식량 예측 방법에 있어서 단계 2는 상기 와전류 검사에 의해 생성된 검사신호를 평가하는 단계이다. 상기 단계 1에서 얻어진 MRPC 검사신호로부터, 노이즈 신호 크기를 도출하여, 부식량 예측에 사용할 수 있다.
MRPC 검사신호로부터 노이즈 신호크기를 도출해내는 방법의 일례로, 길이가 0.375인치인 EDM 노치 표준시험관의 신호를 사용하여 와전류 MRPC 검사신호를 보정할 수 있고, 신호보정용 표준시험관의 100% 축방향 결함에 대해 신호위상은 30 도 및 신호진폭은 20 V로 조정한 후, 검사대상 전열관 신호에 대해 Long strip chart, X-Y display 및 C-scan 신호를 검사하면서 표준시험관의 100% 축방향 결함 신호진폭 대비 상대적인 노이즈 신호의 크기를 평가할 수 있다. 이때, C-scan 신호는 수직성분 및 수평성분을 구분하여 노이즈 신호의 크기를 평가할 수 있다.
본 발명에 따른 전열관의 부식량 예측 방법에 있어서 단계 3은 상기 평가에 의해 획득된 전열관의 MRPC 검사신호의 노이즈 값으로부터 전열관 재료의 부식량을 예측하는 단계이다. 단계 3에서는, MRPC 검사신호의 노이즈 값으로부터, 미리 도출된 상관관계를 통해 원자력 발전소의 가동중 발생하는 전열관 재료의 부식량을 예측할 수 있다.
상기 부식량의 예측은, 기측정된 MRPC 검사신호의 노이즈 값과 부식량 간의 상관관계를 통해 수행될 수 있다.
구체적으로, 특정 전열관 재료에서 측정한 MRPC 검사신호의 노이즈 값을, 미리 도출된 MRPC 검사신호의 노이즈 값과 부식량 간의 상관관계에 대입하여, 상기 특정 전열관 재료의 부식량을 예측할 수 있다.
상기 MRPC 검사신호의 노이즈 값과 부식량 간의 상관관계는,
전열관 재료에 와전류 MRPC 검사신호의 노이즈 값을 측정하는 단계(단계 a);
원자력 발전소 모사장치에서 상기 단계 a의 전열관 재료의 부식량을 측정하는 단계(단계 b); 및
상기 단계 a에서 측정된 MRPC 검사신호의 노이즈 값과 상기 단계 b에서 측정된 부식량의 상관관계를 도출하는 단계(단계 c);를 포함하여 도출되는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 MRPC 검사신호의 노이즈 값과 부식량 간의 상관관계를 도출하는 방법에 있어서 단계 a는 전열관 재료에 와전류 MRPC 검사신호의 노이즈 값을 측정하는 단계이다.
상기 와전류 MRPC 검사신호는 MRPC +Point 코일 또는 pancake 코일을 사용하여 측정된 것일 수 있고, 특히 +Point Magnetic-Bias Detachable 탐촉자를 사용하여 측정된 것일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것을 아니며 이와 동등한 기능의 탐촉자를 사용할 수 있다. 이 때의 검사주파수는 100 내지 1000kHz 범위의 주파수 조건을 사용할 수 있다.
상기 와전류 MRPC 검사신호 노이즈 값은, 와전류 MPRC 검사신호와 비교하여 신호보정용 표준시험관의 100 % 축방향 결함 신호진폭 대비 상대적인 노이즈 신호의 크기일 수 있다. 구체적으로, MRPC 검사신호로부터 노이즈 값를 도출해내는 방법의 일례로, 길이가 0.375인치인 EDM 노치 표준시험관의 신호를 사용하여 와전류 MRPC 검사신호를 보정할 수 있고, 신호보정용 표준시험관의 100% 축방향 결함에 대해 신호위상은 30 도 및 신호진폭은 20 V로 조정한 후, 검사대상 전열관 신호에 대해 Long strip chart, X-Y display 및 C-scan 신호를 검사하면서 표준시험관의 100% 축방향 결함 신호진폭 대비 상대적인 노이즈 신호의 크기를 평가할 수 있다. 이때, C-scan 신호는 수직성분 및 수평성분을 구분하여 노이즈 신호의 크기를 평가할 수 있다.
본 발명에 따른 MRPC 검사신호의 노이즈 값과 부식량 간의 상관관계를 도출하는 방법에 있어서 단계 b는 원자력 발전소 모사장치에서 상기 단계 a의 전열관 재료의 부식량을 정량화하는 단계이다.
실제 원자력 발전소에서의 전열관의 부식량을 예측하기 위하여, 단계 b에서는 모사장치에서 전열관 재료의 부식량을 정량화한 뒤, 후속 단계에서 MRPC 검사신호의 노이즈 값과 이의 상관관계를 도출할 수 있다.
이때, 상기 원자력 발전소 모사장치는 1차 계통 또는 2차 계통 모사장치일 수 있다. 원자력발전소의 건전성은 가동중 계통의 부식손상, 기계적 마모 등에 의해 영향을 받는다. 특히, 1차 계통 표면적의 약 70 %를 차지하고 있으며, 1차 계통 및 2차 계통 모두에 노출되어 있는 증기발생기 전열관은 원전 건전성 확보를 위해 매우 중요한 구성 요소이다.
본 발명에서는 원자력 발전소 내의 전열관의 부식량을 예측하기 위해서, 1차 계통의 모사장치를 통해 전열관의 부식량을 특정한 뒤, MRPC 측정값과 이를 비교할 수 있다.
본 발명에 따른 MRPC 검사신호의 노이즈 값과 부식량 간의 상관관계를 도출하는 방법에 있어서 단계 c는 상기 단계 a에서 측정된 MRPC 검사신호의 노이즈 값과 상기 단계 b에서 측정된 부식량의 상관관계를 도출하는 단계이다.
상기 단계 c는 MRPC 검사신호의 노이즈 값과 부식량을 비교하여, MRPC 검사신호의 노이즈 값으로부터 부식량이 예측될 수 있도록 검량곡선을 통해 상관관계를 도출할 수 있다.
이때, 상기 단계 c에서 도출된 MRPC 검사신호의 노이즈 값과 1차 계통 조건에서의 전열관 부식량이 서로 비례하는 상관관계를 가질 수 있고, 일례로, MRPC 노이즈 값이 증가할수록, 부식량도 이에 근사하게 비례하여 증가할 수 있다.
또한, 본 발명은,
전열관 재료에 와전류 MRPC 검사를 수행하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 수행된 MRPC 검사신호를 평가하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 평가된 MRPC 검사신호의 노이즈 크기를 통해 전열관 재료를 평가하는 단계(단계 3);를 포함하는 전열관 재료 선정 방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 전열관 재료 선정 방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 전열관 재료 선정 방법에 있어서 단계 1은 전열관 재료에 와전류 MRPC 검사를 수행하는 단계이다. 본 발명에서는 재료 선정단계에서 와전류 MRPC 검사를 수행함으로써, 상기 결과값을 통해, 실제 원자력 발전소의 가동중 발생하는 전열관 재료의 부식량을 예측할 수 있다.
이때, 상기 단계 1의 와전류 MRPC 검사는 MRPC +Point 코일 또는 pancake 코일을 사용할 수 있고, 특히 +Point Magnetic-Bias Detachable 탐촉자를 사용할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것을 아니며 이와 동등한 기능의 탐촉자를 사용할 수 있다. 이 때의 검사주파수는 100 내지 1000kHz 범위의 주파수 조건을 사용할 수 있다.
상기 단계 1의 전열관 재료는 Alloy 690일 수 있다.
본 발명에 따른 전열관 재료 선정 방법에 있어서 단계 2는 상기 단계 1에서 수행된 MRPC 검사신호를 평가하는 단계이다. 상기 단계 1에서 얻어진 MRPC 검사신호로부터, 노이즈 신호 크기를 도출하여, 후속공정으로부터, 평가 기준에 적합한 전열관 재료를 선정할 수 있다.
MRPC 검사신호로부터 노이즈 신호크기를 도출해내는 방법의 일례로, 길이가 0.375인치인 EDM 노치 표준시험관의 신호를 사용하여 와전류 MRPC 검사신호를 보정할 수 있고, 신호보정용 표준시험관의 100% 축방향 결함에 대해 신호위상은 30 도 및 신호진폭은 20 V로 조정한 후, 검사대상 전열관 신호에 대해 Long strip chart, X-Y display 및 C-scan 신호를 검사하면서 표준시험관의 100% 축방향 결함 신호진폭 대비 상대적인 노이즈 신호의 크기를 평가할 수 있다. 이때, C-scan 신호는 수직성분 및 수평성분을 구분하여 노이즈 신호의 크기를 평가할 수 있다.
본 발명에 따른 전열관 재료 선정방법에 있어서 단계 3은 상기 단계 2에서 평가된 MRPC 검사신호의 노이즈 크기를 통해 전열관 재료를 평가하는 단계이다. 단계 3에서는, MRPC 검사신호의 노이즈 값으로부터, 미리 도출된 상관관계를 통해 원자력 발전소의 가동중 발생하는 전열관 재료의 부식량을 예측할 수 있고, 이를 통해 전열관의 재료 선정단계에서 평가기준에 적합한 전열관을 선정할 수 있다.
이하, 실험예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다. 단, 하기의 실험예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실험예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<실험예> MRPC 노이즈 값과 부식량의 상관관계로부터 특정 전열관의 부식량 예측
MRPC 노이즈 값과 부식량의 상관관계로부터 특정 전열관의 부식량 예측하기 위하여, 하기와 같은 실험을 수행하였다.
단계 1: 적어도 50 cm의 길이를 갖는 Alloy 690의 상용 전열관 재료에 대하여, P115A Unshielded Primary Test Coil, PP11A +Point Coil, 및 SP080B Shielded High Frequency Pancake 코일로 이루어진 ZETEC MRPC +Point Magnetic-Bias Detachable 탐촉자를 이용하여 MRPC 검사를 수행하였다. 이때, 검사주파수는 +Point 코일의 결함 검출주파수인 300 kHz에서 비교 수집하였다. 신호수집은 ZETEC EddynetAN Analysis 장비와 MIZ-70 Data Acquisition 소프트웨어를 이용하여 신호수집을 수행하였다.
단계 2: 상기 단계 1에서 검사된 3 개의 전열관 시편에 대한 MRPC 신호는 결함길이가 0.375인치인 신호보정용 표준시험관 (EDM Notch Standard Tube)을 통하여 보정되었다. 이때, 신호보정용 표준시험관의 100 % 축방향 결함에 대해 신호위상은 30 도 및 신호진폭은 20 V로 조정하여, 검사대상 전열관의 MRPC 신호에 대해 Long strip chart, X-Y display 및 C-scan 신호를 검사하면서 표준시험관의 100% 결함신호 진폭대비 상대적인 노이즈의 크기를 측정하였다.
그 후, 검사된 전열관 시편을 50 mm 길이로 절단하여, 아세톤, 메탄올, 에탄올, 초순수에서 각각 15분씩 초음파 세척한 후, 질소 가스로 건조하고, 70 ℃의 오븐에서 15분 동안 수분을 제거하였다.
단계 3: 원전 1차 계통 모사 루프를 통해 상기 단계 2의 각각의 전열관 시편에 대하여 무게를 측정한 후, Li 2ppm, B 1200 ppm을 포함한 모사 1차계통수 내에서 330 ℃, 150 bar 조건에서 용존 수소는 35cc/kg H2O, 용존산소는 10 ppb 이하에서 부식 및 부식용출 시험을 진행하였다. 또한, 부식 및 부식용출시험 후에 표면 부식생성물에 대하여 화학적 디스케일링 (descaling)방법을 이용하여 부식량을 정량화하였다. 또한, 이러한 시험결과를 통하여 단계 2에서 평가된 MRPC 노이즈값과 전열관의 고온/고압 1차계통 조건에서의 부식량과의 정량화된 상관관계를 도출하였다.
단계 4: 상기 단계 3에서 도출된 검량 곡선을 통해 특정 MRPC 노이즈를 갖는 경우에 전열관의 부식량을 예측하였다.
이하, 상기 실험예에서 수행된 실험의 결과를 상세히 설명한다.
상기 실시예의 단계 1의 전열관 시편 3개에 대한 MRPC 탐촉자로 측정한 노이즈 신호 그래프를 도 2에 도시하였다. 또한, 전열관 시편 3개에 대한 표면 특성을 관찰하기 위해 상기 단계 2에서 제조된 시편을 가로 1 cm, 세로 1cm 크기로 절단하여 아세톤, 메탄올, 에탄올, 초순수에서 각각 15분씩 초음파 세척한 후, 질소 가스로 건조하고, 70 oC의 오븐에서 15분 동안 수분을 제거하고, 표면 조도분석기(surface profiler)로 표면 조도 및 파형을 분석한 후 그 결과를 도 3에 도시하였으며, 비커스 경도 측정기를 이용하여 경도를 측정한 후 그 결과를 도 4에 도시하였다. 나아가, 상기 실험의 단계 3에서의 부식 및 용출시험 후, 표면 부식생성물에 대하여 화학적 디스케일링 (descaling)방법을 이용하여 부식량을 정량화한 결과를 도 5에 도시하였다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 단계 2의 MRPC 특성을 분석한 결과, MRPC 노이즈 값이 0.04, 0.06, 0.18 V로 커질수록 축방향으로 다수의 융기(ridge)와 골(valley)들이 나타남을 알 수 있다.
도 3에서는, 도 2의 거시적 표면상태의 특성과는 달리 축방향으로 불규칙한 스크래치들이 형성되었고, MRPC 노이즈 값이 0.04, 0.06, 0.18 V인 재료에 있어서, 표면조도의 경우 200 nm 내지 240 nm값을 나타내었으며, 표면파형은 6.2 ㎛ 내지 6.7 ㎛정도의 범위로 측정되었음을 알 수 있다. 즉, 표면조도와 표면파형은 3개의 시편에서 모두 유사한 값을 나타내었다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 표면 미세경도는 대략 170 Hv로 MRPC 노이즈 값에 크게 영향을 받지 않고 모두 비슷한 값을 가짐을 알 수 있다.
결과적으로, MRPC 노이즈 값이 0.04, 0.06, 0.18 V으로 커질수록, 다수의 융기와 골들이 나타남을 알 수 있다.
도 5는 부식량을 단위면적당 단위시간당 부식률로 평가하여 나타낸 것으로서, MRPC 노이즈 값이 0.04 V일 때, 부식률은 0.03 mg/m2h, 0.06 V일 때에는 0.065 mg/m2h, 0.18 V 일때는 0.16 mg/m2h의 값을 나타냄을 알 수 있다. 즉, MRPC 노이즈 값에 근사하게 비례하여 부식률이 증가하는 상관관계를 가짐을 알 수 있다.
도 6은 다양한 실험예를 통하여 얻은 전열관의 MRPC 노이즈와 전열관의 부식량과의 상관관계를 나타낸 검량곡선 그래프이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, MRPC 노이즈 값에 근사하게 비례하여 부식률이 증가하는 상관관계를 가짐을 알 수 있다. 따라서 와전류검사 MRPC 탐촉자를 이용하여 특정 전열관의 노이즈 값을 측정하면 도 6과 같은 검량곡선을 통하여 특정 전열관의 부식량을 재료선정 단계에서부터 예측할 수 있게 된다.
이에 대한 실시예로서, 상기 도 6에서 도출된 상관관계를 통해, 특정 전열관 재료의 부식량을 예측하기 위해, Alloy 690의 특정 전열관 재료에 대해 MRPC 검사를 수행하였다.
이 때, 특정 전열관 재료의 MRPC 검사신호 노이즈 값은 0.10 V로 측정되었고, 상기 실험예에서 도출된 도 6의 상관관계 곡선을 통해, 특정 전열관 재료의 부식률이 0.0881 mg/m2h가 될 것임을 예측할 수 있다.

Claims (9)

  1. Motorized Rotating Pancake Coil (MRPC) 탐촉자를 이용하여 전열관 재료에 와전류 검사를 수행하는 단계(단계 1);
    상기 와전류 검사에 의해 생성된 검사신호로부터 신호보정용 표준시험관의 와전류 MRPC 결함 신호진폭 대비 상대적인 노이즈 신호 크기를 측정하는 단계(단계 2); 및
    상기 측정에 의해 획득된 전열관의 MRPC 검사신호의 노이즈 값으로부터 전열관 재료의 부식량을 기측정된 MRPC 검사신호의 노이즈 값과 부식량 간의 상관관계를 통해 예측하는 단계(단계 3);를 포함하는 와전류 검사법을 이용한 전열관의 부식량 예측 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 1의 MRPC 탐촉자는 +Point 탐촉자인 것을 특징으로 하는 와전류 검사법을 이용한 전열관 부식량 예측방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단계 1의 MRPC 탐촉자는 Pancake 탐촉자인 것을 특징으로 하는 와전류 검사법을 이용한 전열관 부식량 예측방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단계 1에서 수행된 와전류 MRPC 검사는 100 내지 1000kHz의 주파수 조건에서 측정되는 것을 특징으로 하는 와전류 검사법을 이용한 전열관 부식량 예측방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 노이즈 신호의 크기 측정은 신호보정용 표준시험관의 100% 깊이의 축방향 노치 결함의 신호진폭 대비 상대적인 노이즈 신호의 크기를 측정하는 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 와전류 검사법을 이용한 전열관 부식량 예측방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 MRPC 검사신호의 노이즈 값과 부식량 간의 상관관계는,
    전열관 재료에 와전류 MRPC 검사신호의 노이즈 값을 측정하는 단계(단계 a);
    원자력 발전소 모사장치에서 상기 단계 a의 전열관 재료의 부식량을 정량화하는 단계(단계 b); 및
    상기 단계 a에서 측정된 MRPC 검사신호의 노이즈 값과 상기 단계 b에서 측정된 부식량의 상관관계를 도출하는 단계(단계 c);를 포함하여 도출되는 것을 특징으로 하는 와전류 검사법을 이용한 전열관 부식량 예측방법.
  9. 제1항에 있어서,
    전열관 재료 선정단계에서 수행되는 것을 특징으로 하는 와전류 검사법을 이용한 전열관 부식량 예측방법.
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