KR102525367B1 - 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단, 고온 측정 두께의 보정과 임계 두께 결정에 의한 위험 예측 시스템 및 그 방법 - Google Patents
아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단, 고온 측정 두께의 보정과 임계 두께 결정에 의한 위험 예측 시스템 및 그 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 아이오티 기반 초음파를 이용한 두께 측정과 라이닝 코팅 접합 상태 진단 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 플랜트 고온 설비에서 발생하는 부식의 진전 상태와, 설비의 온도에 따라 발생할 수 있는 오차 보정 기능을 갖춘 두께 측정을 통해 부식에 의한 두께 손상 여부를 실시간 모니터링하고, 유한요소해석 기반하여 설비별 국부 부식에 의한 배관의 축 방향 항복(yielding)을 고려한 임계 두께를 설정하고, 수집된 두께 데이터를 임계 두께와 비교하여 위험 상황 예측 및 경보 솔루션 기능을 갖춘 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 아이오티 기반 초음파를 이용한 두께측정과 라이닝 코팅 접합 상태 진단 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 플랜트 고온 설비에서 발생하는 부식의 진전 상태와, 설비의 온도에 따라 발생할 수 있는 오차 보정 기능을 갖춘 두께 측정을 통해 부식에 의한 두께 손상 여부를 실시간 모니터링하고, 유한요소해석에 기반하여 설비별 국부 부식에 의한 배관의 축 방향 항복(yielding)을 고려한 임계 두께를 설정하고, 수집된 두께 데이터를 임계 두께와 비교하여 위험 상황 예측 및 경보 솔루션 기능을 갖춘 아이오티 기반 초음파를 이용한 두께측정과 라이닝 코팅 접합 상태 진단 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
초음파 탐촉자(ultrasonic transducer)와 초음파 센서는 초음파를 이용하여 금속, 비금속으로 된 검사 대상체 즉 재료, 부품, 구조물, 인체 등에 손상을 주지 않고 내부나 표면에 존재하는 결함을 검출하고 재질을 평가하고 진단하는 비파괴시험기술의 핵심 부품이다. 이는 철강, 조선, 중공업 산업, 항공산업, 세라믹, 반도체산업 등 다양한 제품의 공정 중이나 공정 후 품질관리에 널리 사용되고 있다.
일반적으로는, 검사자가 두께 측정기를 갖고 설비로 접근하여 두께 측정이 이뤄지고 있다. 고소 작업의 경우에는 족장을 쌓지 않고 기중기와 로프를 이용하여 설비에 접근한 후 두께 측정이 이뤄지기도 한다. 또한, 미국, 유럽 등 인건비가 비싼 선진국의 경우는 스캐너에 두께 측정기를 탑재시켜 원거리에서 측정하거나, 유도 초음파를 적용하여 원거리에서 검사 대상체(예: 배관)을 검사하고 있다.
고온의 고압 플랜트 설비는 그 위험성과 파급 효과 때문에 검사 주기가 갈수록 짧아지고 있는 추세이다.
기존의 플랜트 설비의 두께 측정 방법은 검사원이 두께 측정 장비를 소지한 후 플랜트 설비에 접근하여 플랜트 설비의 두께 변화를 확인하였으며 검사원은 작업 조건이 까다로운 고소 작업, 밀폐 작업, 각종 주변 설비의 소음 및 분진 발생 등으로 인한 안전사고에 항상 노출되어 있다.
무엇보다 주기적으로 검사자가 설비에 접근해서 측정하는 전통적인 검사 방식으로는 설비에서 발생할 수 있는 예측 불허의 리스크를 실시간으로 감시하기는 어려운 문제점이 있다.
더군다나, 접근이 어려운 고소 설비의 경우 접근을 위해서 별도의 족장을 설치해서 접근해야 하므로 위험하고 부대비용 또한 많이 소요되는 문제점이 발생하고 있다.
위험 업무에 대한 규제의 강화와 위험업무의 외주화에 따른 사회적 비난의 가중으로 현장에서는 위험성이 높은 작업에 대한 기피 현상이 갈수록 심화되고 있다.
따라서, 개발된 센서를 고소지역 등 접근이 곤란한 중화학 플랜트 설비에 설치해서 무선 방식으로 부식에 의한 두께 손상 여부를 실시간 모니터링할 수 있도록 하여 현장 작업자의 생명을 보호하면서 산업 설비의 리스크를 관리할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 작업자의 접근이 곤란하거나 위험한 설비를 대상으로 관리해야 할 적절한 위치에 초음파탐촉자들을 설치하여 원격에서 부식의 진행 상태 및 두께 등을 주기적으로 모니터링 가능한 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.
또한, 주기적인 모니터링을 통해 수집된 두께 데이터에 기초하여, 최저 허용 두께와 비교하여 범주화하여 예측 및 경보 솔루션을 제공하는 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 시스템은, 검사 대상체에 초음파를 송출하고 반사되어 돌아오는 초음파를 수신할 수 있는 초음파탐촉자, 상기 초음파탐촉자와 전기적으로 연결되어 상기 초음파탐촉자에 초음파를 발생시키고 검사 대상체로부터 수신되는 초음파 신호 데이터를 획득하여 모니터링 서버로 무선 통신을 통해 전송하는 초음파발생기, 및 상기 초음파발생기로부터 초음파 신호 데이터를 수신받아 검사 대상체의 금속과 코팅 경계면에서 반사되는 초음파 신호의 세기를 분석하여 검사 대상체의 코팅 박리 진전 상태 또는 두께 변화를 상시에 감시하는 모니터링 서버를 포함한다.
또한, 상기 모니터링 서버는 상기 초음파발생기로부터 초음파 신호 데이터를 수신하는 데이터 수신부와, 상기 수신된 초음파 신호 데이터에 기초하여 에너지 보존 법칙에 기반한 기정의된 코팅 박리 상태 분석 알고리즘에 따라 처리 및 분석하는 코팅 박리 진전 상태 분석부와, 검사 대상체에 초음파를 송출하고 반사되어 돌아오는 초음파의 시간과 속도를 이용한 기정의된 두께 평가 알고리즘 통해 검사 대상체의 두께 측정을 통해 두께 변화를 분석하는 두께 변화 분석부와, 상기 코팅 박리 진전 상태 분석부와 상기 두께 변화 분석부를 통해 분석한 검사 대상체의 코팅 박리 진전 상태 또는 두께 변화 정보를 제공하는 결과 제공부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기정의된 코팅 박리 상태 분석 알고리즘은 금속과 코팅의 각 경계면에서 반사되는 초음파의 진폭이 반사 차수가 커질수록 정상 상태의 기준 진폭과의 진폭의 차가 점차 증가할 때 박리 상태로 분석하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기정의된 두께 평가 알고리즘은 검사 대상체에 초음파를 송출하고 반사되어 돌아오는 초음파의 왕복시간을 2로 나누고 검사 대상체 재질의 고유한 음속값을 곱하여 검사 대상체의 두께를 측정하되, 온도에 따라 음속이 변함(고체에서는 온도가 올라가면 음속이 저하됨)에 따라 발생하는 오차를 보정하기 위한 기정의된 온도 보정 알고리즘이 적용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모니터링 서버는 상기 두께 변화 분석부를 통한 검사 대상체의 두께 측정을 통해 기정의된 임계 두께 값을 이용하여 부식에 따른 배관의 잔여 수명을 예측하는 부식 위험 상황 경보부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 부식 위험 상황 경보부는 잔여 수명을 예측할 때 국부 부식에 의해 손상이 시작된 상태일 경우, 국부 부식이 발생한 부분이 내압을 견디기 위한 임계 두께를 축 방향의 국부 부식된 부분의 최소허용두께를 임계 두께로 간주하여 잔여 수명을 예측하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 국부 부식된 부분의 최소허용두께는 국부 부식된 부분의 내압에 의해 발생하는 최대응력을 유한요소법으로 계산하여 발생하는 최대응력이 검사 대상체 재질의 항복응력을 초과하지 않는 경우의 최소허용두께를 의미하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 다른 관점에 따른 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 방법은, 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 방법에 있어서, 초음파탐촉자를 통해 검사 대상체의 금속과 코팅의 경계면에서 반사되는 초음파 신호 데이터를 수집하는 초음파 신호 데이터 수집단계, 상기 수집한 초음파 신호 데이터에 기초하여, 상기 초음파 신호 데이터를 분석하여 상기 검사 대상체의 코팅 박리 진전 상태 및 두께 변화를 분석하는 부식 상태 분석단계, 및 상기 분석 결과에 기초하여, 검사 대상체의 코팅 박리 진전 상태 또는 두께 변화를 상시에 감시하는 모니터링 단계를 포함한다.
또한, 상기 부식 상태 분석단계는 상기 수신된 초음파 신호 데이터에 기초하여 에너지 보존 법칙에 기반한 기정의된 코팅 박리 상태 분석 알고리즘에 따라 처리 및 분석하는 코팅 박리 진전 상태 분석단계와, 검사 대상체에 초음파를 송출하고 반사되어 돌아오는 초음파의 시간과 속도를 이용한 기정의된 두께 평가 알고리즘 통해 검사 대상체의 두께 측정을 통해 두께 변화를 분석하는 두께 변화 분석단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기정의된 코팅 박리 상태 분석 알고리즘은 금속과 코팅의 각 경계면에서 반사되는 초음파의 진폭이 반사 차수가 커질수록 정상 상태의 기준 진폭과의 진폭의 차가 점차 증가할 때 박리 상태로 분석하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기정의된 두께 평가 알고리즘은 검사 대상체에 초음파를 송출하고 반사되어 돌아오는 초음파의 왕복시간을 2로 나누고 검사 대상체 재질의 고유한 음속값을 곱하여 검사 대상체의 두께를 측정하되, 온도에 따라 음속이 변함에 따라 발생하는 오차를 보정하기 위한 기정의된 온도 보정 알고리즘이 적용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 두께 변화 분석단계는 검사 대상체의 두께 측정을 통해 기정의된 임계 두께 값을 이용하여 부식에 따른 배관의 잔여 수명을 예측하는 잔여 수명 예측단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 잔여 수명 예측단계는 잔여 수명을 예측할 때 국부 부식에 의해 손상이 시작된 상태일 경우, 국부 부식이 발생한 부분이 내압을 견디기 위한 임계 두께를 축 방향의 국부 부식된 부분의 최소허용두께를 임계 두께로 간주하여 잔여 수명을 예측하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 국부 부식된 부분의 최소허용두께는 국부 부식된 부분의 내압에 의해 발생하는 최대응력을 유한요소법으로 계산하여 발생하는 최대응력이 검사 대상체 재질의 항복응력을 초과하지 않는 경우의 최소허용두께를 의미하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 시스템 및 그 방법은, 작업자의 접근이 곤란하거나 위험한 설비를 대상으로 관리해야 할 적절한 위치에 초음파탐촉자들을 설치하여 원격에서 부식의 진행 상태 및 두께 등을 주기적으로 모니터링 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 시스템 및 그 방법은, 고온효과에 의해 실제보다 더 두껍게 측정된 두께를 실제 두께로 환산함으로써 리스크 관리가 더 철저한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 시스템 및 그 방법은, 국부 부식에 의한 임계 두께를 배관의 축방향 항복변형이 시작되는 두께로 설정하여 배관의 리스크 관리를 더 철저하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 시스템 및 그 방법은, 검사자가 설비에 접근해서 측정하는 전통적인 검사 방식으로 발생할 수 있는 안전사고를 예방할 수 있으며 예측 불허의 리스크를 실시간으로 감시할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 시스템 및 그 방법은, 접근이 어려운 고소 설비의 경우 접근을 위해서 별도의 족장을 설치해 접근하여 검사함으로써 발생할 수 있는 위험 감소 및 부대비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 시스템의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 시스템을 구성하는 초음파발생기를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 시스템을 구성하는 모니터링 서버를 나타낸 블록도이다.
도 4는 도 3의 코팅 박리 진전 상태 분석부(320)의 코팅 박리 상태 분석 알고리즘을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 도 3의 코팅 박리 진전 상태 분석부(320)의 코팅 박리 상태 분석 알고리즘을 설명하기 위한 다른 예시도이다.
도 6은 도 3의 두께 변환 분석부(330)의 고온 두께 측정 시 두께 평가 알고리즘을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 방법의 전체적인 흐름을 나타낸 순서도이다.
도 8은 본 발명에 따른 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 방법을 설명하기 위한 상세순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 시스템을 구성하는 초음파발생기를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 시스템을 구성하는 모니터링 서버를 나타낸 블록도이다.
도 4는 도 3의 코팅 박리 진전 상태 분석부(320)의 코팅 박리 상태 분석 알고리즘을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 도 3의 코팅 박리 진전 상태 분석부(320)의 코팅 박리 상태 분석 알고리즘을 설명하기 위한 다른 예시도이다.
도 6은 도 3의 두께 변환 분석부(330)의 고온 두께 측정 시 두께 평가 알고리즘을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 방법의 전체적인 흐름을 나타낸 순서도이다.
도 8은 본 발명에 따른 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 방법을 설명하기 위한 상세순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 시스템의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 시스템은, 크게, 초음파탐촉자(100), 초음파발생기(200) 및 모니터링 서버(300)를 포함하여 이루어질 수 있다.
먼저, 초음파탐촉자(100)는 검사 대상체(예: 고온 설비, 배관 등)에 초음파를 송출하고 반사되어 돌아오는 초음파를 수신한다. 이때, 상기 초음파탐촉자(100)는 고온 설비에서도 작동하기 위해 섭씨 150도에서도 작동하도록 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 초음파탐촉자(100)는 검사 대상체에 접촉시킨 상태로 검사 대상체에 초음파(펄스파)를 송신하고 검사 대상체의 저면에 도달하였다가 반사되어 돌아오는 초음파(에코파)를 수신한다.
상기 초음파탐촉자(100)는 별도의 지그에 의해 검사 대상체에 고정(설치)될 수 있으며, 다수 개의 초음파탐촉자(100)가 검사 대상체에 고정될 수 있음은 물론이다.
따라서, 고온 설비(검사 대상체)에서도 작업을 중단시키지 않은 상태에서 상기 초음파 탐촉자(100)를 설치하고 연속적 또는 주기적으로 초음파 신호 데이터를 수집할 수 있다.
또한, 상기 초음파탐촉자(100)는 검사 대상체의 온도를 측정하기 위한 온도센서를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
다음, 초음파발생기(200)는 상기 초음파탐촉자(100)와 전기적으로 연결되어 상기 초음파탐촉자(100)에 초음파를 발생시키고, 상기 초음파탐촉자(100)를 통해 검사 대상체로부터 수신되는 초음파 신호 데이터를 획득하여 모니터링 서버(300)로 무선 통신을 통해 전송한다.
도 2는 본 발명에 따른 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 시스템을 구성하는 초음파발생기를 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하여, 상기 초음파발생기(200)에 대하여 좀 더 구체적으로 설명하자면, 상기 초음파발생기(200)는 크게, 데이터 수집 모듈(210), 초음파 측정기 모듈(220), 통신 모듈(230) 및 전원 공급 모듈(240)을 포함하여 이루어질 수 있다.
먼저, 데이터 수집 모듈(210)은 상기 초음파 탐촉자(100)와 전기적으로 연결되어 상기 초음파 탐촉자(100)로부터 전기적 신호를 수신한다. 이때, 다수 개의 초음파 탐촉자(100)가 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 상기 데이터 수집 모듈(210)은 상기 초음파 탐촉자(100)로부터 초음파 신호(아날로그 신호)를 수신하는 것으로 해석될 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 데이터 수집 모듈(210)은 A/D 변환기(Analog to Digital)를 통해 상기 초음파 신호(아날로그 신호)를 초음파 신호 데이터(디지털 신호)로 변환하여 실시간으로 획득한다.
상기 데이터 수집 모듈(210)은 실시간으로 획득한 초음파 신호 데이터를 저장하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 데이터 수집 모듈(210)은 상기 초음파 탐촉자(100)로부터 검사 대상체의 온도를 측정한 데이터를 실시간으로 수신받아 수집(저장)한다. 상기 온도 데이터도 초음파 신호와 마찬가지로 A/D 변환기를 통해 획득하는 것이 가능하다.
다음, 초음파 측정기 모듈(220)은 상기 데이터 수집 모듈(210)과 전기적으로 연결되어, 상기 초음파 탐촉자(100)에 초음파를 발생시키도록 제어한다.
다음, 통신 모듈(230)은 상기 데이터 수집 모듈(210)과 전기적으로 연결되어, 수집한 초음파 신호 데이터 값을 모니터링 서버(300)로 전송하는 역할을 한다. 상기 통신 모듈(230)은 상기 초음파 신호 데이터 값뿐만 아니라, 측정한 온도 값도 전송하는 것은 물론이다.
상기 통신 모듈(230)은 외부와 통신을 위한 LTE 통신 모듈을 포함하여 이루어지며, 이에 한정되는 것은 아니며, 5G 모듈, 와이파이 모듈 등을 추가적 포함하여 구성될 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 통신 모듈(230)은 기설정된 시간 또는 주기에 따라 수집된 데이터들을 모니터링 서버(300)로 전송하도록 구성될 수 있다. 이와 같이 설정하는 이유는 배터리를 절약할 수 있는 효과가 있다.
다음, 전원 공급 모듈(240)은 초음파발생기(200)에 전원을 공급하기 위한 것으로, 배터리를 포함하여 이루어질 수 있다.
한편, 상기 초음파발생기(200)는 상기 배터리를 대신하여 솔라 판넬 모듈(250)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
따라서, 태양열을 이용하여 반영구적인 동작을 가능하게 이루어질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니며, 배터리와 솔라 판넬 모듈이 같이 병행되어 구성될 수 있다.
상기 솔라 판넬 모듈(250)은 플랜트(설비) 현장의 복잡성에 따라 구비여부가 결정되는 것이 바람직하다.
이러한, 상기 초음파발생기(200)는 설비 현장에 고정적으로 설치되어 운용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니며, 점검자가 휴대하여 사용할 수 있도록 구성될 수 있음은 물론이다.
다음, 모니터링 서버(300)는 상기 초음파발생기(200)로부터 초음파 신호 데이터를 수신받아 검사 대상체의 금속과 코팅 경계면에서 반사되는 초음파 신호의 세기를 분석하여 검사 대상체의 코팅 박리 진전 상태 또는 두께 변화를 상시에 감시하는 역할을 한다.
도 3은 본 발명에 따른 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 시스템을 구성하는 모니터링 서버를 나타낸 블록도이다.
도 3을 더 참조하여, 상기 모니터링 서버(300)에 대하여 좀 더 구체적으로 설명하자면, 상기 모니터링 서버(300)는 데이터 수집부(310), 코팅 박리 진전 상태 분석부(320), 두께 변화 분석부(330) 및 결과 제공부(340)를 포함한다.
먼저, 데이터 수집부(310)는 상기 초음파발생기(200)로부터 초음파 신호 데이터 값을 수신하는 역할을 한다.
또한, 상기 데이터 수집부(310)는 측정한 온도 데이터 값을 수신하도록 구성되는 것을 물론이다.
다음, 상기 코팅 박리 진전 상태 분석부(320)는 수신된 초음파 신호 데이터에 기초하여 에너지 보존 법칙에 기반한 기정의된 코팅 박리 상태 분석 알고리즘에 따라 처리 및 분석하는 기능을 수행한다.
상기 기정의된 코팅 박리 상태 분석 알고리즘은 금속과 코팅의 각 경계면에서 반사되는 초음파의 진폭이 반사 차수가 커질수록 정상 상태의 기준 진폭과의 진폭의 차가 점차 증가할 때 박리 상태로 분석하는 것을 의미한다.
도 4는 도 3의 코팅 박리 진전 상태 분석부(320)의 코팅 박리 상태 분석 알고리즘을 설명하기 위한 예시도이다. 도 4의 (a)는 완전 접합 시 경계면에서 반사 에코의 진폭을 나타낸 도이고, (b)는 완전 박리 시 경계면에서 반사 에코의 진폭을 나타낸 도이다.
도 4를 참조하여 좀 더 구체적으로 설명하자면, 일반적으로 탄소강과 공기와의 경계면에서는 초음파가 거의 100% 반사되지만, 코팅(테프론 소재)의 음향 임피던스가 물의 음향 임피던스의 2배 정도이므로, 탄소강과 코팅의 경계면에서는 초음파의 에너지가 코팅을 통해 내부 유체로 빠져나가게 된다.
이에 따르며, 아래 수학식 1을 통해 완전 접합 시 경계면에서의 첫 번째 에코의 진폭을 산출하고, 수학식 2를 통해 두 번째 에코의 진폭을 산출할 수 있다.
수학식 1:
수학식 2:
또한, 아래 수학식 3을 통해 완전 박리 시 경계면에서의 첫 번째 에코의 진폭을 산출하고, 수학식 4를 통해 두 번째 에코의 진폭을 산출할 수 있다.
수학식 3:
수학식 4:
여기서, 
은 n차 반사 에코의 진폭을 의미하고, 
는 완전접합 시 n차 반사에코의 진폭을 의미하고, 
는 완전 박리 시 n차 반사에코의 진폭을 의미하고, 
는 금속 표면에 처음 입사한 초음파의 에너지를 의미하고, 
은 탐촉자와금속 경계면에서 에너지 투과계수를 의미하고, 
은 탐촉자와금속 경계면에서 에너지 반사계수를 의미하고, 
는 완전접합시 금속과코팅 경계면에서 에너지 반사계수(
=1 : 완전 박리 시 에너지 반사계수)를 의미하고, α는 금속 내부에서 초음파 감쇠계수를 의미하고, t는 금속의 두께 치수를 의미한다.
이에 따라, 완전 박리 시의 에코 대비 완전 접합 시의 반사 에코의 진폭 비는 아래 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
수학식 5:
따라서, 
이므로, n차 에코로 갈수록 진폭의 비에 차이가 커진다.
정리하자면, 각 경계면에서 반사되는 에코파의 진폭은 금속과 공기의 경계면(혹은 탄소강과 코팅의 박리 상태)에서 가장 크고, 금속과 코팅(+물)과의 경계면에서 최소가 된다.
도 5는 도 3의 코팅 박리 진전 상태 분석부(320)의 코팅 박리 상태 분석 알고리즘을 설명하기 위한 다른 예시도이다.
따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 에코파의 반사 차수가 커질수록 증가함으로 정상 상태의 코팅과 코팅 박리에 의한 진폭의 차는 커지게 되는 것이다.
이에 따라, 금속의 한편에 코팅이 되어 있는 경우에, 반대면에서 초음파를 이용하여 코팅의 박리 여부를 검사하는 것이 가능하며, 금속과 코팅의 경계면에서반사되는 초음파 신호의 세기를 측정함으로써 가능하다.
다음, 상기 두께 변환 분석부(330)는 검사 대상체에 초음파를 송출하고 반사되어 돌아오는 초음파의 시간과 속도를 이용한 기정의된 두께 평가 알고리즘 통해 검사 대상체의 두께 측정을 통해 두께 변화를 분석하는 기능을 수행한다.
상기 기정의된 두께 평가 알고리즘은 검사 대상체에 초음파를 송출하고 반사되어 돌아오는 초음파의 왕복시간을 2로 나누고 검사 대상체 재질의 고유한 음속값을 곱하여 검사 대상체의 두께를 측정한다.
하지만, 이때 온도에 따른 오차가 발생하게 되는데, 이는 온도에 따라 음속이 변함에 따라 오차가 발생하기 때문이다. 따라서, 상기 기정의된 두께 평가 알고리즘은 온도에 따라 음속이 변함에 따라 발생하는 오차를 보정하기 위한 기정의된 온도 보정 알고리즘이 적용된다.
도 6은 도 3의 두께 변환 분석부(330)의 고온 두께 측정 시 두께 평가 알고리즘을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6을 더 참조하여, 상기 기정의된 두께 평가 알고리즘에 대하여 좀 더 구체적으로 설명하자면, 예컨대, 고체(시험체) 음속을 V1로 설정 시, 두께 왕복 거리 d1에 걸린 시간은 t1이고, 고체 음속을 V2로 설정 시, 두께 왕복 거리 d1에 걸린 시간은 t0일 때, 고체의 실제 음속이 V2인데, 고온 상태에서 고체의 음속이 V1으로 떨어진 경우나 혹은 소재를 착각하여 음속을 V1로 설정한 경우, 두께 왕복 거리 d1에 소요된 시간은 t0가 아니라 t1이 되어 측정되는 겉보기 두께 왕복 거리는 d2로 나타낸다.(이때, d1 < D2)
여기서, 실제 두께 왕복 거리(d1)는 아래 수학식 6으로 나타낼 수 있으며,
수학식 6:
고온에서의 고체 음속(V1)은 아래 수학식 7을 통해 산출될 수 있다.
수학식 7:
여기서, α는 고체(시험체)의 온도 변화에 따른 음속이 변화하는 기울기, 즉 온도에 따른 음속 변화율을 의미하고, △T는 온도차(T2 - T1)를 의미한다. 이때, 온도 차가 클수록 음속은 크게 변한다. 상기 α는 실제 고온 실험으로 결정된다.
따라서, 아래 수학식 8을 통해 실제 두께 왕복거리를 산출할 수 있다.
수학식 8:
이에 일례를 들어 설명하자면, 표면온도 20도에서 계단 시편 6mm의 음속이 5,964m/s라고 가정할 때, 표면온도 150도에서 음속 측정 결과가 5,634m/s이면, 초음파 속도가 150도에서 5.5% 감소하므로, 음속을 5,964m/s로 설정하여 150도에서 측정 시, 상기 수학식 8을 적용하면, 
에 따라 6mm 두께를 6.35mm로 과대평가하게 된다.
따라서, 이와 같이 상기 두께 변환 분석부(330)는 고온 두께 측정 시, 발생하는 오차를 보정할 수 있도록 상기 기정의된 두께 평가 알고리즘에 반영하여 수행된다. 즉, 상기 기정의된 두께 평가 알고리즘은 검사 대상체의 온도에 따른 음속 변화에 대하여 오차가 발생하는 보정이 되는 것을 의미한다.
다음, 상기 결과 제공부(340)는 상기 코팅 박리 진전 상태 분석부(320)와 상기 두께 변화 분석부(330)를 통해 분석한 검사 대상체의 코팅 박리 진전 상태 또는 두께 변화 정보를 제공하는 기능을 수행한다.
상기 결과 제공부(340)는 예컨대, 배관고유번호, 배관명, 설치구역, 재질, 두께, 길이, 평균 간격, 허용 기준 두께, 측정 온도, 측정 날짜 등을 포함하는 배관 상세정보를 제공할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니며 기간별 배관 두께 추이 등을 그래프로 나타내는 등 다양하게 변경되어 정보를 제공하도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 모니터링 서버(300)는 상기 두께 변화 분석부(330)를 통한 검사 대상체의 두께 측정을 통해 기정의된 임계 두께 값을 이용하여 부식에 따른 배관의 잔여 수명을 예측하는 부식 위험 상황 경보부(350)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 부식 위험 상황 경보부(350)는 잔여 수명을 예측할 때 국부 부식에 의해 손상이 시작된 상태일 경우, 국부 부식이 발생한 부분이 내압을 견디기 위한 임계 두께를 축 방향의 국부 부식된 부분의 최소허용두께를 임계 두께로 간주하여 잔여 수명을 예측하도록 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 국부 부식된 부분의 최소허용두께는 국부 부식된 부분의 내압에 의해 발생하는 최대응력을 유한요소법으로 계산하여 발생하는 최대응력이 검사 대상체 재질의 항복응력을 초과하지 않는 경우의 최소허용두께를 의미할 수 있다.
이는 검사 대상체(예: 현장의 배관)의 국부 부식이 더 진행되어 노치부(응력 집중이 유발될 수 있는 부분)의 최소허용두께가 유한요소해석 산출치보다 더 줄어들면, 내압에 의해 발생하는 최대응력이 재질의 항복응력보다 더 커지므로, 노치부에서 소성변형에 의해 파손이 일어난다고 볼 수 있다.
예컨대, 공칭 두께 7.11mm의 6인치 배관이 노치를 고려하지 않을 경우, 배관 내압(16.8kgf/cm2)을 견딜 수 있는 최소허용두께는 0.6mm라고 가정했을 때, 공칭 두께 대비 50% 감육이 발생한 6인치 배관에서 국부 부식을 축 방향 V 노치 결함으로 간주할 경우, 내압을 견디기 위한 노치부의 최소허용두께는 1.6mm이다.
따라서, 상기 부식 위험 상황 경보부(350)는 국부부식을 V 노치로 가정하였을 때, 후프(Hoop) 응력을 고려하면 축 방향의 노치부 최소허용두께를 임계 두께로 간주하여 상기 임계 두께를 기준으로 위험 상황을 예측하고, 위험 상황 예측 또는 감지 시, 상기 결과 제공부(340)를 통해 위험 상황을 관리자 또는 담당자에게 즉각 알릴 수 있도록 수행한다.
즉, 상기 부식 위험 상황 경보부(350)는 국부 부식에 의한 배관의 축 방향 항복(yielding)을 고려한 임계 두께를 설정하고, 수집된 두께 데이터를 상기 임계 두께와 비교하여 위험 상황을 예측하는 것을 의미한다.
도 7은 본 발명에 따른 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 방법의 전체적인 흐름을 나타낸 순서도이다.
하기에서는 도 7을 참조하여, 전술한 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 시스템과 동일한 구성을 가지는 본 발명의 다른 관점에 따른 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 방법에 대하여 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 방법은, 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 방법에 있어서, 먼저, 초음파탐촉자(100)를 통해 검사 대상체의 금속과 코팅의 경계면에서 반사되는 초음파 신호 데이터를 수집하는 초음파 신호 데이터 수집단계(S100)를 수행한다.
또한, 상기 초음파 신호 데이터 수집단계(S100)는 초음파탐촉자(100)를 통해 검사 대상체의 온도를 측정한 온도 데이터 값을 수신하도록 수행될 수 있다.
다음, 상기 수집한 초음파 신호 데이터에 기초하여, 상기 초음파 신호 데이터를 분석하여 상기 검사 대상체의 코팅 박리 진전 상태 및 두께 변화를 분석하는 부식 상태 분석단계(S200)를 수행한다.
도 8은 본 발명에 따른 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 방법을 설명하기 위한 상세순서도이다.
도 8을 더 참조하여, 상기 부식 상태 분석단계(S200)에 대하여 좀 더 구체적으로 설명하자면,
상기 부식 상태 분석단계(S200)는 상기 수신된 초음파 신호 데이터에 기초하여, 에너지 보존 법칙에 기반한 기정의된 코팅 박리 상태 분석 알고리즘에 따라 처리 및 분석하는 코팅 박리 진전 상태 분석단계(S210)와, 검사 대상체에 초음파를 송출하고 반사되어 돌아오는 초음파의 시간과 속도를 이용한 기정의된 두께 평가 알고리즘 통해 검사 대상체의 두께 측정을 통해 두께 변화를 분석하는 두께 변화 분석단계(S220)를 수행한다.
상기 코팅 박리 진전 상태 분석단계(S210)에서 사용되는 상기 기정의된 코팅 박리 상태 분석 알고리즘은 금속과 코팅의 각 경계면에서 반사되는 초음파의 진폭이 반사 차수가 커질수록 정상 상태의 기준 진폭과의 진폭의 차가 점차 증가할 때 박리 상태로 분석하는 것을 의미한다.
이에 대해서는, 상기 코팅 박리 진전 상태 분석부(320)를 통해 코팅 박리 진전 상태 분석 방법에 대해 전술한 부분을 참조하길 바라며, 상세한 설명은 생략하도록 한다.
한편, 상기 두께 변화 분석단계(S220)는 상기 기정의된 두께 평가 알고리즘을 통해 검사 대상체에 초음파를 송출하고 반사되어 돌아오는 초음파의 왕복시간을 2로 나누고 검사 대상체 재질의 고유한 음속값을 곱하여 검사 대상체의 두께를 측정하되, 온도에 따라 음속이 변함에 따라 발생하는 오차를 보정하기 위한 기정의된 온도 보정 알고리즘이 적용되어 수행된다.
고온 두께 측정 시 발생하는 오차를 보정할 수 있는 온도 보정 알고리즘에 대해서는, 앞서 전술한 두께 변환 분석부(330) 부분을 참조하길 바라며, 이하 상세한 설명은 생략하도록 한다.
한편, 상기 두께 변화 분석단계(S220)는 검사 대상체의 두께 측정을 통해 기정의된 임계 두께 값을 이용하여 부식에 따른 배관의 잔여 수명을 예측하는 잔여 수명 예측단계(S230)를 더 수행할 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 잔여 수명 예측단계(S230)는 잔여 수명을 예측할 때 국부 부식에 의해 손상이 시작된 상태일 경우, 국부 부식이 발생한 부분이 내압을 견디기 위한 임계 두께를 축 방향의 국부 부식된 부분의 최소허용두께를 임계 두께로 간주하여 잔여 수명을 예측하도록 수행한다.
여기서, 상기 국부 부식된 부분의 최소허용두께는 국부 부식된 부분의 내압에 의해 발생하는 최대응력을 유한요소법으로 계산하여 발생하는 최대응력이 검사 대상체 재질의 항복응력을 초과하지 않는 경우의 최소허용두께를 의미할 수 있다.
다음, 상기 분석 결과에 기초하여, 검사 대상체의 코팅 박리 진전 상태 또는 두께 변화를 상시에 감시하는 모니터링 단계(S300)를 수행한다.
상기 모니터링 단계(S300)는 예컨대, 배관고유번호, 배관명, 설치구역, 재질, 두께, 길이, 평균 간격, 허용 기준 두께, 측정 온도, 측정 날짜 등을 포함하는 배관 상세정보를 제공하도록 수행될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니며 기간별 배관 두께 추이 등을 그래프로 나타내는 등 다양하게 변경되어 정보를 제공하도록 수행될 수 있다.
또한, 상기 모니터링 단계(S300)는 잔여 수명 예측단계(S230)를 통해 예측한 배관의 잔여 수명에 기초하여 위험 상황을 예측하고(S310), 만약 상기 잔여 수명이 위험 상황 수명을 초과하는 경우, 위험 상황에 대한 경보를 담당자 또는 관리자 측으로 알리도록 부식 위험 상황 경보단계(S320)를 수행한다.
상기 위험 상황 경보단계(S320)는 담당자 또는 관리자의 스마트폰를 포함하는 단말기에 위험 상황 발생의 예측과 경보가 즉시 전송되도록 수행될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니며, 상황실의 모니터링 장치, 또는 경보 장치 등을 통해 경보를 알리도록 수행될 수 있음은 물론이다.
한편, 상기 위험 상황 경보단계(S320)는 만약 국부부식을 V 노치로 가정하였을 때, 후프(Hoop) 응력을 고려하면 축 방향의 노치부 최소허용두께를 임계 두께로 간주하여 상기 임계 두께를 기준으로 위험 상황을 예측할 수 있도록 수행될 수 있다.
따라서, 상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 시스템 및 그 방법은 설비의 부식 진전을 모니터링할 수 있을 뿐만 아니라, 유한요소법 기반으로 국부 부식 발생을 모사한 두께 관리와, 위험 상황 발생을 예측할 수 있으며, 웹 기반으로 담당자 측 모바일로 위험 상황 발생의 예측과 경보가 즉시 이루어지도록 하여, 부식에 의한 산업 재해의 발생을 예방하고 설비의 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다.
100: 초음파탐촉자
200: 초음파발생기
210: 데이터 수집 모듈
220: 초음파 측정기 모듈
230: 통신 모듈
240: 전원 공급 모듈
250: 솔라 판넬 모듈
300: 모니터링 서버
310: 데이터 수신부
320: 코팅 박리 진전 상태 분석부
330: 두께 변화 분석부
340: 결과 제공부
350: 부식 위험 상황 경보부
200: 초음파발생기
210: 데이터 수집 모듈
220: 초음파 측정기 모듈
230: 통신 모듈
240: 전원 공급 모듈
250: 솔라 판넬 모듈
300: 모니터링 서버
310: 데이터 수신부
320: 코팅 박리 진전 상태 분석부
330: 두께 변화 분석부
340: 결과 제공부
350: 부식 위험 상황 경보부
Claims (14)
- 검사 대상체에 초음파를 송출하고 반사되어 돌아오는 초음파를 수신할 수 있는 초음파탐촉자;
상기 초음파탐촉자와 전기적으로 연결되어 상기 초음파탐촉자에 초음파를 발생시키고, 검사 대상체로부터 수신되는 초음파 신호 데이터를 획득하여 모니터링 서버로 무선 통신을 통해 전송하는 초음파발생기; 및
상기 초음파발생기로부터 초음파 신호 데이터를 수신받아 검사 대상체의 금속과 코팅 경계면에서 반사되는 초음파 신호의 세기를 분석하여 검사 대상체의 코팅 박리 진전 상태 또는 두께 변화를 상시에 감시하는 모니터링 서버;를 포함하되,
상기 모니터링 서버는, 상기 초음파발생기로부터 초음파 신호 데이터를 수신하는 데이터 수신부와, 상기 수신된 초음파 신호 데이터에 기초하여 에너지 보존 법칙에 기반한 기정의된 코팅 박리 상태 분석 알고리즘에 따라 처리 및 분석하는 코팅 박리 진전 상태 분석부와, 검사 대상체에 초음파를 송출하고 반사되어 돌아오는 초음파의 시간과 속도를 이용한 기정의된 두께 평가 알고리즘 통해 검사 대상체의 두께 측정을 통해 두께 변화를 분석하는 두께 변화 분석부와, 상기 코팅 박리 진전 상태 분석부와 상기 두께 변화 분석부를 통해 분석한 검사 대상체의 코팅 박리 진전 상태 또는 두께 변화 정보를 제공하는 결과 제공부를 포함하고,
상기 기정의된 코팅 박리 상태 분석 알고리즘은, 금속과 코팅의 각 경계면에서 반사되는 초음파의 진폭이 반사 차수가 커질수록 정상 상태의 기준 진폭과의 진폭의 차가 점차 증가할 때 박리 상태로 분석하도록 정의된 것으로, 금속과 코팅의 각 경계면에서 초음파의 음향학적 반사 및 투과 거동을 에너지 보존의 법칙에 기반한 수치해석을 통해 n차 반사 에코의 진폭을 측정하고 정상 상태와 비교하여 코팅의 박리 상태를 판단하며,
상기 기정의된 두께 평가 알고리즘은, 검사 대상체에 초음파를 송출하고 반사되어 돌아오는 초음파의 왕복시간을 2로 나누고 검사 대상체 재질의 고유한 음속값을 곱하여 검사 대상체의 두께를 측정하되, 온도에 따라 음속이 변함에 따라 발생하는 오차를 보정하기 위한 기정의된 온도 보정 알고리즘이 적용되어,
아래 수학식을 통해 고온효과에 의해 실제보다 더 두껍게 측정된 두께를 실제 두께로 환산하여 실제 두께를 산출함으로써, 온도에 따른 음속변화에 대한 오차를 최소화하고,
수학식:
상기식에서, d1은 실제 두께, d2는 측정 두께, V2는 고체의 실제음속값, α△T는 표면온도 차에 따라 감소한 고체의 음속값인 것을 특징으로 하는 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 시스템. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 모니터링 서버는,
상기 두께 변화 분석부를 통한 검사 대상체의 두께 측정을 통해 기정의된 임계 두께 값을 이용하여 부식에 따른 배관의 잔여 수명을 예측하는 부식 위험 상황 경보부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 부식 위험 상황 경보부는,
잔여 수명을 예측할 때 국부 부식에 의해 손상이 시작된 상태일 경우, 국부 부식이 발생한 부분이 내압을 견디기 위한 임계 두께를 축 방향의 국부 부식된 부분의 최소허용두께를 임계 두께로 간주하여 잔여 수명을 예측하는 것을 특징으로 하는 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 국부 부식된 부분의 최소허용두께는,
국부 부식된 부분의 내압에 의해 발생하는 최대응력을 유한요소법으로 계산하여 발생하는 최대응력이 검사 대상체 재질의 항복응력을 초과하지 않는 경우의 최소허용두께를 의미하는 것을 특징으로 하는 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 시스템. - 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 방법에 있어서,
초음파탐촉자를 통해 검사 대상체의 금속과 코팅의 경계면에서 반사되는 초음파 신호 데이터를 수집하는 초음파 신호 데이터 수집단계;
상기 수집한 초음파 신호 데이터에 기초하여, 상기 초음파 신호 데이터를 분석하여 상기 검사 대상체의 코팅 박리 진전 상태 또는 두께 변화를 분석하는 부식 상태 분석단계; 및
상기 분석 결과에 기초하여, 검사 대상체의 코팅 박리 진전 상태 또는 두께 변화를 상시에 감시하는 모니터링 단계;를 포함하되,
상기 부식 상태 분석단계는, 상기 수신된 초음파 신호 데이터에 기초하여, 에너지 보존 법칙에 기반한 기정의된 코팅 박리 상태 분석 알고리즘에 따라 처리 및 분석하는 코팅 박리 진전 상태 분석단계와, 검사 대상체에 초음파를 송출하고 반사되어 돌아오는 초음파의 시간과 속도를 이용한 기정의된 두께 평가 알고리즘 통해 검사 대상체의 두께 측정을 통해 두께 변화를 분석하는 두께 변화 분석단계를 포함하되,
상기 기정의된 코팅 박리 상태 분석 알고리즘은, 금속과 코팅의 각 경계면에서 반사되는 초음파의 진폭이 반사 차수가 커질수록 정상 상태의 기준 진폭과의 진폭의 차가 점차 증가할 때 박리 상태로 분석하도록 정의된 것으로, 금속과 코팅의 각 경계면에서 초음파의 음향학적 반사 및 투과 거동을 에너지 보존의 법칙에 기반한 수치해석을 통해 n차 반사 에코의 진폭을 측정하고 정상 상태와 비교하여 코팅의 박리 상태를 판단하며,
상기 기정의된 두께 평가 알고리즘은, 검사 대상체에 초음파를 송출하고 반사되어 돌아오는 초음파의 왕복시간을 2로 나누고 검사 대상체 재질의 고유한 음속값을 곱하여 검사 대상체의 두께를 측정하되, 온도에 따라 음속이 변함에 따라 발생하는 오차를 보정하기 위한 기정의된 온도 보정 알고리즘이 적용되어,
아래 수학식을 통해 고온효과에 의해 실제보다 더 두껍게 측정된 두께를 실제 두께로 환산하여 실제 두께를 산출함으로써, 온도에 따른 음속변화에 대한 오차를 최소화하고,
수학식:
상기식에서, d1은 실제 두께, d2는 측정 두께, V2는 고체의 실제음속값, α△T는 표면온도 차에 따라 감소한 고체의 음속값인 것을 특징으로 하는 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제8항에 있어서,
상기 두께 변화 분석단계는,
검사 대상체의 두께 측정을 통해 기정의된 임계 두께 값을 이용하여 부식에 따른 배관의 잔여 수명을 예측하는 잔여 수명 예측단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 방법. - 제12항에 있어서,
상기 잔여 수명 예측단계는,
잔여 수명을 예측할 때 국부 부식에 의해 손상이 시작된 상태일 경우, 국부 부식이 발생한 부분이 내압을 견디기 위한 임계 두께를 축 방향의 국부 부식된 부분의 최소허용두께를 임계 두께로 간주하여 잔여 수명을 예측하는 것을 특징으로 하는 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 방법. - 제13항에 있어서,
상기 국부 부식된 부분의 최소허용두께는,
국부 부식된 부분의 내압에 의해 발생하는 최대응력을 유한요소법으로 계산하여 발생하는 최대응력이 검사 대상체 재질의 항복응력을 초과하지 않는 경우의 최소허용두께를 의미하는 것을 특징으로 하는 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220031565A KR102525367B1 (ko) | 2022-03-14 | 2022-03-14 | 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단, 고온 측정 두께의 보정과 임계 두께 결정에 의한 위험 예측 시스템 및 그 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220031565A KR102525367B1 (ko) | 2022-03-14 | 2022-03-14 | 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단, 고온 측정 두께의 보정과 임계 두께 결정에 의한 위험 예측 시스템 및 그 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102525367B1 true KR102525367B1 (ko) | 2023-04-26 |
Family
ID=86099430
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220031565A KR102525367B1 (ko) | 2022-03-14 | 2022-03-14 | 아이오티 기반 초음파를 이용한 라이닝 코팅 접합 상태 진단, 고온 측정 두께의 보정과 임계 두께 결정에 의한 위험 예측 시스템 및 그 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102525367B1 (ko) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5952578A (en) * | 1996-08-01 | 1999-09-14 | Beloit Technoloiges, Inc. | Ultrasonic examination of coated parts |
| JP2005207795A (ja) * | 2004-01-21 | 2005-08-04 | Ihi Aerospace Co Ltd | 超音波肉厚測定装置 |
| KR20070065933A (ko) * | 2005-10-31 | 2007-06-27 | 세이프텍(주) | 이종 소재간 접합상태를 감지하는 초음파 검사방법 |
| KR100802315B1 (ko) | 2006-11-22 | 2008-02-11 | 두산중공업 주식회사 | 두께측정용 초음파 탐촉자 |
| JP2018054502A (ja) * | 2016-09-29 | 2018-04-05 | 国立大学法人埼玉大学 | 測定装置、ａｅ測定システム、ａｅ測定方法及びａｅ測定プログラム |
| KR101922111B1 (ko) | 2017-02-15 | 2018-11-26 | 최윤혁 | 초음파 탐촉자 검사 장치 |
-
2022
- 2022-03-14 KR KR1020220031565A patent/KR102525367B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5952578A (en) * | 1996-08-01 | 1999-09-14 | Beloit Technoloiges, Inc. | Ultrasonic examination of coated parts |
| JP2005207795A (ja) * | 2004-01-21 | 2005-08-04 | Ihi Aerospace Co Ltd | 超音波肉厚測定装置 |
| KR20070065933A (ko) * | 2005-10-31 | 2007-06-27 | 세이프텍(주) | 이종 소재간 접합상태를 감지하는 초음파 검사방법 |
| KR100802315B1 (ko) | 2006-11-22 | 2008-02-11 | 두산중공업 주식회사 | 두께측정용 초음파 탐촉자 |
| JP2018054502A (ja) * | 2016-09-29 | 2018-04-05 | 国立大学法人埼玉大学 | 測定装置、ａｅ測定システム、ａｅ測定方法及びａｅ測定プログラム |
| KR101922111B1 (ko) | 2017-02-15 | 2018-11-26 | 최윤혁 | 초음파 탐촉자 검사 장치 |
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