KR102613993B1 - 감육 및 보강이 존재하는 배관과 감육이 존재하는 배관의건전성 평가 방법 - Google Patents

감육 및 보강이 존재하는 배관과 감육이 존재하는 배관의건전성 평가 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 감육 및 보강이 존재하는 배관의 건전도 평가 방법에 관한 것으로, (a) 상기 감육에 대한 감육 형상 정보가 입력되는 단계와; (b) 상기 보강에 대한 보강 형상 정보가 입력되는 단계와; (c) 상기 감육 형상 정보 및 상기 보강 형상 정보에 기초하여, 감육과 보강이 존재하는 배관과 등가의 특성을 갖는 등가 배관이 모델링되는 단계와; (d) 상기 등가 배관을 이용하여 감육 및 보강이 존재하는 배관의 건전도가 평가되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이를 통해, 감육에 따른 보강이 이루어진 배관과 등가의 등가 배관을 모델링함으로써, 감육 보강 배관의 건전성을 평가할 수 있다.

Description

감육 및 보강이 존재하는 배관과 감육이 존재하는 배관의 건전성 평가 방법{METHOD FOR EVALUATING INTEGRITY OF PIPE WITH WALL-THINNING AND REINFORCEMENT AND INTEGRITY OF PIPE WITH WALL-THINNING}
본 발명은 배관의 건전성 평가 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 감육 및 보강이 존재하는 배관이나, 감육이 존재하는 배관의 건전성 평가 방법에 관한 것이다.
배관에서 부식 또는 침식, 예컨대, 해수에 의한 유동 가속 부식(Flow-accelerated corrosion)이나 갈바닉 부식(Galvanic corrosion)으로 인해 국부적인 감육(Wall-Thinning)이 발생하게 되면, 지속적인 운영을 위해 감육이 발생한 배관(이하, '감육 배관'이라 함)에 대한 분석이 필요하다.
통상, 감육 배관의 경우, 이를 교체하거나 보강을 이용한 보수가 이루어진다. 가동 중인 원자력 발전소에 설치되어 있는 배관, 예를 들어 대구경의 2, 3 등급 배관의 경우, 시간이나 비용 등의 문제로 인해 보강을 통한 보수가 효율적이다.
감육 배관의 보수와 관련하여, ASME Code Cases에서는 슬리브 또는 패드를 이용한 보강에 대한 지침을 제공하고 있다. 여기서, 슬리브나 패드를 이용한 보강 후의 감육 배관은 그 치수와 강성이 변하기 때문에, 보강 후 감육 배관의 응력이나 피로도 등의 건전도를 재평가하여 구조적 건전성을 분석할 필요가 있다.
통상적인 배관의 건전성을 평가하는 방법은 다양하게 제안되고 있다. 일 예로 ASME Code Sec. Ⅲ NC/ND-3650에서는 내부 압력과 지속적 또는 비정기적 하중을 받는 클래스 2 및 3 배관에 대한 해석적 응력 평가 방정식을 제시하고 있으며, 재료의 허용 하중(Allowable stress)와 비교하고 있다.
그러나, 상기와 같은 응력 평가 방정식은 국부적인 감육이나 보겅이 없는 균일한 배관에만 유효하다.
따라서, 감육이 발생하고, 감육에 따른 보강이 이루어진 배관에 대해, 응력 등의 건전성을 평가하기 위한 방법이 요구되고 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로써, 감육이 발생하고, 감육에 따른 보강이 이루어진 배관의 건전성을 평가할 수 있는 감육 및 보강이 존재하는 배관의 건전성 평가 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 감육이 발생한 배관의 건전성을 평가하여, 보강 여부나 교체 여부를 판단할 수 있는 감육이 존재하는 배관의 건전성 평가 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 감육 및 보강이 존재하는 배관의 건전도 평가 방법에 있어서, (a) 상기 감육에 대한 감육 형상 정보가 입력되는 단계와; (b) 상기 보강에 대한 보강 형상 정보가 입력되는 단계와; (c) 상기 감육 형상 정보 및 상기 보강 형상 정보에 기초하여, 감육과 보강이 존재하는 배관과 등가의 특성을 갖는 등가 배관이 모델링되는 단계와; (d) 상기 등가 배관을 이용하여 감육 및 보강이 존재하는 배관의 건전도가 평가되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 감육 및 보강이 존재하는 배관의 건전도 평가 방법에 의해서 달성된다.
여기서, 상기 (c) 단계에서 상기 등가 배관은 감육 보강 배관과 동일한 내경 및 탄성 강도를 갖는 직관(Straight pipe)으로 모델링될 수 있다.
또한, 상기 (c) 단계에서는 상기 등가 배관의 직경, 두께 및 단면 계수가 산출되어 상기 등가 배관이 모델링될 수 있다.
그리고, 상기 (d) 단계에서는 감육 및 보강이 존재하는 배관의 응력이 산출되어 건전성이 평가될 수 있다.
그리고, 상기 (d) 단계에서는 수학식
(B1, B2는 ASME BPVC. Sec. Ⅲ NC-3673에서 명시하고 있는 응력 지수이고, Pmax는 최대 피크 압력이고, Deq는 상기 등가 배관의 직경이고, teq는 상기 등가 배관의 두께이고, MA는 무게 및 지속 하중에 따른 합 모멘트(Resultant moment)이고, MB는 비정기적 하중의 합 모멘트이고, Zeq는 상기 등가 배관의 단면 계수이고, Sh는 온도-종속 허용 응력(Temperature-dependent allowable stress)이고, Sy는 온도 종속 항목 응력(Temperature-dependent yield stress)이다)에 의해 건전성이 평가될 수 있다.
그리고, 상기 (c) 단계에서는 상기 등가 배관의 직경과 두께는 상기 등가 배관에 대한 인장 하중이 반영되어 산출되고, 상기 등가 배관의 단면 계수는 상기 등가 배관에 대한 굽힘 하중이 반영되어 산출될 수 있다.
그리고, 상기 (c) 단계에서, 상기 등가 배관의 직경은 수학식 (Deq는 상기 등가 배관의 직경이고, D0는 감육 발생 전 배관의 외경이고, Di는 감육 발생 전 배관의 내경이고, fF는 인장 하중에 대한 무차원 보정 계수(Dimensionless correction factor)이다)에 의해 산출되고; 상기 등가 배관의 두께는 수학식 (teq는 상기 등가 배관의 두께이다)에 의해 산출되고; 상기 등가 배관의 단면 계수는 수학식 (Zeq는 상기 등가 배관의 단면 계수이고, fB는 굽힙 하중에 대한 무차원 보정 계수이다)에 의해 산출되고; 상기 무차원 보정 계수 fF 및 fF는 상기 감육 형상 정보 및 상기 보강 형상 정보에 기초하여 산출될 수 있다.
그리고, 상기 무차원 보정 계수 fF는 수학식
(Lr은 보강의 길이이고, Lwt은 감육의 길이이고, Awt는 감육의 단면적이고, Ar은 보강의 단면적이고, Ao는 감육 발생 전 배관의 단면적이고, E는 감육 발생 전 배관의 탄성 계수이고, Er는 보강의 탄성 계수이고, twt는 감육의 깊이이고, θwt는 감육의 반원주 각도이고, tr은 보강의 두께이고, ψr은 보강의 반원주 각도이다)에 의해 산출될 수 있다.
그리고, 상기 무차원 보정 계수 fB는 수학식
에 의해 산출될 수 있다.
여기서 상기 합 모멘트 MA 및 MB는 기 등록되거나, 최대 허용 굽힘 모멘트의 산출을 통해 적용될 수 있다.
한편, 상기 목적은 본 발명의 다른 실시 형태에 따라, 감육이 존재하는 배관의 건전도 평가 방법에 있어서, (A) 상기 감육에 대한 감육 형상 정보가 입력되는 단계와; (B) 상기 감육 형상 정보에 기초하여, 감육이 존재하는 배관과 등가의 특성을 갖는 등가 배관이 모델링되는 단계와; (C) 상기 등가 배관을 이용하여 감육이 존재하는 배관의 건전도가 평가되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 감육이 존재하는 배관의 건전도 평가 방법에 의해서도 달성된다.
여기서, 상기 (B) 단계에서는 상기 등가 배관의 직경, 두께 및 단면 계수가 산출되어 상기 등가 배관이 모델링될 수 있다.
또한, 상기 (C) 단계에서는 감육 및 보강이 존재하는 배관의 응력이 산출되어 건전성이 평가될 수 있다.
그리고, 상기 (C) 단계에서는 수학식
(B1, B2는 ASME BPVC. Sec. Ⅲ NC-3673에서 명시하고 있는 응력 지수이고, Pmax는 최대 피크 압력이고, Deq는 상기 등가 배관의 직경이고, teq는 상기 등가 배관의 두께이고, MA는 무게 및 지속 하중에 따른 합 모멘트(Resultant moment)이고, MB는 비정기적 하중의 합 모멘트이고, Zeq는 상기 등가 배관의 단면 계수이고, Sh는 온도-종속 허용 응력(Temperature-dependent allowable stress)이고, Sy는 온도 종속 항목 응력(Temperature-dependent yield stress)이다)에 의해 건전성이 평가될 수 있다.
그리고, 상기 (B) 단계에서는 상기 등가 배관의 직경과 두께는 상기 등가 배관에 대한 인장 하중이 반영되어 산출되고, 상기 등가 배관의 단면 계수는 상기 등가 배관에 대한 굽힘 하중이 반영되어 산출될 수 있다.
그리고, 상기 (B) 단계에서, 상기 등가 배관의 직경은 수학식
(Deq는 상기 등가 배관의 직경이고, D0는 감육 발생 전 배관의 외경이고, Di는 감육 발생 전 배관의 내경이고, fF는 인장 하중에 대한 무차원 보정 계수(Dimensionless correction factor)이다)에 의해 산출되고;
상기 등가 배관의 두께는 수학식
(teq는 상기 등가 배관의 두께이다)에 의해 산출되고;
상기 등가 배관의 단면 계수는 수학식
(Zeq는 상기 등가 배관의 단면 계수이고, fB는 굽힘 하중에 대한 무차원 보정 계수이다)에 의해 산출되고; 상기 무차원 보정 계수 fF 및 fF는 상기 감육 형상 정보에 기초하여 산출될 수 있다.
여기서, 상기 무차원 보정 계수 fF는 수학식
(Awt는 감육의 단면적이고, Ao는 감육 발생 전 배관의 단면적이고, twt는 감육의 깊이이고, θwt는 감육의 반원주 각도이다)에 의해 산출되며;
상기 무차원 보정 계수 fB는 수학식
에 의해 산출될 수 있다.
상기 구성에 따라 본 발명에 따르면, 감육이 발생하고, 감육에 따른 보강이 이루어진 배관과 등가의 등가 배관을 모델링함으로써, 감육 보강 배관의 건전성을 평가할 수 있는 감육 및 보강이 존재하는 배관의 건전성 평가 방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 감육이 발생한 배관의 건전성을 등가 배관을 이용하여 평가함으로써, 보강 여부나 교체 여부를 판단할 수 있는 감육이 존재하는 배관의 건전성 평가 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 감육 및 보강이 존재하는 배관의 건전성 평가 방법이 적용될 감육 보강 배관의 예를 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 감육 및 보강이 존재하는 배관의 건전성 평가 방법에 의해 모델링되는 등가 배관을 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 감육 및 보강이 존재하는 배관의 건전성 평가 방법에서, 기본 배관, 감육 배관 및 감육 보강 배관의 치수를 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 감육 및 보강이 존재하는 배관의 건전성 평가 방법의 흐름도이고,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 감육이 존재하는 배관의 건전성 평가 방법의 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
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. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 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 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 감육 및 보강이 존재하는 배관의 건전성 평가 방법은 감육 및 보강이 존재하는 배관과 등가 특성을 갖는 등가 배관을 모델링하고, 모델링된 등가 배관의 건전성을 평가함으로써, 감육 및 보강이 존재하는 배관의 건전성을 평가한다.
이하에서는 설명의 편의를 위해, 감육이 발생하지 않은 상태의 배관을 '배관'또는 '기본 배관'이라 정의하고, 감육이 존재하는 배관을 '감육 배관'이라 정의하고, 감육이 발생하여 보강이 이루어진 배관을 '감육 보강 배관'이라 정의하여 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 감육 보강 배관의 건전성 평가 방법의 설명에 앞서, 등가 특성 배관의 모델링을 이론적으로 설명한다.
ASME BPVC. Sec. Ⅲ NC-3650에서는 클래스 2 및 3 배관 시스템의 설계를 위한 응력 평가 방법이 제시되어 있다. 압력, 무게, 지속적인 기계적 부하에 대해, [수학식 1]의 조건을 충족시킬 것을 요구하고 있다.
[수학식 1]
[수학식 1]에서 Do는 배관의 외경(Outer diameter)이고, tn은 공칭 배관 두께(Nominal pipe thickness)이고, Z는 배관 단면 계수(Pipe section modulus)이고, P는 설계 내부 압력(Design internal pressure)이고, MA는 무게 및 지속 하중에 따른 합 모멘트(Resultant moment)이고, Sh는 재료의 온도-종속 허용 응력(Temperature-dependent allowable stress)이다. B1, B2는 ASME BPVC. Sec. Ⅲ NC-3673에서 명시하고 있는 응력 지수이다.
비정기적인 기계적 하중 하에서는 [수학식 2]의 조건을 충족시켜야 한다.
[수학식 2]
[수학식 2]에서, Pmax는 최대 피크 압력이고, MB는 비정기적 하중의 합 모멘트이고, Sy는 온도 종속 항목 응력(Temperature-dependent yield stress)이다.
[수학식 1] 및 [수학식 2]의 첫 번째 항은 내부 압력 및 굽힘 모멘트로 인한 축 방향 응력이다.
상기 응력 평가 방법의 경우 배관의 시공에는 적용될 수 있으나, 감육 보강 배관의 복잡한 기하학적 구조로 인해, 결함이나 보강이 없는 배관을 기반으로 하는 상기 응력 평가 방법이 감육 보강 배관에 적용하기는 어렵다.
이에, 본 발명에서는 상기 응력 평가 방법을 감육 보강 배관에 적용하기 위해, 앞서 설명한 바와 같이, 등가 배관을 모델링한다. 여기서, 등가 배관은 감육 보강 배관과 동일한 내경 및 탄성 강도를 갖는 직관(Straight pipe)으로 정의된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 감육 및 보강이 존재하는 배관의 건전성 평가 방법이 적용될 감육 보강 배관의 예를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 감육 및 보강이 존재하는 배관의 건전성 평가 방법에 의해 모델링되는 등가 배관을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 등가 배관의 외경 Deq가 결정되면, 동일한 내경 조건을 이용하여 등가 배관의 두께 teq가 산출 가능하게 된다.
[수학식 2]를 도 2에 도시된 등가 배관에 적용하면, [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
[수학식 3]에서 Zeq는 등가 배관의 단면 계수이다.
이하에서는 등가 배관의 외경, 두께 및 단면 계수를 산출하는 원리에 대해 설명한다.
도 1에서, 아래 첨자 wt는 감육을, r는 보강을 의미한다. 기본 배관의 내경 및 외경은 각각 Do, Di이고, 두께 t=(Do-Di)/2이다. 감육은 길이 Lwt, 깊이 twt, 반원주 각도 θwt를 갖는 직사각형 형상으로 가정한다.
보강재의 치수는 길이 Lr, 두께 tr, 반원주 각도 ψr이다. 여기서, ψr=π인 경우가 슬리브 보강재가 된다.
등가 배관의 치수는, 도 2에 도시된 바와 같이, 내경 Di, 외경 Deq, 두께 teq=(Deq - Di)/2로 정의된다. 등가 배관이 길이 L은 기본 배관의 길이 Lr과 동일한 것으로 가정한다. 여기서, 등가 배관의 외경 Deq는 감육 보강 배관도 동일한 강성을 제공하도록 결정된다.
등가 배관에 굽힘 모멘트 M이 가해지면 굽힘 강성 KB는 [수학식 4]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
[수학식 4]에서 φ는 배관의 굽힘 회전(Bending rotation), E는 영률(Young's modulus), L은 등가 배관의 길이, 그리고, I는 관성 모멘트(Moment of inertia)이다.
본 발명에서는 굽힘 모멘트 M이 가해지는 조건을 고려한다. 기존의 연구들에서 축방향 장력, 굽힘 및 비틀림에 대한 감육 보강 배관의 강성에 대한 해석 방적식이 제시된 바 있다. 기존의 연구에 따른 해석 방정식은 중첩 원리를 사용하였다.
본 발명에서는 감육 보강 배관의 3차원 FE 해석과의 비교 검증을 통해 감육 보강 배관의 굽힘 강성을 도출한다. 여기서, 감육이 최대 인장 응력 영역에 위치하는 것으로 가정하여 보수성을 보장한다. 본 발명에 따른 굽힘 강성은 [수학식 5]와 같이 정의된다.
[수학식 5]
[수학식 5]에서 fB는 무차원 보정 계수(Dimensionless correction factor)를 의미하며, [수학식 6]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 6]
여기서, C1,B, C2,B는 감육과 보강이 관성 모멘트에 미치는 영향을 반영하는 무차원 변수(Dimensionless variable)이다. 도 1에 도시된 바와 같이, Lr(=L) 및 Lwt은 각각 보강 및 감육의 길이를 나타낸다. 여기서, 감육 보강 배관 단면의 관성 모멘트는 [수학식 7]과 같이 나타낸 무차원 변수로부터 결정될 수 있다.
[수학식 7]
[수학식 7]에서 Er는 보강의 탄성 계수(스틸 보강의 경우, Er=E)이고, Iwt와 Ir는 각각 감육 및 보강의 관성 모멘트이다.
여기서, 감육 및 보강의 관성 모멘트는 [수학식 8]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 8]
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 등가 배관의 외경 Deq와 등가 배관의 단면 계수 Zeq는 [수학식 4] 및 [수학식 5]를 이용하여, [수학식 9] 및 [수학식 10]과 같이 산출할 수 있다.
[수학식 9]
[수학식 10]
한편, 직선 파이프가 내부 압력 P로 인해 축 방향 장력을 받는 경우, 장력 강성 KF는 [수학식 11]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 11]
여기서, F는 내부 압력 P에 의한 축방향 힘(Axial force)이고, δ는 축방향 연신율(Axial elongation)이다.
기존의 연구들에서, 감육 보강 배관에 대한 인장 강성을 [수학식 12]와 같이 제안된 바 있다.
[수학식 12]
[수학식 12]에서 fF는 인장 하중에 대한 무차원 보정 계수를 나타낸다. 굽힘 강성의 경우, 무차원 보정 계수 fF는 [수학식 13] 및 [수학식 14]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 13]
[수학식 14]
여기서, Awt, Ar 및 Ao는 각각 도 3에 도시된 바와 같이, 감육, 보강, 그리고 기본 배관의 단면적을 의미하며, [수학식 15]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 15]
그리고, 등가 배관의 치수인 Deq 및 teq는 [수학식 11]과 [수학식 12]를 이용하여, [수학식 16]과 같이 산출할 수 있다.
[수학식 16]
상기와 같은 등가 배관의 치수와, 굽힘 모멘트에 대한 Zeq는 [수학식 10]을 산출한 후, [수학식 3]에 적용하여, 감육 보강 배관의 건전도, 즉 응력의 평가가 가능하게 된다.
여기서, 감육 보강 배관의 최대 압력 P, 그리고 그에 따른 굽힘 모멘트 MA + MB를 알고 있는 경우, 이를 [수학식 3]에 적용할 수 있다. 반면, 굽힘 모멘트를 알수 없는 경우, [수학식 1]의 최대 허용 굽힘 모멘트를 먼저 계산하고, 이를 [수학식 3]에 적용할 수 있다.
상기와 같은 구성에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 감육 및 보강이 존재하는 배관의 건전도 평가 과정에 대해 설명하다.
먼저, 감육 배관에 발생한 감육에 대한 감육 형상 정보가 측정되어 입력된다(S10). 일 실시예로, 초음파 검사 등을 이용하여 감육 형상 정보가 측정될 수 있는데, 감육의 길이, 감육의 깊이 및 감육의 각도가 감육 형상 정보로 측정될 수 있다.
그런 다음, 동일하게 초음파 검사 등을 이용하여 보강에 대한 보강 형상 정보가 측정되어 입력된다(S11). 여기서, 보강 형상 정보는 보강의 길이, 보강의 두께 및 보강의 각도가 보강 형상 정보로 측정 및 입력될 수 있다.
상기와 같이, 감육 형상 정보 및 보강 형상 정보가 측정되어 입력되면, 감육 보강 배관과 등가인 등가 배관이 모델링된다(S12). 앞서 설명한 바와 같이, 등가 배관의 모델링은 등가 배관의 직경, 두께 및 단면 계수의 산출을 통해 수행될 수 있다.
여기서, 등가 배관의 직경 및 두께는 등가 배관에 대한 인장 하중이 반영되어 산출되는 바, [수학식 16]을 통해 산출될 수 있다. 그리고, 등가 배관의 단면 계수는 등가 배관에 대한 굽힘 하중이 반영되어 산출되는 바, [수학식 10]을 통해 산출될 수 있다.
상기와 같이, 등가 배관이 모델링되면, 감육 보강 배관의 건전성가 평가되는데, [수학식 3]을 통해 응력에 대한 건전성 평가가 수행될 수 있다(S13).
상기와 같은 과정을 주기적으로 수행하여 감육 보강 배관의 모니터링 함으로써, 감육 보강 배관의 유지 관리 및 교체 여부 등을 평가 가능하게 된다.
한편, 상술한 등가 배관의 모델링은 감육이 발생한 감육 배관에도 적용될 수 있다.
먼저, 감육 배관에 대한 감육 형상 정보가 측정되어 입력된다(S20). 여기서, 감육 형상 정보는 초음파 검사를 이용하여 측정될 수 있으며, 감육의 길이, 감육의 깊이 및 감육의 각도가 감육 형상 정보로 측정될 수 `있다.
상기와 같이, 감육 형상 정보가 측정되어 입력되면, 감육 형상 정보를 이용하여 감육 배관에 대한 등가 배관이 모델링된다(S21). 여기서, 감육 배관에 대한 등가 배관의 모델링에는 앞서 설명한 감육 보강 배관에 대한 모델링이 적용된다.
보다 구체적으로 설명하면, 감육 배관의 모델링에는 보강이 존재하지 않으므로, 보강에 대한 치수가 반영되지 않는다.
즉, 보강의 단면적 Ar의 값이 '0'이 되고, 보강의 관성 모멘트 Ir 값 또한 '0'이 된다. 그리고, 보강의 길이 Lr은 감육의 길이 Lwt와 같다.
따라서, 감육 배관에 대한 등가 배관의 모딜링에 적용되는 무차원 보정 계수 fF 및 fB는 [수학식 17] 및 [수학식 18]을 통해 산출할 수 있다.
[수학식 17]
[수학식 18]
상기와 같이, 감육 배관의 등가 배관에 대한 모델링이 완료되면, [수학식 3]을 통해 감육 배관에 대한 건전성이 평가될 수 있다(S23)
그리고, 건전성 평가 결과에 따라, 배관의 교체나, 보강이 결정될 수 있다(S24).
앞서 설명한 실시예에서, 기본 배관이 치수 등의 정보는 기본 배관의 시공시 기록된 정보를 이용하거나, 초음파 검사 등을 통해 직접 측정하여 입력될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (16)

  1. 감육 및 보강이 존재하는 배관의 건전도 평가 방법으로,
    (a) 상기 감육에 대한 감육 형상 정보가 입력되는 단계와;
    (b) 상기 보강에 대한 보강 형상 정보가 입력되는 단계와;
    (c) 상기 감육 형상 정보 및 상기 보강 형상 정보에 기초하여, 감육과 보강이 존재하는 배관과 등가의 특성을 갖는 등가 배관이 모델링되는 단계와;
    (d) 상기 등가 배관을 이용하여 감육 및 보강이 존재하는 배관의 건전도가 평가되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 감육 및 보강이 존재하는 배관의 건전도 평가 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서 상기 등가 배관은 감육 보강 배관과 동일한 내경 및 탄성 강도를 갖는 직관(Straight pipe)으로 모델링되는 것을 특징으로 하는 감육 및 보강이 존재하는 배관의 건전도 평가 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서는 상기 등가 배관의 직경, 두께 및 단면 계수가 산출되어 상기 등가 배관이 모델링되는 것을 특징으로 하는 감육 및 보강이 존재하는 배관의 건전도 평가 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서는 감육 및 보강이 존재하는 배관의 응력이 산출되어 건전성이 평가되는 것을 특징으로 하는 감육 및 보강이 존재하는 배관의 건전도 평가 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서는 수학식

    (B1, B2는 ASME BPVC. Sec. Ⅲ NC-3673에서 명시하고 있는 응력 지수이고, Pmax는 최대 피크 압력이고, Deq는 상기 등가 배관의 직경이고, teq는 상기 등가 배관의 두께이고, MA는 무게 및 지속 하중에 따른 합 모멘트(Resultant moment)이고, MB는 비정기적 하중의 합 모멘트이고, Zeq는 상기 등가 배관의 단면 계수이고, Sh는 온도-종속 허용 응력(Temperature-dependent allowable stress)이고, Sy는 온도 종속 항목 응력(Temperature-dependent yield stress)이다)
    에 의해 건전성이 평가되는 것을 특징으로 하는 감육 및 보강이 존재하는 배관의 건전도 평가 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서는 상기 등가 배관의 직경과 두께는 상기 등가 배관에 대한 인장 하중이 반영되어 산출되고, 상기 등가 배관의 단면 계수는 상기 등가 배관에 대한 굽힘 하중이 반영되어 산출되는 것을 특징으로 하는 감육 및 보강이 존재하는 배관의 건전도 평가 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서,
    상기 등가 배관의 직경은 수학식

    (Deq는 상기 등가 배관의 직경이고, D0는 감육 발생 전 배관의 외경이고, Di는 감육 발생 전 배관의 내경이고, fF는 인장 하중에 대한 무차원 보정 계수(Dimensionless correction factor)이다)
    에 의해 산출되고;
    상기 등가 배관의 두께는 수학식

    (teq는 상기 등가 배관의 두께이다)
    에 의해 산출되고;
    상기 등가 배관의 단면 계수는 수학식

    (Zeq는 상기 등가 배관의 단면 계수이고, fB는 굽힙 하중에 대한 무차원 보정 계수이다)에 의해 산출되고;
    상기 무차원 보정 계수 fF 및 fF는 상기 감육 형상 정보 및 상기 보강 형상 정보에 기초하여 산출되는 것을 특징으로 하는 감육 및 보강이 존재하는 배관의 건전도 평가 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 무차원 보정 계수 fF는 수학식




    (Lr은 보강의 길이이고, Lwt은 감육의 길이이고, Awt는 감육의 단면적이고, Ar은 보강의 단면적이고, Ao는 감육 발생 전 배관의 단면적이고, E는 감육 발생 전 배관의 탄성 계수이고, Er는 보강의 탄성 계수이고, twt는 감육의 깊이이고, θwt는 감육의 반원주 각도이고, tr은 보강의 두께이고, ψr은 보강의 반원주 각도이다)
    에 의해 산출되며;
    상기 무차원 보정 계수 fB는 수학식




    에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 감육 및 보강이 존재하는 배관의 건전도 평가 방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 합 모멘트 MA 및 MB는 기 등록되거나, 최대 허용 굽힘 모멘트의 산출을 통해 적용되는 것을 특징으로 하는 감육 및 보강이 존재하는 배관의 건전도 평가 방법.
  10. 감육이 존재하는 배관의 건전도 평가 방법에 있어서,
    (A) 상기 감육에 대한 감육 형상 정보가 입력되는 단계와;
    (B) 상기 감육 형상 정보에 기초하여, 감육이 존재하는 배관과 등가의 특성을 갖는 등가 배관이 모델링되는 단계와;
    (C) 상기 등가 배관을 이용하여 감육이 존재하는 배관의 건전도가 평가되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 감육이 존재하는 배관의 건전도 평가 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 (B) 단계에서는 상기 등가 배관의 직경, 두께 및 단면 계수가 산출되어 상기 등가 배관이 모델링되는 것을 특징으로 하는 감육이 존재하는 배관의 건전도 평가 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 (C) 단계에서는 감육 및 보강이 존재하는 배관의 응력이 산출되어 건전성이 평가되는 것을 특징으로 하는 감육이 존재하는 배관의 건전도 평가 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 (C) 단계에서는 수학식

    (B1, B2는 ASME BPVC. Sec. Ⅲ NC-3673에서 명시하고 있는 응력 지수이고, Pmax는 최대 피크 압력이고, Deq는 상기 등가 배관의 직경이고, teq는 상기 등가 배관의 두께이고, MA는 무게 및 지속 하중에 따른 합 모멘트(Resultant moment)이고, MB는 비정기적 하중의 합 모멘트이고, Zeq는 상기 등가 배관의 단면 계수이고, Sh는 온도-종속 허용 응력(Temperature-dependent allowable stress)이고, Sy는 온도 종속 항목 응력(Temperature-dependent yield stress)이다)
    에 의해 건전성이 평가되는 것을 특징으로 하는 감육이 존재하는 배관의 건전도 평가 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 (B) 단계에서는 상기 등가 배관의 직경과 두께는 상기 등가 배관에 대한 인장 하중이 반영되어 산출되고, 상기 등가 배관의 단면 계수는 상기 등가 배관에 대한 굽힘 하중이 반영되어 산출되는 것을 특징으로 하는 감육이 존재하는 배관의 건전도 평가 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 (B) 단계에서,
    상기 등가 배관의 직경은 수학식

    (Deq는 상기 등가 배관의 직경이고, D0는 감육 발생 전 배관의 외경이고, Di는 감육 발생 전 배관의 내경이고, fF는 인장 하중에 대한 무차원 보정 계수(Dimensionless correction factor)이다)
    에 의해 산출되고;
    상기 등가 배관의 두께는 수학식

    (teq는 상기 등가 배관의 두께이다)
    에 의해 산출되고;
    상기 등가 배관의 단면 계수는 수학식

    (Zeq는 상기 등가 배관의 단면 계수이고, fB는 굽힘 하중에 대한 무차원 보정 계수이다)에 의해 산출되고;
    상기 무차원 보정 계수 fF 및 fF는 상기 감육 형상 정보에 기초하여 산출되는 것을 특징으로 하는 감육이 존재하는 배관의 건전도 평가 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 무차원 보정 계수 fF는 수학식




    (Awt는 감육의 단면적이고, Ao는 감육 발생 전 배관의 단면적이고, twt는 감육의 깊이이고, θwt는 감육의 반원주 각도이다)
    에 의해 산출되며;
    상기 무차원 보정 계수 fB는 수학식



    에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 감육이 존재하는 배관의 건전도 평가 방법.
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