KR20040065659A

KR20040065659A - 다점 굽힘 황화물 응력 부식 균열 시험 장치

Info

Publication number: KR20040065659A
Application number: KR1020030002754A
Authority: KR
Inventors: 김희진; 이원식; 유회수; 고세현
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2003-01-15
Filing date: 2003-01-15
Publication date: 2004-07-23
Also published as: KR100620863B1

Abstract

본 발명은, 내부에 공간을 갖는 본체와 연통 가능하게 다수의 연결구가 형성된 매니폴드에 대하여, 일측이 개구된 통형상의 시험조가 클램프를 매개로 착탈 가능하게 설치되고, 상기 다수의 연결구 중 하나는 황화수소가스 공급원 및 질소가스 공급원에 연통 가능하게 연결되어, 상기 시험조내부에 압축가스가 저장되고, 상기 매니폴드 상에는 시험편이 하방향으로 힘을 받도록 지지되는 지그블록이 탑재되며, 상기 매니폴드 및 이 매니폴드의 연결구들을 포함한 연결고정부위가 상기 본체에 직통 가능하게 연결되어, 상기 연결고정부위에서의 가스 누설 시, 주변 환경으로 확산 누설되는 것을 저지하도록 구성된 다점굽힘 황화물 응력 부식 균열 시험기를 제공하여, 점 굽힘 황화물 응력 부식 균열 시험 시, 시험편의 파손 여부를 챔버의 개방없이 외부에서 확인할 수 있을 뿐만 아니라, 본체 내에 진공을 형성하고 각종 가스 연결구들을 본체와 직통하도록 연결함으로써 유독성 가스인 황화 수소의 누출을 원천적으로 차단한 보다 안전한 시험조건을 도모할 수 있도록 하였다.

Description

다점 굽힘 황화물 응력 부식 균열 시험 장치{Device of testing the deflection, stress and destruens of sulfide}

본 발명은 내부 진공 방식의 황화물 응력 부식 균열 시험 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 4점 또는 3점 굽힘 방식의 황화물 응력 부식 균열 시험시, 실험 중 시험조의 개방없이 시험편의 파단 여부를 확인 할 수 있을 뿐만 아니라, 가스 연결구가 위치한 본체 내부가 진공을 형성함으로써, 유독성 실험 가스인 황화 수소의 누출을 근본적으로 방지할 수 있는 내부 진공 방식의 황화물 응력 부식 균열 시험 장치에 관한 것이다.

황화물 응력 부식 균열은 응력 부식 균열의 한 종류로서, 일반적으로, 응력부식균열은 외력과 환경의 상승작용으로 인한 재료의 파괴거동기구이며, 환경파괴의 대표적인 예라 할 수 있다.

1920년 응력부식균열에 기인한 산업설비의 파손사례가 학계에 최초로 보고된 이래, 파손메카니즘의 규명과, 내응력부식균열 재료개발 및 파손수명 예측을 위한여러 가지 연구가 이루어지고 있으나, 응력부식균열시험의 조건설정이 복잡하고 장시간 동안 일정한 부식환경을 유지하면서 실험을 실시해야하기 때문에 실험상 많은 어려움이 있다. 특히, 석유 화학 플랜트, 원유 및 천연가스용 플랜트 설비의 제작시에는, 사용되는 철강재뿐만 아니라 용접부에 대하여도 황화물 응력 부식 균열에 대한 민감성을 평가하도록 되어있는데, 이를 위해 유독성 가스인 황화수소가 포화된 5% 염화나트륨 수용액에서 720시간 동안 시험을 실시하도록 되어 있다.

기존의 시험 장치는 아래 그림과 같이 가스공급부와, 역류방지와 균압을 목적으로 하는 에어트랩과, 시험용액이 담겨져 있는 시험조와 각종 연결구가 설치된 시험조 상부와 중화를 위한 수산화나트륨용액조로 구성되어 있으며 하중이 인가된 시험편지그블록은 시험조의 내부에 장착된다.

그러나, 이 경우 각종 연결구가 시험조의 외부에 설치되어 실내 공기와 직접 접하기 때문에, 반복 사용으로 인한 씰의 손상으로 유독가스인 황화 수소의 누출이 문제가 되며, 연결구들이 가스와 접하기 때문에 어느 연결구에서 가스 누출이 일어났는지 판단하기가 어렵다. 따라서, 황화 수소의 배출 기준이 10ppm인 것을 감안하면 기존의 시험 장비는 항상 인명을 해칠 수 있는 위험성을 내포하고 있다. 또한, 시험조의 재질은 내부식성과 제작의 용이함을 동시에 가져야 하기 때문에 FRP등과 같은 불투명 재질을 많이 사용하므로, 시험편의 파단 여부를 720시간의 시험 기간이 끝나기 전까지는 확인 할 수가 없어 시간과 비용의 낭비를 초래하게 된다. 그리고 일단 가스가 누출되기 시작하면 이의 보수를 위해 시험을 중단하여야 하기 때문에, 시험 결과의 신뢰성도 영향을 받게 된다. 실제로, 이 시험을 수행하는 곳에서 황화 수소의 누출 사고는 가장 문제로 인식되어 있다. 그러므로 안전하고 신뢰성 있는 황화물 응력 부식 균열 시험의 결과를 얻기 위해서는 가스 누출을 원천적으로 차단할 수 있는 시스템의 확보가 가장 중요하다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 시험 장치가 가지고 있는 문제점을 감안하여 창출된 것으로, 그 목적은, 4점 굽힘 방식의 황화물 응력 부식 균열 시험시, 황화 수소 가스의 누출을 근본적으로 차단하여 안전한 시험을 수행할 수 있는 시스템을 갖춘 황화물 응력 부식 균열 시험기를 제공함에 있다.

도 1은 본 발명의 내부 진공 방식의 4점 굽힘 황화물 응력 부식 균열 시험 장치를 개략적으로 나타낸 구조도.

도 2는 본 발명의 내부 진공 방식의 4점 굽힘 황화물 응력 부식 균열 시험 장치의 하향식 매니폴드와 시험조를 나타낸 분해 사시도.

도 3은 도 2의 매니폴드와 시험조의 조립 종단면도.

도 4는 도 2의 매니폴드와 시험지그블록을 나타낸 사시도,

도 5는 본 발명에 따른 시험지그블록의 종단면도, 및

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 시험조 밀폐를 위한 돔형 패킹부재의 결합구조를 설명하기 위한 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11: 황화수소가스 12: 질소가스

21: 본체 22: 에어트랩

31: 하향식 매니폴드 32: 가스배기관

33: 시험조 34: 가스주입관

35: 온도센서 36: 가열용 히터

37: 시험조 고정 클램프 38: 오링

39: 시험용액 급배수구 4: 터보팬

5: 스크러버 61: 시험 지그블록 본체

62: 시험편 63: 하중인가용 볼트

64: 중앙지지대

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 내부에 공간을 갖는 본체(3)와 연통 가능하게 다수의 연결구(39)가 형성된 매니폴드(31)에 대하여, 일측이 개구된 통형상의 시험조(33)가 클램프(37)를 매개로 착탈 가능하게 설치되고, 상기 다수의 연결구(39, …)중 하나는 황화수소가스 공급원(11)및 질소가스 공급원(12)에 연통 가능하게 연결되어, 상기 시험조(33)내부에 압축가스가 저장되고, 상기 매니폴드(31)상에는 시험편(62)이 하방향으로 힘을 받도록 지지되는 지그블록(61)이 탑재되며, 상기 매니폴드(31)및 이 매니폴드(31)의 연결구(39, …)들을 포함한 연결고정부위가 상기 본체(3)에 직통 가능하게 연결되어, 상기 연결고정부위에서의 가스 누설 시, 주변 환경으로 확산 누설되는 것을 저지하도록 구성됨을특징으로 한다.

이는, 내부 진공방식의 4점 굽힘 황화물 응력 부식 균열 시험기를, 황화 수소 및 실험 용액을 주입하고 배출시키기 위한 연결구가 장착되는 하향식 매니폴드와, 실험용액과 시험지그블록이 위치하고 외부에서 내부를 관찰할 수 있는 파이렉스 시험조와, 내부에 진공이 형성되는 본체와, 본체의 진공을 생성시키는 터보팬과, 수산화나트륨 용액을 이용하여 유독가스인 황화수소를 중화시키는 스크러버와, 시험편을 장착하여 하중을 인가하는 지그블록을 포함하도록 구성한 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 세부 구성을 첨부된 도면을 참조하여 아래와 같이 상세하게 설명한다.

도 1 은 본 발명의 내부 진공 방식의 4점 굽힘 황화물 응력 부식 균열 시험 장치를 나타내는 도면이고, 도 2 는 내부 진공 방식의 4점 굽힘 황화물 응력 부식 균열 시험 장치의 하향식 매니폴드와 시험조를 자세히 나타내는 도면이며, 도 3 은 시험 지그블록을 나타내는 도면이다.

먼저, 시험을 수행하기 위하여 도 3에서 보는 바와 같이 시험편(62)을 지그블록 본체(61)와 중앙지지대(64)사이에 위치하도록 하고, 정밀 변위측정계를 이용하여 계산된 변위에 이를 때까지 하중인가용 볼트(63)를 돌림으로써, 시험편(62)에 하중이 인가되도록 한다. 이렇게 시험편(62)에 하중이 인가된 시험지그블록은 시험조(33)속의 시험 용액에 잠기게 된다. 시험조(33)는 파이렉스(pyrex)재질의 강화 유리로 재작되기 때문에 시험편(62)의 파단 여부를 쉽게 판별할 수 있으므로 720시간의 시험 기간 중 시험편의 파단 여부를 확인하기 위해 시험을 멈추고 시험조(33)를 분리하여야 하는 번거로움을 막을 수 있다.

하향식 매니폴드(31)에는 온도를 측정하는 온도센서(35)와, 시험 용액을 가열하기 위한 목적으로 설치된 가열용 히터(36)와, 시험용액을 주입하고 배출하는 급배수구(39)와, 시험용 가스를 주입하기 위한 가스주입관(34)과, 가스의 배출을 위해 설치된 가스배기관(32)이 매니폴드(31)의 아래쪽에서 위쪽의 방향을 설치되어 있는데 연결 방식은 ISO 규격의 테이퍼 나사로 가공되어 있으며, 이 부분은 시험시 가스와 직접 접하지 않고 용액에 접촉되어 있기 때문에 기밀 유지의 성공도가 높고, 만일의 시험용액 누출시에도 누출된 부위를 간단하게 육안으로 판별할 수 있다.

시험조(33)는 각종 연결구가 취부되는 하향식 매니폴드(31)와 도 2 와 같이 조립되어 있다. 이를 상세히 설명하면, 하향식 매니폴드(31)와 시험조(62)사이에 테프론 계열의 오링(38)을 삽입하고, 내측에 나사산이 가공되어 있는 클램프(37)와 하향식 매니폴드(31)의 외측에 가공되어 있는 나사산을 이용하여, 시험조(33)와 하향식 매니폴드(31)사이에 있는 오링(38)을 압착시킨다. 이 때 기밀유지에 필요한 압착력은 사람의 손으로 클램프(37)를 돌리는 힘만으로 충분하기 때문에 별도의 공구가 필요하지 않게 되어, 시험을 시작하기 위한 시간이 단축되고, 조작 미숙에 의한 시험조의 파손을 막을 수 있다.

상기와 같이 조립된 하향식 매니폴드(31)는 스테인레스 재질의 본체(21)의 상부에 고정된다, 본체(21)내부에는 역류 방지와 균압을 목적으로 하는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)재질의 에어 트랩(22)이 설치되어 있는데, 에어 트랩(22)의 윗 부분은 황화 수소 가스 공급원(11)과 질소 가스 공급원(12)에 연결되어 있고, 아래쪽은 하향식 매니폴드의 가스 주입관(32)과 연결되어 있다. 따라서, 공급된 가스는 에어트랩(22)을 거쳐 가스 주입관(32)을 통하여 시험용액 속에서 버블링(bubbling)되고, 시험용액 위쪽으로 올라온 가스는 가스 배기관(34)을 통해 중화 장치가 갖추어진 스크러버(5)로 유동하여 대기로 방출된다.

상기의 시험 장치 구성에서 시험중 반복 탈착으로 인한 가스 누출이 빈번한 각종 연결구들은 하향식 매니폴드(31)에 집중되어 있으며, 이 부분은 본체(21)의 내부에 위치하게 되므로, 가스의 누출이 있으면 시험장치의 본체(21)를 통하여 대기중으로 최종 누출되게 된다. 그러나, 본 발명의 내부 진공식 4점 굽힘 황화물 응력 부식 균열 시험기에서는 강화 플라스틱 재질의 터보팬(4)이 시험장치 본체(21)내부의 공기를 스크러버(5)를 향해 강제로 밀어내기 때문에 본체(21)의 내부는 대기와 비교하여 항상 진공의 상태에 있게 되어 만일에 있을지 모르는 황화수소에 의한 인명 사고를 미연에 방지할 수 있다.

또한, 상기 가스 배기관(34)은, 상기 시험조(33) 내의 용액면 상에 입구부(34a)가 위치하도록 연장형성되고, 상기 입구부(34a)는 배기관(34) 주통로(34b)에 대하여 직교방향으로 개방됨과 아울러, 상기 입구부(34a) 내측으로 갈수록 단면적이 증대하도록 테이퍼진 형태로 형성되어 있다.

한편, 본원 발명의 제2 실시예에 따른 돔형 패킹부재(70)는, 가스의 누출 시, 이를 보다 적극적으로 검지하기 위한 검출요소의 일환으로 마련된 것으로서, 상기 본체(3)의 상면에 거치대(90)를 융착결합하고, 이 거치대(90)의 거치면(95)에돔형 패킹부재(70)의 플랜지(75)를 당접시킨 후, 이 플랜지(75)를 상기 거치면(95)에 밀착결합시키는 고정링(80)을 상부 배치한 다음, 체결부재로 고정되는 구조로 되어 있다.

또한, 상기 돔형 패킹부재(70)의 측면에는 스트레인게이지(73)가 착접되고, 상측 개구부는 상하방향으로 펼쳐진 형태의 밀착부(71)로 형성되어 있다.

따라서, 본원의 돔형 패킹부재(70)에 의해 상기 시험조(33)와 클램프(37) 간의 누설을 근원적으로 규제함과 동시에, 누설의 발생 시, 스트레인게이지(73)에 의해 돔형 패킹부재(70) 내의 가스 유입을 검지하여, 컨트롤러(100)의 제어에 의해 터보팬(4) 및 스크러버(5)를 즉각적으로 가동시킴과 동시에, 상기 본체(3)에 직통하는 일부 연결구(39)를 개방시키기 위해 컨트롤러(100)의 제어를 받는 개폐밸브(NC)를 가동시키게 되면, 상기 터포팬(4)의 상위단에서 흡인력이 발생하면서 상기 상류단에 중첩 배열된 상기 가스 배기관(32)의 하위단을 통해 신속하게 터보팬(4)측으로 유동하게 됨으로써, 시험 도중의 안전성을 보다 배가할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명의 내부 진공식 4점굽힘 황화물 응력 부식 균열 시험 장치에 의해, 유독성 가스인 황화 수소가 사용되는 황화물 응력 부식 균열 시험시, 가스의 누출을 원천적으로 막아, 시험자의 안전을 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 심리적 안정감으로 인한 시험 능률 향상의 효과가 있다.

또한, 시험조의 내부를 외부에서 관찰 가능하기 때문에 시험편의 파단을 즉시 알 수 있어, 신뢰성 있는 시험 결과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 시험편이 끊어진 상태로 시험을 수행하는 시간을 없앰으로써, 시험 비용의 절감에도 크게 기여하는 효과가 있다.

또한, 시험 지그블록을 탈착하기 편한 시험조 체결 구조를 가지고 있어, 시험자의 시험 능률을 향상시키는 효과가 있다.

Claims

내부에 공간을 갖는 본체(3)와 연통 가능하게 다수의 연결구(39)가 형성된 매니폴드(31)에 대하여, 일측이 개구된 통형상의 시험조(33)가 클램프(37)를 매개로 착탈 가능하게 설치되고,

상기 다수의 연결구(39)중 하나는 황화수소가스 공급원(11)및 질소가스 공급원(12)에 연통 가능하게 연결되어, 상기 시험조(33)내부에 압축가스가 저장되도록 하고,

상기 매니폴드(31)상에는 시험편(62)이 하방향으로 힘을 받도록 지지되는 지그블록(61)이 탑재되며,

상기 매니폴드(31)및 이 매니폴드(31)의 연결구(39)들을 포함한 연결고정부위가 상기 본체(3)에 직통 가능하게 연결되어, 상기 연결고정부위에서의 가스 누설 시, 주변 환경으로 확산 누설되는 것을 저지하도록 구성됨을 특징으로 하는 다점굽힘 황화물 응력 부식 균열 시험기.
제 1 항에 있어서,

상기 본체(21)의 내부는 터보팬(4)과 스크러버(5)에 의해 항상 진공 및 정화가 유지되도록 연통 연결된 것을 특징으로 하는 다점굽힘 황화물 응력 부식 균열 시험기.
제 2 항에 있어서,

상기 매니폴드(31)의 연결구(39)들에는 가스주입관(34), 가스배기관(32), 가열원(36)및 온도감지기(35)가 각각 수직향으로 배열된 것을 특징으로 하는 다점굽힘 황화물 응력 부식 균열 시험기.
제 3 항에 있어서,

상기 가스 주입관(32)은, 상기 시험조(33)에 공급된 가스가 에어트랩(22)을 거쳐 가스 주입관(32)을 통하여 시험용액 속에서 버블링(bubbling)되도록 시험용액면의 상부에서 직하방으로 절곡형성되고,

상기 가스 배기관(34)은, 상기 시험용액면 상에 입구부가 위치하도록 연장형성되고, 상기 입구부는 배기관 주통로에 대하여 직교방향으로 개방됨과 아울러, 상기 입구부 내측으로 갈수록 단면적이 증대하도록 테이퍼진 것을 특징으로 하는 다점 굽힘 황화물 응력 부식 균열 시험기.
제 4 항에 있어서,

상기 터포팬(4)의 상류단에는 상기 가스 배기관(32)의 하류단이 중첩 배열된 것을 특징으로 하는 다점굽힘 황화물 응력 부식 균열 시험기.
제 5 항에 있어서,

상기 본체(3)에 직통하는 일부 연결구(39)에는 컨트롤러(100)의 제어를 받는개폐밸브(NC)가 연결된 것을 특징으로 하는 다점굽힘 황화물 응력 부식 균열 시험기.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 하향식 매니폴드(31)와 투명한 강화유리 재질의 시험조(62)사이에 테프론 계열의 오링(38)을 삽입하고, 내측에 나사산이 가공되어 있는 클램프(37)와 하향식 매니폴드(31)의 외측에 가공되어 있는 나사산을 이용하여, 시험조(33)와 하향식 매니폴드(31)사이에 있는 오링(38)을 압착시킴으로써, 기밀 유지를 하는 것을 특징으로 하는 다점굽힘 황화물 응력 부식 균열 시험기.
제 7 항에 있어서,

상기 본체(3)의 상면에 융착결합된 거치대(90)와, 상기 거치대(90)의 거치면(95)에 당접되는 플랜지(75)를 갖는 돔형 패킹부재(70)와, 이 돔형 패킹부재(70)의 플랜지(75)가 안착되는 상기 거치면(95)을 갖는 거치대(90)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 다점굽힘 황화물 응력 부식 균열 시험기.