KR20080086116A - 압력용기 내보호층 두께 측정장치 및 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 두께 측정장치는 오류를 검증하기 위한 오류검증블록(50)과, 측정되는 두께값의 기준을 설정하기 위한 기준설정블록(60)과, 피검체에 접촉되어 초음파를 발진하는 초음파탐촉자(10)와, 초음파탐촉자에 의해 얻어진 초음파신호를 표시하는 초음파탐상기(20)를 포함한다. 또한, 두께 측정방법은 (A) 오류검증블록을 사용하여 장치의 오류를 검증하는 단계와, (B) 기준설정블록을 사용하여 탐상기의 표시창에 기준점을 설정하는 단계와, (C) 탐촉자를 사용하여 압력용기 내보호층의 두께를 측정하는 단계와, (D) 측정된 값을 상기 기준점과 비교하여 진위를 확인하는 단계를 포함한다.

압력, 용기, 보호층, 두께, 탄소강, 오스테나이트계 스테인레스강, 오류, 검증, 기준, 설정, 블록, 탐촉자, 진동자, 탐상기, 진위

Description

압력용기 내보호층 두께 측정장치 및 측정방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING THE THICKNESS OF INNER COVER LAYER OF PRESSURE VESSELS}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압력용기 내보호층 두께 측정장치의 개략도;

도 2는 도 1의 탐촉자를 사용하여 압력용기 내보호층의 두께를 측정하는 상태를 나타내는 개략도;

도 3은 도 1의 장치의 오류를 검증하기 위한 오류검증블록의 개략도;

도 4는 도 1의 장치로 측정된 값의 진위를 판단하기 위한 정보기준블록의 개략도;

도 5는 도 1의 장치로 측정된 정보가 표시된 상태를 나타내는 개략도; 및

도 6은 종래기술의 탐촉자를 나타내는 개략도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 초음파탐촉자 20 : 초음파탐상기

30 : 케이블 50 : 오류검증블록

60 : 기준설정블록

본 발명은 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압력용기의 내벽에 형성되는 클래드재 또는 오버레이재와 같은 내보호층의 두께를 정확하고 용이하게 측정할 수 있는 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다.

압력용기는 내부에 압력이 높은 물질, 예를 들어 액화된 가스 등을 담을 수 있는 용기로, 주로 탄소강 등의 강재로 제작되며, 그 내벽은 담겨지는 물질의 종류가 주로 화학 물질임을 감안하여 부식 또는 침식을 방지하기 위하여 내부식성 또는 내침식성이 우수한 오스테나이트계 스테인레스강 등으로 도포되어 있다.

압력용기는 내벽이 위와 같은 물질로 도포되어 있더라도 장시간 사용하게 되면 용기 내부에 저장되는 물질이나 환경에 따라 오스테나이트계 스테인레스강 등으로 도포된 내보호층의 부식 또는 침식이 발생하여 보호층의 두께가 얇아지다가 종국적으로 보호층이 사라지게 된다. 보호층이 없어진 강재는 화학 물질에 대해 내부식성이나 내침식성이 매우 취약하기 때문에 곧바로 강재의 파손으로 이어지게 된다.

따라서, 압력용기의 내보호층의 부식이나 침식 정도를 정기적으로 파악하여 압력용기의 잔여 수명을 판단하는 것이 현장에서는 매우 중요하다. 압력용기의 내보호층의 부식이나 침식정도를 측정하는 장치 또는 방법들이 다수 알려져 있으며, 그 일례가 도 6에 도시되어 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 초음파탐촉자(20)는 초음파 발진용 진동자(21a)와 수신용 진동자(21b)를 일정한 각도로 서로 대향하게 케이스(19) 안에 인접시키고 이 진동자(21a,21b)들은 음향격리재(23)에 의해 격리되어 있다.

각 진동자(21a,21b)는 발진되는 초음파가 표층부 부근에 집중되도록 적당한 각도에서 쐐기(24a,24b)에 밀착되게 설계되어 있고, 이로 인해 각 입사 점간 거리가 결정되어진다. 각 진동자(21a,21b)에는 커넥터(22a,22b)를 통해 케이블(26a,26b)에 접속되어 있다.

또한, 초음파 탐촉자(20)는 주사기구(31), 주사 위치를 검출하는 위치검출기구(32), 각 진동자(21a,21b)에 의한 송수신 신호의 신호 처리를 행하는 연산장치(33)와 이 연산장치(33)에 연결되는 입력장치(34) 및 출력장치(35)를 구비하고 있다.

초음파탐촉자(20)는 주사기구(31)로부터 피검사체인 구조물 표층부 또는 얇은 단면을 갖는 구조물상에서 주사시키는 것과 동시에 각 진동자(21a,21b)로부터 피검사체의 표층부 주변에 초음파빔을 집중시켜 발진하고, 미소한 얕은 결함 선단부로부터의 회절파를 수신한다. 또한, 계측되는 초음파의 전반 시간과 발진 및 수신에 대해 초음파 입사점간의 거리와의 관계를 근거로, 구조물 표층부 또는 얇은 단면을 갖는 구조물의 결함 깊이를 측정하게 된다.

그러나, 상술한 구성을 갖는 종래의 초음파탐촉자는 피검사체의 결함 깊이를 정밀도 있게 측정할 수 있다고 하나, 측정된 값의 진위 여부를 확인할 장치나 방법이 없어 그 값을 신뢰하기 어려웠다.

또한, 초음파탐촉자를 사용하여 결함을 진단하기에 앞서 초음파탐촉자 자체에 결함 등이 있는지를 확인할 수 없어 측정된 이 값 또한 신뢰하기 어려웠다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 측정한 값의 진위 여부를 현장에서 바로 손쉽게 파악할 수 있고, 측정한 값의 신뢰도를 높일 수 있는 압력용기 내보호층 두께 측정장치 및 측정방법을 제공한다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 오류를 검증하기 위한 오류검증블록과, 측정되는 두께값의 기준을 설정하기 위한 기준설정블록과, 피검체에 접촉되어 초음파를 발진하는 초음파탐촉자과, 초음파탐촉자에 의해 얻어진 초음파신호를 표시하는 초음파탐상기를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력용기 내보호층 두께 측정장치를 제공한다.

본 발명의 측정장치는 오류검증블록이 피검체인 압력용기의 모재와 같은 재질로 제작되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 오류검증블록은 길이 방향으로 일정 두께(t) 만큼씩 증가하게 단차지도록 제작되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 측정장치는 또한 기준설정블록이 피검체인 압력용기와 같은 형태, 즉 탄소강 재질의 모재 및 모재 위에 육성되는 오스테나이트 스테인레스강 재질의 제1,제2보호층을 갖도록 제작되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 기준설정블록은 길이 방향으로 일정 두께(t) 만큼씩 증가하게 단차지도록 제작되는 것을 특징으로 한다.

또한, 초음파탐상기는 표시창을 구비하며, 표시창에는 기준설정블록에 의해 설정된 기준점이 표시되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 측정장치는 또한 초음파탐촉자가 내부가 음향분할판에 의해 두 격리된 영역으로 구분되며, 각 격리된 영역에는 송신용 진동자 및 수신용 진동자가 설치되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 송신용 진동자와 수신용 진동자는 수평면에 대해 일정 각도로 서로 마주보며 경사지게 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 송신용 진동자와 수신용 진동자에서 발진되는 초음파빔은 두께를 측정하고자 하는 위치에 교축되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한 (A) 오류검증블록을 사용하여 장치의 오류를 검증하는 단계와, (B) 기준설정블록을 사용하여 탐상기의 표시창에 기준점을 설정하는 단계와, (C) 탐촉자를 사용하여 압력용기 내보호층의 두께를 측정하는 단계와, (D) 측정된 값을 기준점과 비교하여 진위를 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력용기 내보호층 두께 측정방법을 제공한다.

여기서, (A)단계는 오류검증블럭이 측정하려는 압력용기의 모재와 같은 재질로 단차면을 갖도록 제작되고, 각 단차면에 대해 장치의 오류가 검증되는 것을 특 징으로 한다.

또한, (B)단계는 기준설정블록이 측정하려는 압력용기과 같은 형태로 모재 및 내보호층을 갖고 단차면을 갖도록 제작되고, 각 단차면에 대해 두께를 측정하여 상기 기준점을 설정하는 것을 특징으로 한다.

또한, (D)단계는 측정된 값은 탐상기에 표시된 눈금을 통해 확인하고, 확인된 값을 기준점과 비교하여 해당 범위에 속하면 참값으로 인정하고 그렇지 않으면 거짓값으로 인정함으로써 그 진위를 확인하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압력용기 내보호층 두께 측정장치 및 측정방법에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 측정장치는 초음파탐촉자(10)와 초음파탐상기(20)를 포함하고 이들은 케이블(30a,30b)에 의해 서로 접속된다.

초음파탐촉자(10)는 대략 원통형상의 케이스(11)를 가지며 케이스(11) 내부는 음향분할판(12)에 의해 길이방향으로 두 영역으로 격리된다. 격리된 두 영역에는 송신용 진동자(13)와 수신용 진동자(14)가 각각 설치되고, 이때 각 진동자(13,14)는 케이스(11) 바닥면(11a)에 대해 일정 각도(α)로 경사지게 위치된다. 또한, 각 진동자(13,14)는 케이스(11) 외부에 설치된 단자, 즉 송신용 단자(15) 및 수신용 단자(16)와 각각 접속된다. 여기서 음향분할판(12)은 초음파 송신과 수신시 발생하는 초음파의 표면 이동을 방지하는 역할을 한다.

초음파탐상기(20)는 초음파탐촉자(10)에 의해 얻어진 정보 신호를 표시하기 위한 표시창(21)과 발진되는 초음파의 세기나 표시창(21) 상에 표시되는 정보를 조정하는 조정기(22)를 구비한다. 표시창(21)의 바로 밑에는 두께를 확인할 수 있는 눈금(23)이 표시되어 있다. 또한, 초음파탐상기(20)는 외부에 연결단자들(25,26)이 설치되고, 이 연결단자들(25,26)은 초음파탐촉자(10)의 각 단자들(15,16)과 케이블(30a,30b)을 통해 접속된다.

도 2는 도 1의 측정장치를 사용하여 용기 내벽의 보호층의 두께를 측정하는 상태를 개략적으로 보여준다.

도 2에 도시한 바와 같이, 두께를 측정하고 하는 용기의 내벽에 접촉매질(40)을 바르고 탐촉자(10)를 접촉시킨다. 용기는 도시한 것처럼, 탄소강으로 만들어진 모재(1)와 이 모재(1)의 안쪽에 용접 등의 방법에 시공된 제1,제2보호층(2,3)을 가지며, 이 보호층들(2,3)은 화학 물질에 대해 내성이 우수한 오스테나이트 스레인레스강으로 만들어졌다.

초음파탐상기(20)에서 초음파 전기신호가 발생하면, 이 신호는 초음파탐상기(20)의 연결단자(25,26)와 연결된 케이블(30a,30b)을 따라 초음파탐촉자(10)에 전해지고 탐촉자(10) 내부에 경사지게 배치된 송신용 진동자(13)를 통해 기기계 진동으로 피검사체인 용기 내벽(IW)에 초음파를 가진시킨다. 초음파 전기신호의 조정은 조정기(22)에서 이루어지며, 표시창(21)에 초음파신호(S)로 표시된다. 표시창(21)에서 수평축은 시간에 따른 초음파의 이동거리를 나타낸다.

용기 내벽에 가진된 초음파는 접촉매질(40)을 통해 제2보호층(3), 제1보호층(2) 및 모재(1)를 순서대로 투과한 후 각 층의 경계부에 이물질이나 결함이 존재 시 초음파빔은 수신용 진동자(14)로 수신된다. 이때, 수신용 진동자(14)의 초음파신호는 전기적으로 전환되어 초음파탐상기(20)로 전달되어 표시창(21)에 초음파신호(S)로 표시되게 된다.

위 구성에서 송신용 진동자(13)와 수신용 진동자(14)는 불필요한 횡파는 전부 반사시켜 종파만을 사용하고, 배치 각도는 피검체의 측정하고자 하는 두께 범위에 초음파빔이 집속되어 교축점의 부위에 초음파의 에너지가 집중되도록 설계되는 것이 바람직하다.

도 2에서는 용기 내벽의 두께를 측정하는 데 있어 하나의 탐촉자를 사용하는 것을 예로 들었으나, 실제 현장에서 두께가 다른 내보호층의 여러가지 두께를 측정하기 위해서는 내보호층의 두께에 따라 초음파빔의 집속 범위를 달리하는 다수의 입사각(α)을 갖는 다수의 탐촉자(10)들이 필요하게 된다.

도 2에서와 같이 측정장치를 사용하여 측정된 두께 정보는 초음파탐상기(20)에 미리 입력된 기준 정보를 토대로 측정과 동시에 진위 여부를 손쉽게 확인할 수 있다.

측정장치는 두께 측정에 앞서 고장 등에 의한 오류를 없애기 위해 측정 시험을 하게 된다. 이때, 사용되는 오류검증블록을 도 3에 도시한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 오류검증블록(50)은 압력용기의 모재와 같은 재질인 탄소강으로 만들어지며, 길이방향으로 따라 t 만큼씩 점차 높아지게 단차지도록 제작된다. 측정장치는 이 오류검증블록(50)을 사용하여 장치 자체에 오류 등이 없는지를 검증하게 된다. 이때, 탐촉자(10)를 오류검증블록(50)의 A1, A2,...An 점에 순서대로 접촉하여 모든 두께에 대해 이상이 없는지를 검증하게 된다. 검증시, 표시창에 오류검증블록(50)과 공기와의 경계층에 해당하는 위치 이외의 다른 위치에 초음파신호의 큰 변화가 발생하면 이는 장치의 오류가 있음을 나타낸다.

또한, 측정장치는 두께 측정에 앞서 탐상기(20)의 표시창(21)에 두께의 기준이 되는 기준선을 설정하게 되는 데, 이때 도 4에 도시한 기준설정블록을 사용한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 기준설정블록(60)은 위 오류검증블록(50)과 똑같은 크기로 제작되되, 다만 압력용기와 실질적으로 동일한 형태를 갖도록 탄소강으로 제작된 강재 위에 오스테나이트계 스테인레스강이 1겹 또는 2겹으로 육성되어 있다. 여기서, 기준설정블록(60)의 B1점은 기본 두께인 T 두께를 갖고, B2점은 T에 두께 t가 더해진 두께를 가지며, 이와 같이 하여 Bn점은 T에 nt가 더해진 두께를 가질 것이다.

먼저, 탐촉자(10)로 B1점의 두께를 측정하면, 표시창(21)에 도 5a와 같이 표시될 것이다. 표시창(21)의 가로축은 초음파의 진행거리(또는 시간)를 나타내고, 세로축은 초음파신호를 각각 나타낸다. 도 5a와 같이, 가로축선상의 T 위치에서 초음파의 큰 변화가 발생하여 피크점이 표시된다. 이는 초음파가 재질이 균일한, 즉 음향 임피던스가 일정한 강재를 지나 강재의 바닥면과 공기와의 경계층에 이르렀을 때 음향 임피던스의 변화로 나타나는 것이다.

다음, 탐촉자(10)로 B2점의 두께를 측정하면, 표시창(21)에 도 5b와 같이 표시될 것이다. 즉, t 지점에 피크점이 한 번 나타나고 이 점에서 일정 거리 떨어진 지점, 즉 t+T에 해당하는 점에서 피크점이 또 한 번 나타난다.

다음, 탐촉자(10)로 B3점의 두께를 측정하면, 표시창(21)에 도 5c와 같이 표시될 것이다. 즉, 2t 지점에 피크점이 한 번 나타나고 이 점에서 일정 거리 떨어진 지점, 즉 2t+T에 해당하는 점에서 피크점이 또 한 번 나타난다.

다음, 탐촉자(10)로 Bn점의 두께를 측정하면, 표시창(21)에 도 5d와 같이 표시될 것이다. 즉, nt 지점에 피크점이 한 번 나타나고 이 점에서 일정 거리 떨어진 지점, 즉 nt+T에 해당하는 점에서 피크점이 또 한 번 나타난다.

이렇게 측정된 피크점을 조합하여, t, 2t, 3t,...nt에서의 피크점만을 취하면 표시창에 도 5e와 같이 표시될 것이다. 이 피크점들이 곧 기준점이 될 것이다. 본 실시예에서는, 도 3과 도 4의 t를 1㎜로 하여, 1㎜, 2㎜, 3㎜,...,n㎜에서의 기준점이 표시하였으나, 이와 달리 작업 환경에 따라 t를 달리 설정함으로써 이 수치를 변경할 수 있다.

다음, 상술한 구성을 갖는 측정장치를 사용하여 압력용기 내보호층의 두께를 측정하는 방법에 대하여 설명한다.

먼저, 작업자는 도 1의 측정장치를 가지고 압력용기의 내보호층의 두께를 측정하기에 앞서, 도 3의 오류검증블록을 이용하여 측정장치의 오류 등의 여부를 확인한다.

다음, 측정장치에 오류가 없음을 확인하였으면, 도 4의 기준설정블록을 이용하여 탐상기의 표시창상에 두께의 기준이 되는 기준점을 표시한다.

다음, 기준점이 표시된 탐상기를 가지고, 압력용기의 내보호층의 두께를 측 정하게 된다. 예를 들어, 내보호층의 두께를 측정하고 표시창에 피크가 나타나면, 이 피크에 해당하는 탐상기에 표시된 눈금을 읽는다. 가령, 이 눈금이 3.5㎜인 경우, 이 피크가 도 4의 기준설정블록을 이용하여 설정된 기준점의 3㎜와 4㎜ 사이에 위치하면 탐상기를 통해 읽어낸 두께값이 참이나, 읽어낸 값이 이 범위에 존재하지 않는다면 탐상기를 통해 읽어낸 두께값이 거짓이 된다.

이렇게 신뢰도 있게 정확하게 얻어진 내보호층의 두께값으로 남아 있는 내보호층의 두께나 결함 등을 정확하게 파악하는 데 압력용기의 잔여수명 또한 비교적 정확하게 진단할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조로 본 발명의 압력용기 내보호층 두께 측정장치 및 측정방법에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 수정, 변경 및 다양한 변형실시예가 가능함은 당업자에게 명백하다.

본 발명의 측정장치 및 방법에 따르면, 탐촉자를 통해 얻어진 압력용기 내보호층의 두께에 대한 측정값의 진위 여부를 탐상기에 표시된 기준점을 통해 쉽게 알 수 있으며, 이는 현장에서 측정 작업을 하는 작업자의 능률을 크게 높일 수 있다.

또한, 두께 측정에 앞서 장치에 오류가 있는지를 오류설정블록을 통해 알 수 있기 때문에 잘못된 측정값을 얻는 것을 피할 수 있다.

Claims (13)

1. 오류를 검증하기 위한 오류검증블록;

   측정되는 두께값의 기준을 설정하기 위한 기준설정블록;

   피검체에 접촉되어 초음파를 발진하는 초음파탐촉자; 및

   상기 초음파탐촉자에 의해 얻어진 초음파신호를 표시하는 초음파탐상기를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력용기 내보호층 두께 측정장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 오류검증블록은 피검체인 압력용기의 모재와 같은 재질로 제작되는 것을 특징으로 하는 측정장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 오류검증블록은 길이 방향으로 일정 두께(t) 만큼씩 증가하게 단차지도록 제작되는 것을 특징으로 하는 측정장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 기준설정블록은 피검체인 상기 압력용기와 같은 형태, 즉 탄소강 재질의 모재 및 상기 모재 위에 육성되는 오스테나이트 스테인레스강 재질의 제1,제2보호층을 갖도록 제작되는 것을 특징으로 하는 측정장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 기준설정블록은 길이 방향으로 일정 두께(t) 만큼씩 증가하게 단차지도록 제작되는 것을 특징으로 하는 측정장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 초음파탐상기는 표시창을 구비하며, 상기 표시창에는 상기 기준설정블록에 의해 설정된 기준점이 표시되는 것을 특징으로 하는 측정장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 초음파탐촉자는 그 내부가 음향분할판에 의해 두 격리된 영역으로 구분되며, 각 격리된 영역에는 송신용 진동자 및 수신용 진동자가 설치되는 것을 특징으로 하는 측정장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 송신용 진동자와 상기 수신용 진동자는 수평면에 대해 일정 각도로 서로 마주보며 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 측정장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 송신용 진동자와 상기 수신용 진동자에서 발진되는 초음파빔은 두께를 측정하고자 하는 위치에 교축되는 것을 특징으로 하는 측정장치.
10. (A) 오류검증블록을 사용하여 장치의 오류를 검증하는 단계;

    (B) 기준설정블록을 사용하여 탐상기의 표시창에 기준점을 설정하는 단계;

    (C) 탐촉자를 사용하여 압력용기 내보호층의 두께를 측정하는 단계; 및

    (D) 측정된 값을 상기 기준점과 비교하여 진위를 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력용기 내보호층 두께 측정방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 (A)단계는 상기 오류검증블럭이 측정하려는 압력용기의 모재와 같은 재질로 단차면을 갖도록 제작되고, 각 단차면에 대해 장치의 오류가 검증되는 것을 특징으로 하는 측정방법.
12. 제10항에 있어서, 상기 (B)단계는 상기 기준설정블록이 측정하려는 압력용기과 같은 형태로 모재 및 내보호층을 갖고 단차면을 갖도록 제작되고, 각 단차면에 대해 두께를 측정하여 상기 기준점을 설정하는 것을 특징으로 하는 측정방법.
13. 제10항에 있어서, 상기 (D)단계는 상기 측정된 값은 상기 탐상기에 표시된 눈금을 통해 확인하고, 확인된 값을 상기 기준점과 비교하여 해당 범위에 속하면 참값으로 인정하고 그렇지 않으면 거짓값으로 인정함으로써 그 진위를 확인하는 것을 특징으로 측정방법.

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