KR20090032595A - 슬러지 두께측정을 위한 슬러지 시편 제작방법 및 슬러지두께측정 방법 - Google Patents

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Abstract

슬러지 두께측정을 위한 슬러지 시편 제작방법 및 슬러지 두께측정 방법을 제공한다. 이 제작방법은 자성체 슬러지 조성물 및 바인더 슬러지 조성물을 준비하고, 상기 자성체 슬러지 조성물 및 상기 바인더 슬러지 조성물을 혼합하고, 전열관에 상기 혼합된 슬러지 조성물을 코팅하고, 상기 코팅된 슬러지 조성물을 건조하는 것을 포함한다. 상기 코팅층들 부근에서 와전류 검사 신호를 취득하여 상기 코팅층들의 두께와 와전류 검사 신호의 상관관계를 구하고, 설비의 와전류 검사 신호를 취득하여 상기 상관관계로부터 상기 설비에 부착된 슬러지 조성물의 두께를 예측할 수 있다.

Description

슬러지 두께측정을 위한 슬러지 시편 제작방법 및 슬러지 두께측정 방법{METHOD OF MANUFACTURING SLUDGE SPECIMEN FOR MEASURING THICKNESS OF SLUDGE, AND METHOD OF MESURING THICKNESS OF SLUDGE USING THE SLUDGE SPECIMEN}
본 발명은 슬러지 시편 제작방법 및 슬러지 두께측정 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 원자력 발전소의 증기발생기 전열관 외부 표면에 퇴적된 슬러지 두께측정을 위한 슬러지 시편 제작방법 및 슬러지 두께측정 방법에 관한 것이다.
원자력발전소는 우라늄의 핵분열시 발생하는 열로 물을 가열하여 발생한 증기의 힘으로 터빈을 회전시키고 이 회전력으로 발전기를 돌려 전기를 생산한다.
증기발생기는 핵분열로 가열된 물이 흐르는 1차측과 터빈을 돌려서 전기를 생산하는 2차측 경계에서 열교환기 역할을 한다. 증기발생기 내부에는 3천개 이상의 전열관이 설치되어 있으며, 이 전열관 내부에는 1차측 물이 약 320℃, 150atm의 상태에서 순환하고 외부 표면에서는 2차측 물에 열을 전달하여 증기를 발생시킨다. 그런데 증기발생기 전열관 표면에 2차측 탄소강 배관에서 생성된 슬러지가 퇴적되는 현상이 발생하고 있다.
슬러지가 전열관 표면에 퇴적되면 전열관 표면에서의 열전달을 방해하여 증 기발생기 성능을 저하시키는 문제가 있다. 또한 퇴적된 슬러지에 불순물이 농축되어 부식 환경이 형성되면 응력부식균열을 촉진시킬 수 있다. 뿐만 아니라 전열관과 관지지판 사이의 유로 홈이 좁아져서 유량의 흐름이 원활하지 못하게 되고 이로 인해 증기발생기 수위가 불안정해지는 현상이 발생할 수 있다. 이러한 이유로 발전소에서는 증기발생기에 퇴적된 슬러지를 제거하기 위해서 화학적인 세정 또는 기계적인 세정을 수행한다. 세정기기 및 공정기술의 발달로 슬러지 제거 효율이 증가하였지만, 세정공정 자체가 상당한 비용과 시간이 소요되므로 슬러지의 분포와 양을 진단하여 세정 시기와 방법, 빈도를 최적화하는 것이 중요하다.
증기발생기 전열관에 흡착한 슬러지를 모사하기 위한 종래의 기술은 소결법(sintering method), 인산법(phosphoric acid method), 압착성형법(pressing method) 등이 있다. 소결법은 마그네타이트 분말을 가압 성형하고 가열하여 소결하는 방법인데, 500℃이상에서는 마그네타이트가 헤마타이트(Hematite)로 변하여 자성이 약해지는 단점이 있다. 또한 인산법은 마그네타이트를 인산에 혼합하여 전열관에 코팅는 방법인데 슬러지 형태로 코팅은 가능하나, 이 방법 또한 자성 특성이 약해지는 단점이 있다. 다음은 압착성형법으로 몰드에 마그네타이트 분말을 넣고 압착하여 성형하는 방법인데, 이 방법을 사용하면 마그네타이트 자성에는 변화가 없으나, 얇은 슬러지 층을 일정한 충진율로 고르게 코팅하는 것이 어렵고, 외부충격에 코팅층이 쉽게 떨어지는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 첫째 마그네타이트의 자기적 특성 변화가 없고, 둘째 전열관 외부 표면에 일정한 두께로 코팅이 가능해야하고, 셋째 슬러지 성분 조절이 가능해야 하며, 넷째 코팅층이 외부 충격에 대해서 기계적 견고성이 우수한 증기발생기 전열관의 슬러지 시편 제작방법 및 상기 슬러지 시편을 이용한 슬러지 두께 측정방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 슬러지 시편 제작 방법을 제공한다. 이 방법은 자성체 슬러지 조성물 및 바인더 슬러지 조성물을 준비하고, 상기 자성체 슬러지 조성물 및 상기 바인더 슬러지 조성물을 혼합하고, 전열관에 상기 혼합된 슬러지 조성물을 코팅하고, 상기 코팅된 슬러지 조성물을 건조하는 것을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 전열관을 테이프로 감싸 코팅 부위가 노출되도록 하고, 상기 전열관을 회전시켜 상기 노출된 부위에 혼합된 슬러지 조성물을 코팅할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 슬러지 시편을 이용한 슬러지 두께 측정방법을 제공한다.
이 방법은 자성체 슬러지 조성물 및 바인더 슬러지 조성물을 준비하고, 상기 자성체 슬러지 조성물 및 상기 바인더 슬러지 조성물을 혼합하고, 전열관에 상기 혼합된 슬러지 조성물을 코팅하되, 두께가 다른 복수의 코팅층을 형성하고, 상기 코팅층들을 건조하고, 상기 코팅층들 부근에서 와전류 검사 신호를 취득하여 상기 코팅층들의 두께와 와전류 검사 신호의 상관관계를 구하고, 설비의 와전류 검사 신호를 취득하여 상기 상관관계로부터 상기 설비에 부착된 슬러지 조성물의 두께를 예측하는 것을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 와전류 검사 신호는 보빈 탐촉자를 사용하여 측정할 수 있다.
본 발명에 의하면 원자력발전소 증기발생기 슬러지 성분에 맞는 슬러지 시편 제작이 빠르고 용이한 장점이 있다.
또한, 상기 슬러지 시편을 이용하여 원자력 발전소 증기발생기에 퇴적되는 슬러지를 진단하고 관리할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소 들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러지 시편 제작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 슬러지 두께를 정량적으로 측정하기 위해서는 두께에 따른 기준 신호가 있어야 한다. 이 기준신호를 얻기 위해 슬러지 시편이 필요하다.
먼저, 슬러지 조성물을 준비하는 단계에서, 원자력발전소 증기발생기에서 채취되어 분석된 슬러지 조성에 따라 마그네타이트와 PVDF(Polyvinylidene Difluoride) 및 NMP(N-methyl-2-pyrolidone) 용액을 준비한다(S1 단계).
즉, 실제 슬러지에서 마그네타이트가 차지하는 조성과 동일한 비율로 마그네타이트를 준비하고, 나머지 산화물 비율에 해당하는 양의 PVDF를 준비한다. PVDF는 마그네타이트를 고착시키기 위한 바인더로서 기능한다.
상기 준비된 용액에서, NMP(N-methyl-2-pyrolidone) 용액에 PVDF 분말을 넣어 완전히 녹인다(S2 단계). NMP는 PVDF를 녹이기 위한 용매로 사용될 수 있다.
상기 PVDF 분말이 녹은 용액에 마그네타이트 분말을 혼합하여 슬러지 조성물을 형성한다(S3 단계). 이 때, 상기 슬러지 조성물의 점도를 조절하기 위하여 NMP이 양을 조절할 수 있다. 상기 NMP의 양에 따라 슬러지의 점도가 결정되므로, 원하는 두께의 슬러지를 형성하기 위하여 상기 슬러지 점도를 적절히 조절할 수 있다.
전열관에 퇴적된 슬러지의 무게를 측정하기 위하여 슬리지를 코팅하기 전에 전열관의 무게를 1차 측정한다(S4 단계).
상기 형성된 슬러지 조성물을 상기 전열관에 코팅한다(S5 단계). 상기 전열관에 슬러지 조성물을 부분적으로 코팅하기 위해 코팅 부위를 제외하고 테이핑 처리할 수 있다.
도 3은 테이핑 처리된 전열관을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 전열관(30)에 테이프(32)를 감아 복수의 노출 영역(34)을 형성한다. 상기 노출영역(34)은 너비가 25.4mm(=1inch) 이상이고, 와전류검사 신호의 간섭을 피하기 위하여 상기 노출 영역들(34) 사이의 간격이 50.8mm(=2inch) 이상이 되도록 테이핑 처리할 수 있다.
상기 테이핑 처리된 전열관(30)에 상기 슬러지 조성물을 고르게 코팅한다. 이 때, 상기 전열관을 회전시키면서 상기 슬러지 조성물을 고르게 코팅할 수 있다.
상기 전열관에 코팅된 슬러지 조성물을 건조시켜 NMP를 증발시킨다(S6 단계).
전열관에 퇴적된 슬러지의 두께를 예측하기 위하여 상기 노출영역(34)에 서로 다른 두께의 슬러지 조성물을 코팅하여야 한다. 따라서, 슬러지 코팅의 두께를 적절히 조절하고, 반복적으로 슬러지 조성물을 전열관에 코팅함으로써 원하는 두께의 시편를 제작할 수 있다.
상기 전열관에 코팅된 슬러지 조성물의 두께를 측정한다(S7 단계).
상기 코팅층의 두께는 0 ~ 3 mm 범위로 하고 두께가 다른 다수의 코팅층을 상기 노출영역(34)에 코팅할 수 있다. 상기 측정된 두께가 요구되는 값에 도달하지 않은 경우 다시 S5 단계인 슬러지 조성물 코팅 단계로 되돌아가 슬러지 조성물 코 팅 및 건조 과정을 반복하여 원하는 두께의 슬러지 조성물을 코팅한다.
상기 전열관(30)에 원하는 두께의 슬러지 조성물이 코팅된 경우 상기 슬러지 조성물의 표면에 굴곡이 없도록 굴곡이 있는 부위를 갈아내는 단계가 더 포함될 수 있다(S8 단계).
상기 조성물의 표면을 연마하고 상기 전열관(30)을 감은 테이프(32)를 제거한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러지 조성물이 코팅된 전열관의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 상기 전열관(30)의 둘레에 서로 이격되어 복수개의 슬러지 조성물(34)이 코팅되어 있다.
슬러지 조성물(34)은 와전류 검사 신호 세기와 슬러지 두게의 상관관계를 유효하게 도출하기 위하여 0 보다 두껍고 3 mm 이하로 형성할 수 있다. 예컨대, 상기 전열관(30)에 #1 내지 #6의 영역에서, 슬러지 조성물을 0.24, 0.74, 1.16, 1.50, 2.00, 2.80 mm 두께로 코팅하였다.
상기 전열관(30)에 코팅된 슬러지의 표면을 고르게 연마한 후 상기 전열관의 무게를 2차 측정하여 두께에 따른 슬러지의 무게를 알 수 있다(S9 단계).
즉, 2차 측정된 전열관의 무게에서 2차 측정된 전열관의 무게를 빼면 슬러지의 무게를 알 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러지 시편을 이용하여 슬러지의 두께를 측정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 슬러지 조성물을 구성하는 마그네타이트 분말, PVDF 분말 및 NMP 용액을 준비하는 단계(S1 단계)에서 슬러지 조성물이 코팅된 전열관의 2차 두께를 측정하는 단계(S9 단계)까지 실시하여 슬러지 시편을 제작한다.
상기 슬러지 시편에서 와전류 검사 신호를 취득하여 슬러지 두께와 와전류 검사 신호의 상관관계를 설정한다(S10 단계). 상기 와전류 검사 신호는 증기발생기의 보빈 탐촉자를 사용하여 측정할 수 있다. 이 때, 슬러지 두께가 가장 두꺼운 지점에서 100 kHz 절대형 신호를 90°로 설정하고, 신호의 수직성분의 최대 진폭값을 측정할 수 있다.
항목 슬러지 두께(mm) 무게(g) ±10% 와전류검사신호(volt)
#1 0.24 0.71 1.09
#2 0.75 2.20 3.13
#3 1.17 3.43 4.86
#4 1.50 4.43 6.03
#5 2.00 5.91 7.01
#6 2.81 8.30 8.28
표 1은 상기 제작된 슬러지 시편의 두께, 무게 및 와전류 검사 신호를 측정한 값을 나타낸 표이다.
상기 표로 부터 상기 슬러지 두께와 와전류 검사 신호세기의 상관관계 분석을 위한 그래프를 작성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 와전류 검사 신호와 슬러지 두께의 관계를 나타낸 그래프이다.
그래프에서 가로축은 슬러지 두께이고, 세로축은 와전류 검사의 세기이다.
도 5를 참조하면, 상기 #1 ~ #6 영역의 두께와 측정된 와전류 검사 신호의 값을 점(52)로 표시하고, 보간법을 적용하여 상기 점들(52)에 근사한 상관관계 그래프(54)를 작성할 수 있다.
상기 상관관계 그래프(54)는 통계적 분석용 프로그램을 이용하여 선형 또는 포물선형의 보간법을 적용하여 가장 근사한 상관관계를 도출할 수 있다.
상기 상관관계 그래프(54)로부터 아래 수학식과 같은 상관관계식을 설정할 수 있다.
Figure 112007070046581-PAT00001
여기서, x는 슬러지 두께, A, B는 상수.
상기 상관관계를 이용하여 실제 원자력 발전소의 증기발생기 전열관 외부 표면에서 보빈 탐촉자와 같은 와전류 탐촉자를 이용하여 와전류를 측정하고, 상기 상관관계식에 측정된 와전류 검사신호를 적용하여 슬러지 두께를 역 도출해 낼 수 있다.
상기 슬러지 시편의 와전류 검사 신호와 증기발생기 전열관 표면에서 측정된 와전류 검사 신호를 비교하면 증기발생기의 전열관에 퇴적된 슬러지의 두께를 정량적으로 분석할 수 있고, 이를 합하여 슬러지 총량도 구할 수 있다. 그 결과, 운전주기별 퇴적 추세 감시가 가능하여 슬러지 세정시기를 결정할 수 있고 세정효과를 정확히 평가 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러지 시편 제작 방법을 설명하기 위한 흐름도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러지 시편을 이용하여 슬러지의 두께를 측정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도
도 3은 테이핑 처리된 전열관을 도시한 도면
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러지 조성물이 코팅된 전열관의 단면도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 와전류 검사 신호와 슬러지 두께의 관계를 나타낸 그래프

Claims (14)

  1. 자성체 슬러지 조성물 및 바인더 슬러지 조성물을 준비하는 단계;
    상기 자성체 슬러지 조성물 및 상기 바인더 슬러지 조성물을 혼합하는 단계;
    전열관에 상기 혼합된 슬러지 조성물을 코팅하는 단계; 및
    상기 코팅된 슬러지 조성물을 건조하는 단계를 포함하는 슬러지 시편 제작방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 자성체 슬러지 조성물은 마그네타이트인 것을 특징으로 하는 슬러지 시편 제작방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 바인더 슬러지 조성물은 NMP(N-methyl-2-pyrolidone) 용액에 녹인 PVDF(Polyvinylidene Difluoride)인 것을 특징으로 하는 슬러지 시편 제작방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 자성체 슬러지 조성물 및 상기 바인더 슬러지 조성물을 혼합하는 단계에서 상기 NMP를 첨가하여 혼합된 슬러지 조성물의 점도를 조절하는 것을 특징으로 하는 슬러지 시편 제작방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 혼합된 슬러지 조성물을 코팅하는 단계는:
    상기 전열관을 테이프로 감싸 코팅 부위를 노출하는 단계; 및
    상기 전열관을 회전시켜 상기 노출된 부위에 혼합된 슬러지 조성물을 코팅하는 단계를 포함하는 슬러지 시편 제작방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 코팅 부위를 노출하는 단계에서,
    상기 노출된 부위의 너비는 1인치인 것을 특징으로 하는 슬러지 시편 제작방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 전열관에 복수의 노출부위를 형성하되, 상기 노출된 부위의 간격은 2인치인 것을 특징으로 하는 슬러지 시편 제작방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 혼합된 슬러지 조성물을 코팅하는 단계에서,
    상기 복수의 노출부위에 각각 다른 두께의 혼합된 슬러지 조성물을 코팅하는 것을 특징으로 하는 슬러지 시편 제작방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 혼합된 슬러지 조성물의 코팅 두께는 0보다 크고 3 mm이하인 것을 특징으로 하는 슬러지 시편 제작방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 건조된 슬러지 조성물의 표면을 균일하게 연마하는 단계; 및
    상기 테이프를 제거하는 단계를 더 포함하는 슬러지 시편 제작방법.
  11. 자성체 슬러지 조성물 및 바인더 슬러지 조성물을 준비하는 단계;
    상기 자성체 슬러지 조성물 및 상기 바인더 슬러지 조성물을 혼합하는 단계;
    전열관에 상기 혼합된 슬러지 조성물을 코팅하되, 두께가 다른 복수의 코팅층을 형성하는 단계;
    상기 코팅층들을 건조하는 단계;
    상기 코팅층들 부근에서 와전류 검사 신호를 취득하여 상기 코팅층들의 두께와 와전류 검사 신호의 상관관계를 구하는 단계; 및
    설비의 와전류 검사 신호를 취득하여 상기 상관관계로부터 상기 설비에 부착된 슬러지 조성물의 두께를 예측하는 단계를 포함하는 슬러지 두께 측정방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 와전류 검사 신호는 보빈 탐촉자를 사용하여 측정하는 것을 특징으로 하는 슬러지 두께 측정방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 와전류 검사 신호는 100 kHz 절대형 신호를 90°로 설정하고 신호의 수직성분의 최대 진폭값을 측정하는 것을 특징으로 하는 슬러지 두께 측정방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 상관관계를 구하는 단계에서,
    복수의 코팅층의 두께에 따른 와전류 검사 신호 그래프를 작성하는 단계; 및
    보간법을 적용하여 상관관계를 구하는 단계를 포함하는 슬러지 두께 측정방법.
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