KR20110074929A - 절연 하의 부식을 검사하기 위한 검사 방법 - Google Patents

절연 하의 부식을 검사하기 위한 검사 방법 Download PDF

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히데오 죠
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Abstract

본 발명은 절연 하의 부식을 검사하기 위한 검사 방법을 실현한다. 본 발명에 따른 이 검사 방법은 열 절연재를 구비하는 파이핑의 부식을 용이하고 경제적으로 검사하는 것을 가능하게 한다. 검사 방법은, 열 절연재가 제공되는 파이핑의, 절연 하의 부식을 검사하기 위한 검사 방법이며, 파이핑에 대한 광섬유 도플러 센서를 제공하는 것, 광섬유 도플러 센서를 사용하여 파이핑의 부식을 검사하는 것을 포함한다.

Description

절연 하의 부식을 검사하기 위한 검사 방법{INSPECTION METHOD FOR INSPECTING CORROSION UNDER INSULATION}
본 발명은 절연 하의 부식을 검사하기 위한 검사 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 발명은 열 절연재가 제공되는 파이핑의 부식을 용이하고 경제적으로 검사할 수 있는 검사 방법에 관한 것이다.
탄소강, 저합금강 등으로 만들어진 파이핑에서 발생하는 절연 하의 부식은 파이핑으로부터의 누수의 주된 이유이고, 이에 대한 현저한 저하 현상 중 하나는 장기간의 작동 하의 화학 공장에서 주의깊게 관찰되어야 한다.
일반적으로, 하나의 공장은 전체가 수십 킬로미터와 같은 큰 길이로 배관되고, 이러한 파이핑은 보통 열 절연재에 의해 커버된다. 따라서, 절연 하의 부식 (이후에, CUI 라고 나타낼 수 있음) 의 외관 검사를 실행하기 위해 열 절연재를 제거하는 것이 필수적이다. 이러한 열 절연재의 제거 (분리) 는 막대한 인시 (man-hour) 및 거대한 비용을 요구한다. 또한, 모든 열 절연재의 제거 이후의 외관 검사는 보통 1,000 개의 파이프 당 2 또는 3 개의 파이프에서의 부식을 발견하는 것으로 종료된다. 이는 매우 비효율적이다. 따라서, 엄격한 폭발 보호를 요구하는 공장 설비에서의 파이핑에 대한 검사가 열 절연재를 분리시키지 않으면서 수행될 수 있는 CUI 검사 기술의 개발에 대한 요구가 있다.
지금까지, 다양한 비파괴 지시 기술 (non-destructive instruction techniques) 이 파이핑에 대한 CUI 검사를 위해 개발되어 왔다. 예컨대, 라디오그래프 (radiograph) 검사, 안내 파장 (guide wave) 을 사용하는 초음파 결함 검출 (ultrasonic flaw detection) 등이 개발되었고 실제로 이용되고 있다.
라디오그래프 검사는, 파이핑에 대한 손상이 존재하는지 아닌지를 평가하기 위해 열 절연재와 파이핑을 관통하는 방사선의 전달 강도가 방사선 소스와 방사선 소스를 대향하는 센서를 사용하여 측정되는 시험 방법이다. 또한, 라디오그래프 검사는 방사선 소스와 센서를 갖는 스캐너로 파이핑의 축선 방향으로 파이핑을 스캐닝함으로써 파이핑의 부식 씨닝 (thinning) 맵을 제공할 수 있다. 따라서, 라디오그래프 검사는 파이핑으로부터 열 절연재를 제거하지 않고 파이핑의 부식의 시각 정보를 제공할 수 있다 (비특허 문헌 1).
초음파 결함 검출은 파이핑에 대한 손상이 존재하는지 아닌지를 평가하기 위해 안내 파장 (초음파) 이 파이핑을 통하여 긴 거리를 이동하고 단면이 변경되는 곳으로부터 복귀되는 에코가 검출되는 시험 방법이다. 안내 파장이 파이핑을 통하여 이동되는 초음파 결함 검출은 파이핑의 긴 거리를 검사하는 것을 가능하게 하고, 이에 의해 파이핑의 신속한 검사를 가능하게 한다 (비특허 문헌 2).
비특허 문헌 1 2008 년 6 월, Japan Industrial Publishing Co., Ltd., The piping engineering, Shunei KAWABE 의 "Inspection on thinning in piping by using guide waves" (gaidoha wo mochiita haikan genniku kensa gijutsu), p. 19 - 24. 비특허 문헌 2 2006 년 1 월, Japan Industrial Publishing Co., Ltd., Inspection Engineering, Yoshiaki NAGASHIMA, Masao ENDO, Masahiro MIKI, Kazuhiko MANIWA 의 "Automated Inspection on crude oil piping by using RT" (RT wo mochiita genyu haikann jidou kensa), p. 18 - 24.
하지만, 이러한 종래의 검사 기술은 제한된 조건에 적용 가능하다.
더 구체적으로는, 라디오그래프 검사는 전체 파이핑의 부식 씨닝 맵을 얻기 위해 파이핑이 스캐너에 의해서 축선방향으로 스캔되어야 하는 것을 요구한다. 이 때문에, 라디오그래프 검사는 단지 파이핑의 직선 파이프에만 적용 가능하다. 또한, 방사선 소스 및 센서를 갖는 스캐너와 같은, 라디오그래프 검사의 시스템은 설치될 공간을 요구한다. 따라서, 라디오그래프 검사의 적용은, 예컨대 화학 공장의 복잡한 파이핑의 좁은 파이핑 갭 및 복잡성에 의해 제한된다.
다른 한편, 초음파 결함 검출은, 초음파 결함 검출이 파이핑을 통한 안내 파장의 긴 거리 전달에 의해 수 미터와 같은 긴 거리에서 결함을 검출할 수 있지만, 에코가 파이핑의 부식성 씨닝 부분 뿐만 아니라 파이핑의 플랜지 구역 및 연결 구역을 포함하는 어떠한 단면 변화로부터도 발생한다는 점에서 불리하다. 따라서, 파이핑의 형상을 미리 알지 않고서는, 초음파 결함 검출은 파이핑에 손상이 존재하는지 아닌지를 정확하게 평가할 수 없다. 또한, 플랜지 구역 또는 연결 구역으로부터의 에코는 에코 강도가 크다. 이는 에코의 결합을 야기하고, 이에 의해 에코의 결합 때문에 검출이 가능하지 않은 구역이 생긴다. 또한, 초음파 결함 검출은 파이핑으로부터 열 절연재의 제거를 요구한다.
또한, 이러한 종래의 검사 기술은 어떠한 오물이 파이핑에 발생하는지 아닌지를 검사하는데 적용 가능하지만, 실시간으로 부식의 진행 레벨을 평가하기 위해 실시간으로 파이핑을 관찰하기 위해서는 적용 가능하지 않다.
본 발명은 이하의 문제의 관점에서 달성되었다. 본 발명의 주된 목적은 효율적으로, 용이하게 그리고 경제적으로 절연 하의 파이핑의 부식을 검사하기 위한 검사 방법을 실현하는 것이다.
이 목적을 이루기 위해, 본 발명자는 효율적으로, 용이하게 그리고 경제적으로 절연 하의 파이핑의 부식을 검사하기 위한 검사 방법을 성립시키기 위해 부지런하게 연구하였다. 부지런한 연구의 결과로서, 본 발명자는 파이핑의 부식이 파이핑의 부식된 (corroded) 부분 (이후에, 이러한 부식된 부분은 부식성 결절 (tubercle)(일본어로 sabi-kobu) 이라고 나타낼 수 있음) 에서의 균열 또는 플레이킹 (flaking) 으로부터 음향 방출 (이는 탄성 파장이며 이후에 "AE" 라고 나타낼 수 있음) 을 검출하기 위해 광섬유 도플러 센서 (Doppler sensor) 를 사용하여 검출될 수 있다는 것을 발견하였다. 본 발명은 이러한 발견을 기본으로 한다.
즉, 본 발명은 열 절연재가 제공되는 파이핑의 절연 하의 부식을 검사하기 위한 검사 방법을 제공하며, 이 방법은 : 파이핑에 광섬유 도플러 센서를 제공하는 단계; 및 광섬유 도플러 센서를 사용하여 파이핑의 부식을 검사하는 단계를 제공한다.
광섬유 도플러 센서는 -200℃ ~ 250℃ 의 광범위한 온도 범위에서 동작 가능하다. 따라서, 광섬유 도플러 센서의 사용에 의해, 검사 방법은 다양한 검출 조건 하에서 CUI 를 검출하는데 적용될 수 있다. 또한, 광섬유 도플러 센서는 폭발 방지용 (explosion-proof) 이어서 전기 스파크가 광섬유 도플러 센서로부터 발생하지 않을 것이다. 따라서, 광섬유 도플러 센서는 폭발 방지 영역 (석유화학 공장과 같은) 을 갖는 공장에서라도 빈번하게 (즉, 일시적으로가 아닌) 제공될 수 있다. 이는 부식으로부터 발생하는 AE 의 실시간 검출의 수행을 가능하게 한다. 따라서, 절연 하의 부식의 검사는 더 용이하게 수행될 수 있다. 또한, 이는 AE 발생의 축적된 횟수를 관찰하는 것을 가능하게 한다.
절연 하의 부식을 검사하기 위한 본 발명에 따른 검사 방법은, 상기 설명된 것과 같이, 파이핑의 부식이 파이핑에 제공되는 광섬유 도플러 센서를 사용하여 검출되도록 구성된다. 그 결과, 본 발명에 따른 검사 방법은 효율적으로, 용이하게 그리고 경제적으로 절연 하의 부식의 검사를 수행하는 것을 가능하게 한다.
도 1 은 광섬유의 도플러 효과를 나타내는 블록 다이어그램을 나타내는 도면이다.
도 2 는 진동 측정 장치를 나타내는 블록 다이어그램을 나타내는 도면이다.
도 3 은 스펙트럼 파워와 검출된 AE 의 주파수 사이의 관계를 나타내는 파형 차트이다.
도 4 는 본 발명의 실시예에 사용되는 모형 (mock-up) 파이핑을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5 는 실시예 1 에서 발생하는 AE 의 축적된 횟수와 부식의 초기 단계에서 발생하는 AE 의 횟수를 도화하는 (plotting) 그래프이다.
도 6 은 실시예 2 에서 3,900 ㎜ 의 거리의 FOD 센세 위치에 의해 검출되는 AE 발생의 횟수를 나타내는 그래프이다.
도 7 은 FOD 센서를 플랜지 구역에 어떻게 부착하는지를 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 8 은 실시예 3 에서 플랜지 구역과 파이프 구역에서의 AE 발생의 축적된 횟수와 FOD 센서가 부착되는 플랜지 구역과 파이프 구역에서의 AE 발생의 횟수를 도화하는 그래프이다.
도 9 는 실시예 4 에서 부식의 말기 단계와 중기 단계에서의 AE 발생의 축적된 횟수와 부식의 말기 단계와 중기 단계에서의 파이프에서의 AE 발생의 횟수를 도화하는 그래프이다.
본 발명의 일 실시형태가 이하에 설명된다. 본 발명은 실시형태로 제한되지 않는다는 것에 유념해야 한다.
본 출원의 설명에서, "A ~ B 의 범위" 라는 표현은 "A 이상, 하지만 B 이하" 를 의미한다.
이 실시형태에서, 절연 하의 부식을 검사하기 위한 본 발명의 검사 방법은 파이핑의 부식을 검출하기 위해, 파이핑에 부착되는 광섬유 도플러 (FOD) 센서를 사용하여 파이핑으로부터 AE 를 검출하기 위한 방법이다.
FOD 센서는 FOD 센서가 파이핑의 표면과 접촉할 수 있는 한 파이핑의 어떠한 부분에도 부착될 수 있다. FOD 센서의 더 나은 민감도를 위해, FOD 센서를 파이핑의 파이프 부분에 부착하는 것이 바람직하다. "파이프 부분" 이 의미하는 것은 "밸브, 플랜지, 가지부 등과 같은 형상적 불연속적 부분을 제외한 파이핑의 일부" 이다. 한편, 플랜지를 커버하는 열 절연재는 플랜지 구역 외의 파이핑의 다른 부분을 커버하는 열 절연재와 비교하여 용이하게 제거 (분리) 될 수 있다. 따라서, FOD 센서는 FOD 센서의 검사 또는 유지에서 플랜지 구역으로부터 열 절연재를 제거하거나 또는 플랜지 구역에 FOD 센서를 부착하는데 요구되는 낮은 비용과 적은 노동을 고려하여 플랜지 구역에 부착될 수 있다.
FOD 센서는, FOD 센서가 파이핑의 표면과 접촉한다면, 어떠한 방식으로도 파이핑에 부착될 수 있다. 예컨대, FOD 센서는 U-볼트를 사용하여 파이프 구역에 부착될 수 있는데 반하여, FOD 센서는 클램프를 사용하여 플랜지 구역에 부착될 수 있다. 또한, FOD 센서는, 예컨대 초음파 결함 검출에 사용할 수 있는 sonny coat (제품 이름 : Nichigo Acetylene Co., Ltd. 제조), Aron-Alpha (제품 이름 : Konishi Co., Ltd. 제조) 와 같은 접착제 등일 수 있는 상업적으로 이용 가능한 접착제 매질을 사용하여 파이핑에 부착될 수 있다. 또한, 화학 공장은 열 절연재가 파이핑에 부착되기 전에 FOD 센서가 파이핑에 부착되도록 건설될 수 있다. 대안으로서, FOD 센서는 화학 공장이 건설된 이후에 파이핑에 부착될 수 있다. 간단히 말하면, FOD 센서는 절연 하의 부식을 검사하기 위한 검사 방법이 실행되기 전에 어느 시기에도 파이핑에 부착될 수 있다.
절연 하의 부식에 대한 이러한 긴 거리의 파이핑을 효율적으로 검사하는 것을 가능하게 하기 위해, 파이핑에 다수의 FOD 센서를 제공하는 것이 바람직하다. FOD 센서가 파이핑으로부터 적절하게 AE 를 검출한다면, 파이핑에 부착되는 FOD 센서의 개수에 관한 특별한 제한은 없다. 따라서, FOD 센서의 개수는 검사되는 파이핑의 길이와 같은 이러한 조건에 따라 결정될 수 있다.
본 발명에 따른 검사 방법은 AE 발생의 축적된 횟수를 측정함으로써 그의 진행 레벨에 관한 부식을 평가하는 것을 가능하게 한다. FOD 센서가 매우 높은 내구성을 갖기 때문에, FOD 센서가 파이핑으로부터 열 절연재를 제거하기 위한 비용 및 노동을 절약하기 위해 파이핑에 빈번하게 제공되는 것이 바람직하다.
이후에, 절연 하의 부식을 검사하기 위한 본 발명의 검사 방법에 이용되는 AE 검출 방법 및 FOD 센서가 상세하게 설명된다.
[1. FOD 센서]
FOD 센서는 광섬유의 도플러 효과를 이용하는 센서이다. FOD 센서는 광섬유에 대한 입사광 (light incident) 의 주파수의 변화를 검출할 수 있다. 이에 의해, FOD 센서는 광섬유에 가해지는 변형 (탄성 파장, 응력 변화 등과 같은) 을 검출할 수 있다.
여기서, "광섬유의 도플러 효과" 는 광섬유의 도플러 효과를 설명하기 위한 블록 다이어그램인 도 1 을 참조하여 설명된다. 예컨대, 광섬유 (1) 가 주파수 (f0) 와 음속 (C) 의 광파 (optical wave) 를 받을 때 광섬유 (1) 가 신장 속도 (v) 에서 길이 (L) 만큼 신장되는 것으로 가정한다. 입사광의 주파수는 이에 의해 도플러 효과에 의해 f0 에서 f1 로 변조되는 것으로 추정되고, 변조 이후의 주파수 (f1) 는 도플러의 공식을 사용하여 공식 (1) 로서 표현될 수 있다 :
수식. 1
Figure pct00001
여기서, f0 는 입사광의 주파수, f1 은 변조 이후의 주파수, C 는 음속 그리고 v 는 광섬유의 신장 속도이다. 변조가 입사광의 주파수 (f0) 가 공식 (1) 에서 fd 에 의해 주파수 (f1) 로 변조된다면, 그 후 광섬유의 주파수 변조 (fd) 는 공식 (2) 로서 표현될 수 있다 :
수식. 2
Figure pct00002
여기서, f0 는 입사광의 주파수, fd 는 광섬유의 주파수 변조, C 는 음속 그리고 v 는 광섬유의 신장 속도이다. 파장의 공식인 공식 (3) 을 사용하여, 광섬유의 주파수 변조 (fd) 는 공식 (4) 으로서 표현될 수 있다 :
수식. 3
Figure pct00003
여기서, f0 는 입사광의 주파수, C 는 음속 그리고 λ 는 파장이다.
수식. 4
Figure pct00004
여기서, f0 는 입사광의 주파수, f1 은 변조 이후의 주파수, C 는 음속, t 는 시간, L 은 광섬유의 길이 그리고 dL/dt 는 시간에 걸친 광섬유의 길이 변화이다. 공식 (4) 는 광섬유의 신장 속도가 광파의 주파수 변조로서 검출 가능한 것을 나타낸다. 즉, 광섬유의 주파수 변조 (fd) 를 관찰함으로써, 광섬유에 가해지는 변형 (탄성 파장, 응력 변화 등) 을 검출하는 것이 가능하다.
또한, FOD 센서는 광섬유가 공식 (4) 에서 큰 L 값을 갖기 위해 감겨지도록 (coiled up) 구성된다. 큰 L 값에 의해, FOD 센서는 더 나은 민감성을 갖고 또한 모든 방향으로 민감하다.
[2. AE 검출 방법]
AE 를 검출하기 위해, 절연 하의 부식을 검사하기 위한 본 발명의 검사 방법은 FOD 센서를 포함하는 진동 측정 장치를 이용한다. 이후에, FOD 센서를 포함하는 진동 측정 장치가 도 2 의 블록 다이어그램을 참조하여 설명된다. FOD 센서 (3) 에 더하여, 진동 측정 장치는 주로 FOD 센서에 연결되는 광섬유 (4), 광섬유 (4) 에 입력 광을 공급하기 위한 광원 그리고 광원 (5) 으로부터의 입력 광과 광섬유 (4) 로부터의 출력 광 사이에 발생하는 주파수 변조를 검출하기 위한 검출기 (6) 를 포함한다.
광원 (5) 은 반도체, 가스 등을 사용하는 레이저이다. 광원 (5) 은 광섬유 (4) 에 레이저 빔 (간섭광 (coherent light)) 을 조사할 수 있다. 광원 (5) 으로부터의 입력 광은 그의 파장 길이에 관하여 특별히 제한되지 않고 가시광 범위 또는 적외선 대역에 있을 수 있다. 광원 (5) 이 파장 길이가 1,550 ㎚ 의 반도체 레이저인 것이 바람직한데 이는 이러한 반도체 레이저가 용이하게 이용 가능하기 때문이다.
검출기 (6) 는 광원 (5) 으로부터의 입력 광과 광섬유 (4) 로부터의 출력 광 사이에 발생하는 주파수 변조를 검출할 수 있다. 검출기 (6) 는 AE 를 검출할 수 있는 저소음 타입인 것이 바람직하다.
진동 측정 장치는 AOM (음향 광학 변조기) (7), 입력 광이 변조되는 AOM (7) 에 입력 광의 일부를 보내기 위한 반투명 거울 (half mirror; 8), 그리고 AOM (7) 에 의해 변조되는 입력 광을 검출기 (6) 에 보내기 위한 반투명 거울 (9) 을 또한 포함한다. AOM (7) 은 종래적으로 잘 공지된 구성을 갖고 입력 광의 주파수 (f0) 를 주파수 (f0 + fM) 로 변조할 수 있으며 이때 fM 은 주파수의 변화의 양이며 양 (positive) 또는 음 (negative) 일 수 있다.
광섬유 (4) 를 통하여 광원 (5) 으로부터 FOD 센서 (3) 에 입력되는 주파수 (f0) 의 광파는 FOD 센서 (3) 가 파이핑의 부식에 의해 야기되는 플레이킹, 균열 등에 의해 발생되는 AE 를 받을 때 주파수 (f0 - fd) 로 변조된다. 변조된 광파는 광섬유 (4) 를 통하여 검출기 (6) 에 공급된다. 검출기 (6) 는 광학 헤테로다인 간섭 측정 (heterodyne interferometry) 에 따라 변조 요소 (광섬유의 주파수 변조) (fd) 를 검출한다. 따라서 검출되는 변조 요소 (fd) 는 FV 변환기 (도시되지 않음) 에 의해 전압 (V) 으로 변환된다. 진동 측정 장치는 전압 (V) 을 출력한다.
주파수 분석에 따르면, 진동 측정 장치로부터 출력되는 전압 (V) 의 원래 파장 형태 데이터가 수직 축이 주파수를 나타내고 수평 축이 스펙트럼 파워를 나타내는 도 3 에 도화된 추출된 데이터로 변환된다. 주파수 분석은 고속 푸리에 변환 (fast Fourier transformation, FFT) 을 사용한다.
절연 하의 부식을 검사하기 위한 본 발명의 검사 방법에서, 광섬유 도플러 센서는 파이핑의 플랜지 구역에 제공되는 것이 바람직하다. 열 절연재가 제공되는 플랜지 구역으로부터 열 절연재를 제거하는 것이 용이하다. 따라서, 플랜지 구역으로부터의 열 절연재의 제거는 막대한 인시 및 거대한 비용을 요구하지 않는다. 따라서, 절연 하의 부식의 검사를 용이하고 경제적으로 수행하는 것이 가능하다. 또한, 광섬유 도플러 센서가 파이핑에 빈번하게 부착된다면, 센서의 검사 및 유지는 용이하게 수행될 수 있다.
절연 하의 부식을 검사하기 위한 본 발명의 검사 방법에서, 다수의 광섬유 도플러 센서가 파이핑에 제공되는 것이 바람직하다. 광섬유 도플러 센서는 1 ㎐ ~ 1 ㎒ 의 광범위한 범위의 주파수에 대하여 민감하다. 한편, 부식으로부터 발생하는 AE 는 500 ㎑ 까지의 가청 주파수의 범위인, 비교적 낮은 주파수의 탄성 파장이며, 광범위한 영역으로 전파된다. 따라서, 파이핑에 다수의 광섬유 도플러 센서를 제공함으로써, 전체 파이핑의 부식을 검출하는 것이 가능하게 된다. 또한, 이는 라디오그래프 검사와 달리, 전체 파이핑을 스캐닝하는 것을 요구하지 않는다. 따라서, 검사는 이러한 구성에 의해 효율적으로 수행될 수 있다.
절연 하의 부식을 검사하기 위한 본 발명의 검사 방법에서, 광섬유 도플러 센서(들)가 10 ㎑ ~ 150 ㎑ 의 주파수의 음향 방출을 검출하는 것이 바람직하다. 낮은 주파수는 더 멀리 이동한다. 따라서, 광섬유 도플러 센서(들)가 센서(들)의 더 나은 검출 효율을 위해 낮은 주파수를 검출하는 것이 바람직하다. 이는 광섬유 도플러 센서(들)가 더 광범위한 검출 가능 영역을 갖는 것을 가능하게 한다. 그 결과, 절연 하의 부식의 검사는 더 효율적으로 수행될 수 있다.
또한, 절연 하의 부식을 검사하기 위한 본 발명의 검사 방법은 바람직하게는, 부식의 진행 레벨을 평가하기 위해 음향 방출 발생의 축적된 횟수를 관찰하는 것을 포함한다. 이는 부식의 진행 레벨의 실시간 평가를 수행하는 것을 가능하게 한다. 그 결과, 파이핑의 더 심각하게 부식된 부분이 그의 덜 심각하게 부식된 부분보다 우선권이 주어지도록 우선권을 갖고 파이핑을 수리하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 파이핑은 부식의 진행 레벨에 따라 수리될 수 있다.
실시예
절연 하의 부식 (이후에, CUI 로 나타낼 수 있음) 을 검사하기 위한 검사 방법은 부식의 초기 단계, 중기 단계 그리고 말기 단계에서 평가되었다. 부식의 단계는 부식성 결절의 상태에 따라 결정된다. 부식은 수산화철 (FeOOH), 산화철 (Fe2O3, Fe3O4 등) 이 금속의 표면에 얇게 부착되는 상태이다. 부식성 결절은 부식이 또한 공급되는 수분, 산화물 등에 의해 결절을 형성하는 상태이다.
여기서, 부식의 초기 단계는 부식성 결절이 아직 형성되지 않았지만, 파이핑의 표면에 부착되는 부식이 가시적으로 확인될 수 있는 상태로서 규정된다.
부식의 중기 단계는 여기서 부식성 결절이 형성되고 부식이 더 광범위하게 퍼진 상태로서 규정된다. 중기 단계에서, 부식은 파이핑에 더 깊게 파고든다. "부식이 광범위하게 퍼진" 상태는 부식이 파이핑의 표면을 완전하게 커버하는 영역이 10 ㎠ 또는 이보다 더 넓은 상태이다. 또한, 부식이 파이핑에 더 깊게 파고드는지 아닌지는 부식성 결절이 형성되었는지 아닌지를 체크함으로써 확인될 수 있다.
부식의 후기 단계는 여기서 부식이 파이핑에 더욱 깊게 파고들고 부식성 결절이 균열되는 상태로서 규정된다. 여기서, "부식성 결절이 균열되는" 상태는 1 ㎜ 이상의 길이의 선형 균열이 부식성 결절의 표면에 가시적으로 확인되는 상태이다.
이후에, CUI 검출 방법의 평가에 대한 실시예가 설명된다.
[실시예 1 : 부식의 초기 단계에서의 AE 검출의 평가]
(1. 모형 파이핑의 제조)
FOD 센서를 사용하는 CUI 검출 방법을 평가하기 위해, 도 4 에 나타낸 것과 같은 모형 파이핑이 먼저 제조되었다.
열 절연재 (13) 는 5 m 길이의 탄소강으로 만들어진 파이프 (10) 에 부착되었다. 가열 장치 (12) 에 의해 가열된 실리콘 오일이 파이프 (10) 를 통하여 순환되었다. 부식은 CUI 를 효율적으로 야기하기 위해 인위적으로 가속되었다. 더 구체적으로는, 부식은 이하와 같이 발생되었다. 순수한 물이 파이핑 (10) 에 반복적으로 젖음 상태와 건조 상태를 발생하도록 (즉, 일본어로 소위 "nuregawaki" 상태를 발생하도록) 미세하게 조절된 낙하량으로 낙하 장치 (11) 로부터 파이프 (10) 의 표면에 계속적으로 낙하되었다. 이러한 물 낙하 외에, 식용 소금 (dietary salt) 이 파이프 (10) 의 표면에 가해졌다. 또한, 파이프 (10) 를 통하여 순환하는 실리콘 오일이, 부식을 가속하기 위해 60℃ ~ 70℃ 로 가열되었다.
(2. AE 검출의 평가)
부식의 인위적인 가속의 시작으로부터 약 1 개월 후, AE 검출이 부식의 초기 단계에서 평가되었다. FOD 센서는 감겨지는 타입의 상업적으로 이용 가능한 FOD 센서 (Lazoc Inc., 제조, LA-ED-S65-07-ML) 이며, 이는 게이지 길이 65 m 의 광섬유 AE 를 감는 것에 의해 제조된다. 도 4 에 나타낸 것과 같이, FOD 센서 (14) 는, 부식이 인위적으로 발생되는 (즉, 순수한 물이 낙하되는) 부식된 부분으로부터 300 ㎜ 의 거리의 파이프 구역에 U-볼트를 사용하여 단단하게 부착된다.
실리콘 오일의 가열은 AE 측정의 시작으로부터 3 시간 후에 시작된다. 실리콘 오일의 오일 온도가 70℃ 에 도달된 이후, 오일 온도는 16 시간 동안 70℃ 로 유지되었다. 그 후, 실리콘 오일의 가열은 오일 온도가 대기 온도로 냉각되는 것을 가능하게 하기 위해 정지되었다. 여기서, 오일 온도는 실리콘 오일을 가열하기 위한 가열 장치 (12) 에 표시되는 온도였다. 또한, 실리콘 오일은 실리콘 오일이 가열되었는지 아닌지와 상관없이 AE 측정 동안 파이프 (10) 를 통하여 계속 순환되었다.
도 5 는 AE 측정의 결과를 나타내는 그래프이다. 도 5 에서, 바 그래프는 시간 당 AE 발생의 횟수를 나타낸다. 선 그래프는 AE 발생의 축적된 횟수를 나타낸다. 도 5 의 그래프로부터, AE 는 부식의 초기 단계에서 충분하게 검출될 수 있다는 것이 이해될 수 있다. 또한, AE 발생의 횟수는 파이프 (10) 를 통하여 순환하는 실리콘 오일의 오일 온도가 증가함에 따라 극적으로 증가되었다. 그 후, 실리콘 오일의 가열이 특정 시간 기간 동안 계속된 이후, AE 발생의 횟수는 감소를 나타내었다. 하지만, 그 이후의 실리콘 오일의 온도 강하에 대응하여, AE 발생의 횟수는 다시 증가되었다. 이는 시간 당 AE 발생의 횟수가 파이핑의 표면의 건조함 (또는 젖음성) 의 변화에 대응하여, 그리고 온도 변화에 대응하여 증가되었다는 것을 나타내었다.
또한, 발생된 AE 는 : 100 ㎑ 초과, 50 ㎑ ~ 100 ㎑ 그리고 10 ㎑ ~ 50 ㎑ 의 주파수에 따라 3 개의 패턴으로 분류될 수 있다. 따라서, FOD 센서가 광범위한 주파수 범위의 AE 에 대하여 민감한 것이 입증되었다.
[실시예 2 : AE 의 검출 가능한 거리의 평가]
(1. 모형 파이핑의 제조)
실시예 1 에서와 동일한 방식으로 제조된 모형 파이핑에서, 부식은 실시예 1 과 동일한 방식으로 인위적으로 발생되고 가속되었다.
(2. AE 검출의 평가)
AE 검출은, 평가가 부식의 인위적 가속의 시작으로부터 약 3 개월 후의 부식의 중기 단계의 모형 파이핑에서 실행되었고, FOD 센서가 부식된 부분 (순수한 물이 낙하되는 부분) 으로부터 각각 2,000 ㎜, 3,000 ㎜ 그리고 3,900 ㎜ 의 거리의 모형 파이핑의 파이프 구역에, U-볼트를 사용하여 단단하게 부착되었다는 것을 제외하고 실시예 1 에서와 동일한 방식으로 평가되었다. 여기서, AE 검출이 부식된 부분으로부터의 어떠한 거리로부터 FOD 센서에 의해 수행되는지 아닌지 그리고 얼마나 효과적으로 수행되는지가 평가되었다.
도 6 은 부식된 부분으로부터 3,900 ㎜ 의 거리에 부착되는 FOD 센서의 AE 검출의 결과를 나타내는 도면이다. 도 6 에서, 바 그래프는 30 분 당 AE 발생의 횟수를 나타낸다.
도 6 의 그래프로부터, 발생된 AE 는, 실시예 1 의 부식의 초기 단계에서 얻어지는 결과와 같이 부식의 중기 단계에서도 다시 : 100 ㎑ 초과, 50 ㎑ ~ 100 ㎑ 그리고 10 ㎑ ~ 50 ㎑ 의 주파수에 따라 3 개의 패턴으로 분류될 수 있다. 3 개의 패턴 가운데에, 50 ㎑ ~ 100 ㎑ 의 주파수가 다른 것들보다 더 검출된 것이 발견되었다. 또한, AE 는 부식된 부분으로부터 2,000 ㎜ 및 3,000 ㎜ 거리의 FOD 센서를 사용하여, 뿐만 아니라 부식 부분으로부터 가장 먼 거리, 즉 3,900 ㎜ 의 거리의 FOD 센서를 사용하더라도, 충분히 민감하게 검출될 수 있는 것이 확인되었다.
[실시예 3 : AE 검출을 위한 플랜지 구역과 파이프 구역 사이의 비교]
(1. 모형 파이핑의 제조)
실시예 1 에서와 동일한 방식으로 제조되는 모형 파이핑에서, 부식은 실시예 1 과 동일한 방식으로 인위적으로 발생되고 가속되었다.
(2. AE 검출의 평가)
AE 검출은, 평가가 부식의 인위적 가속의 시작으로부터 약 5 개월 후의 부식의 말기 단계의 모형 파이핑에서 실행되었고, FOD 센서가 부식된 부분 (순수한 물이 낙하되는 부분) 으로부터 3,900 ㎜ 의 거리의 모형 파이핑의 파이프 구역 그리고 부식된 부분으로부터 3,950 ㎜ 의 거리의 플랜지 구역에 각각 부착되었다는 것을 제외하고 실시예 1 에서와 동일한 방식으로 평가되었다. 파이프 구역에서의 AE 검출의 결과는 플랜지 구역에서의 AE 검출의 결과와 비교되었다. 파이프 구역에 부착되는 FOD 센서는 U-볼트를 사용하여 이에 단단하게 부착되었고, 플랜지 구역에 부착되는 FOD 센서는 클램프 (17) 를 사용하여 이에 단단하게 부착되어, 도 7 에 나타낸 것과 같이 FOD 센서 (14) 는 부식된 부분에 더 가까운 플랜지 구역 (16) 의 측면에 부착되었다.
도 8 은 플랜지 구역과 파이프 구역에 부착되는 FOD 센서를 사용하는 AE 검출의 결과가 서로 비교되는 그래프이다. 도 8 에서, 바 그래프는 30 분 당 AE 발생의 횟수를 나타내고 선 그래프는 AE 발생의 축적된 횟수를 나타낸다. 도 8 의 그래프로부터, 파이프 구역에 부착되는 FOD 센서가 플랜지 구역에 부착되는 FOD 센서보다 더 민감하더라도, AE 는 플랜지 구역에 부착되는 FOD 센서를 사용하여 잘 검출될 수 있다는 것이 확인되었다.
[실시예 4 : 부식의 진행 레벨 그리고 AE 발생의 횟수의 평가]
(1. 모형 파이핑의 제조)
실시예 1 에서와 동일한 방식으로 제조된 모형 파이핑에서, 부식은 실시예 1 과 동일한 방식으로 인위적으로 발생되고 가속되었다.
(2. AE 검출의 평가)
AE 검출은, 평가가 부식의 인위적 가속의 시작으로부터 약 3 개월 후의 부식의 중기 단계의 모형 파이핑에서 그리고 부식의 인위적 가속의 시작으로부터 약 5 개월 후의 부식의 말기 단계의 모형 파이핑에서 실행되었고, FOD 센서가 각각의 모형 파이핑에서 부식된 부분 (순수한 물이 낙하되는 부분) 으로부터 3,900 ㎜ 의 거리의 모형 파이핑의 파이프 구역에, U-볼트를 사용하여 단단하게 부착되었다는 것을 제외하고 실시예 1 에서와 동일한 방식으로 평가되었다. AE 발생의 횟수는 부식의 말기 단계의 모형 파이핑에 대한 AE 측정의 시작으로부터 360 분 까지 계수되었고, AE 발생의 횟수는 부식의 중기 단계의 모형 파이핑에 대한 AE 측정의 시작으로부터 단지 240 분 까지 계수되었다.
도 9 는 부식의 중기 단계의 파이핑의 AE 발생의 횟수와 부식의 말기 단계의 파이핑의 AE 발생의 횟수가 서로 비교되는 그래프이다. 도 9 에서, 바 그래프는 30 분 당 AE 발생의 횟수를 나타내고, 선 그래프는 AE 발생의 축적된 횟수를 나타낸다. 또한, 화살표는 AE 측정의 시작으로부터 240 분에서의 부식의 중기 단계의 파이핑의 AE 발생의 축적된 횟수와 부식의 후기의 파이핑의 AE 발생의 축적된 횟수 사이의 차이를 나타낸다.
도 9 의 그래프로부터, 부식의 후기 단계의 파이핑의 AE 발생의 횟수는 부식의 중기 단계의 파이핑에서의 횟수보다 명백하게 더 컸다. 특별하게는, 부식의 후기 단계의 파이핑의 AE 발생의 축적된 횟수는 AE 검출의 시작으로부터 240 분에서의 부식의 중기 단계의 파이핑에서의 횟수보다 대략 10 배 더 컸다. 이는 부식이 더 높은 진행 레벨에 있을 때, 다시 말하면 부식성 결절의 용적이 증가할 때 AE 발생이 극적으로 증가되었다는 것을 입증하였다. 이로부터, 부식의 진행 레벨은 부식의 진행 레벨과 약간 상호 관계인 AE 발생의 축적된 횟수를 관찰함으로써 평가될 수 있다는 것이 이해될 수 있다.
따라서 설명되는 본 발명은, 본 발명이 다양한 방식으로 변할 수 있다는 것이 명백할 것이다. 이러한 변형예는 본 발명의 내용과 원리를 벗어나는 것으로 간주되지 않으며, 당업자에게 명백할 수 있는 이러한 변경은 이하의 청구항의 내용에 포함되는 것으로 의도된다.
산업상 이용 가능성
절연 하의 부식을 검사하기 위한 본 발명의 검사 방법에 따르면, 절연 하의 부식을 효과적으로, 용이하게 그리고 경제적으로 검출하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 검사 방법은 AE 가 파이핑의 플랜지 구역에 부착되는 FOD 센서에 의해 검출될 수 있는 것을 가능하게 한다. 이는 FOD 센서의 설치, 보수 또는 검사시에 파이핑으로부터 열 절연재를 제거하는데 요구되는 비용의 현저한 감소를 가능하게 한다. 또한, 본 발명의 검사 방법은 AE 발생의 축적된 횟수를 관찰함으로써 그의 진행 레벨에 관한 부식을 평가하는 것을 가능하게 한다. FOD 센서는 대규모 파이핑 설비를 갖는 화학 공장 그리고 또한 폭발 방지 영역 (석유화학 공장) 을 갖는 공장에 빈번하게 제공될 수 있는데 이는 이들이 좋은 내구성을 갖는 폭발 방지 센서이기 때문이다. 따라서, 본 발명은 절연 하의 부식의 검사가 요구되는 다양한 산업에 적절하게 적용 가능하다.
1 : 광섬유 2 : 광원
3 : 광섬유 도플러 센서 (FOD 센서) 4 : 광섬유
5 : 광원 6 : 검출기
7 : AOM 8 : 반투명 거울
9 : 반투명 거울 10 : 파이프
11 : 낙하 장치 12 : 가열 장치
13 : 열 절연재 14 : 광섬유 도플러 센서 (FOD 센서)
16 : 플랜지 구역 17 : 클램프

Claims (5)

  1. 열 절연재가 제공되는 파이핑의 절연 하의 부식을 검사하기 위한 검사 방법으로서, 상기 방법은 :
    상기 파이핑에 광섬유 도플러 센서를 제공하는 단계; 및
    상기 광섬유 도플러 센서를 사용하여 파이핑의 부식을 검사하는 단계를 포함하는 검사 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광섬유 도플러 센서는 파이핑의 플랜지 구역에 제공되는 검사 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 다수의 광섬유 도플러 센서가 파이핑에 제공되는 검사 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광섬유 도플러 센서(들)는 10 ㎑ ~ 150 ㎑ 의 주파수의 음향 방출을 검출하는 검사 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 부식의 진행 레벨을 평가하기 위해, 음향 방출 발생의 축적된 횟수를 관찰하는 단계를 포함하는 검사 방법.
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