KR20110098525A - 증기 발생기 전열관 내경의 원주균열에 대한 ｍｒｐｃ 와전류탐상 검사 방법 - Google Patents

증기 발생기 전열관 내경의 원주균열에 대한 ｍｒｐｃ 와전류탐상 검사 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 증기 발생기 전열관 내경의 원주균열에 대한 MRPC 와전류탐상 검사 방법을 개시한다. 본 발명에 따르면, 증기발생기 전열관 내경의 원주균열에 대한 MRPC 와전류탐상 검사 방법에 있어서, 증기발생기의 전열관에 MRPC 탐촉자를 사용하여 복수의 주파수를 인가하여 와전류검사 신호를 획득하는 단계, 획득된 와전류검사 신호로부터 복수의 주파수별 신호특성을 분석하여 내경원주균열을 확인하는 단계, 내경원주균열에 대하여 보정곡선을 작성하고, 복수의 주파수별 와전류 검사 신호들 중 어느 하나의 주파수에 상응하는 와전류 검사 신호에 대한 데이터를 선택하는 단계, 확인된 균열이 시작되는 시점부터 일정한 간격으로 균열이 끝나는 점까지 깊이를 측정하는 단계 및 균열의 길이에 상응하는 깊이 형상을 이용하여 손상면적백분율(Percent Degraded Area; PDA)을 산출하는 단계를 포함하는 증기발생기 전열관 내경의 원주균열에 대한 MRPC 와전류탐상 검사 방법을 제공할 수 있다.

Description

증기 발생기 전열관 내경의 원주균열에 대한 ＭＲＰＣ 와전류탐상 검사 방법{eddy current examination method for inside diameter circumferential cracks in steam generator tubes using motorized rotating pancake coil}
본 발명의 증기 발생기 전열관 내경의 원주균열에 대한 MRPC 와전류탐상 검사 방법에 관한 것이다.
원자력 발전소의 증기 발생기 전열관은 직경이 약 20mm 정도 이고, 두께가 약 1mm 가량의 얇은 튜브이다. 증기 발생기 전열관은 외압보다 10MPa 정도의 높은 내압을 지탱한다.
이러한 전열관은 응력부식균열의 발생 빈도가 높아 수시로 전열관의 균열을 검사해야 한다. 특히, 증기 발생기 전열관은 미세한 균열이 발생하면 발생된 균열이 서서히 성장하여 균열의 크기가 일정 크기 이상이 되면 내압능력이 저하되어 전열관이 파열되는 사고가 발생한다.
증기 발생기 전열관의 파열 사고를 방지하기 위하여 주기적으로 와전류탐상 검사 방법을 이용하여 전열관의 균열 여부를 판단한다.
특히, 증기 발생기 전열관에 발생되는 균열은 결정립계 균열이 가지를 치면서 성장하고, 균열의 틈새가 매우 치밀하게 밀착되며, 주위에 철산화물 등이 퇴적되는 특성을 갖는다. 방전가공 노치 또는 실험실에서 신속히 제조한 피로균열과 응력부식균열 등은 형상이 반듯하고 깨끗하며 균열틈새가 실제 균열만큼 치밀하지 않아 실제 균열에 대한 비파괴검사의 성능을 정확하게 모사하기 어렵다.
본 발명은 원자력발전설비의 증기 발생기 전열관의 내경원주균열의 측정 신뢰성을 높일 수 있는 증기 발생기 전열관 내경의 원주균열에 대한 MRPC 와전류탐상 검사 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 증기발생기 전열관 내경의 원주균열에 대한 MRPC 와전류탐상 검사 방법에 있어서, (a) 증기발생기의 전열관에 MRPC 탐촉자를 사용하여 복수의 주파수를 인가하여 와전류검사 신호를 획득하는 단계; (b) 상기 획득된 와전류검사 신호로부터 상기 복수의 주파수별 신호특성을 분석하여 내경원주균열을 확인하는 단계; (c) 상기 내경원주균열에 대하여 보정곡선을 작성하고, 상기 복수의 주파수별 와전류 검사 신호들 중 어느 하나의 주파수에 상응하는 와전류 검사 신호에 대한 데이터를 선택하는 단계; (d) 상기 확인된 균열이 시작되는 시점부터 일정한 간격으로 균열이 끝나는 점까지 깊이를 측정하는 단계; 및 (e) 상기 균열의 길이에 상응하는 깊이 형상을 이용하여 손상면적백분율(Percent Degraded Area; PDA)을 산출하는 단계를 포함하는 증기발생기 전열관 내경의 원주균열에 대한 MRPC 와전류탐상 검사 방법을 제공할 수 있다.
상기 단계 (b)는 상기 선택된 주파수에서의 상기 전열관의 두께 대비 100%, 60% 및 40 또는 20% 깊이의 내경원주방향 노치를 가공한 전열관으로부터 얻어진 와전류 검사 신호의 진폭 또는 위상을 기반으로 보정곡선을 생성할 수 있다.
상기 단계 (c)는 상기 복수의 주파수별 와전류 검사 신호들 중 회귀결과로부터 결정계수 값이 1에 근접하거나 표준편차에러 값이 가장 작은 주파수를 선택할 수 있다.
상기 단계 (e) 이후에 상기 측정된 균열의 크기를 수학식 VR=a0 + a1VM + ε (여기서, VR은 균열의 실제 크기를 나타내며, VM은 검사로 측정된 균열의 크기를 나타내며, a0, a1은 상수이고, ε은 오차임) 을 통해 실제 균열의 크기를 추정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 원자력발전설비의 고도의 신뢰성을 검증하기 위하여 회귀분석을 통해 전열관의 균열을 측정한 값을 통해 실제 균열의 길이 및 깊이를 추정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 원자력발전설비의 증기 발생기 전열관의 내경원주균열에 대한 MRPC 와전류탐상검사의 최적화된 균열크기측정 및 측정된 결과의 신뢰성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 증기 발생기 전열관 내경의 원주균열에 대한 MRPC 와전류탐상 검사 방법을 순차적으로 도시한 흐름도.
도 2는 균열의 최대 깊이를 도시한 그래프.
도 3은 균열 길이를 도시한 그래프.
도 4는 도 2 및 도 3을 통해 균열의 길이에 따른 깊이 형상으로부터 구한 PDA를 도시한 그래프.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 증기 발생기 전열관 내경의 원주균열에 대한 MRPC 와전류탐상 검사 방법에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명이 일 실시 예에 따른 증기 발생기 전열관 내경의 원주균열에 대한 MRPC 와전류탐상 검사 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 증기발생기 전열관 내경의 원주균열에 대한 MRPC 와전류탐상 검사 방법은 와전류검사 신호 획득 단계(S100), 전열관의 내경원주균열 확인 단계(S200), 보정곡선 작성 단계(S300), 균열의 위치별 깊이 측정 단계(S400) 및 균열길이에 상응한 깊이 형상 데이터로부터 PDA를 계산하는 단계(S500)를 포함할 수 있다.
먼저, 퇴역 증기발생기 전열관에 MRPC 탐촉자검사를 통해 와전류검사를 수행한다. 이때, 400kHz, 300kHz, 100kHz, 10kHz 등의 주파수를 이용하여 두개의 팬케익 코일과 하나의 플러스포인트 코일이 장착된 MRPC 탐촉자를 사용하여 와전류검사 신호를 획득할 수 있다.(S100)
이때, 와전류검사 신호는 주파수, 보정노치곡선, 필터 사용 유무 등에 따라 서로 다른 평가절차 변수를 선정할 수 있다.
이어서, 단계 (S200)에서 주파수별로 MRPC 탐촉자를 통해 획득된 와전류 검사 신호를 통해 전열관의 내경원주균열을 확인할 수 있다.
이어서, 보정곡선을 작성한다.(S300) 보정곡선은 각각의 주파수별로 획득된 데이터를 이용하여 보정곡선을 작성한다. 보정곡선은 진폭신호보정곡선 및 위상각보정곡선일 수 있다.
여기서, 보정곡선은 튜브의 두께에 대비하여 100%, 60%, 20% 깊이의 내경원주방향 노치를 가공한 전열관으로부터 얻어진 와전류검사신호의 진폭 또는 위상각을 기반으로 작성할 수 있다. 또한, 보정곡선은 100%, 60%, 40% 깊이의 내경원주방향 노치를 가공한 전열관으로부터 얻어진 와전류 검사신호의 진폭 또는 위상각을 기반으로 작성할 수도 있다.
주파수, 측정 깊이, 필터 사용 유무에 따른 보정곡선 각각의 데이터를 회귀분석하여 회귀결과로부터 통계적인 결정계수(r2; Coefficient of Determination)와 표준편차에러(Root Mean Square Error; RMSE)를 비교한다. 비교결과, 결정계수가 1에 가깝고, RMSE 값이 작은 보정곡선을 선별한다. 여기서, 결정계수가 1에 가까울수록 완벽한 직선관계를 만족하며, RMSE 값이 작을수록 회귀식과 실제오차가 작을 수 있다.
이어서, 전열관의 내경원주균열을 확인하는 단계(S200) 이후에 확인된 균열이 시작되는 점으로부터 일정한 간격으로 균열이 끝나는 점까지 깊이를 측정한다.(S400)
다음으로, 전열관의 균열의 길이 대비 균열의 깊이 데이터를 이용하여 손상면적백분율(Percent Degraded Area; PDA)을 산출한다.(S500)
PDA는 전열관 원주단면에서 원주균열이 침투한 면적을 원주 단면적으로 나눈 백분율로서 PDA가 100이면 전열관이 원주균열로 완전히 절단된 경우를 의미한다.
이어서, 균열의 크기를 수학식 1에 대입하여 실제 균열의 크기를 추정할 수 있다.
수학식 1은 전열관 균열의 실제 크기를 구하기 위한 식이다.
Figure pat00001
여기서, VR은 균열의 실제 크기를 나타내며, VM은 검사로 평가된 균열의 크기를 나타내며, a0, a1은 상수이고, ε은 오차이다.
수학식 1을 통해 신뢰성 높은 균열의 크기를 추정할 수 있다.
여기서, 수학식 1의 상수인 a0는 최대 깊이 또는 균열의 길이를 나타내고, a1은 회귀분석 시 직선의 기울기를 나타낸다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 실험 예를 통해 본 발명의 증기 발생기 전열관 내경의 원주균열에 대한 MRPC 와전류탐상 검사 방법을 더 자세히 설명하기로 한다.
실험에서는 퇴역 증기발생기의 7개의 전열관에 12개의 내경원주균열을 독립적으로 측정한다. 이때, 14개의 와전류검사 신호를 각각의 전열관에 모두 적용하여 신호를 획득하여 PDA를 산출한다.
14개의 와전류검사 신호는 표 1에 도시된 바와 같다.
번호 주파수(kHz) 곡선 보정노치깊이 필터사용 유무
1 400 신호진폭보정곡선 100, 60, 40 필터사용 무
2 300 신호진폭보정곡선 100, 60, 20 필터사용 무
3 300 신호진폭보정곡선 100, 60, 40 필터사용 무
4 400 위상각보정곡선 100, 60, 40 필터사용 무
5 300 위상각보정곡선 100, 60, 20 필터사용 무
6 300 위상각보정곡선 100, 60, 40 필터사용 무
7 300 최대깊이위상각 신호진폭보정곡선 최대깊이를 기준으로 비례 필터사용 무
8 400 신호진폭보정곡선 100, 60, 40 필터사용 유
9 300 신호진폭보정곡선 100, 60, 20 필터사용 유
10 300 신호진폭보정곡선 100, 60, 40 필터사용 유
11 400 위상각보정곡선 100, 60, 40 필터사용 유
12 300 위상각보정곡선 100, 60, 20 필터사용 유
13 300 위상각보정곡선 100, 60, 40 필터사용 유
14 300 최대깊이위상각 신호진폭보정곡선 최대깊이를 기준으로 비례 필터사용 유
표 1의 와전류검사 신호를 통해 획득된 데이터의 각 주파수별 신호 특성을 분석하여 내경원주균열을 확인한다.
내경원주균열을 확인 시 회귀분석을 통해 결정계수(r2)가 1에 근접하고, RMSE 값이 가장 작은 와전류검사 신호가 탐지된 방법을 선정한다. 본 실험 예에서는 9번째를 선택한 것을 예를 들어 설명하기로 한다.
이어서, 9번째에 대한 내경원주균열에 대하여 플러스포인트 코일의 300kHz에 해당하는 채널에서 보정곡선을 작성한다. 보정곡선은 튜브의 두께에 대비하여 100%, 60%, 20% 깊이의 내경원주방향 노치를 가공한 전열관으로부터 얻어진 와전류검사신호의 진폭을 직선적인 회귀식으로 분석할 수 있다.
이어서, 확인된 균열이 시작되는 점으로부터 일정한 간격으로 균열이 끝나는 점까지의 균열의 깊이를 측정한다.
도 2는 균열의 최대 깊이를 도시한 그래프이고, 도 3은 균열 길이를 도시한 그래프이다. 도 2 및 도 3은 와전류검사 신호를 표 1의 조건을 10회 반복 측정 및 평가하여 얻어진 그래프이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 와전류검사 신호를 표 1의 조전으로 반복하여 측정된 데이터들의 분포를 이용하여 결정계수와 표준편차를 구하고, 이러한 결정계수와 표준편차를 통해 얻어진 균열의 최대 깊이 및 균열의 크기를 구한다.
다음으로, 얻어진 균열의 길이 및 균열의 최대 깊이를 이용하여 PDA를 산출한다.
산출된 PDA를 통해 수학식 1에 적용될 상수(a0, a1)과 결정계수(r2) RMSE를 결정한다. 수학식 1에 적용될 상수(a0, a1)과 결정계수(r2) 표준편차 에러는 표 2에서와 같다.
데이터 개수 절편(a0) 기울기(a1) 결정계수(r2) RMSE
최대깊이(%) 120 30.35 1.075 0.881 7.547
길이(mm) 120 1.57 0.558 0.453 1.389
PDA 120 0.833 1.277 0.931 0.640
다음으로, 수학식 1에 검사된 값을 대입하여 실제 측정된 균열의 크기를 추정할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명에 따르면, 원자력발전설비의 증기 발생기 전열관의 내경원주균열에 대한 MRPC 와전류탐상검사의 최적화된 균열크기측정 및 측정된 결과의 신뢰성을 높일 수 있다.
본 발명에서의 증기 발생기 전열관 내경의 원주균열에 대한 MRPC 와전류탐상 검사 방법은 프로그램으로 기록매체 등에 저장될 수 있다.
또한, 본 발명에서의 증기 발생기 전열관 내경의 원주균열에 대한 MRPC 와전류탐상 검사 방법이 포함된 검사 장치 또는 분석장치에 적용될 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 증기발생기 전열관 내경의 원주균열에 대한 MRPC 와전류탐상 검사 방법에 있어서,
    (a) 증기발생기의 전열관에 MRPC 탐촉자를 사용하여 복수의 주파수를 인가하여 와전류검사 신호를 획득하는 단계;
    (b) 상기 획득된 와전류검사 신호로부터 상기 복수의 주파수별 신호특성을 분석하여 내경원주균열을 확인하는 단계;
    (c) 상기 내경원주균열에 대하여 보정곡선을 작성하고, 상기 복수의 주파수별 와전류 검사 신호들 중 어느 하나의 주파수에 상응하는 와전류 검사 신호에 대한 데이터를 선택하는 단계;
    (d) 상기 확인된 균열이 시작되는 시점부터 일정한 간격으로 균열이 끝나는 점까지 깊이를 측정하는 단계; 및
    (e) 상기 균열의 길이에 상응하는 깊이 형상을 이용하여 손상면적백분율(Percent Degraded Area; PDA)을 산출하는 단계를 포함하는 증기발생기 전열관 내경의 원주균열에 대한 MRPC 와전류탐상 검사 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (b)는
    상기 선택된 주파수에서의 상기 전열관의 두께 대비 100%, 60% 및 40 또는 20% 깊이의 내경원주방향 노치를 가공한 전열관으로부터 얻어진 와전류 검사 신호의 진폭 또는 위상을 기반으로 보정곡선을 생성하는 것을 특징으로 하는 증기발생기 전열관 내경의 원주균열에 대한 MRPC 와전류탐상 검사 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (c)는
    상기 복수의 주파수별 와전류 검사 신호들 중 회귀결과로부터 결정계수 값이 1에 근접하거나 표준편차에러 값이 가장 작은 주파수를 선택하는 단계인 것을 특징으로 하는 증기발생기 전열관 내경의 원주균열에 대한 MRPC 와전류탐상 검사 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (e) 이후에
    상기 측정된 균열의 크기를
    수학식 VR=a0 + a1VM + ε
    (여기서, VR은 균열의 실제 크기를 나타내며, VM은 검사로 측정된 균열의 크기를 나타내며, a0, a1은 상수이고, ε은 오차임) 을 통해
    실제 균열의 크기를 추정하는 단계를 더 포함하는 증기발생기 전열관 내경의 원주균열에 대한 MRPC 와전류탐상 검사 방법.
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KR20180133023A (ko) 2017-06-02 2018-12-13 한국원자력연구원 증기 발생기의 균열 탐지 장치 및 방법

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