KR20120102573A - 관내 침적 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자철석 침적물 두께 측정을 위한 프로브 장치 및 관련 방법을 제공하며, 장치 및 방법은 자철석 침전물 다공도 및 투자률과 무관하다. 본 발명의 프로브 장치는 관 내경을 정확하게 신뢰할 수 있도록 측정하는 축 방향 주사형 내부 표면-종동 프로브이다. 본 발명의 프로브 장치는 선택적으로 두 모듈들을 포함한다: 제1 모듈은 표면-종동 모듈이며 제2 모듈은 통상적인 와전류 프로브이다.

Description

관내 침적 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING DEPOSITS INSIDE A TUBE}
본 발명은 포괄적으로 도관 내벽 검사 장치 및 방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 증기발생기 또는 열교환기 관과 같은 도관 내벽의 침적 검출 및 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
CANDU®증기발생기 관들 특성은 내경 (ID) 표면에 자철석 보호 침적물을 가지는 것이다. 증기발생기 관의 ID에 침적된 자철석 두께를 정확하게 측정할 수 있는 신뢰할 수 있는 방법이 없다.
금속성 도관들 내벽 검사용 프로브 (probe)가 선행기술로 알려져 있다. 이러한 프로브들은 원전 증기발생기에 있는 열교환기 내벽의 부식, 마모, 또는 발생기 틈 영역에서 슬러지 축적으로 인한 결함 또는 변형 검사에 특히 유용하다. 일반적으로, 이들 프로브들은 변형률계, 또는 와전류 프로브들에 의해 작동된다.
변형률계 (Strain gauge) 유형의 프로브들은 대체로 스프링이-부착된 다수의 핑거들이 외접된 원통형 굴대로 형성된다. 변형률계는 각각의 스프링이-부착된 핑거들에 배치된다. 프로브 몸체가 관 내부로 삽입되어 길이 축을 따라 이동될 때, 내관 벽 반경 차이로 인하여 하나 이상의 스프링 핑거들이 방사 방향으로 신축된다. 이러한 핑거들 신축 정도를 핑거들에 부착된 변형률계가 확인한다.
와전류 프로브들은 대체로 프로브 헤드에 탄력적으로 장착되어 프로브가 회전할 때 피검 관 내부를 훑을 수 있는 와전류 코일로 형성된다. 코일이 이동할 때 교류를 보내는 전류발생기와 코일은 전기적으로 연결된다. 또한 코일 리드선들 양단에 임피던스 검출회로가 연결된다. 작동에 있어서, 코일로 전도된 교류는 코일을 여기시켜 전류 주파수에 따라 가변되는 크기 및 극성의 펄스 자장을 생성한다. 프로브 코일이 전기적 전도성 벽에 인접하게 위치할 때, 코일에서 발생되는 가변 자속은 벽 일부에 와전류를 유도한다. 특정 전류값, 전압 및 생성된 와전류 방향은 와전류를 전도한 벽 일부의 비 임피던스에 부분적으로 의존한다. 코일에 의해 발생된 와전류 흐름 방향은 프로브 감지 코일을 통하여 흐르는 전류와 반대이므로, 와전류에 의해 생성된 자장은 감지 코일에 임피던스를 발생시킨다. 이러한 와전류 강도는 이러한 전류가 벽을 통하여 순환할 때 막는 저항에 다시 의존한다. 금속 벽에서 결함 (크랙, 피트, 국소 박화 등)으로 인하여 결함 위치에 더 높은 저항 영역을 발생시키므로, 프로브가 관 내벽을 따라 이동할 때 감지 코일의 임피던스를 일정하게 검사하면 와전류 프로브들을 이용하여 결함을 발견할 수 있다.
일부 선행 프로브들은 열교환기 관들에 대하여 만족할 검사를 수행하지만, 유용성에 한계가 있다. 또한, 이러한 프로브들로 ID 표면 침적도 측정이 불가능하다.
변형률계 유형 프로브들은 매우 작은 변형률계들이 프로브 몸체에 외접하는 탄력적인 금속 핑거들에 장착할 필요가 있으므로 연약하다. 변형률계 자체 및 이러한 리드선들은 프로브가 부주의한 기계적 충격에 노출되거나 관의 비정상적 거친 부분을 통하여 신속하게 당길 때에도 절단되기 쉽다. 변형률계 유형 프로브들은 이러한 관들에서 난형 존재를 검출할 수 있지만 (이는 다시 관이 집중적인, 국부 압력 결과로 인한 응력을 받았는지를 표시), 이러한 유형의 많은 형상 측정기들의 결함 분해능은 상대적으로 낮다. 프로브 주위로 더 많은 스프링 핑거들 및 변형률계들을 붙여 결함 분해능을 높이려면, 계들은 더욱 작게 제작되어야 하고 취화도가 증가한다.
와전류 유형 프로브들 역시 소형 코일이 훑는 (wiping) 접촉으로 벽 내부와 탄력적으로 체결되는 지점에서 과도한 취화도가 있다. 일부 양호한 프로브 설계는 와전류 프로브를 자체-윤활 플라스틱 (마모에 노출)에 삽입하거나 코일을 프로브가 내부 이동할 때 관 내벽에 탄력적으로 체결하는 철필 후방에 부착시켜 이러한 결점을 해결하지만, 어떠한 설계도 관 난형을 정확하게 분석하거나 ID 침적을 측정할 수 없다.
더욱이, 자철석 침적층은 통상적인 와전류와 같은 전류 방식에 영향을 미치는 가변적 물리 특성을 가지므로 자철석 침적층 측정은 더욱 어려워진다. 자철석의 투자률 및 다공도는 이러한 문제들의 주요 원인이다.
본 출원인은 과거에 자철석 층 측정을 위한 와전류 방법을 개발하였다. 본 방법은 단일 고주파를 가지는 통상적인 수단에 의해 여기되고 자철석 침적 결여 관 부분에서의 신호 변화를 기록하는 와전류 보빈 프로브를 이용하는 것으로 구성된다. 본 방법은 두께 및 전압 사이 관계식을 설정하기 위하여 현장에서 빼낸 관 시험편 (sample)을 사용하여 개발되었다. 이들 빼낸 관들에서 얻어지는 가정적 투자률 값에 기초한다. 따라서, 층의 자기적 또는 물리적 성질이 관마다 변한다면, 와전류 응답은 달라지고 부정확한 두께 예측으로 이어질 것이다. 현장에 사용된 관들에서 발견되는 임의의 가변적 자철석 투자률은 두께 예측에 상당한 오류를 유발시킬 것이다. 와전류 보빈 프로브 기술로 두께 및 투자률 영향들을 분리하는 것은 불가능하다.
다른 측정 방법인 OxiprobeTM두께 값을 유도하기 위하여 하중 중량 및 세척 (cleaned) 면적을 적용한다 [Gonzalez, F., Brennenstuhi, A.M., Palumbo, G. and Dyck, R.W., "Steam Generator Primary Side Fouling Determination Using the Oxiprobe Inspection Technique", Fourth International Conference On CANDU Maintenance, Toronto, 1997 November 16-18]. 본 방법에서, 자철석은 역시 소정의 일정한 밀도를 가진다고 가정되었다.
미국특허번호 제4,876,506호는 벽 종동자 (follower) 및 와전류 프로브를 사용한 관 내벽 형상 검사 장치 및 방법을 기술한다. 개시된 장치는 (i) 관 내부에 삽입될 수 있는 원통형 프로브 몸체, (ii) 프로브 몸체 내부에 배치되는 서로에 대하여 이동 가능한 와전류 감지 코일 및 구리판을 포함한 프로브 조립체, 및 (iii) 일단에 철필 (stylus)을 포함하고 타단에서 프로브 조립체에 연결되어 관 반경 변화를 와전류 감지 코일 및 구리판 사이 거리 변화로 전환시키는 벽 종동자 조립체를 포함한다.
미국특허번호 제4,876,506호의 프로브는 축-주사 프로브가 아니다. 또한 본 프로브는 관 내경 외에 사용 확장이 불가능하고 따라서 관 벽의 어떠한 내부 침적 두께를 측정할 수 없다. 셋째로 본 모듈로부터의 와전류는 실제 관 자체와 결합된다.
이러한 배경 정보는 본 출원인에게 알려진 정보와 본 발명과의 연관 가능성을 제공할 목적이다. 선행 정보의 어떠한 것도 본 발명에 역행하는 선행기술을 구성하는 것으로 인정하거나 이렇게 해석되어서도 아니 된다.
증기발생기의 관 ID에 자철석과 같은 침적물을 정확하고도 신뢰도 있도록 측정할 수 있는 장치 및 방법의 필요성이 대두된다.
본 발명은 관내 침적물 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 표면-종동 프로브를 포함하는 프로브 장치가 제공되며, 표면-종동 프로브는: 프로브 몸체; 각각이 상기 프로브 몸체에 부착되는 편심 슈 및 상기 프로브 몸체에 부착되는 고정 슈로 이루어진 하나 이상의 슈 쌍들; 상기 하나 이상의 슈 쌍들 각각의 편심 슈에 장착되는, 전도성 및 강자성, 전도성 및 비-강자성, 또는 비-전도성 및 강자성 재료로 이루어진 타깃; 및 각각의 타깃과 전자기 결합하는 전도체 코일로 구성된다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 관내 내경 전도성 침적물 두께 측정 방법이 제공되며, 본 방법은 (i) 관내 일 위치에서 관 내경을 측정하는 단계; (ii) 상기 위치에서 와전류 실험을 수행하는 단계; 및 (iii) 관내 내경, 전도성 침전물 두께를 계산하기 위하여 단계 (i)에서 결정된 내경을 단계 (ii)에서의 출력과 상관시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 관내 내경 전도성 침적물 두께 결정 방법을 위한 키트가 제공되며, 상기 키트는 (i) 와-전류 프로브와 결합되는 표면-종동 프로브를 포함하는 프로브 장치; 및 (ii) 하나 이상의 보정 관들을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 장치 배열을 도시한 것이다.
도 2a는 도 1에 도시된 프로브 장치 단면도이고 도 2b는 도 2a에 도시된 프로브 장치의 표면-종동 모듈의 상세도이다.
도 3은 본 발명의 프로브 장치로 사용에 적합한 표준 와전류 보빈 프로브 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 프로브 장치에 대한 데이터 수집 과정을 설명하는 검사 방법 사양서 (ETSS) 예시이다.
도 5는 표면-종동 모듈 변위 및 전자기 모델링 결과 비교를 도표로 도시한 것이다.
도 6은 슬루잉 (slewing) 없는 표면-종동 모듈 및 보빈 모듈 프로브 출력을 도시한 것이다 (관들 I-158 및 I-983).
도 7은 데이터 슬루잉 후 표면-종동 모듈 및 보빈 모듈 프로브 출력을 도시한 것이다 (관들 I-158 및 I-983).
도 8은 덴트 표준 시험편 I-2205으로부터의 데이터를 도시한 것이다.
도 9는 실험실 생성 자철석 시험편 I-806 (56 ㎛)으로부터의 데이터를 도시한 것이다.
도 10은 실험실 생성 자철석 시험편 I-810 (24 ㎛)으로부터의 데이터를 도시한 것이다.
도 11은 실험실 생성 자철석 시험편 I-815 (45 ㎛)으로부터의 데이터를 도시한 것이다.
도 12는 덴트 표준 I-2205를 사용하고 자철석 시험편들 I-806, I-810 및 I-815 위치를 포함한 보정곡선을 도시한 것이다.
달리 정의되지 않는 한, 본원에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 당업자에 의해 통상 이해되는 것과 같은 의미를 가진다.
본 명세서 및 청구범위에 사용되는 단수 형태 'a', 'an' 및 'the'는 달리 명백하게 표기되지 않는 한 복수의 참조들을 포함한다.
본원에 사용되는 '포함하는'이라는 용어는 후속 목록이 비-망라적이며 기타 추가적인 적합한 항목 예를 들면 적합한 하나 이상의 추가적인 특징부(들), 요소(들) 및/또는 성분(들)을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다는 것을 의미한다.
침전물 다공도 및 투자률과 무관하게 작동하는 프로브 장치 및 관 내부 침적물 두께 측정 관련 방법이 개시된다. 특정한 예시적 실시예에서, 내부 침적물은 자철석 침적물이며, 본 장치 및 방법은 자철석 다공도 및 투자률과는 독립적으로 작동한다. 프로브 장치는 관 내경을 정확하게 신뢰할 수 있도록 측정하는 축 방향 주사형 내부 표면-종동 프로브이다.
하기 명세서에서, 증기발생기 관 검사 및 관 내부의 내경 자철석 두께 측정에 대한 본 발명 방법의 비-제한적 적용이 설명될 것이다. 그러나, 대략 원통형 설비에 있는 내경 전도성 재료의 검사 범위에서 기타 적용들이 가능하다는 것은 명백하다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 프로브 장치 (10)는 두 개의 모듈들 및 푸시-관 (미도시)으로 구성된다. 제1 모듈은 표면-종동 모듈 (20)이다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제 1모듈은 독립형 프로브로 작용한다. 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 제 1모듈 (20)은 제2 모듈 (60)과 동일한 프로브 헤드에서 조합되어 제1 모듈 출력은 제 2 모듈 출력을 보정하기 위하여 사용된다.
표면- 종동 모듈
도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 제1, 표면-종동, 모듈 (20)은 프로브 장치 (10) 선단에 있는 전방 가이드 (24) 후방에 위치한 편심 슈 (22)를 포함한다. 편심 슈 (22)는 프로브를 관으로 넣거나 뺄 때 관 벽을 따라 주행한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 편심 슈 (22)는 스프링 장착된다. 예를 들면, 도 2b에 도시된 바와 같이, 두 개의 스프링들 (23)이 몸체 (30) 및 편심 슈 (22) 내에 외향 장착되어, 검사 과정에서 슈 (22)가 관 내면과 접촉되도록 한다.
제1 모듈 (20)이 상기와 같이 스프링-장착 슈 (22)를 포함하는 것으로 특정되지만 표면-종동 슈를 편향시키는 대안적 수단들이 스프링 대신 제1 모듈 (20)에 결합될 수 있다. 이러한 편향 수단은 슈 표면이 관 내면과 접촉을 유지하도록 하는 성능에 따라 선택된다.
퍽-형상 또는 원통형, 또는 이들의 조합 형상의 부재가 슈 내부에 장착되어, 프로브 몸체 (30)에 단단히 결속된 전도체 코일 (29)에 대한 타깃 (26)으로 작용한다.
도 2(b)에 도시된 바와 같이, 타깃의 조합 형상은 더 작은 돌출 실린더 (28)를 가지는 퍽 (27)으로 구성된다. 본 구성에서 실린더 (28) (선택적으로 플런저 라고도 함)는 실린더(28)가 전도체 코일 (29)의 최상부로 들어가도록 슬리브형 전도체 코일 (29)의 내경보다 더 작은 직경을 가져 타깃 (26)과 코일 (29) 사이 전가지 결합을 극대화한다.
타깃 (26)은 페라이트, 강, 또는 전도성 및 강자성, 또는 전도성 및 비-강자성, 또는 비-전도성 및 강자성인 기타 임의 재료로 제조될 수 있다. 타깃 (26) 제조 재료는 높은 상대 투자율을 가지도록 선택된다.
전도체 코일 (29)은 박형 내부 슬리브 (31)를 코일(29)의 내부에 포함시켜 플런저 (28)와의 잠재적 마모에서 보호된다. 코일(29)은 내부 슬리브(31)상에 권취된다. 선택적으로, 더욱 코일 (29)을 보호하기 위하여 코일 (29)은 제2, 외부 슬리브 (32) 내에 삽입된다. 내부 및 외부 슬리브들 (31, 32)는 비-전도성 재료로 제작된다. 일 예에서, 내부 및 외부 슬리브들 (31, 32)는 플라스틱으로 제조된다.
슈 (22) 및 전도체 코일 (29) 사이 상대 운동은 통상적인 와전류 장비를 사용하여 자장 결합으로 검사된다. 타깃 사용 및 코일에 대한 적합한 여기 주파수는 주변 관으로 와전류 유도를 최소화한다.
전도체 코일 (29) 길이는 프로브 장치가 삽입되는 자철석 층 및 관과 코일 사이 상호작용이 최소화되도록 선택된다. 또한, 표면-종동 모듈 (20)은 코일 (29)과 자철석 층 및 관 사이 상호작용을 더욱 최소화하기 위하여 차폐 부재를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 차폐는 전도체 코일 (29) 및 (존재한다면) 외부 슬리브 (32) 외경 주위에 배치되는 원통형 슬리브 (34) 형태로 제공될 수 있다. 원통형 슬리브 (34)는 코일 (29)과 거의 길이가 같고 구리 또는 임의의 기타 전기 전도성 재료로 제조될 수 있다.
표면-종동 모듈 (20)은 프로브의 표면-종동 특성을 유지할 수 있는 수단을 포함하여 관 직경 변화에 따라 상응하는 코일 및 타깃 거리 변화가 유발된다. 특히, 표면-종동 모듈 (20)은 편심 슈 (22) 외면이 관 내면과의 접촉 유지가 보장되도록 제작된다. 본 발명의 일 실시예에 따라면, 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이, 모듈의 표면-종동 특성 유지를 위한 수단은 편심 슈 (22)로부터 몸체 반대 측에 위치한 제2의 고정 슈 (40)를 포함한다. 이러한 구성으로 인하여 프로브는 관 직경 변화, 및/또는 내경 침적물 두께 변화에 민감할 수 있다.
본 발명의 대안적 예에 의하면, 표면-종동 특성 유지 수단은 하나 이상의 부동식 슈들을 포함한다. 본 실시예에서, 전도체 코일은 하나의 부동식 슈에 장착되고 타깃은 표면-종동 모듈 몸체에, 또는 다른 부동식 슈에 장착된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1모듈의 스프링-장착 슈 및/또는 고정 슈는 교체 가능하다. 슈들의 교체성으로 인하여 사용자는 프로브를 관 내경 또는 침적물 두께 변화에 따라 조절할 수 있다. 두께가 슈 이동 범위를 초과하는 경우에 필요하다. 또한, 슈들이 마모된 경우 교환할 수 있다. 또한, 슈들 치수가 임의의 사이즈 및 형상으로 변경 가능하여 피-측정 표면 변화 유형에 대응할 수 있다. 더 작은 슈 길이는 세밀한 국부 변화 분해능을 제공하며, 더 긴 슈 길이는 더 큰 직경 변화에서만 감지할 수 있다.
최소한 하나의 착탈식 슈를 포함하는 추가적인 이점은 슈를 제거하여 표면-종동 모듈 내부에 쉽게 접근할 수 있어 기구 유지를 가능하게 하며 및/또는 필요한 경우 타깃을 교환할 수 있다는 것이다.
도 2b에 도시된 본 발명의 실시예에 의하면 편심 슈 (22) 및 고정 슈 (40) 모두는 착탈식이고 슈 덮개들 (44, 46)로 제자리에 고정된다. 슈 덮개들 (44, 46)은 표면-종동 모듈 (20) 반대 단들에서 몸체 (30)에 나사 결합되어 편심 슈 (22) 및 고정 슈 (40) 일부 위까지 각각 연장되어 이들을 제자리에 고정시킨다.
선택적으로 보호 삽입구들이 슈들에 포함되고 표면 마모를 최소화시키도록 안내하여 거친 및/또는 마모적 환경에서 프로브 중심을 유지시킨다. 특정 실시예에서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 보호 삽입구들은 세라믹 삽입구들 (48)이다.
제1 모듈 (20)은 하나의 원주 방향을 따라 직경 변화를 감지한다. 이는 ID 자철석 침적 두께가 관 원주 주위로 일정하다는 것을 가정한 것이다. 빼낸 관들에 대한 금속조직학적 연구는 이러한 가정이 유효하다는 것을 보였다. 그러나, 필요하다면, 추가적인 슈 쌍들 (예를들면, 하나의 고정 및 하나의 편심, 또는 스프링-장착)이 제1 모듈 (20)에 결합되어 다른 원주 방향을 따른 직경 변화를 감지할 수 있다.
제1 모듈 (20)은 코일 (29) 및 타깃 (26) 사이 상호작용 결과인 전압 출력을 획득하고 전환시키는 컴퓨터 시스템과 연결된다. 컴퓨터와의 연결을 위한 와이어들 및 케이블들은 몸체 (30) 내부 채널 (50)을 통하여 연장되어 푸시 관 (미도시) 길이를 따라 계속된다. 와이어들 및 케이블들은 기구 조립 시에 슈 덮개 (46)로 덮는다.
현재 상업적으로 입수할 수 있고 본 발명의 장치와 사용되기에 적합한 컴퓨터 시스템의 예시로는 Zetec MIZ-80id 와전류 장비이다.
와전류 모듈
제2 모듈 (60)은 보빈 프로브와 같은 통상적인 와전류 프로브로 구성되며 별도 채널로 역시 와전류 장비와 연결된다.
보빈 프로브의 전형적인 설계 예시는 도 3에 도시되고, 이는 현재 증기발생기 및 열교환기 관 검사용 산업 표준이다. 도 3에 도시된 보빈 프로브는 원뿔 선단 및 전방 페달 가이드를 제1 표면 종동 모듈 몸체에 부착되도록 교체 또는 변경하여 제1의 표면 종동 모듈에 부착되도록 적용될 수 있다. 이러한 조합의 예가 도 1 및 2a에 도시된다. 도 1 및 2a에 도시된 바와 같이, 제2 모듈 (60)은 표준 보빈 프로브로 구성되며, 후방 가이드 (62), 이어 내마모성 비드들 (66)을 포함한 유연 부분 (64)으로 이루어진다. 프로브 장치는 프로브를 피-검사 관으로 삽입할 수 있는 푸시 관 (미도시)을 영구적 또는 착탈식으로 수용할 수 있는 말단부 (80)를 더욱 포함한다.
전형적인 검사 방법에 필요한 통상적인 데이터를 제공하는 제2 모듈 (60)의 프로브는ID 자철석 두께 변화 및 투자율 변화를 검사하기 위하여 사용되며, 관 내부에서 프로브의 축 방향 위치를 지정하기 위한 수단을 제공한다. 이러한 점에서, 와전류 프로브는 임의 설계 또는 유형일 수 있고 간단한 보빈 프로브에 국한되지 않는다. 특정 예에서, 제2 모듈 (60)은 보빈-프로브 코일들을 보호하는 티타늄 케이싱 (미도시)을 포함하는 보빈 프로브이다.
기타 프로브 유형들 예를들면 자기 편향 프로브들, 배열 프로브들 또는 회전 프로브들, 또는 기타 프로브 기술들 예를들면 초음파, 일시 또는 원격장 와전류가 하나 이상의 표면-종동 모듈들과 연결되어 사용될 수 있다. 프로브 유형들 또는 기술들 선택은 용도 및 직경과 상관될 수 있는 필요 정보에 따른다. 각각의 다른 용도는 특수한 설계를 필요로 하거나 또는 상호 교환 가능하여 다른 프로브 유형들 및 기술들이 동일 표면-종동 모듈 또는 모듈들과 함께 사용될 수 있다.
제2 모듈 (60)은 제1 모듈 (20)과 동일 컴퓨터 시스템에 연결된다. ID 자철석과 같은 강자성 침적물 변경이 제1 모듈 (20)에 의해 제공되는 정확한 직경 측정과 상관될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 프로브 장치는 제한적이지는 않지만 InconelTM600 또는 IncoloyTM800을 포함하는 비-강자성 금속관에서 사용되도록 설계된다. 대안적 실시예에 의하면, 본 프로브 장치는 제한적이지는 않지만 MonelTM400을 포함하는 미약 강자성 금속관 및 비-전도성 관에서 사용되도록 설계된다.
또한 본 발명의 특정 예에 의하면, 본원에 기술된 프로브는 0.350"보다 큰 공칭 내경의 관들에 사용된다. 그러나, 프로브 조립체는 다양한 직경들의 관들에서 편리하게 사용되도록 변경될 수 있다.
적용
사용에 있어서, 제1 모듈은 제2 모듈에 있는 프로브를 효과적으로 보정한다. 이러한 관계로 정확한 ID 자철석 침적물 두께가 추론된다. 피-검사 침적물이 비-강자성 및 비-전도성인 경우, 표면-종동 모듈은 독립적으로 침적물 두께를 측정하거나 관 내경 감소를 정량 할 수 있다.
표면 종동 모듈 작동에 어떠한 외부 기준 프로브들도 필요하지 않다. 와-전류 모듈 및 표면-종동 모듈은 동일 주파수에서 작동한다; 그러나, 상이한 시간 슬롯들이 사용되어 크로스토크를 피할 수 있다. 도 4는 검사방법사양서 (ETSS) 예시를 제공한다. 이러한 ETSS는 데이터 수집 과정을 설명한다. 본 예에서, 와-전류 프로브는 보빈 프로브이며 보빈 프로브의 절대 채널들에 대한 증폭기 이득은 표준 보빈 기술보다 낮춰 두꺼운 자철석 부분을 감지할 때의 신호 포화를 피할 수 있다는 것을 알아야 한다. 상기된 바와 같이, 다른 와전류 장비들이 본 발명의 프로브 장치에서 사용될 수 있으나, 어댑터 및 외부 기준이 필요할 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 프로브는 적은 수의 관들을 주사하여 증기발생기 면적 내부 자철석 프로파일을 측정할 수 있다. 이러한 정보는 이들 피-검사 관들의 자철석 두께를 직접 보고하거나 및/또는 잔여 보빈-프로브 데이터에 적용될 수 있는 전환 인자들을 결정할 때 적용될 수 있다. Oxiprobe 정보와 조합되면, 데이터는 기타 기술에서 필요한 밀도 값 검증에 사용될 수도 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본원에 기재된 프로브 장치 및 덴트 보정용 표준 시험편 (calibration standard)을 이용한 내경 측정 수행 방법이 제공된다. 이러한 방법의 특정 예시로는 다음 단계들을 포함한다:
1. 와전류 장비를 검사 지점에 설치 및 준비;
2. 프로브를 연결하고 정확한 작동을 확인;
3. 덴트 보정용 표준 시험편 내부로 프로브를 삽입;
4. 양 모듈들이 임의의 보정 기준들과 차이가 있다고 확신되면, 전자식 브리지 균형을 위한 영점화 (null);
5. 보정 기준으로부터의 보정 기준 데이터를 관찰하여 프로브가 덴트를 통과할 때 수직 편향되도록 덴트 신호를 조정;
6. 프로브 전체를 덴트 보정용 표준 시험편으로 푸시;
7. 일정 속도로 빼면서, 프로브가 덴트 보정용 표준 시험편을 통과하여 이로부터 빠지는 동안 데이터 기록;
8. 데이터 관찰 및 양호한 데이터 기록이 확신될 때까지 이러한 주사를 반복;
9. 각 덴트에 대한 전압 변화 측정, 및 직경 감소 대 전압 도표화 (plot)로 도 12와 유사한 곡선 산출. 원점은 기준점으로써 덴트 시험편 직경을 나타낸다;
10. 덴트 보정용 표준 시험편을 통과시켜 피-측정 관 내부로 프로브 삽입;
11. 일정 속도로 빼면서, 프로브가 피-측정 관을 통과하고 덴트 보정용 표준 시험편을 통과하여 빠지는 동안 데이터 기록;
12. 모든 피-측정 관들에서 반복;
13. 측정 데이터 분석을 위하여, 덴트 표준 시험편의 공칭 ID 위치에서 피-측정 관의 공칭 ID까지 전압 측정. 이것은 덴트 표준 시험편에 대한 관 직경 증가 또는 감소 관련 값을 제공;
14. 보정 곡선에 원점 위 또는 아래일 수 있는 이러한 작동점 도표화 (도 12);
15. 보정 곡선에서 작동점에 상대적인 ID 자철석으로 인한 전압 측정 및 도표화. 이러한 방식으로, 측정은 관들의 내경들 사이 차이들로 조정;
16. 두께 추정값이 보정곡선에서 읽혀짐.
본 발명의 프로브 장치 및 방법은 열교환기 또는 증기발생기 관들의 ID에 있는 자철석 침적 확인 및 측정에 특히 유용하다. 그러나, 또한 본 발명의 프로브 장치는 계획된 보수 정지 과정에서 증기발생기들 검사 목적으로 전기 설비들에서도 사용될 수 있다.
일반적으로, 본 프로브 장치는 원통형 설비에 있는 전도성 및 비-전도성 침적물 측정에 적용될 수 있다. 또한 본 발명의 프로브 장치의 와전류 모듈은 선택된 와전류 프로브 유형에 따라 관 특성 또는 결함, 제한적이지는 않지만 예를들면 크랙, 덴트, 벌지 및 확장 측정에 적용될 수 있다.
본원에 기재된 발명을 더욱 이해하기 위하여, 다음 예들이 제공된다. 이들 실시예는 단지 설명을 위한 것이라는 것을 이해하여야 한다. 따라서, 어떠한 방식으로도 실시예들은 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
실시예들
초기 프로브 설계를 개시하기 위하여, Infolytica사의 MagNet v6 3D 유한-요소 전자기 모델링 소프트웨어를 사용하여 표면-종동 모듈 코일 및 타깃 사이 상호작용을 모델링 하였다. 코일 기하, 타깃 기하 및 특성들, 및 간격 고려 사항들을 모델링 하여 해를 얻었다. 코일과 프로브가 삽입되는 자철석 층 및 관 사이 상호작용을 낮추도록 코일 길이를 조절하였다. 도 5는 타깃 근접에 대한 코일 전압 출력의 전자기 모델링 결과를 도시한 것이다. 또한 도 5는 모델링 및 하기 실험적 결과를 대비한다. 모델링 코일을 기반으로, 물리적 코일들이 제작되고 이들 저항 및 인덕턴스를 측정하였다.
표면-종동 모듈만으로 이루어진 초기 프로브를 사용하여 모델링 결과를 검증하였고 개념을 증명하였다. 원형적 표면-종동 모듈을 이용한 초기 검사는 성공적이었고 도 5는 이러한 탁상형 표면-종동 모듈 및 컴퓨터 모델링 결과 사이 차이를 보인다. 마이크로미터로 슈를 압박, 변위를 기록, 및 프로브에서 생성되는 신호 진폭을 측정하면서 탁상형 프로브 결과를 수집하였다. 이러한 결과에 기반하여, 양 모듈들 및 15.24 m (50') 길이의 푸시-관으로 이루어진 완전한 조립체를 완성하였다. 이러한 완성된 프로브 원형으로 덴트 시험편 (I-2205로 표지) 및 ID 자철석의 실험실-코팅층들 (I-806, I-810, 및 I-815로 표지)이 있는 관들을 검사하였다. 텐트 시험편은 표면-종동 모듈 이동 범위에 걸쳐 일련의 직경 감소가 있도록 제작하였다. 본 시험편인 I-2205는 ID 측정용 보정 시험편으로 간주된다. 표 1은 덴트들, 신호응답들 및 관련 물리적 측정값들을 요약한다. 도 6은 프로브 출력을 보인다. 좌측 스트립 챠트는 I-158 (C3 -8 프로브 표준 시험편)에서 덴트에 대한 보빈-모듈 응답을 보이고, 우측 챠트는 표면-종동 모듈 응답을 보인다. I-158에서 덴트 직경 감소는 500 ㎛이었다. 이들 도표 (plot)에서 직경 감소로 인한 신호들이 수직 선회되어 최대 수직 전압으로 측정되었다. 두 모듈들은 프로브 몸체를 따라 축 방향에서 이격되므로, 관의 동일 부분 데이터를 정렬시키기 위하여 데이터 슬루잉이 적용될 수 있다. 도 7은 데이터 슬루잉 적용 이후 프로브 결과를 보인다.
덴트위치 직경 감소 (㎛) 표면- 종동 모듈 덴트 전압 (v)
A 359 100.00
B 326 82.95
C 263 58.80
D 245 47.66
E 165 24.46
F 103 14.13
표 1: 덴트 표준시험편 I-2205 측정 정보 요약
도 8은 표 1에 기재된 I-2205에 있는 6개의 직경 감소 결과를 보인다. 실험실 자철석 검사 결과는 도 9, 10 및 11에 도시된다. 도 9는 I-806 시험편 데이터; 본 관의 ID는 자철석으로 2회 코팅되었다. 도 10 및 도 11은 I-810 및 I-815 각각의 시험편들을 보이고, 본 경우 양쪽 관 ID들은 자철석으로 1회 코팅되었다.
분석
원형의 프로브 데이터 분석을 위하여, 보정용으로 기지의 직경이 필요하였다. 이러한 직경 정보는 덴트 시험편 I-2205의 알려진 공칭 직경으로부터 얻었다. 도 12는 시뮬레이션 결과와 비교된 덴트 시험편의 실험실 결과를 보인다. 결과들은 매우 양호하게 일치하였다. 또한 도 12는 관 I-806 (56 ㎛), I-810 (24 ㎛), 및 I-815 (45 ㎛)에 대한 두께 추정을 보인다. 이들 결과는 덴트 시험편 직경을 도 12에서 원점으로 나타낸 기준점으로 사용한 보정 과정에 기반한다. 미지의 관들을 주사할 때, 관이 덴트 시험편과 상이한 내경을 가지면, 다음 단계들로 측정이 이루어질 필요가 있다. 먼저, 덴트 시험편의 공칭 ID 위치에서 비-검사 관의 공칭 ID까지 전압이 측정된다. 이를 통하여 덴트 시험편 I-2205에 대한 관 직경 증가 또는 감소 값이 제공되고 보정 곡선에 도표화된다 (도 12). 둘째, ID 자철석으로 인한 전압이 그 관에 대한 보정 곡선에서 이 점에 상대적으로 측정된다. 이러한 방식으로 측정은 관들의 내경들 사이 차이들로 조절된다. 현장 파견을 위하여 I-2205와 유사한 덴트 보정 관이 프로브와 함께 공급되어야 한다.
도 9, 10 및 11은 3개의 자철석 시험편들과 덴트 시험편으로부터의 응답들을 보인다. 본 경우, ID 측정은 직경들이 덴트 시험편과 매우 유사하므로 도 12에서 0에 대하여 상대적이다.
분석 방법을 개발하는 초기 단계에서, 슈 변위량 및 획득하기에 간단한 기준이므로 슈를 완전히 시험편 외부로 연장하는 조건을 관련시키려고 시도하였다. 이러한 방식으로 데이터를 분석할 때 실험실 결과는 모델링 결과와 일치하지 않았다. 이러한 차이는 표면-종동 모듈 코일 및 관에 대한 기준 코일의 전자기 결합으로 인한 것이었다. 또 다른 모델링을 통하여 표면-종동 코일을 차폐하는 방법을 개발하였다. 차폐는 도 2(b)에서 도시된 바와 같이 전도체 코일 외경 주위로 코일과 동일한 길이로 원통형 구리제 슬리브 또는 기타 임의의 전기적 전도성 재료 추가로 제공될 수 있다.
본 명세서에서 언급되는 모든 공개문헌, 특허 및 특허출원들은 본 발명이 속하는 분야의 숙련가 기술 수준을 보여주는 것이며 각각의 공개문헌, 특허 및 특허출원이 본원에 참조로 포함되도록 구체적이고 개별적으로 표시되는 정도로 본원에 참조로 포함된다.
본 발명은 기재된 것과 동일한 방식으로 많은 방식으로 변형될 수 있다는 것은 명백하다. 이러한 변형들은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나는 것으로 간주되지 않고, 모든 이러한 변경은 본 분야의 숙련가에게 명백하므로 하기 청구범위에 속하는 것이다.

Claims (15)

  1. 표면-종동 프로브를 포함하는 프로브 장치에 있어서, 상기 표면-종동 프로브는: (a) 프로브 몸체, (b) 각각이 상기 프로브 몸체에 부착되는 편심 슈 및 상기 프로브 몸체에 부착되는 고정 슈로 이루어진 하나 이상의 슈 쌍들, (c) 상기 하나 이상의 슈 쌍들 각각의 편심 슈에 장착되는, 전도성 및 강자성, 전도성 및 비-강자성, 또는 비-전도성 및 강자성 재료로 이루어진 타깃, 및 (d) 각각의 타깃과 전자기 결합하는 전도체 코일로 구성되는, 표면-종동 프로브를 포함하는 프로브 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 표면-종동 프로브와 결합되는 와-전류 프로브를 더욱 포함하는, 프로브 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 와-전류 프로브는 보빈 프로브인, 프로브 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 편심 슈는 스프링-장착 슈인, 프로브 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 편심 슈 및 상기 고정 슈는 각각 하나 이상의 보호 삽입구를 포함하는, 프로브 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 보호 삽입구는 세라믹 재질인, 프로브 장치.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 하나의 슈 쌍보다 많은 슈 쌍을 포함하는, 프로브 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 푸시 관을 추가로 포함하는, 프로브 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 타깃은 퍽-형상의 원통형이거나 퍽-형상 부분 및 원통 부분을 포함하는, 프로브 장치.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 타깃은 퍽-형상 부분 및 원통 부분을 포함하고 상기 원통 부분은 상기 전도체 코일 내부로 연장되는, 프로브 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 타깃은 전도성 및 강자성, 전도성 및 비-강자성, 비-전도성 및 강자성, 또는 이들의 조합 특성의 재료로 제조되는, 프로브 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 타깃은 페라이트 또는 강(steel)으로 제조되는, 프로브 장치.
  13. 관내 내경 전도성 침적물 두께 측정 방법에 있어서,
    (a) 관내 일 위치에서 관 내경을 측정하는 단계;
    (b) 상기 위치에서 와전류 실험을 수행하는 단계; 및
    (c) 관내 내경, 전도성 침전물 두께를 계산하기 위하여 단계 (a)에서 결정된 내경을 단계 (b)에서의 출력과 상관시키는 단계를 포함하는, 관내 내경 전도성 침적물 두께 측정 방법.
  14. (i) 제1항에 의한 프로브 장치; 및 (ii) 하나 이상의 덴트 보정 관을 포함하는, 관내 내경 비-전도성 침적물 두께 결정 방법을 위한 키트.
  15. (i) 제2항에 의한 프로브 장치; 및 (ii) 하나 이상의 덴트 보정 관을 포함하는, 관내 내경 전도성 침적물 두께 결정 방법을 위한 키트.
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