KR20140013237A

KR20140013237A - 열교환기 전열관 원주 단면의 타원화 검출 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20140013237A
Application number: KR1020120079750A
Authority: KR
Inventors: 이덕현; 최명식; 허도행; 한정호
Original assignee: 한국원자력연구원; 한국수력원자력 주식회사
Priority date: 2012-07-23
Filing date: 2012-07-23
Publication date: 2014-02-05
Also published as: KR101382051B1; WO2014017785A1; EP2881700A1; JP6279572B2; EP2881700B1; JP2015526719A; EP2881700A4

Abstract

전열관의 원주 단면의 타원화 검출 장치는, 전열관 내부에 삽입되어 상기 전열관의 길이 방향을 따라 이동 가능하고, 상기 전열관의 내면 원주 방향을 따라 회전 가능하게 구비되는 탐촉자 몸체, 상기 탐촉자 몸체 양단에 구비되어 상기 탐촉자 몸체의 선형 이동 및 회전을 지지하는 지지발, 상기 탐촉자 몸체 일부에 형성된 코일 지지부 및 상기 코일 지지부에서 서로 다른 위치에 구비되는 제1 코일 유닛과 제2 코일 유닛으로 구성되어서 상기 전열관 단면의 타원화를 검출하기 위해서 와전류 저항을 측정하는 와전류 코일을 포함하여 구성되고, 상기 제1 코일 유닛과 상기 제2 코일 유닛에서 측정된 신호의 크기 차이를 이용하여 상기 전열관 단면의 타원화 여부와 타원화 정도를 검출한다.

Description

열교환기 전열관 원주 단면의 타원화 검출 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR DETECTING OVALITY OF HEAT EXCHANGER TUBE AND METHOD THEREOF}

원자력 및 화력 발전소에서 사용되는 열교환기 전열관의 단면 원주의 타원화를 검출할 수 있는 검출 장치와 그 방법에 관한 것이다.

원자력 및 화력 발전소의 열교환기는 매우 긴 길이를 갖는 다수의 전열관들로 구성되어 있으며 가동 중 발생되는 균열 및 손상 등의 결함을 비파괴 검사기술로 검출한 후 보수하고 있다.

전열관이 외력 또는 굽힘 등에 의해 변형되어 원주 단면의 형상이 타원화(oval) 되면 전열관 벽의 내/외면에 큰 응력이 유발되고 이로 인하여 부식성 균열 및 손상의 발생이 훨씬 가속화 된다. 따라서 전열관 내에서 원주 단면이 타원화된 부분을 검출하고 그 정도를 측정할 수 있으면, 그와 같이 검출된 부분이 균열 및 손상이 가속화되는 취약지역이므로 결함발생을 예측하고 발생된 결함을 조기에 검출을 위한 비파괴 검사를 강화하는 등 효율적인 관리가 수행될 수 있다.

종래 열교환기 전열관의 비파괴 검사기술은 이미 발생된 결함을 검출할 목적으로 개발되고 있어서 결함 발생을 가속화시키는 선행인자로 작용하는 전열관 원주 단면의 타원화를 검출하고 그 정도를 측정하는 기술은 개발되어 있지 않다.

본 발명의 실시예들에 따르면 원자력 및 화력발전소의 열교환기에 사용되는 전열관이 외력 또는 굽힘 등에 의해 변형되어 원주 단면의 형상이 타원화된 위치를 사전에 미리 검출하고 그 정도를 측정할 수 있는 장치 및 방법을 개발하기 위한 것이다.

상술한 본 발명의 실시예들에 따른 열교환기 전열관의 원주 단면의 타원화 검출 장치는, 전열관 내부에 삽입되어 상기 전열관의 길이 방향을 따라 이동 가능하고, 상기 전열관의 내면 원주 방향을 따라 회전 가능하게 구비되는 탐촉자 몸체, 상기 탐촉자 몸체 양단에 구비되어 상기 탐촉자 몸체의 선형 이동 및 회전을 지지하는 지지발, 상기 탐촉자 몸체 일부에 형성된 코일 지지부 및 상기 코일 지지부에서 서로 다른 위치에 구비되는 제1 코일 유닛과 제2 코일 유닛으로 구성되어서 상기 전열관 단면의 타원화를 검출하기 위해서 와전류 저항을 측정하는 와전류 코일을 포함하여 구성되고, 상기 제1 코일 유닛과 상기 제2 코일 유닛에서 측정된 신호의 크기 차이를 이용하여 상기 전열관 단면의 타원화 여부와 타원화 정도를 검출한다.

일 측에 따르면, 상기 코일 지지부는 원통 형태로 형성되고, 상기 제 1 코일 유닛과 상기 제 2 코일 유닛은 상기 코일 지지부의 원주 둘레를 따라 일정 간격 이격되어 구비된다. 여기서, 상기 제1 코일 유닛과 상기 제2 코일 유닛은 서로 90° 이격된 위치에 구비될 수 있다. 또는, 상기 와전류 코일은 서로 90° 이격된 4개의 코일 유닛으로 구성될 수 있다. 그리고 상기 제1 및 제2 코일 유닛 중 하나 또는 2개는 상기 코일 지지부 외측면에 장착될 수 있다.

일 측에 따르면, 상기 코일 지지부는 탄성부재로 형성되거나, 내부에 탄성부재가 충진되어 상기 제1 코일 유닛 및 제2 코일 유닛을 탄성적으로 지지한다.

일 측에 따르면, 상기 제1 코일 유닛과 상기 제2 코일 유닛에서 측정되는 신호 크기의 차이를 기록하는 기록부가 구비된다.

한편, 상술한 본 발명의 다른 실시예들에 따른 열교환기 전열관의 원주 단면의 타원화 검출 방법은, 전열관 내부에 탐촉자 몸체를 삽입하는 단계, 상기 탐촉자 몸체를 상기 전열관의 길이 방향을 따라 이동시키는 단계, 상기 탐촉자 몸체를 상기 전열관 내주면의 원주 방향을 따라 회전시키는 단계, 상기 탐촉자 몸체에 구비된 제1 및 제2 코일 유닛에서 각각 상기 전열관까지의 와전류 저항을 측정하는 단계 및 상기 제1 및 제2 코일 유닛에서 측정된 와전류 저항 신호 크기의 차이를 검출하는 단계를 포함하여 구성된다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 원자력 및 화력발전소 열교환기 전열관의 손상을 사전에 예측하고 예방적 관리가 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전열관의 타원화 검출 장치의 일 예를 도시한 측면도이다.
도 2는 전열관이 정상상태일 때, 도 1의 전열관의 타원화 검출 장치에서 'A-A' 선에 따른 단면을 보여주는 단면도이다.
도 3은 도 2 상태에서 검출된 결과 그래프이다.
도 4는 전열관이 타원화 되었을 때, 도 1의 전열관의 타원화 검출 장치에서 'A-A' 선에 따른 단면을 보여주는 단면도이다.
도 5는 도 4 상태에서 검출된 결과 그래프이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략될 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기 전열관의 원주 단면의 타원화(ovality) 검출 장치(100)에 대해 상세하게 설명한다.

타원화 검출 장치(100)는 전열관(10, 도 2 및 도 4 참조) 내부에 삽입되는 탐촉자 몸체(110) 및 전열관(10)의 타원화 여부를 검출하기 위한 와전류 코일(140)을 포함하여 구성된다.

탐촉자 몸체(110)는 전열관(10) 내부에 삽입되어 전열관(10)의 길이 방향을 따라 이동할 수 있을 뿐만 아니라, 전열관(10) 내면의 원주 방향을 따라 회전할 수 있다. 또한, 탐촉자 몸체(110)는 전열관(10)의 내면 형상에 대응되도록 원통 형상으로 형성될 수 있다. 탐촉자 몸체(110)는 지지발(122, 132)이 연결되는 상부 몸체(112)와 하부 몸체(114), 그리고 와전류 코일(140)이 장착되어 지지되는 코일 지지부(118) 및 탄성부재(116)를 포함하여 구성될 수 있다.

탐촉자 몸체(110)의 중심부에는 나선 형상으로 권선된 와전류 코일(140)이 구비될 수 있다. 와전류 코일(140)은 탐촉자 몸체(110)가 전열관(10) 내부에서 상부 방향 또는 하부 방향으로 이동하거나 전열관(10)의 원주 방향을 따라 회전하면서 와전류 코일(140)에서 얻어지는 신호 크기의 차이를 측정함으로써 전열관(10)의 타원화 여부를 검출할 수 있다.

탐촉자 몸체(110)는 양단에 전열관(10)의 내면과 탄성적으로 접촉하여 탐촉자 몸체(110)가 전열관(10)의 중심부에 위치할 수 있도록 탐촉자 몸체(110)를 지지하는 지지발(122, 132)이 구비된다. 지지발(122, 132)는 탐촉자 몸체(110)가 전열관(10)에 삽입되었을 때, 탐촉자 몸체(110)의 외면이 전열관(10)의 내면과 접촉하지 않은 상태로 전열관(10) 중심부에 위치할 수 있도록 한다. 또한, 지지발(122, 132)의 양단에는 베어링(124)이 구비되어 탐촉자 몸체(110)가 원주 방향으로 회전운동을 하더라도 지지발(122, 132)이 회전하지 않고 안정적으로 탐촉자 몸체(110)를 지지할 수 있다.

지지발(122, 132)은 상부 지지발(122)과 하부 지지발(132)로 구성될 수 있다. 상부 지지발(122)은 와셔(126) 및 볼트(128)에 의해 상부 몸체(112)의 외측 일단으로부터 이탈되는 것이 방지되도록 결합되고, 하부 지지발(132)은 체결용 너트(134)에 의해 하부 몸체(114)의 외측 일단으로부터 이탈되는 것이 방지되도록 결합된다.

한편, 하부 지지발(132)의 체결용 너트(134) 외측에는 컨덕터 소켓(conductor socket)(136)이 구비될 수 있다. 컨덕터 소켓(136)은 교류 신호 송신과 와전류 신호 수신을 위한 와전류 코일(140)의 전선들(미도시)에 연견된다. 컨덕터 소켓(136)은 와전류 코일(140)에 전기적 송수신 신호를 전달할 수 있을 뿐만 아니라, 탐촉자 몸체(110)의 선형 이동 및 회전 운동을 위한 구동력을 전달할 수도 있다. 또한, 컨덕터 소켓(136)은 제1 코일 유닛(141)과 제2 코일 유닛(142)에서 측정되는 신호 크기의 차이를 기록하는 기록부(미도시)가 구비된다.

와전류 코일(140)은 코일 지지부(118)에 장착되어서 지지되고 탄성적으로 지지된다. 코일 지지부(118)는 원통 형상으로 형성되어 상부 몸체(112) 및 하부 몸체(114) 사이에 개재될 수 있으며, 와전류 코일(140)이 수용될 수 있는 수용 공간을 제공한다. 또한, 코일 지지부(118)는 와전류 코일(140)을 탄성적으로 지지할 수 있도록 내부에 탄성부재(116)가 구비된다. 또한, 코일 지지부(118)는 와전류 코일(140)이 전열관(10)의 내면 형상에 대응하여 전열관(10)의 내면과 접촉 상태를 유지할 수 있도록 한다.

코일 지지부(118)의 내측면에는 와전류 코일(140)이 장착된다.

와전류 코일(140)은 제1 코일 유닛(141)과 제2 코일 유닛(142)의 2개로 구성될 수 있다. 그리고 제1 및 제2 코일 유닛(141, 142)에서 측정되는 신호의 크기 차이를 통해 전열관(10) 단면의 타원화 여부를 검출할 수 있다.

상세하게는, 제1 및 제2 코일 유닛(141, 142)은 코일 지지부(118) 내부에서 서로 다른 위치에 장착되며, 코일 지지부(118)의 일 위치에 장착되는 제1 코일 유닛(141)과, 코일 지지부(118)의 원주 방향을 따라 상기 제1 코일 유닛(141)에서 일정 간격 이격된 위치에 장착되는 제2 코일 유닛(142)의 2개로 구성된다. 예를 들어, 제1 코일 유닛(141)과 제2 코일 유닛(142)은 서로 90° 이격되어 구비될 수 있다.

그러나 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 서로 90° 간격으로 이격되어 4개의 코일 유닛이 장착되는 것도 가능하다.

또한, 제1 및 제2 코일 유닛(141, 142) 중 최소한 하나는 코일 지지부(118)의 외면에 장착될 수 있다.

전열관의 단면 원주의 타원화 검출 장치(100)의 동작을 살펴보면, 우선, 전열관(10)의 타원화를 측정하기 위해서 와전류 코일(140)이 구비된 탐촉자 몸체(110)를 전열관(10) 내부에 삽입한다.

다음으로, 탐촉자 몸체(110)를 전열관(10)의 길이 방향을 따라 이동시킨다. 즉, 탐촉자 몸체(110)를 전열관(10)의 내면을 따라 상방 또는 하방으로 이동시킨다. 그 후 탐촉자 몸체(110)를 전열관(10) 내면의 원주 방향을 따라 회전시킨다. 다만, 탐촉자 몸체(110)를 이동시키는 단계와 회전 시키는 단계는 탐촉자 몸체(110)를 먼저 이동시킨 후에 회전시키는 것과 같이 서로 다른 시간에 이루어질 수 있으나, 이동시키는 단계와 회전시키는 단계가 동시에 이루어질 수도 있다.

상기와 같이 탐촉자 몸체(110)가 전열관(10)의 길이 방향 이동 또는 원주 방향 회전을 하면, 탐촉자 몸체(110)에 구비된 와전류 코일(140)은 전열관(10)의 전열관(10)의 와전류 저항을 측정한다. 그리고 제1 및 제2 코일 유닛(141, 142)에서 측정되는 와전류 저항의 신호의 크기 변화를 측정하고, 이와 같이 측정된 제1 및 제2 코일 유닛(141, 142)의 신호 크기의 차이를 검출함으로써 전열관(10)의 타원화 여부를 검출할 수 있다.

상세하게는, 도 2와 도 3은 전열관(10)이 타원화되지 않은 정상상태를 도시하였다. 도면을 참조하면, 정상상태에서는 코일 지지부(118)와 제1 및 제2 코일 유닛(141, 142) 사이의 거리가 일정하므로 상기 제1 및 제2 코일 유닛(141, 142)에서 검출되는 신호가 동일하다. 따라서, 도 3에 도시한 바와 같이, 전열관(10)이 정상상태일 때는 제1 및 제2 코일 유닛(141, 142)에서 얻어지는 신호 크기 차이의 그래프가 직선 형태로 나타난다.

반면, 전열관(10)이 타원화되었을 경우에는 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 코일 유닛(141)과 제2 코일 유닛(142)에서 전열관(10) 사이의 거리에 차이가 있다. 전열관(10)의 단면 타원화 검출 장치(100)는 탐촉자 몸체(110)를 지속적으로 회전시키면서 타원화를 검출하므로, 제1 코일 유닛(141)과 제2 코일 유닛(142)에서 검출되는 신호 크기에 변화가 발생한다. 또한, 제1 및 제2 코일 유닛(141, 142)은 서로 90° 간격으로 구비되어 있으므로, 상기 제1 및 제2 코일 유닛(141, 142)에서 검출되는 신호 역시 사인 곡선 또는 코사인 곡선 형태를 갖는다. 그리고 마찬가지로 전열관(10)이 타원화 되었을 경우 제1 및 제2 코일 유닛(141, 142)에서 검출되는 신호 크기의 차이는, 도 5에 도시한 바와 같이, 대략적으로 사인 곡선(sine curve) 형태를 갖는다. 그리고 이와 같이 검출되는 사인 곡선의 진폭의 크기가 전열관(10)의 타원화 정도에 비례한다. 따라서, 와전류 코일(140)에서 검출되는 신호 크기의 차이 그래프에서, 형태 및 진폭을 측정함으로써 전열관(10)의 타원화 여부와 타원화 정도를 용이하게 검출할 수 있다.

본 실시예에 따른 전열관(10)의 타원화 검출 장치(100)는 탐촉자 몸체(110)의 선형 이동 및 회전만으로도 전열관(10)의 길이 방향 및 원주 방향의 와전류 저항을 측정할 수 있다.

본 실시예들에 따르면, 제1 및 제2 코일 유닛(141, 142)에서 측정되는 신호크기의 차이로부터 타원화(ovality)를 검출할 수 있으며, 전열관(10)의 길이 방향을 따라 연속적으로 검출이 가능하다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

10: 전열관
100: 전열관의 타원화 검출 장치
110, 112, 114: 탐촉자 몸체
116: 탄성부재
118: 코일 지지부
122, 132: 지지발
126: 와셔
128: 볼트
134: 체결용 너트
136: 컨덕터 소켓
140: 와전류 코일
141, 142: 코일 유닛

Claims

전열관 내부에 삽입되어 상기 전열관의 길이 방향을 따라 이동 가능하고, 상기 전열관의 내면 원주 방향을 따라 회전 가능하게 구비되는 탐촉자 몸체;
상기 탐촉자 몸체 양단에 구비되어 상기 탐촉자 몸체의 선형 이동 및 회전을 지지하는 지지발;
상기 탐촉자 몸체 일부에 형성된 코일 지지부; 및
상기 코일 지지부에서 서로 다른 위치에 구비되는 제1 코일 유닛과 제2 코일 유닛으로 구성되어서 상기 전열관 단면의 타원화를 검출하기 위해서 와전류 저항을 측정하는 와전류 코일;
을 포함하고,
상기 제1 코일 유닛과 상기 제2 코일 유닛에서 측정된 신호의 크기 차이를 이용하여 상기 전열관 단면의 타원화 여부와 타원화 정도를 검출하는 전열관의 단면 원주의 타원화 검출 장치.
제1항에 있어서,
상기 코일 지지부는 원통 형태로 형성되고,
상기 제 1 코일 유닛과 상기 제 2 코일 유닛은 상기 코일 지지부의 원주 둘레를 따라 일정 간격 이격되어 구비된 전열관의 단면 원주의 타원화 검출 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 코일 유닛과 상기 제2 코일 유닛은 서로 90° 이격된 위치에 구비된 전열관의 단면 원주의 타원화 검출 장치.
제3항에 있어서,
상기 와전류 코일은 서로 90° 이격된 4개의 코일 유닛으로 구성된 전열관의 단면 원주의 타원화 검출 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 및 제2 코일 유닛 중 하나 또는 2개는 상기 코일 지지부 외측면에 장착되는 전열관의 단면 원주의 타원화 검출 장치.
제1항에 있어서,
상기 코일 지지부는 탄성부재로 형성되거나, 내부에 탄성부재가 충진되어 상기 제1 코일 유닛 및 제2 코일 유닛을 탄성적으로 지지하는 전열관의 단면 원주의 타원화 검출 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 코일 유닛과 상기 제2 코일 유닛에서 측정되는 신호 크기의 차이를 기록하는 기록부가 구비된 전열관의 단면 원주의 타원화 검출 장치.
전열관 내부에 탐촉자 몸체를 삽입하는 단계;
상기 탐촉자 몸체를 상기 전열관의 길이 방향을 따라 이동시키는 단계;
상기 탐촉자 몸체를 상기 전열관 내주면의 원주 방향을 따라 회전시키는 단계;
상기 탐촉자 몸체에 구비된 제1 및 제2 코일 유닛에서 각각 상기 전열관까지의 와전류 저항을 측정하는 단계; 및
상기 제1 및 제2 코일 유닛에서 측정된 와전류 저항 신호 크기의 차이를 검출하는 단계;
를 포함하는 전열관의 단면 원주의 타원화 검출 방법.