KR20150125456A - 다양한 형태의 배관에서 유체에 의한 영향을 모사하기 위한 테스트 섹션에 사용되는 전극 - Google Patents

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Abstract

다양한 형태의 배관에서 유체에 의한 영향을 모사하기 위한 테스트 섹션에 관한 것으로서, 상기 테스트 섹션은 서로 수직을 이루는 4방향으로 뚫려있고 서로마주보는 유체의 입구(11)와 출구(14)를 갖는데 본체의 중심부에는 시편이 놓일 수 있는 장착대(15)가 형성되며 장착대(15)는 입구(11)의 왼쪽 혹은 오른쪽에 있는좌면(16)혹은 우면(17)위에 형성이 되어 입구와 일정한 각도를 이루도록 한다.

Description

다양한 형태의 배관에서 유체에 의한 영향을 모사하기 위한 테스트 섹션에 사용되는 전극{ELCTRODE FOR TEST SECTION}
본 발명은 여러가지로 휘어지는 형태의 배관과 직전배관의 성능 평가를 용이하게 할 수 있는 실험배관을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 여러가지로 휘어지는 형태의 배관과 직전배관의 성능 평가를 용이하게 할 수 있는 실험배관에 관한 것으로서, 도1은 종래에 유체를 이용한 실험형태를 도시하는 것으로서 배관을 통해 수송하여 물을 포함한 유체의 상태변화를 이용하는 원자력발전, 화력발전 및 기타 여러 산업에서는 다양한 지오메트리의 배관 형태속에서 유체가 흐르고, 상태변화를 하게 되는데 지속적인 진행으로 인해 시간에 따라 유체의 이동 통로가 되는 배관에 문제가 발생하게 되는데 이로인해 배관과 배관내부의 유체 사이의 유속과 수화학환경 조건에 의한 일련의 반응으로 배관내벽이(pitting, flow accelerated corrosion 등의 손상메카니즘) 파손되게 된다. 따라서 지속적인 수행을 위해서는 배관재료와 유량, 유속, 유체의 상태를 포함한 수화학 환경과의 반응메카니즘과 손상기구 규명이 요구되어지는데 종래에는 기존과 같은 형태로 배관을 제작하거나 일정 비율로 배관을 제작하고 시험성능을 하는 경우가 많았다.
또한, 기존의 유속과 수화학환경에 대한 배관재료의 성능평가를 위해서는 배관 내의 시험용액(유체)과 배관이 이루는 각도를 고려하여 여러가지 형상의 배관을 주물법을 통해 각각 시험하고자 하는 형상을 따로 제작하여 평가하였다 도1은 이러한 예를 도시하는 도면으로 유체의 진행방향에 따른 영향을 계산하기 위하여 실제의 모양대로 제작하여 실험하는 예를 도시한다.
그러나 이러한 방식은 실제와 같은 형태로 제작하기 위하여 비용이 많이 들고 제작이 어렵다는 단점이 있었다.
상기한 바와 같은 단점을 극복하기 위하여 본 발명은 상기한 바와 같은 단점을 극복하기 위하여 안출된것으로서 다양한 형태의 배관구조에 대하여 같은 형태로제조하지 않은 상태에서도 그에 따른 영향을 측정하기 위한 기구를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본발명은 다양한 형태의 배관에서 유체에 의한 영향을 모사하기 위한 테스트 섹션에 사용되는 전극을 제공하는데 1M HCl용액에 Ag 와이어를 2.5시간 담궈 Ag/AgCl 전극을 생성한후 1시간 내외로 섭씨 300도에서 열처리 한후 THF코팅과 나피온 코팅을 통해 제조한다.
, 상기 전극은 테스트 섹션에 배치되는데 상기 테스트 섹션은 서로 수직을 이루는 4방향으로 뚫려있고 서로마주보는 유체의 입구(11)와 출구(14)를 갖는데 본체의 중심부에는 시편이 놓일 수 있는 장착대(15)가 형성되며 장착대(15)는 입구(11)의 왼쪽 혹은 오른쪽에 있는좌면(16)혹은 우면(17)위에 형성이 되어 입구와 일정한 각도를 이루도록 하며 상기 좌면과 우면은 각각 전극이 형성되어 ECP를 측정할 수 있도록 하는 것일 수 있다.
좌면(16)과 우면(17)은 볼트에 의해 본체에 결합되는데 좌면(16)과 우면(17)의 외주를 따라 볼트를 여러개 형성하고 결합되는 볼트의 길이를 조절함으로써 볼트의 높이차에 의하여 경사가 형성되도록 하는 것일 수 있다.
상기한 바와 같은 구성에 의하여 일일이 기존배관가 같은 형태의 배관을 제작하지 않고도 유체의 영향및 ECP를 측정하는 것이 가능해진다.
도1은 종래의 배관을 도시하는 도면
도2내지 도6은 본 발명에 따른 일실시예를 도시하는 도면.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 도2내지 도5는 본 발명에 따른 일실시예를 도시하는 도면이다. 도2는 본 발명에 따른 테스트 섹션의 단면도이며 도3은 사시도이며 도4는 구성도이다.
도4에는 구체적인 구성에 대한 도면이 도시되는데 상기 테스트 섹션은 유체의 입구(11)와 출구(14)를 갖는데 테스트섹션 본체의 중심부에는 시편이 놓일 수 있는 장착대(15)가 형성된다. 장착대는 입구(11)에 대하여 일정한 각도를 유지할 수 있도록 형성되어 있는데 장착대(15)위에 올려져 있는 시편이 입구(11)와 이루는 각이 관이 이루는 각이 되도록 한다.
이를 위하여 장착대(15)는 입구(11)의 왼쪽 혹은 오른쪽에 있는좌면(16)혹은 우면(17)위에 형성이 되는데 좌면(16)과 우면(17)은 볼트에 의해 본체에 결합되는데 좌면(16)과 우면(17)의 외주를 따라 볼트를 여러개 형성하고 결합되는 볼트의 길이를 조절함으로써 볼트의 높이차에 의하여 경사가 형성되도록 한다. 장착대는 좌면혹은 우면으로부터 수직하게 돌출된 기둥에 부착이 되어 좌면 혹은 우면의 움직임과 함께 움직이게 된다.
이와 같은 방법에 의하여 입구로 들어가는 유체는 장착대(15)위의 시편과 일정한 각도를 이루고 부딪히게 되며 이러한 유체에 의한 영향을 파악하기에 용이해진다. 특히 장착대가 일정한 각도를 이루도록 하기 위하여 관을 사용하지 않고 본체에 볼트를 이용하여 결합이 이루어지도록 함으로써 반복되는 실험에서도 내구성이 부족하여 실험을 끝마치지 못하는 경우가 없도록 하였다.
또한 장착대에는 방열판으 포함한 ECP측정용 working electrode부로 기능하도록 하며 마주보고 있는 좌면혹은 우면 에는 고온고압용 Ag/Cl전극을 설치하여 부식에 관련된 ECP 값을 측정할 수 있도록 하였다.
본 발명에 따르는 테스트 섹션은 기존의 유속과 수화학환경에 대한 배관재료의 성능평가 방법과는 달리 본 테스트 섹션(Test section)은 여러가지로 휘어지는 형태의 배관과 직석배관의 성능평가를 위해 매 시험 마다 제작을 하지 않고도 배관재료와 같은 재료의 쿠폰 시편을 장착하고, 시험하고자 하는 배관과 유속의 각도를 정하여 시험기간 내내 유지할 수 있도록 하였으며 배관재료의 부식에 관련된 주요 인자인 ECP(electro corrosion potential) 값을 함께 측정 가능하도록 제작 하였다. ECP값의 측정은 시편(working electrode)에 연결된 ss전극과 반대편에 장착된 고온-고압용 Ag/AgCl 전극의 전위차를 통해 측정 되며, 측정값의 신뢰성 확보를 위해 두 전극 사이의 거리는 최소거리가 되도록 제작하였다.Test section의 전체적인 구성은 도2와 같다.
또한 Working elelctrode로 사용하기 위해 시험 시편인 배관재료의 연결부를 측정에 사용 되는 SS wire 외에는 외부조건과 차단이 가능하도록 전극 형태로 구성하였다.
특히 기존의 실제 배관의 형상을 모사할때 일정비율로 작게 만든것은 난류의 발생에 의한 유속변수가 영향을 끼칠 수 있기 때문에 기존의 실제 배관 형상의 시편을 통한 시험과 동일한 시험조건을 가질 수 있도록 (유체의 흐름형태와 관련된 상수인 Reynold's number(Re) 값이 동일할 수 있도록) 유체가 Test section 부로 장입 되는 부분과 시험 시편간의 거리도 최소화(약 4mm) 하였으며 이경우 유속변수에 의한 영향이 최소화된다.
본 Test section은 발전소의 유속과 수화학 환경과 관련 된 다양한 부식에 의한 배관의 상태 변화 및 안전성 평가를 위한 모사 시험에 사용되는 장치이다.
발전소 내 Elbow(ㄱ자형태)나 U자 형태의 휘어지는 배관의 경우 관련 상태 모사시험을 위해 실제와 같은 형상으로 제작을 해왔으나, 본 Test section의 경우 Test section 내에서 시편은 360도로 회전이 가능하며(Test section 외부 볼팅 8개 x Test section 내부 볼팅 12개를 통해 원하는 각도로 조절 가능하도록 하였으며 최저 15도까지 회전이 된다)또한, 그에 따라 휘어지는 형태의 배관의 상태변화 및 안전성 변화를 쿠폰 형태의 시편으로 모사가 가능하도록 하였으며 또한, 본 Test section 내에 Reference electrode , Working electrode의 설치가 가능하도록 하여, 시험중에 ECP(ElectroCorrosionPotential) 전위(부식율과 관련된 인자)를 동시에 측정이 가능하도록 설계하여, 부식특성과 관련된 시험에 최적화 되도록 설계하였다. 본 Test section에 사용되는 Reference electrode의 성능 및 제작에 관한 사항은 아래의 2번 part에 나타내었다.
본 Test section에서는 쿠폰 형태의 시편이 난류 등에 의한 유속 변수(Reynold's-Number 등) 들이 시험결과에 영향을 미치지 않도록 Test section 내로 시험용액이 장입되는 배관과 쿠폰형태의 시편간의 거리가 최소(약 4mm)가 되도록 설계하였다.
도6은 Ag/AgCl 전극을 제작하여 상용 Calomel을 대전극으로 하여 성능평가를 진행한 결과를 도시한다. 다음과 같은 조건에서 전극을 제작하였다.
condition: 센서 부 2cm & 0.64cm2, 센서제작 시 인가전압 0.00127mA, 센서 제작 후 열처리 300℃
1. 1M HCl, Ag wire(3mm) vs Ag/AgCl, 2.5hr, 열처리(300℃, 1시간) , THF coating, Nafion coating
2. 1M HCl, Ag wire(3mm) vs Ag/AgCl, 2.5hr, 열처리(300℃, 1시간) , THF coating, Nafion coating
3. 1M HCl, Ag wire(3mm) vs Ag/AgCl, 2.5hr, THF coating, Nafion coating
SHE 에 대한 Ag/AgCl기준전극의 이론적 전위값은 199mV이고, 상용Calomel 전극의
이론값은 245mV인데 계산식에 의거하여 vs. 상용 Calomel에 대한 제작 된 Ag/AgCl기준전극의 전위의 이론값은 46mV 이다.
결과는 아래표에 도시된다.
포화KCl saturation potential(mV) 1M KCl saturation potential(mV)
(1)Ag/AgCl 46.1mV 48.6mV
(2)Ag/AgCl 46.4mV 48.9mV
(3)Ag/AgCl 48.2mV 50.7mV
제작 된 (1)~(3) Ag/AgCl기준전극의 경우 46.1mV ~ 48.2mV의 전위 값이 측정되었고, 최대 2.2mV의 이론값과의 오차가 발생하였는데 이는 실험값의 경우 최초 AgCl층의 형성부터 측정용액의 농도까지 이온단위의 컨트롤이 필요한 제작 특성상 비교적 잘 만들어진 것으로 판단된다. 또한 일정시간(24hr)이상 측정 후에도 같은 전위 값을 보임으로 보아 전극의 안정성 측면도 확인됨을 알 수 있다.
제작 된 전극 중 비교적 이론값에 근사한 (1),(2) 시료와 (3) 시료의 전위 값이 다른 것은 제작 절차 중 열처리과정의 차이에 의한 것으로 판단되며 열처리 효과에 따라 (1,2)전극이 안정 된 전위 값을 가지며 보다 빠른 안정화에 이르는 것으로 보인다.
전극 제작 절차 내의 열처리 과정의 첨가에 따른 효과로는 전극의 전위는 Ag wire에 코팅 된 AgCl 층의 Cl- 이온에 따라 결정 되게 되는데 코팅 이후에 건조 및 열처리 과정을 통해 AgCl 코팅층의 고형화 및 안정화, 활성화 를 유발하게 되어 기존 방법에 의해 제작 된 전극에 비해 이론값에 근사한 전위차를 갖는 Ag/AgCl 전극을 제작 할 수 있다. 또한 열처리 온도와 시간이 300℃, 1hr 에 국한된 것은 그 이상의 온도와 시간에서는 코팅 된 AgCl 층에 열화 가능성이 있으므로 전극의 성능저하를 유발 할 수 있다.

Claims (3)

  1. 다양한 형태의 배관에서 유체에 의한 영향을 모사하기 위한 테스트 섹션에 사용되는 전극으로서,
    1M HCl용액에 Ag 와이어를 2.5시간 담궈 Ag/AgCl 전극을 생성한후
    1시간 내외로 섭씨 300도에서 열처리 한후 THF코팅과 나피온 코팅을 통해 제조한,
    다양한 형태의 배관에서 유체에 의한 영향을 모사하기 위한 테스트 섹션에 사용되는 전극
  2. 제1항에 있어서, 상기 전극은 테스트 섹션에 배치되는데 상기 테스트 섹션은
    서로 수직을 이루는 4방향으로 뚫려있고 서로마주보는 유체의 입구(11)와 출구(14)를 갖는데 본체의 중심부에는 시편이 놓일 수 있는 장착대(15)가 형성되며 장착대(15)는 입구(11)의 왼쪽 혹은 오른쪽에 있는좌면(16)혹은 우면(17)위에 형성이 되어 입구와 일정한 각도를 이루도록 하며 상기 좌면과 우면은 각각 전극이 형성되어 ECP를 측정할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는,
    다양한 형태의 배관에서 유체에 의한 영향을 모사하기 위한 테스트 섹션에 사용되는 전극
  3. 제1항에 있어서, 좌면(16)과 우면(17)은 볼트에 의해 본체에 결합되는데 좌면(16)과 우면(17)의 외주를 따라 볼트를 여러개 형성하고 결합되는 볼트의 길이를 조절함으로써 볼트의 높이차에 의하여 경사가 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는,다양한 형태의 배관에서 유체에 의한 영향을 모사하기 위한 테스트 섹션에 사용되는 전극
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