KR20180065566A - Method For Monitoring Aging Status of Pipe - Google Patents

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KR20180065566A
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박진호
문순성
양봉수
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한국원자력연구원
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Abstract

The present invention provides a method of monitoring an aging state of a pipe in a longitudinal direction in a piping system which includes a pipe, a valve connected to one end or both ends of the pipe, and a branch pipe branching from the pipe, in order to monitor the overall aging state in the longitudinal direction of the pipe by using one sensor. The method of monitoring an aging state of a pipe includes the steps of: disposing a sensor on a pipe; propagating a pressure wave generated due to a flow change of a fluid flowing in the pipe in a longitudinal direction of the pipe; reflecting the pressure wave propagating in the longitudinal direction of the pipe when the pressure wave meets a valve or a branch pipe; repeatedly measuring the pressure wave through a sensor; and estimating the aging state in the longitudinal direction of the pipe by using a resonance frequency of the repetitively measured pressure wave or the repetition period of an autocorrelation function.

Description

배관의 노화 상태 감시 방법{Method For Monitoring Aging Status of Pipe}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for monitoring aging of piping,

본 발명은 배관의 노화 상태 감시 방법에 관한 것으로, 특히, 배관의 길이 방향의 노화 상태를 감시하는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for monitoring the aging state of piping, and more particularly, to a method for monitoring the aging state of the piping in the longitudinal direction.

원자력발전소를 포함한 각종 플랜트의 경우, 초기 건설 시에 설치된 배관의 노후화에 따라 배관의 감육(wall thinning) 및 파단이 발생하는 사례가 보고되고 있다. 특히, 일본 미하마 원전에서의 배관 감육 및 파단 사고가 발생한 이후 배관의 감육 상태를 파악하기 위한 기술에 대한 관심이 증가하고 있는 추세이다.In the case of various plants including nuclear power plants, pipe thinning and breakage occur due to deterioration of piping installed at the time of initial construction. Particularly, there is an increasing interest in techniques for understanding the thinning state of piping after piping thinning and breakage in Mihama nuclear power plant in Japan.

종래의 경우, 배관의 감육 상태를 파악하기 위하여 초음파를 이용한 두께 측정 방식을 이용하고 있다. 여기서, 초음파를 이용한 두께 측정 방식은 검사 대상 배관에 대하여 원주 및 길이 방향으로 일정 간격의 그리드(grid)를 표시하고, 그리드에 해당하는 지점들에 대해 일일이 두께 검사를 수행하는 방식이다.In the conventional case, a thickness measurement method using ultrasonic waves is used to grasp the thinning state of the pipe. Here, the thickness measurement method using ultrasonic waves is a method of displaying a grid at a predetermined interval in the circumference and the longitudinal direction with respect to the pipe to be inspected, and performing a thickness check on the points corresponding to the grid.

이와 같은 초음파를 이용한 두께 측정 방식은 그리드로 설정된 원주 상의 각 지점에 대하여 센서(초음파)를 옮겨가면서 일일이 두께를 검사하므로 검사 시간이 매우 오래 소요된다. 이 때문에, 발전소의 정해진 예방 정비 기간에 다수의 배관(발전소 별로 수천 개 이상의 검사대상 배관이 존재함)을 검사하기에는 어려움이 따른다. Such a thickness measurement method using ultrasound requires a long inspection time because each thickness is checked while moving the sensor (ultrasonic wave) to each point on the circumference set on the grid. For this reason, it is difficult to inspect a large number of pipelines (there are several thousand inspection pipelines for each power plant) in a predetermined preventive maintenance period of the power plant.

이에 따라, 빠른 시간 내에 배관의 광범위한 부분을 한번에 검사하기 위한 연구에 대한 관심이 높아지고 있다.Accordingly, there is a growing interest in research for inspecting a wide range of piping at a time in a short period of time.

최근에는 배관 감육이 발생하면 배관을 전파하는 진동파의 전파속도가 변화하는 현상을 감육 감지에 이용하고자, 진동파의 전파속도를 측정하는 방법이 연구되었으나, 이 방법은 전파속도를 측정하기 위하여 두 개의 센서를 사용하여야 하며, 전파속도를 정확하게 측정하기 위하여 두 개의 센서간의 거리를 충분히 확보하여야 하는 단점이 있다. 그리고, 샘플링 주파수(시간 분해능)가 높은 하드웨어를 구비하여야 한다는 단점이 있다. 그리고, 인위적으로 충격가진력을 주어 배관을 전파하는 진동파를 발생시켜야 한다는 단점이 있다.Recently, a method of measuring the propagation velocity of a vibration wave has been studied in order to use a phenomenon in which a propagation velocity of a vibration wave propagating through a pipe is changed when the pipe is thinned, And the distance between the two sensors must be sufficiently secured in order to accurately measure the propagation speed. In addition, there is a disadvantage that a hardware having a high sampling frequency (time resolution) must be provided. In addition, there is a disadvantage that a vibration wave that propagates through a pipe is generated by artificially applying an impact force.

본 발명은 하나의 센서를 이용하여 배관의 길이 방향의 전반적인 노화 상태를 감시할 수 있는 배관의 노화 상태 감시 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a method for monitoring the aging state of a pipe which can monitor the overall aging state in the longitudinal direction of the pipe using one sensor.

또한, 본 발명은 다수의 배관의 노화 상태를 검사하는데 걸리는 시간을 단축할 수 있는 배관의 노화 상태 감시 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a method for monitoring the aging state of a pipe which can shorten the time taken to inspect the aging state of a plurality of pipes.

또한, 본 발명은 하나의 센서를 이용하여 기존 방법에 비하여 저렴한 비용으로 배관 길이 방향의 전반적인 감육 상태 및 재질 특성 저하(영계수 감소) 상태를 감시할 수 있는 배관의 노화 상태 감시 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a method for monitoring the aging state of a pipe which can monitor the overall thinning state and the deterioration of the material properties (Young's modulus reduction) .

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 배관, 배관의 일단 또는 양단에 연결되는 밸브 및 상기 배관에서 분기되는 분기관을 포함하는 배관계에 있어서 배관의 길이 방향의 노화 상태를 감시하는 방법으로서, 배관에 센서를 배치하는 단계와, 배관 내부에 흐르는 유체의 유동 변화로 인해 압력파가 발생되어 배관의 길이 방향으로 전파되는 단계와, 배관의 길이 방향으로 전파된 압력파가 밸브 또는 분기관을 만나 반사되는 단계와, 센서에 의해 압력파를 반복적으로 계측하는 단계와, 반복적으로 계측된 압력파의 공진 주파수 또는 자기상관함수의 반복주기를 이용하여 배관의 길이 방향의 노화 상태를 추정하는 단계를 포함하는 배관의 노화 상태 감시 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a piping system including a piping, a valve connected to one end or both ends of the piping, and a branch piping branching from the piping, A step of arranging the sensor, a step of generating a pressure wave due to the flow change of the fluid flowing in the pipe, and propagating in the longitudinal direction of the pipe, and a step in which the pressure wave propagated in the longitudinal direction of the pipe meets the valve or the branch, Estimating the aging state in the longitudinal direction of the pipe by using a repetitive measurement of the pressure wave by the sensor and a repetition period of the resonance frequency or autocorrelation function of the pressure wave repeatedly measured, And a method for monitoring the aging state of the aging.

여기서, 반복적으로 계측된 압력파의 공진 주파수를 미리 설정된 임계 공진 주파수와 비교하여 배관의 노화 상태를 추정한다.Here, the aging state of the pipe is estimated by comparing the resonance frequency of the pressure wave repeatedly measured with a predetermined threshold resonance frequency.

또한, 반복적으로 계측된 압력파의 자기상관함수의 반복 주기를 미리 설정된 임계 반복 주기와 비교하여 배관의 길이 방향의 노화 상태를 추정한다.In addition, the aging state in the longitudinal direction of the pipe is estimated by comparing the repetition period of the autocorrelation function of the repetitively measured pressure wave with the preset critical repetition period.

또한, 반복적으로 계측된 압력파의 공진 주파수가 감소될수록 배관의 길이 방향의 감육 정도가 증가되거나 배관의 길이 방향의 영계수가 감소된다.Also, as the resonance frequency of the repetitively measured pressure wave decreases, the degree of thinning of the pipe in the longitudinal direction increases or the Young's modulus in the longitudinal direction of the pipe decreases.

또한, 반복적으로 계측된 압력파의 자기상관함수의 반복 주기가 증가될수록 배관의 길이 방향의 감육 정도가 증가되거나 배관의 길이 방향의 영계수가 감소된다.Also, as the repetition period of the autocorrelation function of the repeatedly measured pressure wave is increased, the degree of thinning in the longitudinal direction of the pipe increases or the Young's modulus in the longitudinal direction of the pipe decreases.

또한, 유체의 유동 변화는 유체가 밸브 또는 분기관을 지날 때 발생된다.Fluid flow changes also occur when the fluid passes through a valve or branch.

본 발명에 따르면, 배관의 길이 방향의 전반적인 노화 상태를 감시할 수 있으며, 배관의 노화 상태를 감시함에 있어 하나의 센서를 이용하기 때문에 비용을 절감할 수 있다.According to the present invention, it is possible to monitor the overall aging state in the longitudinal direction of the piping, and the cost can be saved because one sensor is used in monitoring the aging state of the piping.

또한, 본 발명에 따르면, 배관의 각 지점의 노화 상태가 아닌 배관의 길이 방향의 전반적인 노화 상태를 검사하기 때문에 다수의 배관의 노화 상태를 검사하는데 걸리는 시간을 단축할 수 있다.Further, according to the present invention, it is possible to shorten the time taken to inspect the aging state of a plurality of pipes because the aging state of the piping is checked in the longitudinal direction of the piping, not in the aging state.

또한, 본 발명에 따르면, 배관의 노화 상태를 감시함에 있어 배관 내부에 흐르는 유체 유동으로 인해 발생되는 압력파를 이용하기 때문에, 배관의 노화 상태를 감시하기 위해 인위적으로 배관에 진동파를 발생시킬 필요가 없다.Further, according to the present invention, in order to monitor the aging state of the piping, the pressure wave generated due to the flow of the fluid flowing inside the piping is utilized. Therefore, it is necessary to artificially generate a vibration wave in the piping There is no.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배관의 노화 상태 감시 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 배관의 두께 변화에 따른 압력파의 전파 속도의 변화를 도시한 그래프이다.
도 3은 전산 시뮬레이션을 통해 구현한 압력파의 자기상관함수의 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배관의 노화 상태 감시 방법의 순서도이다.1 is a view showing a system for monitoring the aging state of a pipe according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing a change in propagation velocity of a pressure wave according to a change in thickness of a pipe.
FIG. 3 is a graph of autocorrelation function of the pressure wave implemented through computer simulation.
4 is a flowchart of a method for monitoring the aging state of a pipe according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참고부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like refer to the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배관의 노화 상태 감시 시스템을 도시한 도면이다.1 is a view showing a system for monitoring the aging state of a pipe according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배관의 노화 상태 감시 시스템은 배관계(110, 121, 122), 센서(130) 및 제어부(150)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the aging-state monitoring system for a pipe according to an embodiment of the present invention includes piping systems 110, 121, and 122, a sensor 130, and a controller 150.

배관계(110, 121, 122)는 배관(110), 배관(110)의 일단 또는 양단에 연결되는 밸브(121, 122) 및 배관(110)에서 분기되는 분기관(미도시)을 포함한다. 이 때, 배관 (110)내부에 흐르는 유체의 유동 변화(유속, 통과 면적 및 방향 등)로 인해 배관(110)에 유체 기인 진동(Fluid Induced Vibration)이 발생함과 아울러 배관(110) 내부의 유체에 압력파가 발생된다.The piping systems 110, 121, and 122 include a pipe 110, valves 121 and 122 connected to one or both ends of the pipe 110, and a branch pipe (not shown) branched from the pipe 110. Fluid induced vibration occurs in the pipe 110 due to the flow change (flow velocity, passage area, direction, etc.) of the fluid flowing in the pipe 110, A pressure wave is generated.

이 때, 유체의 유동 변화는 배관(110) 내부에 포함된 유체가 밸브(121, 122) 및 분기관(미도시)을 지날 경우에 발생할 수 있다.At this time, the flow change of the fluid may occur when the fluid contained in the pipe 110 passes through the valves 121 and 122 and the branch pipe (not shown).

즉, 배관(110) 내부에 흐르는 유체에 유동 변화가 발생되면, 배관(110)의 길이 방향으로 유체를 둘러싼 배관(110)을 따라 진동이 전파되고(진동 모드), 배관(110)의 길이 방향으로 배관(110) 내부에 포함된 유체를 따라 압력파가 전파된다(압력파 모드).That is, when a fluid change occurs in the fluid flowing in the pipe 110, the vibration propagates along the pipe 110 surrounding the fluid in the longitudinal direction of the pipe 110 (vibration mode) A pressure wave propagates along the fluid contained in the pipe 110 (pressure wave mode).

이와 같은 압력파는 배관(110)의 길이 방향으로 전파되다가 밸브(121, 122) 또는 분기관(미도시)을 만나면 임피던스 부정합(Impedance Mismatch)에 의해 압력파의 일부가 반사된다.When the pressure waves propagate in the longitudinal direction of the pipe 110 and meet the valves 121 and 122 or the branch pipe (not shown), a part of the pressure wave is reflected by the impedance mismatch.

여기서, 압력파의 전파 속도(C)는 아래의 수학식 1에 의해 정의된다.Here, the propagation velocity C of the pressure wave is defined by the following equation (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, Cf는 유체의 음속, Bf는 유체의 체적 탄성 계수, r은 배관(110)의 반지름, h는 배관(110)의 두께, E는 배관(110) 재질의 영계수(Young`s Modulus), ρ는 배관(110)의 밀도, ω는 압력파의 각주파수이다.Here, C f is the sound velocity of the fluid, f B is a bulk modulus of the fluid, r is the radius of the pipe (110), h is the thickness of the pipe (110), E is the pipe 110 Material Young's modulus (Modulus of Young`s ), ρ is the density of the pipe 110, and ω is the angular frequency of the pressure wave.

상기 수학식 1을 참조하면, 압력파의 전파 속도(C)는 배관(110)의 두께(h) 및 배관(110) 재질의 영계수(E)에 따라 변화된다. 즉, 배관(110)의 두께(h) 및 배관(110) 재질의 영계수(E)가 감소하면, 압력파의 전파 속도(C)도 감소하게 된다.The propagation velocity C of the pressure wave is changed according to the thickness h of the pipe 110 and the Young's modulus E of the material of the pipe 110. [ That is, when the thickness h of the pipe 110 and the Young's modulus E of the material of the pipe 110 decrease, the propagation velocity C of the pressure wave also decreases.

도 2는 배관(110)의 두께 변화에 따른 압력파의 전파 속도의 변화를 도시한 그래프이다.2 is a graph showing a change in propagation velocity of a pressure wave according to a change in thickness of the pipe 110. As shown in FIG.

여기서, 도 2의 가로축은 압력파의 주파수(ω), 세로축은 압력파의 전파 속도(C)를 나타낸 것으로서, 배관(110)의 반지름(r)이 50mm 일 때 배관(110)의 두께(h) 변화에 따라 변화되는 압력파의 전파 속도(C)를 도시하였다. 도 2에 도시한 바와 같이, 배관(110)의 두께(h)가 감소될수록 압력파의 전파 속도(C)는 감소되는 것을 알 수 있다.2 shows the frequency (ω) of the pressure wave and the vertical axis shows the propagation velocity C of the pressure wave. When the radius r of the pipe 110 is 50 mm, the thickness h of the pipe 110 (C) of the pressure wave which changes according to the change of the pressure wave. As shown in FIG. 2, it can be seen that the propagation velocity C of the pressure wave decreases as the thickness h of the pipe 110 decreases.

이와 같이, 압력파의 전파 속도(C)를 측정하면, 배관(110)의 감육 정도 또는 배관(110)의 영계수 감소 정도를 파악할 수 있게 된다.By measuring the propagation velocity C of the pressure wave in this manner, it becomes possible to grasp the degree of thinning of the pipe 110 or the degree of decrease in the Young's modulus of the pipe 110. [

그러나, 압력파의 전파 속도(C)를 측정하기 위해서는 통상적으로 2개 이상의 센서가 필요하며, 압력파의 전파 속도(C)를 정확히 측정하기 위해서는 2개의 센서 간의 거리를 충분히 확보해야 한다.However, in order to measure the propagation velocity C of the pressure wave, usually two or more sensors are required. In order to accurately measure the propagation velocity C of the pressure wave, the distance between the two sensors must be sufficiently secured.

또한, 2개의 센서 간의 압력파 시간 지연을 정확하게 측정하기 위해서는 샘플링 주파수(시간 분해능)가 높은 하드웨어를 구비해야 한다.In order to accurately measure the pressure wave time delay between the two sensors, it is necessary to provide hardware having a high sampling frequency (time resolution).

이와 달리, 본 발명은 하나의 센서(130)를 통해 전술한 압력파의 배관(110) 내부에서의 반사 현상을 이용하여 배관(110)의 길이 방향의 전반적인 노화 상태를 감시하는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that the overall aging state of the pipe 110 in the longitudinal direction is monitored by using the reflection phenomenon of the pressure wave within the pipe 110 through the single sensor 130. [

도 1에 도시한 바와 같이, 배관(110) 내부의 임의의 제1지점에서 유체의 유동 변화에 의해 압력파가 발생되었다고 가정하면, 임의의 제1지점에서 발생된 압력파는 배관의 길이 방향으로 전파되며, 전파된 압력파는 밸브(121, 122) 또는 분기관(미도시)을 만나 일부가 반사된다.As shown in FIG. 1, assuming that a pressure wave is generated due to a fluid flow change at an arbitrary first point inside the pipe 110, the pressure wave generated at an arbitrary first point propagates in the longitudinal direction of the pipe And the propagated pressure wave meets the valves 121 and 122 or the branch pipe (not shown), and a part thereof is reflected.

한편, 도 1에는 배관(110) 양단에 밸브(121, 122)가 각각 연결되어 압력파가 이들 밸브(121, 122) 사이에서 반사되는 것으로 도시하였지만, 배관(110)에서 분기되는 적어도 하나 이상의 분기관(미도시)이 형성되면, 분기관(미도시)과 분기관(미도시) 사이 또는 분기관(미도시)과 밸브(121, 122) 사이에서 반사될 수도 있다.1 shows that the valves 121 and 122 are connected to both ends of the pipe 110 so that the pressure waves are reflected between the valves 121 and 122. However, When an engine (not shown) is formed, it may be reflected between a branch (not shown) and a branch (not shown) or between a branch (not shown) and a valve 121 or 122.

제1지점에서 발생된 압력파는 배관(110)의 길이 방향을 따라 양측으로 각각 전파되고, 전파된 압력파는 각각 제1밸브(121) 및 제2밸브(122)를 만나 그 일부가 각각 반사된다. 이 때, 배관(110)의 임의의 제2지점에 배치된 센서(130)를 통해 압력파를 계측함으로써 배관(110)의 길이 방향의 노화 상태를 추정할 수 있다.The pressure wave generated at the first point propagates to both sides along the longitudinal direction of the pipe 110, and the propagated pressure waves meet the first valve 121 and the second valve 122, respectively, and a part thereof is reflected. At this time, the aging state in the longitudinal direction of the pipe 110 can be estimated by measuring the pressure wave through the sensor 130 disposed at an arbitrary second point of the pipe 110.

이러한 반사 현상에 의해 센서(130)가 계측한 압력파(Ps)는 아래의 수학식 2에 의해 정의된다.The pressure wave Ps measured by the sensor 130 by this reflection phenomenon is defined by the following equation (2).

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, Pe는 제1지점에서 발생된 압력파의 크기, k는 압력파의 파수(Wave Number), R1은 제1밸브(121)의 반사 계수, R2는 제2밸브(122)의 반사 계수, le는 제1밸브(121)에서 압력파가 발생된 임의의 제1지점까지의 거리, l1은 제1밸브(121)에서 센서(130)가 배치된 임의의 제2지점까지의 거리, l2은 센서(130)가 배치된 임의의 제2지점에서 제2밸브(122)까지의 거리, L은 제1밸브(121) 및 제2밸브(122) 사이의 거리이다.Here, Pe is the magnitude of the pressure wave generated at the first point, k is the wave number of the pressure wave, R1 is the reflection coefficient of the first valve 121, R2 is the reflection coefficient of the second valve 122, le is the distance from the first valve 121 to an arbitrary first point at which the pressure wave is generated, l1 is the distance from the first valve 121 to any second point at which the sensor 130 is disposed, L is the distance between the first valve 121 and the second valve 122, and L is the distance between the second valve 122 and any second point at which the sensor 130 is disposed.

상기 수학식 2를 참조하면, 분모(

Figure pat00003
)가 가장 작아지는 조건이 만족되면, 배관(110) 내부에서 압력파(Ps)의 공진 모드(Resonance Mode)가 형성된다.Referring to Equation (2), denominator
Figure pat00003
) Is satisfied, a resonance mode of the pressure wave Ps is formed in the pipe 110.

여기서, 압력파(Ps)의 파수(k)는 아래의 수학식 3에 의해 정의된다.Here, the wave number k of the pressure wave Ps is defined by the following equation (3).

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서, λ는 압력파(Ps)의 파장, C는 압력파(Ps)의 전파 속도, f는 압력파(Ps)의 주파수이다.Here,? Is the wavelength of the pressure wave Ps, C is the propagation velocity of the pressure wave Ps, and f is the frequency of the pressure wave Ps.

그리고, 압력파(Ps)의 공진 모드에서의 공진 주파수(fn)는 아래의 수학식 4에 의해 정의된다.The resonance frequency fn in the resonance mode of the pressure wave Ps is defined by the following equation (4).

Figure pat00005
Figure pat00005

여기서, L은 반사 현상이 발생되는 거리 예를 들면, 제1밸브(121) 및 제2밸브(122) 사이의 거리, m은 1이상의 정수이다.Here, L is the distance between the first valve 121 and the second valve 122 where the reflection phenomenon occurs, and m is an integer of 1 or more.

상기 수학식 4를 참조하면, 배관(110)이 설치된 후 배관(110) 내부에 흐르는 유체 유동에 의해 배관(110)에 감육 현상이 발생하거나 영계수 감소 현상이 발생한다. 즉, 시간 경과에 따라서 점차 배관(110) 두께가 감소하거나 배관(110)의 재질 특성이 저하된다. 그리고, 배관(110) 두께가 감소하거나 배관(110)의 재질 특성이 저하되면 배관(110) 내부의 압력파(Ps)의 전파 속도(C)도 감소하게 되며, 결과적으로 배관(110)의 길이 방향으로 전파되는 압력파(Ps)의 공진 주파수(fn)가 감소하게 된다.Referring to Equation (4), after the pipe 110 is installed, a flow of fluid flowing inside the pipe 110 may cause a thinning phenomenon or a decrease in the Young's modulus of the pipe 110. That is, the thickness of the pipe 110 gradually decreases with time and the material characteristics of the pipe 110 decrease. When the thickness of the pipe 110 decreases and the material characteristics of the pipe 110 decrease, the propagation velocity C of the pressure wave Ps in the pipe 110 also decreases. As a result, the length of the pipe 110 The resonant frequency fn of the pressure wave Ps propagating in the direction of the resonant frequency Ps decreases.

또한, 압력파(Ps)의 전파 속도(c)가 감소하게 되면, 배관(110)의 길이 방향으로 전파되는 압력파(Ps)의 자기상관함수(Auto-Correlation Function)의 반복 주기(Δτ)가 증가하게 된다.When the propagation velocity c of the pressure wave Ps decreases, the repetition period? Of the auto-correlation function of the pressure wave Ps propagating in the longitudinal direction of the pipe 110 becomes .

도 3은 전산 시뮬레이션을 통해 구현한 압력파(Ps)의 자기상관함수의 그래프로서, (a)는 배관(110) 두께(h)가 2mm인 경우이고, (b)는 배관(110) 두께(h)가 1mm인 경우이다.3 is a graph showing the autocorrelation function of the pressure wave Ps implemented by computer simulation. FIG. 3 (a) shows a case where the thickness h of the pipe 110 is 2 mm, h) is 1 mm.

여기서, 제1밸브(121)의 반사 계수(R1) 및 제2밸브(122)의 반사 계수(R2)는 0.8, 제1밸브(121)에서 압력파(Pe)가 발생된 임의의 제1지점까지의 거리(le)는 0m, 제1밸브(121)에서 센서(130)가 배치된 임의의 제2지점까지의 거리(l1)은 15m, 센서(130)가 배치된 임의의 제2지점에서 제2밸브(122)까지의 거리(l2)는 10m, 배관(110)의 반지름(r)은 50mm이다.Here, the reflection coefficient R1 of the first valve 121 and the reflection coefficient R2 of the second valve 122 are 0.8, and the reflection coefficient R2 of the first valve 121 and the reflection coefficient R2 of the second valve 122 are 0.8, A distance l1 from the first valve 121 to an arbitrary second point at which the sensor 130 is disposed is 15 m and the distance le from the first valve 121 to the arbitrary second point at which the sensor 130 is disposed is 15 m, The distance l2 to the second valve 122 is 10 m, and the radius r of the pipe 110 is 50 mm.

도 3에 도시한 바와 같이, 압력파(Ps)의 자기상관함수의 반복 주기(Δτ)는 배관 두께(h)가 2mm인 경우 보다 1mm인 경우가 더 긴 것을 확인할 수 있다.As shown in Fig. 3, it can be seen that the repetition period DELTA tau of the autocorrelation function of the pressure wave Ps is longer by 1 mm than when the pipe thickness h is 2 mm.

이에 따라, 압력파(Ps)의 공진 주파수(fn) 또는 자기상관함수의 반복 주기(Δτ)를 계측하고 이를 분석하면 배관(110)의 길이 방향의 감육 정도 또는 영계수 감소 정도를 파악할 수 있다.Accordingly, by measuring the resonance frequency fn of the pressure wave Ps or the repetition cycle ?? of the autocorrelation function and analyzing the same, it is possible to grasp the degree of decrease in the longitudinal direction of the pipe 110 or the degree of decrease in the Young's modulus.

이와 같이, 배관(110)의 길이 방향의 노화 상태를 감시하기 위해, 센서(130)는 압력파(Ps)를 반복적으로 계측한다. 이 때, 센서(130)는 진동 센서(예컨대, 가속도계) 또는 압력 센서(예컨대, 하이드로폰)일 수 있다.In this way, in order to monitor the aging state of the pipe 110 in the longitudinal direction, the sensor 130 repeatedly measures the pressure wave Ps. At this time, the sensor 130 may be a vibration sensor (e.g., an accelerometer) or a pressure sensor (e.g., a hydrophone).

제어부(150)는 센서(130)에 의해 반복적으로 계측된 압력파(Ps)의 공진 주파수(fn) 또는 자기상관함수의 반복 주기(Δτ)를 이용하여 배관(110)의 길이 방향의 노화 상태를 추정한다.The controller 150 uses the resonance frequency fn of the pressure wave Ps repeatedly measured by the sensor 130 or the repetition period Δτ of the autocorrelation function to determine the aging state of the pipe 110 in the longitudinal direction .

구체적으로, 제어부(150)는 반복적으로 계측된 압력파(Ps)의 공진 주파수(fn)를 미리 설정된 임계 공진 주파수와 비교하여 배관(110)의 길이 방향의 노화 상태를 추정하거나, 반복적으로 계측된 압력파(Ps)의 자기상관함수의 반복 주기(Δτ)를 미리 설정된 임계 반복 주기와 비교하여 배관(110)의 길이 방향의 노화 상태를 추정할 수 있다.Specifically, the control unit 150 estimates the aging state in the longitudinal direction of the pipe 110 by comparing the resonance frequency fn of the pressure wave Ps repeatedly measured with a preset threshold resonance frequency, The aging state in the longitudinal direction of the pipe 110 can be estimated by comparing the repetition period? Of the autocorrelation function of the pressure wave Ps with a preset critical repetition period.

이 때, 최초 설치 시 배관(110) 즉, 감육 현상 또는 영계수 감소가 발생하지 않은 배관(110) 내부의 압력파(Ps)의 공진 주파수(fn) 및 반복 주기(Δτ)를 임계 공진 주파수 및 임계 반복 주기로 설정할 수 있다.At this time, the resonance frequency fn and the repetition period DELTA tau of the pressure wave Ps in the pipe 110 in which the piping 110 does not decrease during the initial installation, that is, It can be set to a repetition period.

또한, 관리하고자 하는 배관(110)의 임계 두께를 설정하고, 설정된 임계 두께에 부합하는 공진 주파수(fn) 및 반복 주기(Δτ)를 임계 공진 주파수 및 임계 반복 주기로 설정할 수 있다.In addition, the critical thickness of the pipe 110 to be managed can be set, and the resonant frequency fn and the repetition period? Can be set to the critical resonant frequency and the critical repetition period.

계측된 압력파(Ps)의 공진 주파수(fn) 및 임계 공진 주파수의 차이가 클수록 배관(110)의 길이 방향의 감육 정도가 커지거나 배관(110)의 길이 방향의 영계수가 저하된 것으로 추정할 수 있다. 그리고, 계측된 자기상관함수의 반복 주기(Δτ) 및 임계 반복 주기의 차이가 클수록 배관(110)의 길이 방향의 감육 정도가 커지거나 배관(110)의 길이 방향의 영계수가 저하된 것으로 추정할 수 있다.It can be estimated that the larger the difference between the resonance frequency fn and the critical resonance frequency of the measured pressure wave Ps is, the greater the degree of thinning in the longitudinal direction of the pipe 110 or the lowering of the Young's modulus in the longitudinal direction of the pipe 110 have. It can be assumed that the greater the difference between the repetition period Δτ of the measured autocorrelation function and the critical repetition period, the larger the degree of thinning in the longitudinal direction of the pipe 110 or the lower the Young's modulus in the longitudinal direction of the pipe 110 have.

이에 따라, 본 발명은 배관(110)의 길이 방향의 전반적인 노화 상태를 감시할 수 있으며, 배관(110)의 노화 상태를 감시함에 있어 하나의 센서(130)를 이용하기 때문에 비용을 절감할 수 있다.Accordingly, the present invention can monitor the overall aging state in the longitudinal direction of the pipeline 110, and the cost can be reduced by using one sensor 130 in monitoring the aging state of the pipeline 110 .

또한, 배관(110)의 각 지점의 노화 상태가 아닌 배관(110)의 길이 방향의 전반적인 노화 상태를 검사하기 때문에 다수의 배관(110)의 노화 상태를 검사하는데 걸리는 시간을 단축할 수 있다.In addition, since the aging state of the piping 110 is checked in the longitudinal direction of the piping 110 rather than in the aging state, it is possible to shorten the time required for checking the aging state of the plurality of piping 110.

또한, 배관(110)의 노화 상태를 감시함에 있어 배관(110) 내부에 흐르는 유체 유동으로 인해 발생되는 압력파를 이용하기 때문에, 배관(110)의 노화 상태를 감시하기 위해 인위적으로 배관에 진동파를 발생시키는 진동 발생부가 필요 없다.In order to monitor the aging state of the piping 110, a pressure wave generated due to the flow of the fluid flowing in the piping 110 is used to monitor the aging state of the piping 110, Is not required.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배관의 노화 상태 감시 방법의 순서도이다.4 is a flowchart of a method for monitoring the aging state of a pipe according to an embodiment of the present invention.

이하, 도 4를 참조하여 배관의 노화 상태를 감시하는 방법에 대해 설명하되 전술한 본 발명의 배관의 노화 상태 감시 시스템과 동일한 내용에 대해서는 생략하겠다.Hereinafter, a method of monitoring the aging state of the piping will be described with reference to FIG. 4, but the same contents as those of the aging state monitoring system of the present invention will be omitted.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배관의 노화 상태 감시 방법은, 배관(110)에 센서(130)를 배치하는 단계(S10)와, 배관(110) 내부에 흐르는 유체의 유동 변화로 인해 압력파가 발생되어 배관(110)의 길이 방향으로 전파되는 단계(S20)와, 배관(110)의 길이 방향으로 전파된 압력파가 밸브(121, 122) 또는 분기관(미도시)을 만나 반사되는 단계(S30)와, 센서(130)에 의해 압력파를 반복적으로 계측하는 단계(S40)와, 반복적으로 계측된 압력파의 공진 주파수(fn) 또는 자기상관함수의 반복 주기(Δτ)를 이용하여 배관(110)의 길이 방향의 노화 상태를 추정하는 단계(S50)를 포함한다.4, a method for monitoring the aging state of a pipe according to an embodiment of the present invention includes a step S10 of placing a sensor 130 on a pipe 110, (S20) in which a pressure wave is generated due to the flow change and is propagated in the longitudinal direction of the pipe 110 and a pressure wave propagated in the longitudinal direction of the pipe 110 flows through the valves 121 and 122 or the branch pipe A step S30 of repeatedly measuring the pressure wave by the sensor 130, a step S40 of measuring the repetition period of the resonance frequency fn or the autocorrelation function of the pressure wave repeatedly measured (Step S50) of estimating the aging state in the longitudinal direction of the pipe 110 by using the measured value?

배관(110)의 길이 방향의 노화 상태를 추정하는 단계(S50)는, 반복적으로 계측된 압력파의 공진 주파수(fn)를 미리 설정된 임계 공진 주파수와 비교하여 배관(110)의 길이 방향의 노화 상태를 추정할 수 있다.The step S50 of estimating the aging state in the longitudinal direction of the pipe 110 is performed by comparing the resonance frequency fn of the pressure wave repeatedly measured with a predetermined threshold resonance frequency to determine the aging state in the longitudinal direction of the pipe 110 Can be estimated.

여기서, 반복적으로 계측된 압력파의 공진 주파수(fn)가 감소될수록 배관(110)의 길이 방향의 감육 정도가 증가되거나 배관(110)의 길이 방향의 영계수가 감소된다.Here, as the resonance frequency fn of the pressure wave repeatedly measured decreases, the degree of thinning of the pipe 110 in the longitudinal direction increases or the Young's modulus in the longitudinal direction of the pipe 110 decreases.

또한, 반복적으로 계측된 압력파의 자기상관함수의 반복 주기(Δτ)를 미리 설정된 임계 반복 주기와 비교하여 배관(110)의 길이 방향의 노화 상태를 추정할 수 있다.In addition, the aging state in the longitudinal direction of the pipe 110 can be estimated by comparing the repetition period?? Of the autocorrelation function of the repeatedly measured pressure waves with a preset critical repetition period.

여기서, 반복적으로 계측된 압력파의 자기상관함수의 반복 주기(Δτ)가 증가될수록 배관(110)의 길이 방향의 감육 정도가 증가되거나 배관(110)의 길이 방향의 영계수가 감소된다.As the repetition period Δτ of the autocorrelation function of the repeatedly measured pressure wave is increased, the degree of thinning in the longitudinal direction of the pipe 110 is increased or the Young's modulus in the longitudinal direction of the pipe 110 is decreased.

이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 배관의 노화 상태 감시 방법은, 배관(110)의 길이 방향의 전반적인 노화 상태를 감시할 수 있으며, 배관(110)의 노화 상태를 감시함에 있어 하나의 센서(130)를 이용하기 때문에 비용을 절감할 수 있다.Accordingly, in the method for monitoring the aging state of the pipe according to the embodiment of the present invention, it is possible to monitor the overall aging state in the longitudinal direction of the pipe 110. In order to monitor the aging state of the pipe 110, 130), it is possible to reduce the cost.

또한, 배관(110)의 각 지점의 노화 상태가 아닌 배관(110)의 길이 방향의 전반적인 노화 상태를 검사하기 때문에 다수의 배관(110)의 노화 상태를 검사하는데 걸리는 시간을 단축할 수 있다.In addition, since the aging state of the piping 110 is checked in the longitudinal direction of the piping 110 rather than in the aging state, it is possible to shorten the time required for checking the aging state of the plurality of piping 110.

또한, 배관(110)의 노화 상태를 감시함에 있어 배관(110) 내부에 흐르는 유체 유동으로 인해 발생되는 압력파를 이용하기 때문에, 배관(110)의 노화 상태를 감시하기 위해 인위적으로 배관에 진동파를 발생시키는 진동 발생부가 필요 없다.In order to monitor the aging state of the piping 110, a pressure wave generated due to the flow of the fluid flowing in the piping 110 is used to monitor the aging state of the piping 110, Is not required.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

110 : 배관
121, 122 : 제1밸브 및 제2밸브
130 : 센서
150 : 제어부110: Piping
121, 122: a first valve and a second valve
130: sensor
150:

Claims (6)

배관, 상기 배관의 일단 또는 양단에 연결되는 밸브 및 상기 배관에서 분기되는 분기관을 포함하는 배관계에 있어서 상기 배관의 노화 상태를 감시하는 방법으로서,
상기 배관에 센서를 배치하는 단계;
상기 배관 내부에 흐르는 유체의 유동 변화로 인해 압력파가 발생되어 이 압력파가 상기 배관의 길이 방향으로 전파되는 단계;
상기 배관의 길이 방향으로 전파된 상기 압력파가 상기 밸브 또는 분기관을 만나 반사되는 단계;
상기 센서에 의해 상기 압력파를 반복적으로 계측하는 단계; 및
상기 반복적으로 계측된 상기 압력파의 공진 주파수 또는 자기상관함수의 반복주기를 이용하여 상기 배관의 노화 상태를 추정하는 단계
를 포함하는 배관의 노화 상태 감시 방법.
A method for monitoring the aging state of a pipe in a piping system including a pipe, a valve connected to one end or both ends of the pipe, and a branch pipe branching from the pipe,
Disposing a sensor in the piping;
A pressure wave is generated due to the flow change of the fluid flowing in the pipe, and the pressure wave is propagated in the longitudinal direction of the pipe;
The pressure wave propagating in the longitudinal direction of the pipe meets and reflects the valve or branch pipe;
Repeatedly measuring the pressure wave by the sensor; And
Estimating the aging state of the piping by using the repetition of the resonance frequency of the pressure wave or the repetition period of the autocorrelation function
Wherein the aging state of the pipe is monitored.
제 1 항에 있어서,
상기 배관의 노화 상태를 추정하는 단계는,
상기 반복적으로 계측된 상기 압력파의 공진 주파수를 미리 설정된 임계 공진 주파수와 비교하여 상기 배관의 노화 상태를 추정하는
배관의 노화 상태 감시 방법.
The method according to claim 1,
The step of estimating the aging state of the pipe includes:
The aging state of the pipe is estimated by comparing the resonance frequency of the pressure wave repeatedly measured with a predetermined threshold resonance frequency
A method for monitoring aging of piping.
제 1 항에 있어서,
상기 배관의 노화 상태를 추정하는 단계는,
상기 반복적으로 계측된 상기 압력파의 자기상관함수의 반복 주기를 미리 설정된 임계 반복 주기와 비교하여 상기 배관의 노화 상태를 추정하는
배관의 노화 상태 감시 방법.
The method according to claim 1,
The step of estimating the aging state of the pipe includes:
The aging state of the pipe is estimated by comparing the repetition period of the autocorrelation function of the pressure wave repeatedly measured with the preset critical repetition period
A method for monitoring aging of piping.
제 1 항에 있어서,
상기 배관의 노화 상태를 추정하는 단계는,
상기 반복적으로 계측된 상기 압력파의 공진 주파수가 감소될수록 상기 배관의 감육 정도가 증가되거나 상기 배관의 영계수가 감소됨에 따라 상기 배관의 노화 상태가 추정되는
배관의 노화 상태 감시 방법.
The method according to claim 1,
The step of estimating the aging state of the pipe includes:
As the resonance frequency of the repeatedly measured pressure wave decreases, the degree of thinning of the pipe increases, or the aging of the pipe is estimated as the Young's modulus of the pipe decreases
A method for monitoring aging of piping.
제 1 항에 있어서,
상기 배관의 노화 상태를 추정하는 단계는,
상기 반복적으로 계측된 상기 압력파의 자기상관함수의 반복 주기가 증가될수록 상기 배관의 길이 방향의 감육 정도가 증가되거나 상기 배관의 길이 방향의 영계수가 감소됨에 따라 상기 배관의 노화 상태가 추정되는
배관의 노화 상태 감시 방법.
The method according to claim 1,
The step of estimating the aging state of the pipe includes:
As the repetition period of the autocorrelation function of the repetitively measured pressure wave is increased, the degree of thinning of the pipe in the longitudinal direction is increased or the aging degree of the pipe is estimated as the Young's modulus in the longitudinal direction of the pipe is decreased
A method for monitoring aging of piping.
제 1 항에 있어서,
상기 유체의 유동 변화는 상기 유체가 상기 밸브 또는 분기관을 지날 때 발생되는
배관의 노화 상태 감시 방법.
The method according to claim 1,
The flow change of the fluid occurs when the fluid passes through the valve or branch
A method for monitoring aging of piping.
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