KR20190126067A

KR20190126067A - 현장 hic 성장 감시 프로브

Info

Publication number: KR20190126067A
Application number: KR1020197024942A
Authority: KR
Inventors: 압델모운암 셰릭; 압데라작 티라이디아
Original assignee: 사우디 아라비안 오일 컴퍼니
Priority date: 2017-01-31
Filing date: 2018-01-25
Publication date: 2019-11-08
Also published as: US11630054B2; CN110199009A; SG11201906562RA; EP3577200A2; US20210102888A1; WO2018144313A2; WO2018144313A3; JP2020507075A; US10866183B2; SA519402317B1; US20180217049A1

Abstract

본 출원은 현장 침입형 프로브 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본원에 설명되는 프로브 시스템은 원유, 가스 또는 사워 제품을 운반하는 파이프 라인, 용기 또는 다른 배관 시스템과 같은 탄화수소 함유 구조물과 동일 평면을 이루도록 설치될 수 있다. 프로브 시스템은, 원자 수소가 프로브 표면에 침투함에 따라 프로브가 재결합된 수소 가스를 포획하도록, 수소 유도 균열(HIC) 저항성 미세 구조를 포함한다. 결과적인 수소 가스 축적의 압력이 측정되며, 그 영역의 HIC 활성에 대한 예측이 형성될 수 있다.

Description

현장 HIC 성장 감시 프로브

관련 특허 출원의 상호 참조

본 출원은 2017년 1월 31일자로 출원된 미국 가출원 제62/452,464호에 기초하여 우선권을 청구하며, 그 전체 내용이 본원에 명시적으로 기재되어 있는 것과 같이, 그 전체 내용이 본원에 참조로 인용된다.

기술분야

본 발명은 전반적으로 금속 구조물에 대한 자산 손상(asset damage)을 평가하는 것에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 금속 파이프 라인에 대한 수소 유도 손상의 평가를 위한 프로브 시스템에 관한 것이다.

파이프 라인, 압력 용기 및 다른 배관 시스템과 같은 금속(예를 들면, 스틸) 구조물, 및 특히, 비 HIC 저항성 스틸로 형성되고 탄화수소 제품(예를 들면, 사워(sour gas) 가스 또는 천연 가스)을 공급하는 구조물에 대해서는 수소 유도 균열(hydrogen-induced cracking, HIC)이 지속적인 문제가 된다. 탄화수소 제품 내에서 천연적으로 발생된 CO2 및 H2S와 같은 산성 가스는 탄화수소 액체 제품의 액체 상태에서 용해된다. 이러한 공정과 연관된 전기 화학 반응은 원자 수소를 생성하는데, 이는 부식하고 있는 자산의 내부 벽면에 흡착된다. 이러한 흡착된 원자 수소의 대부분은 스틸 표면 상으로 재결합하여 분자 수소(수소 가스)를 형성하며, 스틸에 손상을 주지 않고 "버블 오프(bubble off)"된다. 그러나, H2S가 존재하면, 흡착된 원자 수소의 특정 일부가 수소 가스 내로 재결합하지 않고, 그 대신, 스틸 표면을 통하여 침투하여, 금속 격자을 통하여 확산하며, 결국, 금속 벽 두께 내의 "공동(void)" 내측에서 재결합한다. 이러한 공동은 스틸 제조 공정(통상적으로 망간 황화물(MnS) 비금속 함유물) 중 형성된 야금 결함과 연관된다. 이러한 공동 내측에서 발생된 수소 가스로부터 야기되는 압력은 매우 높은 값(스틸 표면에 부동태화(passivation)가 없는 경우, 12,000 bar, 즉, 1,200 MPa 까지)에 도달할 수 있다. 이러한 매우 높은 압력은 비금속 함유물의 팁에서의 응집력의 국부적인 감소(수소 취화)에 기여하며, 궁극적으로, 수포(blister), 균열 개시(crack initiation) 및 HIC의 후속적인 성장으로 이어진다. 또한, HIC 균열은 단계적 균열(step-wise cracking, SWC)이라 하는 보다 중요한 두께 관통 균열로 이어질 수 있다. HIC 및 SWC와 연관된 수포 및 균열은 시간 경과에 따라 성장할 수 있으며 금속 파이프 라인의 고장을 초래할 수 있다.

무결성 엔지니어는 HIC 영향 영역을 식별하고 감시하기 위해 파이프 라인을 규칙적으로 검사하여 HIC 유도 열화를 관리하고 구조 무결성을 유지한다. 예를 들면, 무결성 엔지니어는 파이프 라인의 인라인 검사(in-line inspection, ILI)를 수행하여, 이후 고급 초음파 검사(advanced ultrasonic testing, AUT)에 의한 보다 정밀한 검사를 위해 굴착되는 HIC 클러스터를 식별한다. ILI 결과를 검증하고 파이프 라인의 잔존하는 벽 두께를 판단하고, 또한, SWC의 존재(자속 누설 및 종래의 초음파 테스팅과 같은 종래의 ILI 기법을 사용하여 검출될 수 없음)를 확인하기 위해, AUT가 수행된다. 그런 다음, 이러한 결과는 운전 적합성(fitness-for-service, FFS) - (API-579 또는 ASME B31G 등)에 대한 산업 표준 코드를 사용하여 분석되며, 무결성 결정이 내려진다. 평가에 요구되는 데이터를 얻기 위해 고심각도 위치에서 AUT 심사가 실시된다. 평가의 성과를 기초로, 부분적으로 통상적으로 선형 HIC 또는 단계적 균열(SWC)에 대한 검사에 따라 결정되는 빈도로 보다 빈번하게 AUT 심사가 실시된다. 그러나, 매설된 전송 파이프 라인에 대해 빈번한 AUT 심사(예를 들면, 반년마다)를 수행하는 것에 따른 비현실성 및 비용-비유효성 및 동일한 라인 상의 다수의 영향을 받는 라인 구간을 우선 순위 지정하는 것의 어려움으로 인해, 이러한 접근법은 파이프 라인에 대해서는 실현 가능하지 않다. 또한, AUT 심사는 검사 중에 나타날 수 있는 매우 활성적인 HIC 활성 영역의 검사를 식별하고 우선 순위를 지정하는 방식이 부족하다.

또한, 종래의 현장 시스템은 측정된 투과 가스 속도로부터 부식율을 간접적으로 산출하므로 파이프 라인에 대하여 비침입형인 전기 화학 방법, 압력 기반 방법 및 진공 기반 프로브 방법을 실행한다. 압력 기반 및 진공 기반 프로브 뿐만 아니라 비침입형 전기 화학 방법 및 프로브는 구조물의 내면으로부터 구조물의 외면으로 전달되는 수소 축적만을 측정할 수 있으므로, 수소의 측정에 대한 민감도가 제한된다. 구조물의 내측벽으로부터 확산되는 대부분의 수소는 구조물을 통과하여 그 외면으로 완전히 확산되지 않고, 수소는 오히려 벽 두께의 내측에서 포획된다. 이러한 제한은 발생된 수소의 양을 과소 평가하여, 실제 압력은 훨씬 높을 수 있으며, 이에 따라, 부식율이 수소 축적의 측정을 기반으로 하고 있기 때문에, 부식율이 잘못 산출될 수 있다. 또한, 이러한 프로브는 매설된 라인에 실용적이지 않으며, 자산 내에 존재하는 화학 액체와 관련된 침입형 분야의 응용에 비현실적인 측정 화학 물질을 포함할 수 있다.

이와 같이, 수소 압력 축적 활성 영역을 식별하는 경고 시스템을 제공할 필요가 있고, 금속 구조물의 가장 HIC 활성 영역을 먼저 검사하기 위해 AUT 심사에 우선 순위를 지정할 필요가 있다. 또한, 침입형 현장 감시 프로브가 요구된다. 이러한 이슈 및 기타 이슈와 관련하여 본 발명이 제공된다.

본 명세서 전반에 걸쳐, 용어는 명백하게 언급된 의미를 넘어서는, 맥락에서 제안되거나 암시된 뉘앙스가 있는 의미를 가질 수 있다. 마찬가지로, 본원에서 사용되는 "일 실시예에서"라는 문구는 반드시 동일한 실시예를 지칭하지 않으며, 본원에서 사용된 "다른 실시예에서"라는 문구는 반드시 상이한 실시예를 지칭하지 않는다. 유사하게, 본원에서 사용된 "하나 이상의 실시예들"이라는 문구는 반드시 동일한 실시예를 지칭하지 않으며, 본원에서 사용된 "적어도 하나의 실시예"라는 문구는 반드시 상이한 실시예를 지칭하지 않는다. 그 의도는, 예를 들어, 청구된 요지가 전체 또는 일부의 예시적인 실시예의 조합을 포함한다는 것이다.

본 개시는 오일 또는 가스 구조물 표면(예를 들면, 스틸 파이프 라인)에 설치되어 수소 압력 축적을 감시하고 측정하는 침입형 경고 프로브 시스템 및 방법을 상세하게 설명한다. 프로브 시스템을 설치하기 위해, 파이프 라인 표면을 관통하여 홀이 천공되며, 나사산식 내면을 갖는 결합 마운트가 홀 내부에 안착된다. 그런 다음, 프로브 시스템이 접속 피팅을 통하여 결합 마운트 내로 나사 결합된다. 구체적으로, 프로브의 노출면이 구조물의 내면과 적어도 실질적으로 동일 평면에 위치되도록(즉, "동일 평면(flush) 기하학적 구조") 프로브 설치가 배치된다. 구조물 표면과 달리, 노출된 프로브 표면이 야금적으로 수정되어 HIC 저항성 미세 구조를 갖더라도, 동일한 부식 및 수소 유도 균열(HIC) 공정이 프로브 및 오일/가스 구조물 모두에서 이루어지도록, 노출된 프로브 표면은 구조물 표면과 동일한 재료 등급으로 이루어진다. 이에 따라, 확산하는 수소는 프로브 시스템으로 유입될 수 있지만, 노출된 프로브 표면 내측의 야금 캐비티 내에 포획되지 않는다.

프로브 시스템은, 수소 가스(H₂)를 형성하도록 확산하는 원자 수소(H)가 침투하여 캐비티 내에서 재결합하는 HIC 시뮬레이션 캐비티(수집 캐비티 또는 내부 캐비티)를 포함한다. 침투하는 원자 수소 모두가 캐비티 내에 잔존하고 오일/가스 구조물로 다시 배출되지 않는 것을 확보하기 위해, 캐비티의 하나 이상의 표면은 원자 수소 확산 배리어를 포함한다. 캐비티 내에서 수소 가스 함량이 증가함에 따라, 캐비티 내의 압력이 이와 대응하여 증가하며, HIC 공정을 모방한다. 시스템은 수소 센서(예를 들면, 디지털 수소 게이지, 변환기, 등)로 캐비티 압력을 감시하며, 대응하는 수소 축적율을 판단한다. 높은 수소 축적율은 HIC 또는 단계적 균열(SWC)의 기회의 증가를 나타내며, 어떤 구조물 영역이 엔지니어 검사를 필요로 할 가능성이 있는지에 대한 경고 시스템을 제공한다. 추가적으로, 시뮬레이션 캐비티는 유리하게는 압력 축적에 대해 보다 높은 감시 민감도를 제공하는 상용 프로브에 비하여 상당히 보다 작은 체적을 갖도록 설계된다.

일 양태에서, 접속단 및 베이스단을 갖는 프로브 몸체를 포함하는 프로브 시스템이 본원에 제공된다. 접속단에서, 노출면이 부식제에 노출된다. 베이스단에서, 캡이 프로브 몸체의 베이스단과 연동하게 결합하도록 나사산을 갖는다. 하나 이상의 실시예에서, 프로브 몸체는 금속 자산 내에 위치된 부식제에 노출되도록 구성되는 노출면에 의해 정의되는 솔리드 제1 단부를 갖는다. 프로브 몸체는 노출면으로부터 이격된 위치에서 종단되는 내부 개구를 갖는다. 인서트 및 프로브 몸체의 내벽 사이에서 정의되는 수집 캐비티를 정의하도록, 필러 로드(filler rod)와 같은 인서트가 프로브의 내부 개구(블라인드 홀) 내에 배치된다. 하나 이상의 실시예에서, 확산 배리어는 프로브 몸체의 내벽을 따라 배치되며, 수집 캐비티로부터 프로브 몸체의 주변 내벽으로의 가스의 통과를 방지하도록, 부식제에 의해 수집 캐비티 내에서 발생되는 가스로 실질적으로 불침투성인 재료로 형성된다. 도관이 부식제에 의해 발생된 가스를 수용하기 위한 수집 캐비티와 유체 연통된다. 하나 이상의 실시예에서, 압력 측정 장치는 부식제에 의해 생성되는 가스의 압력을 측정하기 위해 도관에 결합된다. 예를 들면, 압력 측정 장치는 압력 게이지 또는 변환기일 수 있다.

다른 양태에서, 접속단 및 베이스단을 갖는 프로브 몸체를 포함하는 프로브 시스템이 본원에 제공된다. 접속단에서, 노출면이 부식제에 노출된다. 베이스단에서, 캡이 프로브 몸체의 베이스단과 연동하게 결합하도록 나사산을 갖는다. 하나 이상의 실시예에서, 프로브는 금속 자산 내에 위치되는 부식제에 노출되도록 구성되는 노출면을 갖는 접속 단부를 포함하는 프로브 몸체를 갖는다. 접속 단부는 노출면에 반대되게 형성된 요홈부를 갖는다. 인서트는 접속단 및 베이스단을 가지며, 접속단은 유체 기밀성이며 프로브 몸체의 노출면을 통하여 침투하는 부식제를 수집하도록 구성되는 수집 캐비티를 정의하도록 프로브 몸체의 인접한 요홈부에 배치되며, 이에 따라, 가스가 수집 캐비티 내에서 부식제에 의해 발생된다. 인서트는 인서트를 통과하며 접속단 및 베이스단 양측에서 개방되는 관통홀을 포함하며, 관통홀은 수집 캐비티와 유체 연통된다.

하나 이상의 실시예에서, 압력 측정 장치는 부식제에 의해 생성되는 가스의 압력을 측정하기 위해 도관에 결합된다. 예를 들면, 압력 측정 장치는 압력 게이지 또는 변환기일 수 있다.

수소 유도 균열(HIC)에 대한 경고 방법이 본원에 제공된다. 이 방법은 금속 구조물의 내벽과 적어도 실질적으로 동일 평면인 금속 구조물로 침입형 프로브 시스템을 삽입하는 단계를 포함한다. 침입형 프로브 시스템은 본원에 설명된 것과 같다. 다음으로, 원자 수소는 프로브 시스템의 노출면을 침투하게 된다. 그 후, 분자 수소가 프로브 시스템의 내부 캐비티에서 발생된다. 그런 다음, 분자 수소의 압력이 측정된다. 그런 다음, 이 방법은 측정된 압력이 수소 유도 균열의 위험을 식별하는지 여부를 판단한다. 마지막으로, 이 방법은 수소 유도 균열의 위험에 따라 고급 초음파 테스팅을 스케쥴링한다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시되어 있으며, 첨부된 도면은 예시적이고 제한적이지는 않으며, 동일한 참조 부호는 유사하거나 대응하는 부분을 나타내는 것으로 의도된다.
도 1a는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 침입형 프로브 시스템을 도시한다.
도 1b는 일 실시예에서 약 10 마이크론 및 50 마이크론 사이의 폭을 가질 수 있는 내부 캐비티를 도시하는 도 1의 침입형 프로브 시스템의 일부분의 크게 확대된 도면이다.
도 2a는 오일 또는 가스 구조물 내에 장착된 도 1의 침입형 프로브 시스템을 도시한다.
도 2b는 오일 또는 가스 구조물 내에 장착되고 구조물의 내면과 동일 평면을 이루도록 구성되는 도 1의 침입형 프로브 시스템을 도시한다.
도 3은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 침입형 프로브 시스템의 캐비티 내에의 원자 수소의 발생 및 수소 가스의 재결합을 도시한다.
도 4는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 대안적인 침입형 프로브 시스템을 도시한다.
도 5는 오일 또는 가스 구조물 내에 장착되고 구조물의 내면과 동일 평면을 이루도록 구성되는 도 4의 대안적인 침입형 프로브 시스템을 도시한다.

본원에 설명된 "구조물"은 오일 또는 가스 파이프 라인, 다른 용기 또는 금속 자산을 포함할 수 있다. 예를 들면, 본원에 설명되는 프로브 시스템은 스틸 파이프 라인 구조물에서 구현될 수 있다.

파이프 라인, 압력 용기 및 배관 시스템과 같은 스틸 구조물 내의 HIC 균열과 연관된 공동을 모방하는 현장 침입형 프로브 시스템 및 방법이 본원에서 제공된다. 침입형 프로브 시스템은 고급 초음파 테스팅(AUT) 또는 인라인 검사(ILI) 검사 중 검출된 기존 존재 HIC 균열 내에서의 탄화수소 제품(원유, 가스, 또는 사워 일회용 워터)의 수송에 의해 야기되는 부식 공정으로부터 발생되는 원자 수소의 재결합으로부터 발생하는 수소 압력 축적을 시뮬레이션한다. 구체적으로, 본원에 설명된 프로브 시스템은 구조물의 외면에 결합되며 구조물의 내면과 적어도 실질적으로 동일 평면인 프로브 수소 유입면을 제공한다. 적어도 실질적으로 동일 평면에 있는 기하학적 구조물은, 프로브가 구조물 내벽의 나머지 부분과 동일한 유체 유동 특징(예를 들면, 유체 속도, 전단 응력, 국부적인 물 함량 및 화학적 성질)을 경험하도록, 프로브의 노출된 유입면이 구조물의 내벽에 대하여 액체 기밀성인 것을 확보하며, 또한, 동일 평면에 있는 기하학적 구조물은 내부 검사 과정 및/또는 청소 과정이 지체되지 않는 것을 확보한다.

본원에 설명되는 침입형 프로브 시스템 및 방법에 의해 수행되는 것과 같은 현장(in-situ) 또는 "현장에서의(at the site)" 수소 압력 축적의 측정 및 감시는 하나 이상의 실시예에서 후술하는 단계를 포함한다: (1) 관심 대상 구조물(예를 들면, 오일 또는 가스 파이프 라인)에 대한 기존의 ILI 맵을 검토하고 HIC 클러스터의 위치 또는 최대 부식율의 위치를 식별하는 단계; (2) 이러한 식별된 위치의 부근에서 구조물 벽 내에 접속점을 천공하는 단계; (3) 접속점에 결합 마운트를 장착하는 단계; (4) 접속 피팅을 통하여 프로브 시스템에 나사산을 형성하고 프로브 표면이 구조물의 내면과 동일 평면이 될 때까지 접속 피팅을 결합 마운트로 나사 결합하는 단계; (5) 원자 수소가 프로브 시스템에 침투하여 프로브의 캐비티 내의 수소와 재결합함에 따라 프로브 시스템에서의 수소 압력 축적을 압력 감지 장치(예를 들면, 디지털 수소 게이지, 변환기, 등)로 감시하는 단계; 및 (6) 우선권 기반에서 가장 HIC 활성 영역 (즉, 최상 수소 압력 축적율을 나타내는 영역)에서 AUT 심사를 수행하는 단계. 측정된 수소 압력 데이터가 제1 원리 방정식으로부터 수립되거나 실험 작업 및/또는 광대한 필드 경험(즉, 압력 축적율 및 연속적인 ILI 수행으로부터 판단된 HIC 성장율 사이의 실험적 상관 관계)으로부터 판단됨에 따라 HIC 성장율과 상호 연관되기 때문에 AUT 심사에 대해 우선 순위가 정해질 수 있다. 실시간 온라인 감시 또는 데이터 로거를 사용하는 등의 오프라인 감시를 통하여 수소 압력 데이터가 수집된다. 하나 이상의 실시예에서, 본원에 설명되는 프로브 시스템은 프로브 시스템 및 원격 제어 영역 사이의 통신을 위해 당업계에 알려진 무선 통신 시스템을 포함한다.

이에 따라, 본원에 설명되는 침입형 프로브 시스템 및 방법은 굴착(excavation dig) 및 AUT 검사를 최적화하고 우선 순위를 정하는 것에 의해 검사 리소스를 최적화하고, 공정 이상을 감시하고, 스틸을 통한 수소 침투에 대한 첨가된 화학 물질(예를 들면, DRA, 억제제)의 효과를 연구하기 위한 기구를 제공한다. 또한, 수집된 데이터는 보다 정확한 HIC/SWC 예측 모델을 구축하는 데에 사용될 수 있다.

이제 도 1을 참조하면, 하나 이상의 실시예에 따른 침입형 프로브 시스템(100)이 제공된다. 프로브(100)는, 접속단(107)과, 접속단(107)이 금속 구조물(예를 들면, 도 2a의 구조물(205))과 동일 평면 상에 있고 원자 수소가 생성되는 액체 또는 가스에 노출되도록 위치되도록 구성되는 베이스단(109)을 갖는, 프로브 몸체(105)를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 프로브 몸체(105)는 내부 캐비티를 정의하도록 그 내부에 형성된 개구(보어)를 갖도록 형성될 수 있고, 접속단(107)은 프로브 몸체(105)의 폐쇄단인 한편, 베이스단(109)은 프로브 몸체(105) 내의 개구가 접속 가능한 개방단이다.

프로브 몸체(105)의 접속단(107)은 노출면(외면)(110)을 포함한다. 노출면(110)은 감시될 구조물과 동일한 금속(예를 들면, 스틸) 등급으로 형성되지만, HIC 저항성 미세 구조를 갖는다. 이러한 배치는, 원자 수소가, 후술하는 바와 같이, 프로브(100) 내를 통과하여, 주변 구조물에서와 동일한 메커니즘 및 동일한 속도로 수소 가스를 형성하도록 하지만, 접속단(107)의 HIC 저항성 미세 구조는 수소 가스가 야금 캐비티 내에 포획되는 것을 방지한다. 다시 말하면, 폐쇄단(접속단(107))에서, 분자 수소가 형성되지 않고, 원자 수소가 대신에 후술하는 바와 같이 (HIC 균열과 연관된 공동을 모방하는) 캐비티로 이러한 재료를 자유롭게 통과한다. 분자 수소가 여전히 접속단(107)의 노출면을 따라 형성하여 버블 오프되지만, 수소를 포획하는 야금 결함을 갖지 않는 HIC 저항성 스틸로 형성된 접속단(107)으로 인해 수소의 침투하는 일부는 접속단(107)의 몸체 내측에서 포획되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 그리고, (프로브 몸체(105)의) HIC 저항성 미세 구조는 프로브 시스템(100) 자체 내에서의 HIC/SWC 균열의 진전을 방해한다. 하나 이상의 실시예에서, 프로브(100)의 접속단(107)은 하나 이상의 오링(115)을 포함한다. 오링(115)은 접속단(107)에 인접한 프로브 몸체(105)의 외면 주위에 배치되어 프로브 및 구조물 벽 사이에 액체가 유입되지 않도록 액체 기밀성의 기하학적 구조를 확보한다.

상술한 바와 같이, 프로브 몸체(105)는 프로브(100)의 접속단(107)을 통과한 확산된 수소 가스를 수집하기 위해 내부 캐비티(129)(중공형 공간)(도 1b 참조)를 포함한다. 내부 캐비티(129)는, 적어도 부분적으로, 폐쇄단 개구에 의해 정의되고 몸체(105) 내에 형성되며, 하나 이상의 실시예에서, 내부 캐비티(129)는 또한 프로브 몸체(105)에 형성된 개구에 삽입되는 필러 로드(인서트)(120)에 의해 정의된다. 다시 말하면, 도 1b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 내부 캐비티(129)는 필러 로드(120) 및 중공형 프로브 몸체(105)의 내벽 사이에 형성된다. 필러 로드(120)는 제1 단(접속단)을 가지며, 제2 단(또는 베이스단)은 내부 캐비티에 삽입되어 접속단(폐쇄단)(107)으로부터 원자 수소를 수용하는 내부 캐비티(129)를 생성하고 정의한다. 캐비티(129)는 필러 로드를 보어 내로 긴밀하게 감합하는 것에 의해 발생한 것으로 이해될 것이다. 긴밀한 감합은 환형을 남길 것이다(환형의 공간은 필러 로드(120)의 표면 거칠기 및 중공형 프로브 몸체(105)의 내벽의 표면 거칠기에 의해 결정된다). 환형 공간(캐비티(129))의 폭은 대략 10 마이크론 내지 50 마이크론일 수 있음이 이해될 것이다. 그러나, 이러한 값은 제한적이지 않고 이 범위를 벗어나는 치수가 동일하게 가능하다는 것이 본 발명의 범위 내에 있다는 것이 이해될 것이다.

도 1에 도시된 예시적인 실시예에서, 필러 로드(120)는 프로브 몸체(105)의 베이스단으로부터 접속단(107)을 향하여 종방향으로 연장된다. 따라서, 필러 로드(120)의 제1 단은 프로브 몸체(105)의 접속단(107)에 보다 가까운 단부로서 식별되며, 필러 로드(120)의 제2 단은 프로브 몸체(105)의 베이스단(109)에 보다 가까운 단부로서 식별된다.

필러 로드(120)의 제1 단은 프로브 몸체(105)의 접속단(107)과 인접한 관계(즉, 밀접한 접촉)로 놓일 수 있으며, 이에 따라, 프로브 몸체(105)에 형성되는 개구를 정의하는 프로브 몸체(105)의 내벽 및 필러 로드(120)의 측벽의 외면 사이에 내부 캐비티(129)(수소 수집용)가 있는 것으로 정의한다. 필러 로드(120)가 원통형이고 프로브 몸체(105)의 개구가 원형인 실시예에서, 내부 캐비티(129)는 환형(ring) 형상을 갖는다. 환형 캐비티(129)의 일단은 프로브 몸체(105)의 접속단(107)에 접하며, 이에 따라, 접속단(107)을 통과하는 원자 수소가 이 단부에서 환형 캐비티(129)로 유입된다. 후술하는 바와 같이, 필러 로드(120)는 수소 확산성으로의 전도성을 갖지 않은 재료로 이루어지며, 이에 따라, 원자 수소는 프로브 몸체(105)의 접속단(107)으로부터 필러 로드(120) 내로 이동할 수 없다. 대신에, 원자 수소는 필러 로드(120)를 둘러싸는 환형 캐비티 내로 흐른다. 필러 로드(120)의 제1 단은 임의의 수의 종래의 기법을 사용하여 접속단(107)(즉, 프로브 몸체(105)에 형성된 개구를 정의하는 단부 벽)에 접합될 수 있다.

프로브 몸체(105)에 형성된 개구(보어)의 크기 및 필러 로드(120)의 크기가 원자 수소를 수용하는 내부 캐비티(129)의 크기를 결정한다는 것이 이해될 것이다. 이들 부분에 대한 세심한 제어는 이들 부분 중 하나가 프로브(100) 내의 수소 가스 축적을 측정하기 위한 프로브(100)의 민감도를 증가시키는 내부 공간(환형 캐비티)을 생성하게 한다. 오일 또는 가스 구조물에 존재하는 원자 수소는 노출면(110)을 통하여 환형의 내부 캐비티(129)로 확산하며, 내부 캐비티(129)에서 재결합하여 수소 가스(분자 수소)를 형성할 수 있다.

상술한 바와 같이, 하나 이상의 실시예에서, 필러 로드(120)는 수소 확산성이 낮거나 없는 재료로 이루어진다. 예를 들면, 필러 로드(120)는 오스테나이트계 스테인리스 스틸 또는 산화된 탄소 스틸 또는 글라스로 이루어질 수 있다. 필러 로드(120)에 대한 이러한 타입의 재료의 선택은, 프로브(100)의 접속단(107)을 통과하는 원자 수소가, 필러 로드(120) 자체로 유입되거나 통과하는 것과 대조적으로, 필러 로드(120)를 둘러싸는 환형 캐비티를 향하도록 한다.

하나 이상의 실시예에서, 필러 로드(120)의 단부 및 노출면(110) 사이의 재료가 동일한 금속 등급으로 이루어질 수 있으며 노출면과 동일한 HIC 저항성 미세 구조를 가질 수 있다. 다시 말하면, 노출면(110)이 사실상 접속단(107)의 외면이기 때문에, 접속단(107)(즉, 몸체(105)의 폐쇄단)은 노출면(110)을 정의하는 동일한 재료로 이루어진다.

하나 이상의 실시예에서, 프로브 몸체(105)에 의해 포획된 수소 가스(즉, 환형 캐비티 내에 위치된 수소 가스)가 주위 환경으로(즉, 파이프 라인 또는 외부 환경으로) 배출되는 것을 방지하기 위해, 확산 배리어(130)가 환형 캐비티 내에 제공되고 위치된다. 보다 상세하게는, 확산 배리어(130)는 내부에 형성된 개구를 정의하는 프로브 몸체(105)의 내측벽을 따라 형성될 수 있으며, 이에 따라, 환형(수소 수집) 캐비티가 필러 로드(120)의 측벽 및 확산 배리어(130) 사이에 형성된다(도 1b 참조). 상술한 바와 같이, 필러 로드(120)가 수소 확산성이 낮거나 없는 재료로 이루어지므로, 이에 따라, 확산 배리어(130)와의 조합으로, 수집 캐비티(129)를 정의하는 내벽 및 외벽 모두가 이를 통한 수소의 배출을 방지하도록 설계되는 수집 캐비티를 정의한다.

확산 배리어(130)는 수소 확산을 방지할 수 있다면 임의의 수의 적합한 재료로 이루어질 수 있으며, 예를 들면, 산화물층(예를 들면, 산화철) 또는 산소가 풍부한 대기에서 캐비티를 열처리하는 것에 의해 캐비티 벽(즉, 외측 캐비티 벽)을 따라 형성되는 다른 코팅(예를 들면, 오스테나이트계 스테인리스 스틸 층 및 Si3N4와 같은 세라믹층)일 수 있다. 이에 따라, 포획된 수소의 양이 원자 수소 또는 수소 가스가 주변 구조물로 확산하지 않고 (예를 들면, 확산 배리어(130)를 둘러싸는 몸체(105)의 측벽 내로 확산하여) 신뢰할 수 있게 측정될 수 있다.

계속해서 도 1을 참조하면, 캡(135)이 프로브 몸체(105)의 베이스단(109)에 결합된다. 하나 이상의 실시예에서, 캡(135)은 프로브 몸체(105)의 베이스단(109)과 연동 결합하도록 나사산을 갖는다. 다른 실시예에서, 캡(135)은 나사, 접착제, 체결구 등과 같은 다른 수단에 의해 프로브 몸체(105)에 결합된다. 캡(135)은 금속 또는 플라스틱과 같은 임의의 적합한 재료로 이루어질 수 있다. 후술하는 바와 같이, 캡(135) 및 인접한 접하는 구조물 사이에서의 밀봉된 감합을 확보하기 위해 오링(137)이 제공될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 필러 로드(120)의 일단이 캡(129) 내부에 배치되고 수집 캐비티(129)가 필러 로드(120) 주위에 형성되기 때문에, 수집 캐비티(129)가 캡(135)에 의해 적어도 부분적으로 정의된다.

도관(140)은 필러 로드(120)의 베이스단에 추가적으로 결합된다. 도관(140)은 환형 캐비티(수집 캐비티 또는 챔버) 내에서 결합되는 수소 가스를 포획하도록 설계되는 채널, 파이프 또는 튜브일 수 있다(수소 가스를 형성하도록 일부 원자 수소가 도관(140) 내에서 결합할 수 있는 것으로도 이해될 것이다). 도관(140)이 압력 측정 장치(140)에 추가적으로 결합된다. 도관(140)이 환형 캐비티(129)와 유체 연통됨으로써, 환형 캐비티(129)의 수소 가스가 도관(140) 내로 유동한 다음 수소 가스가 도관(140)을 통과함에 따라, 압력 측정 장치(145)가 수소 축적에 의해 발생된 압력을 측정하여, 결국, 구조물(예를 들면, 파이프 벽)에서 수소 축적을 현장 추정한다. 따라서, 수소 가스는 환형 캐비티(129)를 따라 필러 로드(120)의 바닥단 아래에서 유동하여 도관(140)에 접근할 것이다. 압력 측정 장치(145)는 압력 게이지, 변환기 또는 다른 적절한 장치일 수 있다.

이제 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 구조물(205)에 대한 프로브 시스템(100)의 설치가 도시된다. 구조물(205)은 파이프 라인, 압력 용기 또는 오일 또는 가스를 수송하는 다른 배관 시스템과 같은 탄화수소 제품을 수송하는 금속(예를 들면, 스틸) 구조물일 수 있다. 프로브 시스템(100)을 구조물(205)에 결합하기 위해, 프로브 시스템이 먼저 접속 피팅(210)에 결합된다. 하나 이상의 실시예에서, 접속 피팅(210)은 캡(135) 또는 프로브 몸체(105)의 다른 부분과 결합하기 위한 크기 및 형상을 갖는 나사산식 금속 또는 플라스틱 부품이다. 다른 실시예에서, 접속 피팅(210)은 나사, 접착제, 체결구 등에 의해 프로브 몸체에 결합된다. 접속 피팅(210) 및 캡(135)은 결합하여 임의의 수소 가스가 배출되는 것을 방지하기 위한 기밀 밀봉을 형성한다. 프로브 시스템(100)을 수용하는 크기 및 형상을 갖는 구조물(205)의 벽을 관통하여 홀이 천공된다. 특정 실시예에서, 결합 마운트(215)가 접속 피팅(210)을 수용하기 위해 구조물(205)에 천공된 홀에 고정된다. 예를 들면, 결합 마운트(215)는 접속 피팅(210)과 계합하는 크기 및 형상을 갖는 나사산식 금속 또는 플라스틱 부품일 수 있다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 프로브 시스템(100)은 접속 피팅(210) 내에 고정되며, 구조물(205)에 대한 유입구(220)가 프로브 시스템의 노출면(110)과 동일하거나 유사한 크기를 갖도록 접속 피팅이 결합 마운트(215)에 결합된다. 그런 다음, 도 2b에 도시된 바와 같이, 노출면(110)이 구조물(205)의 내벽과 동일 평면을 이루도록, 프로브 시스템(100)이 제 위치에 결합된다. 노출면(110)이 구조물(205)의 실질적으로 내벽을 넘어 연장되지 않고 구조물(205)의 내벽에 대하여 요입되지 않도록(예를 들면, 구조물(205)의 내벽으로부터 약 1 mm 미만) 프로브 시스템(100)이 설치되는 경우, 프로브 시스템(100)이 "동일 평면 내에 있는 것"으로 여겨진다. 프로브 시스템(100)이, "패치 프로브" 내에서처럼, 단지 구조물(205)의 외벽에 설치되는 경우, 프로브 시스템(100)이 동일 평면에 있는 것으로 여겨지지 않는다. 동일 평면 구성에서, 패치 프로브에 도달하기 전에 원자 수소가 구조물 벽에서 재결합하는 패치 프로브와 달리, 프로브 시스템(100)은 구조물(205)의 경계에서, 구조물 자체의 내측이 아닌 프로브의 캐비티 내에서 분자 수소로 재결합하는 확산된 원자 수소를 포획한다. 이러한 배치는 HIC 발생을 더 잘 모방하며 패치 프로브에 비하여 증가되고 보다 정확한 수소 플럭스 측정을 허용한다. 추가적으로, 프로브 시스템(100)의 동일 평면 배치는 완전히 침입형인 프로브 타입에 비하여 이점을 제공하며(즉, 프로브는 내벽을 넘어 구조물 내로, 통상적으로, 탄화수소 제품 내로 연장된다 - 예를 들면, Rohrback Cosasco에 의해 제조된 모델 6400 수소 프로브), 이러한 타입에서, 프로브 및 구조물 표면 사이의 공간에서 물이 축적되며, 이는 프로브 주위의 국부적인 pH를 변화시키며 부식율 및 수소 침투율에 영향을 미친다. 따라서, 완전히 침입형인 프로브의 경우, 측정된 압력 축적은 구조물 구간에서 프로브로의 실제 수소 유입을 반영하지 않는다. 또한, 프로브 시스템(100)의 동일 평면 기하학적 구조는 파이프 라인 작동(예를 들면, 청소 및 검사 작동)을 방해하지 않으며, 액체 또는 가스가 구조물(205)로부터 배출되지 않도록 한다.

이제 도 3을 참조하면, 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 침입형 프로브 시스템의 캐비티 내에서의 원자 수소의 발생 및 수소 가스의 재결합이 도시된다. 예를 들면, 상술한 바와 같이, 프로브 시스템(100)은 구조물(205)과 적어도 실질적으로 동일 평면 상에 설치될 수 있다. 구조물(205)은 원자 수소(310)를 생성하는 액체 또는 가스 형태의 액체 또는 가스 탄화수소 제품(305)을 포함한다. 원자 수소(310)는 구조물(205)의 내면으로 이동하여, 구조물(205)의 표면에 침투하여 수소 기체로 재결합한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 특정 원자 수소(310)는, 전술한 바와 같이, 동일 평면 방향으로 설치된 프로브 시스템(100)의 노출면(110)을 침투한다. 전술한 바와 같이, 프로브 몸체(105)의 접속단(107)을 통과한 후, 원자 수소는 상술한 수소 수집 캐비티(129)로 유입하여 수소 가스로 결합된다. 수소 가스는 도관(140)으로 계속되며, 도관(140)에서 수집되며, 압력 측정 장치(140)에 의해 압력이 측정된다.

이제 도 4를 참조하면, 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 대안적인 침입형 프로브 시스템(400)이 제공된다. 프로브 시스템(400)은 접속단(407) 및 베이스단(409)을 갖는 프로브 몸체(405)를 포함하며, 접속단(407)은 금속 구조물(예를 들어, 파이프 라인)과 동일 평면 상에 위치되며 원자 수소가 생성되는 액체 또는 가스에 노출되도록 프로브 시스템(400)이 위치되도록 구성된다. 이에 따라, 프로브 시스템(400)은 프로브 시스템(100)과 동일한 동일 평면 기하학적 구조를 갖도록 구성된다. 프로브 몸체(405)의 접속단(407)은 노출면(410)을 포함한다. 노출면(110)과 마찬가지로, 노출면(410)은 감시될 구조물과 동일한 금속(예를 들면, 스틸) 등급으로 이루어지지만, HIC 저항성 미세 구조를 갖는다. 하나 이상의 실시예에서, 프로브(400)의 접속단(407)은 하나 이상의 오링(415)을 포함한다. 프로브 시스템(400)이 설치될 때 프로브 및 구조물 벽 사이에 액체가 유입하지 않도록 액체 기밀성 기하학적 구조를 확보하기 위해, 오링(415)이 프로브 몸체(405)의 외면 주위에 배치된다.

도시된 실시예에서, 프로브 몸체(405)는 조립된 프로브 몸체(405)를 형성하도록 함께 결합된 다수의 부분으로 이루어진다. 보다 구체적으로, 프로브 몸체(405)는, 접속단 부재(411)와, 접속단 부재(411) 내에 수용되는 필러 로드(420)를 포함한다. 접속단 부재(411)는 그 일면을 따라 노출면(410)을 포함하며, 노출면(410)에 반대되는 면은 필러 로드(420)의 제1 단(접속단)이 수용되는 요홈부(413)를 포함한다. 접속단 부재(411)에 형성된 요홈부(413)는 필러 로드(420)의 제1 단을 수용할 뿐만 아니라 필러 로드(420)의 제1 단 및 수소 수집 캐비티(425)의 바닥 사이에 정의되는 수소 수집 캐비티(425)를 정의하는 역할을 한다. 도시된 바와 같이, 요홈부(413)는 그 내부에 정의된 랜딩(landing)이 필러 로드(420)의 제1 단이 안착되는 표면을 제공하는 단차 구조를 가질 수 있다. 필러 로드(420)가 그 내부에 수용되기 때문에, 접속단 부재(411)는 필러 로드(420)보다 큰 폭을 갖는다.

필러 로드(420)의 제1 단은 체결구, 접착 작용제, 접착제 등의 사용을 포함하는 임의의 수의 종래의 기법을 사용하여 접속단 부재(411)에 결합된다. 도시된 실시예에서, 필러 로드(420)의 제1 단은 도시된 바와 같이 용접부에 의해 접속단 부재(411)에 결합된다.

필러 로드(420)는 캡(430)(예를 들면, 캡(135)과 동일하거나 유사함)에 결합되는 제2 단(베이스단)을 갖는다. 캡(430) 및 다른 인접 구조물 사이의 밀봉된 감합을 확보하기 위해 오링(437)이 캡(430)에 구비될 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 필러 로드(420)는 수소 확산도가 낮거나 없는 금속 로드이다. 예를 들면, 필러 로드(420)는 오스테나이계 스테인리스 스틸 또는 본원에 개시된 다른 재료로 이루어질 수 있다.

도시된 바와 같이, 프로브 시스템(100)과 달리, 프로브 시스템(400)의 필러 로드(420)는 재결합 수소 가스를 수집하기 위해 프로브 몸체에 형성된 개구 내로 삽입되지 않고 대신에 접속단 부재(411)의 요홈부에 삽입된다.

대신에, 하나 이상의 실시예에서, 수소 수집 캐비티(425)는 HIC 공동의 생성을 모방하는 조절 가능한 캐비티(425)이다. 보다 구체적으로, 캐비티(425)의 크기(부피)는 상이한 특정 응용에 맞게 조정될 수 있다. 조절 가능성은 제조 레벨에서 요홈부의 치수가 선택될 수 있다는 것이다. 특히, 요입된 캐비티(425)는 더 큰 깊이로 형성되어 증가된 체적의 캐비티를 생성할 수 있는 한편, 요입된 캐비티(425)는 감소된 체적의 캐비티를 생성하기 위해 보다 낮은 깊이로 형성될 수 있다. 또한, 필러 로드(420)의 제 1 단을 수용하는 랜딩의 위치는 캐비티(425)의 체적을 변경하도록 변화될 수 있다. 따라서, 조절 가능 캐비티(425)의 체적은 구조물의 상이한 두께 깊이에서 발생하는 HIC를 시뮬레이션하도록 변경될 수 있다. 조절 가능한 캐비티(425)의 체적이 감소함에 따라, 프로브 시스템(400)의 압력 축적에 대한 민감도가 증가한다. 특정 실시예에서, 조절 가능한 캐비티(425)의 부피는 2 내지 3 cm³, 1 내지 2 cm³ 또는 0.0314 cm³ 내지 0.628 cm³이다(보다 작은 캐비티 크기로 더 높은 민감도가 얻어진다). 또한, 보다 작은 크기의 캐비티에 대해서는, 관찰된 압력 속도가 높아짐에 따라, 사용자는 보다 큰 빈도로 환형 내에 포획된 수소 가스를 방출할 것이 이해될 것이다. 다시 말하면, 민감도가 높으면 프로브 재초기화가 보다 빈번해진다.

특정 실시예에서, 노출면(410)으로부터의 조절 가능 캐비티(425)의 깊이는 1 cm 미만이다. 특정 실시예에서, 노출면(410)으로부터의 조절 가능 캐비티(425)의 깊이는 약 0.5 cm 미만이다.

원자 수소가 노출면(410)을 침투함에 따라, 원자 수소는 접속단 부재(411)를 통하여 조절 가능 캐비티(425) 내로 통과하며, 조절 가능 캐비티(425)에서, 조절 가능한 캐비티(425) 내의 수소 가스로 재결합한다.

도관(435)은 필러 로드(420)에 형성되며, 보다 상세하게는, 도관(435)은 필러 로드(420)의 길이를 따라 연장되고 필러 로드(420)의 제1 단 및 제2 단 모두에서 개방되는 종방향 채널일 수 있다. 또한, 도관(435)은 압력 측정 장치(440)와 유체 연통하도록 캡(430)을 통과할 뿐만 아니라 조절 가능한 캐비티(425)와 유체 연통된다. 다시 말하면, 도관(435)은 프로브 몸체(405), 캡(430) 및 압력 측정 장치(440)의 적어도 일부분을 통과하는 연속적인 채널로서 여겨질 수 있다. 도관(140)과 마찬가지로, 수소 가스는 조절 가능한 캐비티(425)에 축적된 다음, 도관(435)을 통하여 유동함으로써 압력 측정 장치(440)로 전달된다. 압력 측정 장치(440)는 임의의 수소 압력 게이지 또는 변환기일 수 있다.

전술한 실시예에서와 같이, 접속단 부재(411)는 HIC 저항성이지만, 그 내부에서 재결합을 위해 원자 수소를 수소 수집 공동(425)으로 통과(확산)시킬 수 있는 재료로 형성된다. 반면에, 필러 로드(120)와 마찬가지로, 필러 로드(420)는 수소 확산성 특성이 낮거나 없기 때문에, 캐비티(425) 내에 형성된 수소 가스는 필러 로드(420)에 형성된 도관(435)으로 유입되어 필러 로드(420) 자체로 확산되지 않는다. 이에 따라, 형성된 수소 가스는 프로브(400)를 통과하여 주변 구조물에 대한 상당한 손실 없이 원자 수소 침투의 결과로서 수소 가스 축적을 측정하도록 구성된 압력 측정 장치(440)로 전달된다.

이제 도 5를 참조하면, 구조물(505)에 대한 프로브 시스템(400)의 설치가 도시된다. 구조물(505)은 파이프 라인, 압력 용기 또는 오일 또는 가스를 이송하는 다른 배관 시스템과 같은 탄화수소 제품을 수송하는 스틸 구조물일 수 있다. 다른 실시예로서, 프로브 시스템(400)은, 결국 결합 마운트(515)에 결합되는 접속 피팅(510)에 결합된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 프로브 시스템(400)의 접속단 부재(411)는 결합 마운트(515)의 내벽과 동일 평면 상에 설치되며, 노출면(410)은 구조물(505)의 내면과 적어도 실질적으로 동일 평면 상에 설치된다. 이러한 배치에서, 구조물(505) 내의 탄화수소 제품은 노출면(410)을 통과하지 않고 프로브 몸체(405) 내로 전달될 수 없다. 또한, 바람직하게는, 프로브(400)(즉, 접속단 부재(411)) 및 결합 마운트(515) 사이에 액체 및 가스 기밀 밀봉을 형성하기 위해 오링(415)이 제공된다.

도시된 실시예에서, 접속 피팅(510)은 프로브 몸체를 수용하는 중심 개구를 갖는 개방단 구조일 수 있다. 도시된 바와 같이, 접속 피팅(510)의 중심 개구의 적어도 일부분은 나사산(내부 나사산)을 가질 수 있고, 캡(430)은 프로브(400)를 접속 피팅(510)에 결합하기 위해 내부 나사산과 계합하는 외부 나사산를 포함한다. 또한, 나사산식 배치는 접속 피팅(510)에 대한 프로브(400)의 조절을 가능하게 하며, 특히, 접속 피팅(510)의 원위단을 넘어 연장되는 프로브(400)의 길이는, 적어도 하나의 실시예에서, 두 부분 사이의 나사산식 배치에 의해 변경될 수 있는 것으로 이해될 것이다. 다른 실시예에서, 프로브(400) 및 접속 피팅(510) 사이에서 위치(배향)가 고정된다.

본원에 설명된 바와 같은 프로브 시스템은 구조물의 구간에서 가능한 HIC 손상에 대한 경고 시스템을 제공하도록 구현될 수 있다. 수소 압력이 특정 역치를 넘어 증가하면, 검사(예를 들면, AUT)가 수행되어야 함을 나타낸다. 또한, 프로브 시스템이 특정 구간의 HIC 또는 SWC 균열 기회가 높아짐을 나타내면, 구조물의 인근 구간도 검사가 스케쥴링될 수 있다.

이와 같이, 수소 유도 균열에 대한 경고 방법이 본원에 제공된다. 이 방법에서, 프로브 시스템(100) 또는 프로브 시스템(400)과 같은 침입형 프로브 시스템은 구조물(예를 들어, 스틸 파이프 라인, 압력 용기, 파이프 시스템)에 설치된다. 설치는 캡(135), 접속 피팅(210) 및 결합 마운트(215)와 같은 결합 구성 요소를 구현하는 것과 같이, 본원에 설명된 바와 같이 수행될 수 있다. 다음으로, 원자 수소는 구조물 내의 천연 탄화 수소 공정에 의해 생성된다. 원자 수소는 구조물 및 프로브 시스템의 노출면(예를 들면, 노출면(110), 노출면 (410))에 침투한다. 원자 수소는 캐비티로 이동하여, 캐비티에서 재결합하여 수소 가스를 형성한다. 캐비티는 필러 로드로 충전될 수 있거나, 캐비티는 조절 가능 캐비티(425)에서와 같이 조절 가능할 수 있다. 이 방법은 캐비티 내의 분자 수소의 압력이 측정된다는 점에서 계속된다. 이러한 측정은 압력 게이지, 변환기 또는 다른 적합한 수소 압력 장치에 의해 이루어질 수 있다. 압력이 특정 역치보다 높으면, HIC 또는 SWC의 위험이 존재한다. 그런 다음, 이 방법은 측정된 압력이 그러한 위험을 나타내는 지 여부를 결정한다. 그러한 결정을 내리는 데에는 다수의 방법이 있다. 예를 들면, 제1 방법은 제1 원리 계산을 사용한다(그 전체가 참조로 포함되는 Traidia et al., IJHE 2012 참조). 제2 방법은 압력 증가 속도 및 측정된 균열 성장률(AUT) 사이의 실험적 상관 관계(실험실 실험에서 개발됨)를 사용한다.

HIC 또는 SWC의 위험이 확인되면, 이 방법은 사용자에게 경고하고 구조물의 그 영역에서 AUT 검사를 스케쥴링할 수 있다. 스케줄링은 검사를 스케쥴링하기 위해 적절한 소프트웨어를 사용하여 프로세서가 처리하는 특정 압력을 측정할 때 프로세서에 신호를 전송하는 통신 장치를 압력 장치에 포함시키는 것과 같이 자동으로 수행될 수 있다.

일 실시예에서, ILI 검사를 수행하는데 사용되는 장치(PIG)는 파이프 라인 내부를 이동하면서 프로브로부터 무선으로(예를 들어, 지그비 기술 또는 관련 기술을 사용하여) 측정을 수행할 수 있다. 당업계에서 알려진 바와 같이, PIG는 부식을 검출하고 측정하는 등 파이프 라인의 상태를 검출하는 데에 사용되는 인라인 검사 (ILI) 도구인 장치이다. 그런 다음, 프로브로부터의 측정은 ILI 보고서에 직접 통합될 수 있고, 결과를 해석하는 것을 도울 수 있으며, 발굴 검증 및/또는 수리를 할 것인지를 결정할 수 있습니다. 따라서, 본 발명의 프로브는 데이터 전송 및 통신을 가능하게 하기 위해 PIG 내의 모듈과 통신하는 통신 모듈(예를 들면, 무선 모듈) 또는 다른 통신 프로토콜(예를 들면, 블루투스)을 포함할 수 있다. PIG 및 프로브 사이의 통신은 PIG가 파이프 라인의 내부 표면을 따라 이동할 때 PIG에 의한 데이터 수집을 허용하므로, 수집된 데이터로부터 단일 보고서가 생성될 수 있다.

본 발명의 프로브 구조는, 노출면에서 사워 부식을 유도하는 유체를 운반하는 파이프 라인 내의 공동을 시뮬레이션한 조건 하에서 소정 기간의 수집 캐비티 내의 수소 압력 축적을 감시한 다수의 실험에서 시험되었다. 결과는 수소 압력 축적이 며칠 동안 시뮬레이션된 공동에서 관찰되었으며, 이는 HIC 또는 SWC 형성 및 파이프 라인 내에서의 성장을 나타내는 파이프 라인 내의 조건을 감시하고 검출하는 데에 본 발명의 프로브 구조가 효과적임을 나타낸다.

도 1 내지 도 5는 본 발명의 설명을 허용하는 개념적 도면이다. 당업자는 본 발명의 실시예의 다양한 양태가 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 이러한 실시예에서, 본 발명의 기능을 수행하기 위해, 다양한 구성 요소 및/또는 단계가 하드웨어, 펌웨어 및/또는 소프트웨어로 구현될 것이다. 즉, 동일한 하드웨어, 펌웨어 또는 소프트웨어의 모듈이 도시된 블록(예를 들면, 구성 요소 또는 단계) 중 하나 이상을 수행할 수 있다.

소프트웨어 실시예에서, 컴퓨터 소프트웨어(예를 들면, 프로그램 또는 다른 명령) 및/또는 데이터가 컴퓨터 프로그램 제품의 일부로서 기계 판독 가능 매체에 저장되며, 제거 가능 저장 장치 드라이브, 하드 드라이브 또는 통신 인터페이스를 통하여 컴퓨터 시스템 또는 다른 장치 또는 기계로 로딩된다. 컴퓨터 프로그램(컴퓨터 제어 로직 또는 컴퓨터 판독 가능 프로그램 코드라고도 함)은 메인 및/또는 이차 메모리에 저장되며, 하나 이상의 프로세서가 본원에 설명된 바와 같은 본 발명의 기능을 수행하도록 하기 위해 하나 이상의 프로세서(컨트롤러, 등)에 의해 구현된다. 이 문서에서, "기계 판독 가능 매체," "컴퓨터 프로그램 매체" 및 "컴퓨터 사용 가능 매체"라는 용어는 일반적으로 RAM(random access memory); ROM(read only memory); 제거 가능 저장 유닛(예를 들면, 자성 또는 광학 디스크, 플래시 메모리 장치, 등); 하드 디스크; 등과 같은 매체를 지칭하는 데에 사용된다.

특히, 상술한 도면 및 예는 본 발명의 범위를 단일의 실시예로 제한하고자 한 것이 아니며, 설명되거나 도시된 요소의 일부 또는 전부를 치환하는 것에 의해 다른 실시예가 가능하다. 또한, 본 발명의 특정 요소가 알려진 구성 요소를 사용하여 부분적이거나 완전히 구현될 수 있는 경우, 본 발명의 이해를 위해 필요한 알려진 구성 요소의 부분만 설명되며, 본 발명을 모호하게 하지 않도록 알려진 구성 요소의 다른 부분에 대한 상세한 설명은 생략된다. 본 명세서에서, 본원에 명백하게 달리 언급되지 않는 한, 단수의 구성 요소를 나타내는 실시예는 복수의 동일한 구성 요소를 포함하는 다른 실시예로 반드시 제한되어서는 안되며, 그 반대도 마찬가지이다. 또한, 명백하게 명시되지 않는 한, 출원인은 명세서 또는 청구범위 내의 임의의 용어도 흔치 않은 또는 특별한 의미로 간주하려는 의도는 없다. 또한, 본 발명은 예시로서 본원에 언급된 알려진 구성 요소에 대한 현재 및 미래의 알려진 균등물을 포함한다.

특정 실시예에 대한 전술한 설명은, 관련 기술(본원에 참조로 인용되고 포함된 문서의 내용을 포함)의 기술 내에서 지식을 적용함으로써, 다른 사람이 쉽게 할 수 있는 본 발명의 일반적인 성질을 충분히 밝힐 것이며, 본 발명의 일반적인 개념을 벗어나지 않고, 과도한 실험 없이, 그러한 특정 실시예들과 같은 다양한 응용을 위해 쉽게 수정 및/또는 조정될 수 있다. 따라서, 이러한 조정 및 수정은 본원에 제시된 교시 및 지침에 기초하여 개시된 실시예의 균등물의 의미 및 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 본원의 어구 또는 용어는 설명을 위한 것이지 한정하기 위한 것이 아니라는 것이어서, 본 명세서의 용어 또는 어구는, 관련 기술 분야의 당업자의 지식과 조합하여, 본원에 제시된 교시 및 지침에 비추어 숙련된 기술자에 의해 해석될 것으로 이해된다.

본 발명의 다양한 실시예가 상술되었지만, 이 실시예는 한정되지 않고 예로서 제시된 것임이 이해되어야 한다. 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 형태 및 세부 사항에 대한 다양한 변화가 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명은 상술한 예시적인 실시예 중 어느 것에 의해서도 제한되어서는 안되며, 후술하는 청구범위 및 그 균등물에 의해서만 정의되어야 한다.

Claims

금속 자산 내로 동일 평면 상으로 삽입되는 침입형 프로브 시스템으로서,
상기 금속 자산 내측에 위치되는 부식제에 노출되도록 구성되는 노출면에 의해 정의되는 솔리드(solid) 제1 단부를 갖는 프로브 몸체로서, 상기 노출면으로부터 이격된 위치에서 종단하는 내부 개구를 갖는 프로브 몸체;
인서트 및 상기 프로브 몸체의 내벽 사이에 정의된 수집 캐비티를 정의하도록 상기 프로브의 내부 개구 내에 배치되는 인서트;
상기 프로브 몸체의 내벽을 따라 배치되며, 상기 수집 캐비티로부터 상기 프로브 몸체의 둘레 내벽으로의 가스의 통과를 방지하기 위해 상기 부식제에 의해 상기 수집 캐비티 내에 형성된 가스에 대하여 실질적으로 불침투성인 재료로 형성되는 확산 배리어;
상기 부식제에 의해 발생된 가스를 수용하기 위해 상기 수집 캐비티와 유체 연통되는 도관; 및
상기 부식제에 의해 발생된 가스의 압력을 측정하기 위해 상기 도관에 결합되는 압력 측정 장치를 포함하는 프로브 시스템.
제1항에 있어서,
상기 부식제는 상기 금속 자산 내측에서 수송되는 액체이며, 원자 수소는 상기 부식제 및 상기 금속 자산 사이의 접촉으로 인한 상기 금속 자산의 부식의 부산물인, 프로브 시스템.
제1항에 있어서,
상기 수집 캐비티 내에서 상기 부식제에 의해 발생된 가스는 분자 수소 가스인, 프로브 시스템.
제1항에 있어서,
상기 인서트의 제1 단은 상기 프로브 몸체의 솔리드 단부에 대하여 동일 평면 인접 관계에 있고, 상기 수집 캐비티는 상기 인서트의 측벽을 둘러싸면서 형성되고, 상기 인서트의 상기 제1 단 및 상기 솔리드 단부 사이의 계면으로부터 이격되는, 프로브 시스템.
제1항에 있어서,
상기 인서트는 원통형의 필러 로드를 포함하고, 상기 수집 캐비티는 환형 형상을 갖는, 프로브 시스템.
제1항에 있어서,
상기 수집 캐비티는 상기 노출면으로부터의 거리로 상기 프로브 몸체 내에서 종방향으로 연장되는, 프로브 시스템.
제1항에 있어서,
상기 부식제는 상기 금속 자산 내측에서 운반되는 액체이고, 원자 수소는 상기 금속 자산의 부식의 부산물이며, 상기 솔리드 제1 단부는 그를 통한 원자 수소의 확산을 허용하지만 HIC 저항성 미세 구조를 갖는 재료로 형성되는, 프로브 시스템.
제1항에 있어서,
상기 노출면을 포함하는 상기 솔리드 제1 단부는 상기 금속 자산과 동일한 금속 등급으로 형성되는, 프로브 시스템.
제1항에 있어서,
상기 확산 배리어는 산화물층인, 프로브 시스템.
제1항에 있어서,
상기 확산 배리어는 오스테나이트계 스테인리스 스틸 슬리브인, 프로브 시스템.
제1항에 있어서,
상기 내부 개구는 블라인드 홀을 포함하며, 상기 내부 개구의 폐쇄단은 상기 프로브 몸체의 솔리드 제1 단부에 의해 정의되는, 프로브 시스템.
제1항에 있어서,
상기 인서트는 수소 확산 특성이 낮거나 없는 재료로 형성되는, 프로브 시스템.
제1항에 있어서,
상기 인서트는 오스테나이트계 스테인리스 스틸 재료로 형성되는, 프로브 시스템.
제1항에 있어서,
상기 솔리드 제1 단부에 반대되는 상기 프로브 몸체의 단부에 결합되는 프로브 캡; 상기 프로브 몸체가 결합되는 접속 피팅; 및 상기 금속 자산에 형성된 접속 홀에 밀봉되게 삽입되며 상기 접속 피팅이 결합되는 결합 마운트를 더 포함하는 프로브 시스템.
제1항에 있어서,
상기 프로브 캡은 상기 접속 피팅에 형성된 내부 나사산과 계합하는 외부 나사산을 포함하는, 프로브 시스템.
제1항에 있어서,
상기 부식제는 상기 금속 자산 내측에서 수송되는 액체이고, 원자 수소는 상기 금속 자산의 부식의 부산물이고, 상기 수집 캐비티는 확산하는 원자 수소가 침투하고 상기 수집 캐비티 내에서 재결합하여 수소 가스를 형성하는 HIC 시뮬레이션 캐비티를 포함하고, 상기 수집 캐비티 내의 수소 가스 함량이 증가함에 따라 상기 수집 캐비티 내의 압력이 이와 대응하게 증가하여 HIC 공정을 모방하고, 상기 압력 측정 장치는 수소 센서로 상기 수집 캐비티 내의 압력을 감시하고 대응하는 수소 축적율을 결정하는, 프로브 시스템.
제16항에 있어서,
상기 압력 측정 장치는 상기 수소 축적율이 상기 금속 자산에서의 HIC 또는 단계적 균열(SWC)의 증가된 기회를 나타내는 역치에 도달하면 경고를 전송하도록 구성되는, 프로브 시스템.
제1항에 있어서,
상기 확산 배리어는 HIC 저항성 미세 구조를 갖는, 프로브 시스템.
제1항에 있어서,
상기 인서트의 일단 및 상기 솔리드 단부 사이의 계면은 원자 수소 통과에 대해 저항성을 가지며, 이에 의해 상기 인서트의 측벽을 둘러싸는 상기 수집 캐비티내로 상기 부식제를 통과시키는, 프로브 시스템.
제1항에 있어서,
상기 프로브 몸체는 상기 노출면이 상기 부식제가 형성되는 중공형 파이프를 포함하는 상기 금속 자산의 내벽에 대하여 동일 평면 상에 배치되도록 구성되는, 프로브 시스템.
금속 자산 내로 동일 평면 상으로 삽입되는 침입형 프로브 시스템으로서,
상기 금속 자산 내에 위치되는 부식제에 노출되도록 구성되는 노출면을 갖는 접속 단부를 갖는 프로브 몸체로서, 상기 접속 단부는 상기 노출면과 반대되게 형성되는 요홈부를 갖는, 프로브 몸체;
접속단 및 베이스단을 갖는 인서트로서, 상기 접속단은 유체 기밀성이며 상기 프로브 몸체의 상기 노출면을 통하여 침투하는 상기 원자 수소를 수집하도록 구성되는 수집 캐비티를 정의하도록 상기 프로브 몸체의 요홈부에 인접하게 배치되어, 상기 원자 수소에 의해 가스가 상기 수집 캐비티 내에서 발생하고, 상기 인서트는 그를 통과하며 상기 접속단 및 상기 베이스단 양쪽에서 개방되는 관통홀을 포함하며, 상기 관통홀은 상기 수집 캐비티와 유체 연통되는, 인서트; 및
상기 수집 캐비티 내에서 확산된 원자 수소에 의해 발생되는 가스의 압력을 측정하기 위해 상기 프로브 몸체의 상기 관통홀과 유체 연통되는 압력 측정 장치를 포함하는 프로브 시스템.
제21항에 있어서,
상기 수집 캐비티 내에서 확산된 원자 수소에 의해 발생된 가스는 분자 수소 가스인, 프로브 시스템.
제21항에 있어서,
상기 요홈부는 상기 노출면에 반대되는 상기 접속 단부의 면을 따라 형성되는, 프로브 시스템.
제21항에 있어서,
상기 요홈부는 상기 인서트의 접속단이 밀봉되게 안착되는 랜딩부를 포함하는 단차 구조를 갖는, 프로브 시스템.
제21항에 있어서,
상기 관통홀은 상기 인서트 내의 중심에 위치되는, 프로브 시스템.
제21항에 있어서,
상기 접속 단부는 원통형인, 프로브 시스템.
제21항에 있어서,
상기 인서트의 상기 베이스단에 결합되는 프로브 캡을 더 포함하며, 상기 프로브 캡은 상기 압력 측정 장치로의 도관을 정의하도록 상기 인서트에 형성된 상기 관통홀과 축방향으로 정렬되는 관통홀을 갖는, 프로브 시스템.
제21항에 있어서,
상기 인서트는 원통형 필러 로드를 포함하는, 프로브 시스템.
제21항에 있어서,
상기 노출면에 인접한 상기 접속 단부에 결합된 오링을 더 포함하는 프로브 시스템.
제21항에 있어서,
상기 접속 단부는 그를 통한 원자 수소의 확산을 허용하되 HIC 저항성 미세 구조를 갖는 재료로 형성되는, 프로브 시스템.
제21항에 있어서,
상기 노출면을 포함하는 상기 접속 단부는 상기 금속 자산과 동일한 금속 등급으로 형성되는, 프로브 시스템.
제21항에 있어서,
상기 인서트는 오스테나이트계 스테인리스 스틸 재료로 형성되는, 프로브 시스템.
제21항에 있어서,
상기 인서트의 상기 베이스단에 결합되는 프로브 캡; 상기 프로브 몸체가 결합되는 접속 피팅; 및 상기 금속 자산에 형성된 접속 홀에 밀봉되게 삽입되며 상기 접속 피팅이 결합되는 결합 마운트를 더 포함하는 프로브 시스템.
제21항에 있어서,
상기 부식제는 원자 수소를 포함하고, 상기 수집 캐비티는 확산된 원자 수소가 침투하고 재결합하여 수소 가스를 형성하는 HIC 시뮬레이션 캐비티를 포함하고, 상기 수집 캐비티 내의 수소 가스 함량이 증가함에 따라 상기 수집 캐비티의 압력이 이와 대응하여 증가하여 HIC 공정을 모방하며, 상기 압력 측정 장치는 수소 센서로 상기 수집 캐비티 내의 압력을 감시하고 대응하는 수소 축적율을 결정하는, 프로브 시스템.
제34항에 있어서,
상기 압력 측정 장치는 상기 수소 축적율이 상기 금속 자산에서 HIC 또는 단계적 균열(SWC)의 증가된 기회를 나타내는 역치에 도달하면 경보를 전송하도록 구성되는, 프로브 시스템.
금속 자산에서 수소 유도 균열을 경고하는 방법으로서,
침입형 프로브 시스템을 동일 평면 상으로 상기 금속 자산으로 삽입하는 단계로서, 상기 침입형 프로브 시스템은 상기 금속 자산의 내면과 동일 평면 상에 배치되는 노출면을 갖는 접속 단부를 갖는 프로브 몸체를 갖고, 상기 접속 단부는 그를 통한 원자 수소의 확산을 허용하되 HIC 저항성 미세 구조를 갖는 재료로 형성되고, 상기 프로브 몸체는 상기 접속 단부를 통과하는 상기 원자 수소를 수용하는 수집 캐비티를 갖는, 단계;
상기 원자 수소가 상기 노출면에 침투하도록 하는 단계;
상기 프로브 몸체의 상기 수집 캐비티에서 분자 수소를 발생시키는 단계;
상기 수집 캐비티 내의 상기 분자 수소의 압력을 측정하는 단계; 및
측정된 압력이 상기 금속 자산에서의 수소 유도 균열의 증가된 위험을 나타내는 값보다 큰지 여부를 결정하고, 그렇다면 경보를 발생시키는 단계를 포함하는 방법.
제37항에 있어서,
수소 유도 균열의 측정된 위험에 따라 고급 초음파 테스팅을 스케쥴링하는 단계를 더 포함하는 방법.
금속 자산의 내면을 감시하는 인라인 검사 시스템으로서,
금속 자산으로 동일 평면 상으로 삽입되는 침입형 프로브 장치로서:
상기 금속 자산 내측에 위치되는 부식제에 노출되도록 구성되는 노출면에 의해 정의되는 솔리드 제1 단부를 갖는 프로브 몸체로서, 상기 노출면으로부터 이격된 위치에서 종단하는 내부 개구를 갖는 프로브 몸체;
인서트 및 상기 프로브 몸체의 내벽 사이에 정의되는 수집 캐비티를 정의하도록 상기 프로브의 상기 내부 개구 내에 배치되는 인서트;
상기 프로브 몸체의 내벽을 따라 배치되며 상기 수집 캐비티로부터 상기 프로브 몸체의 상기 둘레 내벽으로의 가스의 통과를 방지하도록 상기 부식제에 의해 상기 수집 캐비티 내에서 발생하는 가스에 대하여 실질적으로 불침투성인 재료로 형성되는 확산 배리어;
상기 부식제에 의해 발생된 가스를 수용하는 상기 수집 캐비티와 유체 연통되는 도관;
상기 부식제에 의해 발생된 가스의 압력을 측정하기 위해 상기 도관에 결합되는 압력 측정 장치;
상기 침입형 프로브 장치와 연관되는 제1 통신 모듈;을 포함하는 침입형 프로브 장치; 및
상기 금속 자산의 내면을 따라 이동하도록 구성되는 PIG 장치로서, 상기 침입형 프로브 장치 및 상기 PIG 장치 사이의 데이터 전송을 허용하도록 상기 제1 통신 모듈과 통신하도록 구성되는 제2 통신 모듈을 포함하는 PIG 장치를 포함하는 인라인 검사 시스템.