KR20210085868A - 배관 하부에 설치되어 합금의 예민화를 측정하는 측정장치 및 이를 이용한 예민화 측정방법 - Google Patents

배관 하부에 설치되어 합금의 예민화를 측정하는 측정장치 및 이를 이용한 예민화 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배관 하부에 설치되어 합금의 예민화를 측정하는 측정장치 및 이를 이용한 예민화 측정방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 측정장치는, 상기 배관 상에 배치되며 내부에 측정용액을 수용할 수 있는 용액 수용공간을 가지며 상기 배관을 향한 일단이 개방되어 있는 제1측정본체를 포함하는 본체부; 및 상기 수용공간에 일단이 위치하며 타단은 상기 본체부의 외부에 위치하는 레퍼런스 전극, 카운터 전극 및 측정기를 포함하는 측정부를 포함하며, 상기 본체부는, 수용공간을 형성하며 상기 배관 상에 배치되는 제2측정본체를 더 포함하며, 상기 제1측정본체의 적어도 일부는 상기 제2측정본체의 상기 수용공간 내에 위치한다.

Description

배관 하부에 설치되어 합금의 예민화를 측정하는 측정장치 및 이를 이용한 예민화 측정방법{Apparatus installed on lower part of pipe for measuring sensitization of alloy and method for measuring sensitization of alloy using the same}
본 발명은 배관에서의 샘플링이 필요없으며 현장에서 배관 하부에 대하여 직접 예민화 측정이 가능한 예민화 측정장치 및 이를 이용한 예민화 측정방법에 관한 것이다.
원자력 발전소 등에 합금으로 제조된 배관이 많이 사용되고 있으며, 특히 오스테나이트 스테인리스 합금 등이 사용되고 있다.
오스테나이트 스테인리스 합금은 크롬함량이 일정 수준이상 유지되어야 원하는 물성을 얻을 수 있는데, 여러 가지 이유로 크롬함량이 부족한 부분이 발생할 수 있으며 이 경우 응력 부식 균열의 우려가 있다.
오스테나이트 스테인리스 합금의 응력 부식 균열 감수성, 즉 예민화를 측정하는 방법으로 전기화학적재활성화법(EPR법)이 사용되고 잇다.
그러나 종래의 EPR법은 별도의 합금 샘플이 필요하며 현장 배관, 특히 배관의 하부 부분에 대해 직접 실험할 수 없는 문제가 있다.
일본특허공개 제2004-101349호(2004년 4월 2일 공개)
따라서 본 발명의 목적은 배관에서의 샘플링이 필요없으며 현장에서 배관 하부에 대하여 직접 예민화 측정이 가능한 예민화 측정장치 및 이를 이용한 예민화 측정방법을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은 배관의 하부에 설치되어 합금의 예민화를 측정하는 측정장치에 있어서, 상기 배관 상에 배치되며 내부에 측정용액을 수용할 수 있는 용액 수용공간을 가지며 상기 배관을 향한 일단이 개방되어 있는 제1측정본체를 포함하는 본체부; 및 상기 수용공간에 일단이 위치하며 타단은 상기 본체부의 외부에 위치하는 레퍼런스 전극, 카운터 전극 및 측정기를 포함하는 측정부를 포함하며, 상기 본체부는, 수용공간을 형성하며 상기 배관 상에 배치되는 제2측정본체를 더 포함하며, 상기 제1측정본체의 적어도 일부는 상기 제2측정본체의 상기 수용공간 내에 위치하는 것에 의해 달성된다.
상기 제1측정본체 및 상기 제2측정본체는 모두 원통형상이며, 상기 제1측정본체는 상기 제2측정본체에 편심되어 위치할 수 있다.
상기 제1측정본체에는 상기 배관에 밀착 시 상기 용액수용공간과 상기 용액수용공간 외부의 상기 수용공간을 연통시키는 벤트 홀이 상기 일단에 형성되어 있을 수 있다.
상기 밴트 홀은 상기 제1측정본체가 상기 배관에 밀착 시 상기 제1측정본체의 최상부에 형성되어 있을 수 있다.
상기 본체부는, 상기 제2측정본체에 형성되어 있으며 상기 수용공간과 연결된 배출구를 더 포함하며, 상기 측정장치는 상기 배출구와 연결되어 상기 용액 수용공간 내부에서 발생하는 기체를 배기시키는 진공펌프를 더 포함할 수 있다.
상기 본체부는, 상기 제1측정본체 및 상기 제2측정본체에 걸쳐 형성되어 있으며, 외부에서 상기 용액수용공간에 측정용액을 공급하기 위한 유입구를 더 포함할 수 있다.
적어도 일부가 상기 제2측정본체의 일단과 상기 배관의 사이에 위치하며 상기 수용공간을 밀봉하며 탄성을 가지는 재질로 마련되는 밀봉부를 더 포함할 수 있다.
상기 배관은 단면이 원형이며, 상기 배관을 둘레방향으로 감싸고 있으며, 상기 밀봉부 및 상기 본체부 중 적어도 하나와 결합되어 상기 본체부를 상기 배관에 밀착시키는 클램프를 더 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 다른 목적은 배관 하부에 위치하는 합금의 예민화를 현장에서 측정하는 방법에 있어서, 내부에 측정용액을 수용할 수 있는 용액수용공간을 가지는 제1측정본체를 포함하는 본체부를 상기 배관의 하부에 위치시키는 단계; 상기 용액수용공간은 상기 배관의 표면과 직접 접하며, 상기 본체부는 상기 제1측정본체의 적어도 일부가 수용되는 수용공간을 형성하는 제2측정본체를 포함한다, 상기 수용공간의 하부를 상기 수용공간의 외부로부터 밀봉하는 단계; 상기 용액수용공간 내에 측정용액을 채우고, 상기 측정용액에 일단부가 잠기도록 레퍼런스 전극과 카운터 전극을 위치시키는 단계, 여기서 상기 측정용액은 상기 용액수용공간과 접하는 배관의 적어도 일부와 접촉하도록 채워진다; 및 상기 용액수용공간과 접하는 상기 배관 표면의 예민화를 측정하면서 발생하는 산소를 상기 수용공간 외부로 배출하는 단계를 포함하는 것에 의해 달성된다.
상기 제1측정본체에는 상기 배관에 밀착 시 상기 용액수용공간과 상기 용액수용공간 외부의 상기 수용공간을 연통시키는 벤트 홀이 형성되어 있으며, 상기 산소는 상기 벤트 홀을 통해 상기 용액수용공간의 외부로 배출될 수 있다.
상기 밀봉은 적어도 일부가 상기 제2측정본체의 하부와 상기 배관의 사이에 위치하며 탄성을 가지는 재질로 마련되는 밀봉부를 이용하여 수행될 수 있다.
상기 밀봉은, 상기 배관을 둘레방향으로 감싸고 있으며, 상기 밀봉부 및 상기 본체부 중 적어도 하나와 결합되는 클램프를 이용하여 상기 본체부를 상기 배관에 밀착시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 배관에서의 샘플링이 필요없으며 현장에서 직접 배관 하부에 대하여 예민화 측정이 가능한 예민화 측정장치 및 이를 이용한 예민화 측정방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 예민화 측정장치를 나타낸 것이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 예민화 측정장치의 주요 구성을 나타낸 것이고,
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 예민화 측정장치를 이용한 예민화 측정방법을 나타낸 것이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 사상이 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다. 또한 첨부된 도면은 각 구성요소 간의 관계를 설명하기 위해 크기와 간격 등이 실제와 달리 과장되어 있을 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 예민화 측정장치를 설명한다.
도 1은 예민화 측정 장치가 예민화 측정 대상인 배관의 하부에 설치된 형태를 나타내었고, 도 2에서는 예민화 측정 장치의 일부 구성에 대한 사시도를 도시하였다.
측정 장치(1)는 본체부(10), 측정부(20), 진공펌프(30), 밀봉부(40) 및 클램프(50)를 포함한다.
본체부(10)는 제1측정본체(110), 제2측정본체(120), 배출구(121), 유입구(122), 밸브(123) 및 캡(130)으로 구성된다.
측정본체(110, 120)는 부식에 강한 유리나 석영으로 만들어 질 수 있으며, 내부가 비어있는 원통형이다. 측정본체(110, 120)의 양 단부는 개방되어 있다
제1측정본체(110)는 용액 수용공간을 형성하며, 제2측정본체(120)는 수용공간을 형성한다. 제1측정본체(110)는 제2측정본체(120)의 수용공간 내에 위치하며 도 2와 같이 제1측정본체(110)는 제2측정본체(120)의 수용공간 내에서 편심되어 위치한다.
제1측정본체(110)의 배관 측을 향한 단부에는 벤트 홀(111)이 형성되어 있다. 벤트 홀(111)은 제1측정본체(110)의 단부가 일부 제거된 형태로 마련되어 있다. 벤트 홀(111)은 도 1과 같이 배관 하부에 설치되었을 때 제1측정본체(110)에서 가장 상부에 위치하는 부분에 형성되어 있다.
배출구(121)는 제2측정본체(120)에 형성되어 있으며 유입구(122)는 제2측정본체(120)를 거쳐 제1측정본체(110)의 용액수용공간에 연결되어 있다. 밸브(123)는 유입구(122)에 형성되어 있다. 도시하지는 않았지만 배출구(121)와 진공펌프(30) 사이에도 밸브가 설치될 수 있다.
캡(130)은 측정본체(110, 120)의 배관과 이격된 단부와 결합되며, 측정본체(110, 120)의 단부를 밀봉한다. 캡(130)은 밀봉을 유지하면서 레퍼런스 전극(21) 및 카운터 전극(22)이 통과할 수 있는 셉텀 형태로 마련될 수 있다.
또는 캡(130)은 레퍼런스 전극(21) 및 카운터 전극(22)과 결합된 형태로 제공될 수도 있다.
캡(130)의 재질, 형태 및 측정본체(110, 120)와의 결합 방식은 다양하게 변형될 수 있다. 다른 실시예에서 캡(130)과 측정본체(110, 120)가 일체로 형성될 수도 있으며, 제1측정본체(110)와 제2측정본체(120)별로 마련될 수도 있다.
측정부(20)는 레퍼런스 전극(21), 카운터 전극(22) 및 측정기(23)를 포함한다. 레퍼런스 전극(21) 및 카운터 전극(22)의 단부는 캡(130)을 통해 수용공간 내에 위치한다.
측정기(23)는 전극(21, 22)에 전기신호를 가하고/가하거나 전극(21, 22)에서 전기신호를 측정한다.
측정부(20)는 통상의 EPR 측정 방법에서 사용하는 구성을 채용할 수 있다.
진공펌프(30)는 배출구(121)와 연결되어 있으며, 측정 과정에서 수용공간에서 발생하는 기체를 외부로 배출시킨다.
밀봉부(40)는 제2측정본체(120)의 일단과 결합하여 배관의 측정대상(도 3 참조)과 다른 배관 부분을 차단시키며 측정용액(도 4 참조)의 누설을 방지한다. 밀봉부(40)는 고리 형태이며, 상부면에는 도 2와 같이 트랜치(41)가 형성되어 있다. 제2측정본체(120)의 일단부는 트랜치(41)에 삽입된다.
다른 실시예에서 제1측정본체(110)와 배관 사이에도 별도의 밀봉부가 설치될 수 있다. 다만 이 경우에도 밴트 홀(111)은 수용공간과 연통되어 있어야 한다.
밀봉부(40)는 다양한 배관의 표면 형상에 따라 변형이 가능하면서도 밀봉을 유지할 수 있어야 하며, 이에 한정되지는 않으나, 탄성을 가진 실리콘 고무 등으로 만들어 질 수 있다.
클램프(50)는 배관을 둘레방향으로 감싸고 있으며, 양 단부는 밀봉부(40)에 연결되어 있다. 도 1에서는 구성요소의 구분을 위해 클램프(50)와 배관이 이격되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 클램프(50)의 적어도 일부는 배관에 밀착되어 있으며, 밀봉부(40)를 배관에 밀착시키고 고정시킨다. 밀봉부(40)와 배관의 밀착 및 고정에 의해 밀봉부(40)에 결합되어 있는 제2측정본체(120)의 위치도 고정된다.
다른 실시예에서는 클램프(50)는 제2측정본체(120)에도 또는 제2측정본체(120)에만 연결될 수 있다. 이 경우 제2측정본체(120)에는 클램프(50)와의 연결을 위한, 예를 들어 돌출형성된 고리와 같은 별도 구성이 추가 형성될 수 있다.
이하 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 예민화 측정장치를 이용한 예민화 측정방법을 설명한다.
먼저 도 3과 같이 배관 하부에 본체부(10), 밀봉부(40) 및 클램프(50)를 설치한다. 이와 같은 설치에 의해 제1측정본체(110)의 배관 측 단부로 둘러싸인 배관이 측정 대상으로 특정된다. 측정 대상 부분은 일정한 면적을 가지게 된다.
배관은, 이에 한정되지 않으나, 오스테나이트 스테인리스 합금으로 이루어질 수 있으며 원자력 발전소에 사용되는 배관일 수 있다.
설치 전에 측정 대상 부분 및 그 주변의 배관에 대해 적절히 전처리를 할 수 있으며, 전처리를 샌드 페이퍼를 이용한 처리를 포함할 수 있다.
설치는 본체부(10)와 밀봉부(40)를 결합한 후 배관 상에 위치시키고 클램프(50)를 이용하여 고정하는 방식으로 수행될 수 있다.
이후 도 4와 같이 밸브(123)를 열고 유입구(122)를 통해 측정 용액을 용액 수용공간에 공급한다. 측정 용액은 황산과 티오시안산칼륨의 혼합용액일 수 있다. 측정 용액은 크롬이 고갈된 배관을 부식시킨다.
측정 용액은 측정대상이 측정 용액에 잠기도록 공급한다.
측정 용액 투입 이후 밸브(123)를 닫는다.
이후 도 5와 같이 레퍼런스 전극(21)과 카운터 전극(22)을 단부가 측정 용액에 잠기도록 도입한다. 다른 실시예에서는 레퍼런스 전극(21)과 카운터 전극(22)이 도입되어 있는 상태에서 측정 용액을 공급할 수도 있다.
전극(21, 22) 도입과 동시에 또는 전후 적절한 시점에서 배출구(121)를 진공펌프(30)와 연결한다.
이후 도 6과 같이 전극(21, 22)을 통해서 배관의 측정대상에 대한 예민화 정도를 측정한다. 측정 시 산소를 포함하는 가스가 발생하는데, 발생된 가스는 밴트 홀(111)을 통해 수용공간으로 이동하고 진공펌프(30)를 이용하여 외부로 배출된다.
다른 실시예에서는 측정 도중 측정용액의 감소 등으로 인해 측정 대상이 측정용액에 잠기지 않는 문제를 방지하기 위해 유입구(122)를 통해 부족한 측정용액을 공급해 줄 수 있다.
예민화 정도 측정에서는 크롬 탄화물 침전입자를 둘러싼 크롬 고갈지역의 부식과 관련된 전하량을 측정한다. 크롬이 고갈된 그레인 바운더리 부위의 부식은 전기화학 전위가 수동영역에서 활성영역으로 바뀌며 전류밀도가 급속히 상승한다.
이상 본 발명에 따른 측정방법에서 온도, 측정 시간 등의 구체적인 측정조건 및 데이터(측정된 전하량 등) 해석 등은 통상의 EPR법을 따를 수 있으며, 특히 ASTM G108 및 BS EN ISO 12732를 참조할 수 있다.
본 발명에 따르면 현장의 배관 하부에 대해 직접 예민화 평가가 가능하며, 배관에서의 샘플링이 필요하지 않다.
전술한 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 예시로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형하여 본 발명을 실시하는 것이 가능할 것이므로, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 배관의 하부에 설치되어 합금의 예민화를 측정하는 측정장치에 있어서,
    상기 배관 상에 배치되며 내부에 측정용액을 수용할 수 있는 용액 수용공간을 가지며 상기 배관을 향한 일단이 개방되어 있는 제1측정본체를 포함하는 본체부; 및
    상기 수용공간에 일단이 위치하며 타단은 상기 본체부의 외부에 위치하는 레퍼런스 전극, 카운터 전극 및 측정기를 포함하는 측정부를 포함하며,
    상기 본체부는,
    수용공간을 형성하며 상기 배관 상에 배치되는 제2측정본체를 더 포함하며,
    상기 제1측정본체의 적어도 일부는 상기 제2측정본체의 상기 수용공간 내에 위치하는 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1측정본체 및 상기 제2측정본체는 모두 원통형상이며,
    상기 제1측정본체는 상기 제2측정본체에 편심되어 위치하는 측정장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1측정본체에는 상기 배관에 밀착 시 상기 용액수용공간과 상기 용액수용공간 외부의 상기 수용공간을 연통시키는 벤트 홀이 상기 일단에 형성되어 있는 측정장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 밴트 홀은 상기 제1측정본체가 상기 배관에 밀착 시 상기 제1측정본체의 최상부에 형성되어 있는 측정장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 본체부는,
    상기 제2측정본체에 형성되어 있으며 상기 수용공간과 연결된 배출구를 더 포함하며,
    상기 측정장치는 상기 배출구와 연결되어 상기 용액 수용공간 내부에서 발생하는 기체를 배기시키는 진공펌프를 더 포함하는 측정장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 본체부는,
    상기 제1측정본체 및 상기 제2측정본체에 걸쳐 형성되어 있으며, 외부에서 상기 용액수용공간에 측정용액을 공급하기 위한 유입구를 더 포함하는 측정장치.
  7. 제1항에 있어서,
    적어도 일부가 상기 제2측정본체의 일단과 상기 배관의 사이에 위치하며 상기 수용공간을 밀봉하며 탄성을 가지는 재질로 마련되는 밀봉부를 더 포함하는 측정장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 배관은 단면이 원형이며,
    상기 배관을 둘레방향으로 감싸고 있으며, 상기 밀봉부 및 상기 본체부 중 적어도 하나와 결합되어 상기 본체부를 상기 배관에 밀착시키는 클램프를 더 포함하는 측정장치.
  9. 배관 하부에 위치하는 합금의 예민화를 현장에서 측정하는 방법에 있어서,
    내부에 측정용액을 수용할 수 있는 용액수용공간을 가지는 제1측정본체를 포함하는 본체부를 상기 배관의 하부에 위치시키는 단계; 상기 용액수용공간은 상기 배관의 표면과 직접 접하며, 상기 본체부는 상기 제1측정본체의 적어도 일부가 수용되는 수용공간을 형성하는 제2측정본체를 포함한다,
    상기 수용공간의 하부를 상기 수용공간의 외부로부터 밀봉하는 단계;
    상기 용액수용공간 내에 측정용액을 채우고, 상기 측정용액에 일단부가 잠기도록 레퍼런스 전극과 카운터 전극을 위치시키는 단계, 여기서 상기 측정용액은 상기 용액수용공간과 접하는 배관의 적어도 일부와 접촉하도록 채워진다; 및
    상기 용액수용공간과 접하는 상기 배관 표면의 예민화를 측정하면서 발생하는 산소를 상기 수용공간 외부로 배출하는 단계를 포함하는 측정방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1측정본체에는 상기 배관에 밀착 시 상기 용액수용공간과 상기 용액수용공간 외부의 상기 수용공간을 연통시키는 벤트 홀이 형성되어 있으며,
    상기 산소는 상기 벤트 홀을 통해 상기 용액수용공간의 외부로 배출되는 측정방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 밀봉은 적어도 일부가 상기 제2측정본체의 하부와 상기 배관의 사이에 위치하며 탄성을 가지는 재질로 마련되는 밀봉부를 이용하여 수행되는 측정방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 밀봉은,상기 배관을 둘레방향으로 감싸고 있으며, 상기 밀봉부 및 상기 본체부 중 적어도 하나와 결합되는 클램프를 이용하여 상기 본체부를 상기 배관에 밀착시키는 단계를 포함하는 측정방법.
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