KR20230058406A - 밸브가 장착된 파이프라인의 밀폐성 검사와 누출 탐지 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기술 진단 분야에 관한 것으로 원자력 발전소에서 파이프라인 누출을 감지하고 파이프라인 밀폐성을 검사하는데 사용될 수 있다. 음향 신호는 파이프라인에 세로로 위치한 2개의 지점에서 기록된 다음에 수신된 음향 신호에 대해 후속 처리가 수행된다. 음향 신호는 파이프라인에 세로로 밸브를 기준으로 전후에 위치한 2개의 지점에서, 넓은 초음파 범위에서 기록된다. 밸브를 기준으로 파이프라인 상류 지점과 하류 지점에서 기록된 초음파 신호는 차후에 처리되어 얻어진 값을 사용하여 두 개의 신호 스펙트럼을 구성한다. 다음에는 15,000 ~ 90,000 Hz 범위가 분리되어 이 범위 내에서 각 신호 스펙트럼에서 진폭 최고치가 선정된다. 그 다음에는 상기 주파수 범위에서 신호 스펙트럼의 진폭을 진폭 최고치로 나누고 수학 공식을 사용하여 밸브 전후 신호 스펙트럼들 사이의 차이를 구함으로써 파이프라인의 후속 운영 가능성을 분석하며 파이프라인에 누출 유무를 탐지하는 질과 효율성을 높이기 위해 파이프라인 밀폐성 정도를 결정하는 것을 확보한다.

Description

밸브가 장착된 파이프라인의 밀폐성 검사와 누출 탐지 방법

본 발명은 기술 진단 분야, 특히 파이프라인 밀폐성 검사 방법에 관한 것으로서 원자력 발전소에서 파이프라인 누출을 감지하고 파이프라인 밀폐성을 검사하는데 사용될 수 있다.

냉각수 누수탐지는 원전설비 기술진단의 가장 중요한 과제들 중의 하나가 된다. 현재 내부 및 외부 누출을 모니터링하는 초음파 방법이 가장 널리 보급되어 있다. 내부 누출은 밸브의 밀폐성 결함과 관련된 것이며 외부 누출은 구조물의 손상된 외벽을 통해 냉각수가 유출되는 것과 관련된 것이다. 기존 접근법들은 작동 중 장비의 음향 방출 분석과 한 쌍의 측정 채널에 대한 상관 함수 계산에 기초한다. 그러나 이와 같은 접근법은 누출량을 정량화하기 위한 객관적 파라미터를 전제로 하지 않으며 누출 유무에 대한 판단이 작동 중인 장비의 배경 소음에 대한 주관적인 평가와 감각 기관에 의한 통각에 기초하여 결정되는 경우도 있다.

파이프라인에 세로로 위치한 2개의 지점에서 음향 신호를 수신하여 누출을 감지한 다음에 수신된 음향 신호에 대하여 후속 상관 처리를 수행하는 결과로 음향 신호가 도착한 시차와 누출의 좌표를 결정하는데 있는 파이프라인 누출의 좌표를 결정하는 방법(소련 발명 증명서 1283566호)은 공지되어 있다.

이 방법의 단점은 모니터링되는 파이프라인 영역 길이가 짧다는 점과 파이프라인을 둘러싸거나 가로지르는 기술적 개체로 인한 discrete interference가 있는 상황에서 사용하기가 불가능하다는 점에 있다.

제품 파이프라인에 세로로 위치한 2개의 지점에서 음향 신호를 수신하여 누출을 감지한 다음에 수신된 음향 신호에 대하여 후속 상관 처리를 수행하는 결과로 음향 신호가 도착한 시간차이와 누출의 좌표를 결정하는 것과 더불어 수신된 음향 신호에 대한 상관 처리 전에는 각 신호 속에서 discrete component의 rejection을 수행한 다음에 상기 음향 신호에 대한 스펙트럼 분석을 수행해서 얻어진 신호 스펙트럼 중에서 30초를 초과하며 진폭이 3~6 dB을 초과하는 장기적 스펙트럼 구성요소를 분리해서 상기 스펙트럼 구성요소를 기준으로 누출 유무에 대하여 판단하는데 있는 것으로서 제품 파이프라인 밀폐성을 모니터링하고 누출 좌표를 결정하는 방법(러시아연방 발명특허 2181881호)은 출원된 기술적 솔루션에 가장 근사한 유사물이 된다.

이 가장 근사한 유사물의 단점은 파이프라인의 기하학적 특성이 미치는 영향과 파이프라인에 있는 지지대와 브리지로 인하여 얻어진 음향 신호에 대한 측정 결과와 후속 처리 결과의 낮은 정밀도에 있다.

출원된 발명이 달성한 목적은 밸브가 장착된 파이프라인의 후속 운영 가능성을 평가하며 파이프라인에 있는 누출을 탐지하는 질과 효율성을 높이기 위해 파이프라인 밀폐성 정도를 결정하는데 있다.

본 발명에 의하여 달성되는 기술적 결과는 진단 검사를 수행하는 시간을 단축하고 파이프라인의 기하학적인 특성이 진단 검사 중에 얻은 결과에 미치는 영향을 제외하는데 있다.

본 발명의 본질은 파이프라인에 세로로 위치한 2개의 지점에서 음향 신호를 기록해서 수신된 음향 신호에 대해 후속 처리를 수행하는데 있는 것으로서 밸브가 장착된 파이프라인의 밀폐성 검사와 누출 탐지 방법에 있어서 넓은 초음파 범위에서 음향 신호를 파이프라인에 세로로 밸브를 기준으로 전후에 위치한 2개의 지점에서 기록한 다음에 파이프라인 밸브 기준으로 전에 위치한 지점에서 기록된 초음파 신호와 밸브 기준으로 후에 위치한 지점에서 기록된 초음파 신호를 아날로그-디지털 변환기로 처리해서 얻어진 i 값을 기준으로 푸리에 변환을 사용하여 기록 지점들에 해당한 신호 스펙트럼 2개를 구성한 다음에 구성된 신호 스펙트럼들 속에서 15,000 ~ 90,000 Hz 주파수 범위를 분리해서 상기 범위 속에서 2개의 신호 스펙트럼에서 진폭 최고치를 선정한 다음에 상기 주파수 범위 속에서 신호 스펙트럼의 진폭을 진폭 최고치로 나누고 다음과 같은 공식을 사용하여 밸브를 기준으로 전후 신호 스펙트럼들 사이의 차이를 구하고

여기서 S_1i 및 S_2i 는 각각 밸브를 기준으로 전후 신호 스펙트럼 진폭을 의미하고

i, n 은 신호 스펙트럼 내 분석되는 구간에 있는 discrete component의 번호를 의미하며

그런 다음에 얻어진 값을 기준으로 신호 스펙트럼들 간의 S차이가 -100 미만일 경우에 누출이 없다는 결론을 내리며 스펙트럼들 간의 차이가 -100부터 100까지의 범위에 있을 경우에 사소한 누출이 있다는 결론을 내리고 스펙트럼들 간의 차이가 100이상일 경우에 상당한 누출이 있다는 결론을 내리는 것이 제안되는데 있다.

또한 초음파 신호를 음향 방출 센서로 기록할 것은 제안된다.

출원된 발명은 도면에 의해 설명된다. 도 1은 본 방법에 따른 흐름도를, 도2는 밸브를 제어하기 위한 센서가 배치된 도식을, 도3 과 도 4 는 검사대상이 되는 밸브 2개 지점 1과 지점 2에서 초음파 신호의 스펙트럼을 표시한다.

제시되는 방법은 다음과 같은 방식으로 실현된다.

예를 들어서 GT400호 음향 방출 센서와 같은 초음파 신호를 기록하기 위한 센서는파이프라인에 밸브를 기준으로 전후에 설치된다. 센서를 설치하는 지점들은 파이프라인 단면의 상부나 측면에서 선정된다. 센서를 설치하는 지점들이 파이프라인 단면의 하부에서 선정되지 않는 이유는 각종 퇴적물로 인하여 음향 신호가 왜곡될 수 있기 때문이다.

그 다음에는 넓은 초음파 범위 안에서 음향 신호의 기록을 수행한다. 그 다음에는 기록된 초음파 신호를 아날로그-디지털 변환기로 처리해서 얻어진 값을 기준으로 푸리에 변환을 사용하여 기록 지점들에 해당한 신호 스펙트럼 2개를 구성한다.

그 다음에 15,000 ~ 90,000 Hz 범위가 분리되는 이유는 보다 낮은 주파수의 경우에 파이프라인 자체의 진동이 발현되며 보다 높은 주파수의 경우에 음향 센서의 작동 특성상으로 spurious peaks가 발생하기 때문이다.

다음에는 이 범위 내에서 각 신호 스펙트럼에서 진폭 최고치를 선정하고 상기 주파수 범위에서 신호 스펙트럼의 진폭을 진폭 최고치로 나눈다.

밸브를 기준으로 전후 신호 스펙트럼들 사이의 차이는 다음과 같은 공식을 사용하여 구해진다:

여기서 S_1i 및 S_2i 은 각각 밸브를 기준으로 전후 신호 스펙트럼 진폭을 의미하며 i, n 은 신호 스펙트럼 내 분석되는 구간에 있는 discrete component의 번호를 의미한다.

얻어진 값을 기준으로 신호 스펙트럼들 간의 S차이가 -100 미만일 경우에 누출이 없다는 결론을 내리고 스펙트럼들 간의 차이가 -100부터 100까지의 범위에 있을 경우에 사소한 누출이 있다는 결론을 내리고 스펙트럼들 간의 차이가 100이상일 경우에 상당한 누출이 있다는 결론을 내린다.

기술된 방법은 신 보로네즈 원자력 발전소에서 재순환 배관과 우회 배관 급수 계통의 배관 이음을 검사하는데 활용된 바가 있다.

출원된 방법을 구현하기 위해 도 1에서 표시된한 흐름도에 따라 설치된 밸브를 기준으로 전(1.1항)의 음향신호와 후(1.2항)의 음향신호에 대한 측정을 수행했다. 도 2에서는 측정을 수행하기 위한 지점들의 위치가 표시된다. 숫자로는 측정 지점들의 번호로서 지점1과 지점2가 표시된 것이다. 화살표는 작동 유체의 유동 방향을 표시한다.

GT400호 음향 센서로 얻어진 신호에 대한 분석을 실시했다. 기록은 밸브(3)를 기준으로 전에 위치한 지점1과 후에 위치한 지점2 등 2개의 지점에서 수행되었다.

검사된 정지 밸브(밸브 3)는 8 MPa의 압력 하에서 160 ℃ 의 온도에서 물 흐름을 차단하기 위한 것이었다.

지점 1과 지점 2 등 2개의 지점에서 음향 신호를 측정한 다음에 밸브(3)를 기준으로 전에 기록된 신호(2.1항)와 후에 기록된 신호(2.2항)에 대한 디지털화를 수행했다. 그 다음에는 설치된 밸브(3)를 기준으로 전후에 기록되었으며 디지털화된 신호들의 스펙트럼들에 대해 계산(도 1의 3.1항과 3.2항)을 수행했다. 전류 스펙트럼을 계산할 때 Hann 가중 함수법, 고속 푸리에 변환 사이즈로서 1684를, 75%의 정규화 등 설정 값을 적용했다.

그 다음에는 설치된 밸브(3)를 기준으로 전후에 위치한 지점1과 지점2등 2개의 지점에서 기록되었으며 디지털화된 신호의 스펙트럼에서 20,000~80,000 Hz 범위에 대한 분리(도1의 4.1항과 4.2항)가 수행되었다. 2개의 스펙트럼의 경우에 선택된 범위에서는 진폭 최대치가 선정되었다.

그 다음에는 밸브(3)를 기준으로 전에 기록되었으며 디지털화된 신호(6.1항)와 후에 기록되었으며 디지털화된 신호(6.2항)의 스펙트럼을 진폭의 최대치로 나눈 다음에 밸브(3)를 기준으로 전후에 기록되었으며 디지털화된 신호의 정규화된 스펙트럼의 진폭을 제했다.

그 다음에는 밸브(3)를 기준으로 전후에 기록되었으며 디지털화된 신호의 정규화된 스펙트럼의 진폭 차이가 합산되었다.

밸브(3)를 기준으로 전후 신호 스펙트럼들 사이의 차이를 다음과 같은 공식을 사용하여 구했다.

여기서 S_1i 및 S_2i 는 각각 밸브를 기준으로 전후 신호 스펙트럼 진폭을 의미하며 i, n 은 신호 스펙트럼 내 분석되는 구간에 있는 discrete component의 번호를 의미한다.

-100 미만의 차이가 "누출 없음"으로 해석되며 -100부터 100까지의 파라미터가 "사소한 누출 가능성"으로 해석되며 100을 초과한 결과가 "상당한 누출"로 해석되는 조건 하에 얻어진 스펙트럼들에 따라 합산된 진폭 차이를 기준으로 밸브 상태를 검사했다.

검사대상이 되는 밸브 2개의 지점 1과 지점 2에서 초음파 신호의 스펙트럼은 도3과 도 4에서 표시된다. 그 중 도 3에서는 누출이 있는 밸브를 기준으로 전후 정규화된 스펙트럼 중첩이 표시되어 있으며 도 4에서는 누출이 없는 밸브를 기준으로 전후 정규화된 스펙트럼 중첩이 표시되어 있다. 스펙트럼 차이는 선자의 경우에 S=759이며 후자의 경우에 S=-680이었다. 그러므로 제1 밸브의 경우에 상당한 누출에 대한 결론을 내렸으며 제2 밸브의 경우에 누출이 없다는 결론을 내렸다.

제안된 방법은 원자력 발전소에서 사용될 수 있을 것뿐만 아니라 화력산업 등 공업 분야들의 기업체들과 기술적 시설에서 파이프라인의 밀폐성을 검사하기 위해 사용될 수도 있다.

제안된 방법을 사용하는 것은 밸브가 장착된 파이프라인의 후속 운영 가능성을 평가하며 파이프라인에 있는 누출을 탐지하는 질과 효율성을 높이기 위해 파이프라인 밀폐성 정도를 결정할 수 있게 한다.

Claims (2)

1. 넓은 초음파 범위에서 음향 신호를 파이프라인에 세로로 밸브를 기준으로 전후에 위치한 2개의 지점에서 기록한 다음에 파이프라인 밸브를 기준으로 전에 위치한 지점에서 기록된 초음파 신호와 밸브를 기준으로 후에 위치한 지점에서 기록된 초음파 신호를 아날로그-디지털 변환기로 처리해서 얻어진 값을 기준으로 푸리에 변환을 사용하여 기록 지점들에 해당한 신호 스펙트럼 2개를 구성한 다음에 구성된 신호 스펙트럼들 속에서 15,000 ~ 90,000 Hz 주파수 범위를 분리해서 상기 범위 속에서 2개의 신호 스펙트럼에서 진폭 최고치를 선정한 다음에 상기 주파수 범위 속에서 신호 스펙트럼의 진폭을 진폭 최고치로 나누고 S_1i 및 S_2i 가 각각 밸브를 기준으로 전후 신호 스펙트럼 진폭을 의미하며 i, n이 신호 스펙트럼 내 분석되는 구간에 있는 discrete component의 번호를 의미하는 다음과 같은 공식을 사용하여
   

   

   
   밸브를 기준으로 전후 신호 스펙트럼들 사이의 차이를 구한 다음에 얻어진 값을 기준으로 신호 스펙트럼들 간의 S차이가 -100 미만일 경우에 누출이 없다는 결론을 내리며 스펙트럼들 간의 차이가 -100부터 100까지의 범위에 있을 경우에 사소한 누출이 있다는 결론을 내리고 스펙트럼들 간의 차이가 100이상일 경우에 상당한 누출이 있다는 결론을 내리는 것을 특징으로 하며 파이프라인에 세로로 위치한 2개의 지점에서 음향 신호를 기록해서 수신된 음향 신호에 대해 후속 처리를 수행하는데 있는 것으로서 밸브가 장착된 파이프라인의 밀폐성 검사와 누출 탐지 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 초음파 신호를 음향 방출 센서로 기록하는 것을 특징으로 하는 것으로서 밸브가 장착된 파이프라인의 밀폐성 검사와 누출 탐지 방법.

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