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유도초음파 기반 배관 모니터링 기술

전수책임자
김선혁
참여자
권순현, 김선혁, 도윤미, 신영미, 이상금, 이좌형
기술이전수
1
이전연도
2024
협약과제
22PR1500, 에너지다소비 업종대상 맞춤형 공장에너지관리시스템(FEMS) 기술 개발 및 실증, 도윤미
23PR4100, 에너지다소비 업종대상 맞춤형 공장에너지관리시스템(FEMS) 기술 개발 및 실증, 도윤미
에너지 다소비 업종에서의 ‘맞춤형 공장에너지 관리 시스템 기술개발’을 위해서는 공장 내에서 운영하는 배관 시스템에 대한 진단 기술이 요구된다. 에너지 다소비 업종의 공장에서 사용하는 주요 에너지원인 열에너지는 전력에 비해 손실 발생 가능성이 크며, 열에너지는 배관을 통해 고압의 기체 상태인 스팀 형태로 전달되므로 배관의 누출(Leak)로 인한 에너지 손실이 전력보다 클 것으로 예상된다.
또한, 열에너지의 경우 스팀량을 측정하기 위한 계측 기기의 낮은 정확도로 인해 배관 유지보수에 어려움이 있다. 특히, 배관 내 이동하는 고온·고압의 스팀으로 인해 배관의 물성 손상이나 물리적 파열·폭발 가능성이 존재한다.
현장에서는 배관의 유지보수는 육안 검사에 크게 의존하고 있으므로, 배관의 누출 유무를 쉽고 빠르게 감지할 수 있는 기술이 요구된다. 이러한 문제를 해결할 수 있는 기술로 유도초음파 기반의 비파괴검사가 있다.
본 기술은 배관의 결함을 진단하기 위한 유도초음파 기반 배관 모니터링 기술로 공장 내에 설치되어 운용 중인 배관 시스템의 결함을 진단하는 것을 목표로 한다. 배관의 원주 방향 외면에 방사상 등 간격으로 배치되는 복수의 압전소자를 포함하는 센서 장치를 설치하고 이를 통해 유도 초음파 신호를 발생시키고 반사 신호를 계측하는 장치를 포함하고 있다. 또한 계측한 반사 신호에 대해서 상관도 분석 및 노이즈 제거 등의 신호처리를 통해 배관의 결함에서 발생한 신호를 높은 민감도로 탐지하는 방법을 포함하고 있다.
□ (필요성) 현장에서 배관의 유지보수는 육안검사에 크게 의존하고 있어, 배관의 누출 유무를 쉽고 빠르게 감지할 수 있는 기술이 필요함.

- 현장에서 육안검사만으로 전체 스팀배관의 누출 유무를 실시간으로 검사하기에 어려움이 존재함. 비파괴검사(Air Test 등)를 고려할 수 있지만, 시간적·비용적 부담이 클 뿐만 아니라 누출 위치/가능성 등에 대한 세부 상태를 확인할 수 없음.

- 무수히 많은 배관(Tube) 다발로 구성된 열교환기의 경우, 모든 배관에 대한 개별적인 검사로 인해 시간적·비용적 부담이 더욱 커짐. 스팀배관에서의 배관 누출 여부뿐만 아니라, 암모니아와 수소 등 다양한 유체·기체에 따른 배관 누출 여부도 실시간으로 감지하고 진단할 수 있는 기술이 필요함.

□ (목적) 본 기술은 배관 시스템의 결함 진단에 있어 주변 구조물로 인한 노이즈와 결함 신호를 정확히 구분하여, 배관 결함 진단 성능을 고도화하는 것을 목표로 함

- 결함 위치를 정확히 모니터링하고 진단함으로써, 불필요한 유지보수 작업을 최소화하고, 결과적으로 유지보수 비용을 절감할 수 있음. 나아가, 배관 시스템의 노후화에 대응하여 장기적 인프라 관리 계획을 수립하고 실행할 수 있는 기반을 마련할 수 있음.
에너지 다소비 업종에서의 ‘맞춤형 공장에너지 관리 시스템 기술개발’을 위해서는 공장 내에서 운영하는 배관 시스템에 대한 진단 기술이 요구된다. 에너지 다소비 업종의 공장에서 사용하는 주요 에너지원인 열에너지는 전력에 비해 손실 발생 가능성이 크며, 열에너지는 배관을 통해 고압의 기체 상태인 스팀 형태로 전달되므로 배관의 누출(Leak)로 인한 에너지 손실이 전력보다 클 것으로 예상된다.
또한, 열에너지의 경우 스팀량을 측정하기 위한 계측 기기의 낮은 정확도로 인해 배관 유지보수에 어려움이 있다. 특히, 배관 내 이동하는 고온·고압의 스팀으로 인해 배관의 물성 손상이나 물리적 파열·폭발 가능성이 존재한다.
현장에서는 배관의 유지보수는 육안 검사에 크게 의존하고 있으므로, 배관의 누출 유무를 쉽고 빠르게 감지할 수 있는 기술이 요구된다. 이러한 문제를 해결할 수 있는 기술로 유도초음파 기반의 비파괴검사가 있다.
본 기술은 공장의 스팀 배관의 상태를 모니터링하고 결함 위치를 진단하기 위한 기술로 다음의 기술을 지원한다.
● 배관 모니터링 진단 기준 신호 설계 기능
● 진단 신호 트리거 기능
● 진단 기준 신호 가시화 기능
● 시간-주파수 영역 분석 기능
● 배관 발생 위치 추정 기능
● 피에조 센서 기반 비파괴적 신호 인가 기능
● 진단 신호 반사파 계측 기능
● 진단 신호 배관 인가 기능
● 진단 기준 신호 증폭 기능
● 진단 기준 신호 주파수 스윕 기능
본 기술이전의 내용에 따른 기술이전 범위는 아래와 같다.
● 유도초음파 기반 배관 모니터링 시스템 (GPMS: Guided-wave based Pipe Monitoring System)
● 결함 모니터링 시스템의 검출 능력 향상 방법
● 결함 진단 성능 향상을 위한 신호처리 방법
● 배관 이상 진단 가시화 방법
● 공장 스팀 에너지 누기 진단을 위한 배관 진단 방법
● 사용자 및 시스템 요구사항 정의서
● 시험절차서/시험 결과서
ㅇ 배관을 활용하는 다양한 산업 인프라에서 광범위하게 활용가능한 기술로 공공 인프라 내 배관의 누수 및 결함 감지에 활용될 수 있음. 따라서, 공공 시설의 유지 보수 및 관리 효율성을 높일 수 있음.
ㅇ 정밀한 결함 감지 및 위치 파악을 통해 누수 발생 전, 사전 조치를 취할 수 있어, 유지보수 비용을 크게 절감할 수 있음.
ㅇ 실시간 모니터링 및 데이터 분석을 통해 배관에 대한 예측 정비를 가능하게 함으로써 인프라의 신뢰성 및 가용성을 향상 시킬 수 있음