일반기술

펄스 와전류를 이용한 금속관의 부식 위치와 잔여 두께

금속재료 표면에 구동 코일을 두고 시간적으로 변화하는 전기적인 신호를 가하면 전자기 유도에 의하여 금속에 깊이에 따라 전류 밀도가 감소하며 주어진 신호의 시간적인 변화와 유사하게 시간적으로 변화하는 와전류가 유도되며 와전류가 유도된 금속 표면에 검출 코일을 두면 여기에도 와전류에 의한 유도전류가 형성된다. 이러한 금속에 형성되는 와전류의 전류 밀도와 형성되는 영역은 금속의 전기전도도와 투자율 그리고 전기적인 신호의 시간적인 변화에 의존하기 때문에 검출 코일에 유도되는 와전류의 특징으로부터 금속에 대한 상태 정보를 간접적으로 파악할 수 있다.금속관의 표면에 구동 코일과 검출 코일을 두고 구동 코일에 스텝 펄스 전압을 인가하여 구동 코일에 전류가 급격히 끊어지는 순간에 금속에 유도 전류가 형성되었다가 시간이 지나감에 따라 서서히 감소하게 된다. 이렇게 유도되었다가 점차적으로 사라지는 유도전류를 펄스 와전류라 하며 유도되는 전류의 세기와 감쇠되는 정도는 금속의 두께, 전기전도도 및 금속 내부에 존재하는 결함의 위치 및 크기에 따라 변화한다. 본 기술은 이렇게 금속관에 유도된 와전류를 검출 코일에 다시 유도되도록 하여 와전류 신호를 검출하고 금속관의 부식의 위치와 부식에 의해 줄어든 잔여 두께를 평가하는 방법과 장치 및 센서 구조에 관한 것이다.종래의 와전류 탐상법은 일정한 주파수를 갖는 교류 형태의 전기적인 신호를 구동 코일에 가하여 금속관에 내재한 균열과 같은 결함을 검출하는데 적용하여 왔다. 이러한 기존의 와전류 탐상법은 일정한 주파수를 사용하기 때문에 금속관 표면으로부터 일정 깊이까지만 검사가 가능하며, 연속적인 교류 전류를 가하기 때문에 검출하고자하는 결함의 깊이에 대한 정보를 얻을 수가 없다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 두 개의 구동코일에 서로 다른 주파수를 가하여 결함의 깊이에 대한 정보를 알아내는 방법이 있으나 사용하는 주파수에 의하여 검사하고자 하는 영역이 제한되는 단점이 있다. 또한 구동 코일과 검출 코일을 일정 간격 떨어뜨려 놓고 구동 코일에 의해 형성되는 자기장이 금속을 통과할 때 결함이 있는 부위에서 누설 자속을 형성하여 이를 검출하는 방법인 원격장 와전류탐상법이 있으나 누설 자속의 효과를 측정하는 것이기 때문에 자성체에 대해 적용할 수 있는 제한점을 갖는다. 이와 같이 금속관의 건전성을 검사하는 지금까지의 와전류 검사법은 균열과 같은 결함의 검출에 집중되었고 배관의 잔여 두께 평가와 부식이 관 내부에 위치하였는지 외부에 위치하였는지에 대해서는 평가가 어려웠다. 본 기술과 장치는 이러한 단점을 보완한 것으로 부식 부위가 관 내부인지 외부인지를 판단할 수 있으며, 부식에 의한 잔여 두께를 평가할 수 있는 장점이 있다.국내의 발전 설비나 화학플랜트 설비의 보일러나 열교환기는 정기적으로 검사를 수행하여야 하는데 이를 기준으로 국내의 검사 수행을 위한 시장 규모는 년간 약 20억원 정도로 추산되며, 또한 검사 장비를 모두 수입에 의존하고 있는 현 상황에서 약 5년간 장비 보급에 대한 시장 규모는 년간 약 6억원 정도로 추정된다. 따라서 매년 약 25억원 이상의 국내 시장 규모가 있다. 또한 국제적으로도 우리나라와 발전 설비나 화학플랜트가 모두 있는 상태이므로 국제 시장에 대한 규모는 년간 약 $6,000만 정도로 추정된다.본 기술은 이와 같은 직접적인 경제적 효과 이외에도 고온 고압 환경에서 운영되는 금속관의 부식으로 인한 파손을 예방하는데 기여할 것이므로, 산업재해 예방과 사고로 인한 생산 중단에서 오는 경제적인 손실을 줄이는데 기여할 것이다.