계장기술(PROCON)

특별기고 패턴 인식 자동화 기술 활용한 재열기 튜브 평가기술 정립

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작성자 최고관리자 댓글 0건 조회 104회 작성일 22-05-13 14:03

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- 재열기 튜브 원거리 결함 탐지 기술 개발 과제 착수

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재열기(Reheater)의 연소 방식은 주로 75MW 이상의 화력발전소 보일러에서 사용되며, 증기 압력이 높아짐에 따라 저압 터빈 마지막 단에서의 증기의 습분이 증가됨으로 고압 터빈에서 포화 온도 가까이 팽창한 증기를 재열하여 온도를 높 인 후 중저압 터빈에 공급하는 역할을 한다.
최근 대용량 발전소에서는 2단 재열을 채용하며, 재열 증기의 온도는 일반적으 로 과열기 출구 증기 온도와 같은 538℃ 또는 566℃가 사용된다. 유동층 보일러 최종 재열기(INTREX RH)에서 발생되는 결함에 대한 비파괴 평가 방법으로는 내화벽 내부에 매몰되어 있는 재열기 튜브의 균열 등의 취약부에 대해서 액체침 투탐상시험(Penetrant Testing)을 시행하고 있으며, 정비 기간 중 수압시험을 통하 여 튜브의 누설 여부를 검사 후 결함이 발생된 튜브에 대해서는 관막음(Plugging)및 내시경 검사를 통한 샘플링(Sampling) 검사에만 의존 하고 있어 해당 튜브에 대한 전수검사가 어려운 실정이 고, 이를 해결하고자 재열기 튜브 원거리 결함 탐지 기술 개발 과제를 착수하였다.

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연구개발 배경
유동층 보일러(Fluidized Bed Boiler) 재열기 튜브에서 발생되는 결함은 내화벽 상단에서 주로 발생되며, 발생 원인으로는 굽힘 모멘트(Bending Moment)에 의해 튜브 번들(Bundle)의 지지대 근처에서 주로 발생되고, 튜브 상 단에 집중되는 형태를 나타낸다.
손상 형태로는 입구측 상부의 내화물 표면으로부터 20~30mm 내에서 균열이 발생되어 튜브 외면의 크라운 (Crown)부에 원주 방향의 다중 균열 형태를 나타내며, 발생된 균열은 외부에서 시작하여 내부로 진행하는 양상을 나타낸다. 또한 조직상으로는 표면의 부식 형태를 나 타내고 있는데, 균열이 미세하여 현장 검사 시 발견될 가 능성은 매우 낮다.   

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유동층 보일러 재열기 튜브 원거리 결함 탐지 기술 개발
유동층 보일러 재열기 튜브는 내면의 다양한 손상 메 커니즘에 의해 누설 고장이 빈번하게 발생하고 있으며, 번들(Bundle) 형태로 되어 있는 재열기 튜브의 구조 특성 상 접근이 곤란하여 실제 튜브의 누설이 발생 전까지 적 절한 검사 방법이 없고, 특히 튜브 내외면 검사 방법이 없 는 실정이다. 
손상이 의심되는 재열기 튜브 내화벽을 일부 절개하 여 액체침투탐상검사를 이용한 튜브의 표면에 제한된 구간만 점검하는 비효율적 방법을 적용하고 있고, 점검 범위와 기술의 한계점을 극복하기 위해서 내화벽을 제거 하지 않고, 매몰되어 있는 튜브 전체를 효과적으로 검사 할 수 있는 기술을 개발하여 검사 범위를 확대하고, 내면 의 부식 상태와 외면의 결함 상태를 검출하여 설비의 안 전성을 확보할 수 있는 기술을 개발할 계획이다.

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국외 기술 동향
전 세계 산업용 보일러 시장을 지역별로 살펴보면, 20 18년을 기준으로 아시아 태평양 지역이 27.6%로 가장 높은 점유율을 차지하였고, 유럽 지역이 23.2%, 북미 지 역이 17.0%, 중동·아프리카 지역이 16.9%, 남미 지역이 15.3%로 나타났다. 아시아 태평양 지역은 2018년 36억 달러에서 연평균 성장률 6.2%로 증가하여 2023년에는 48억 6,000만 달러에 이를 것으로 전망되며, 유럽 지역 은 2018년 30억 3,000만 달러에서 연평균 성장률 5.2% 로 증가하여 2023년에는 39억 1,000만 달러에 이를 것으로 전망된다. 마더 인텔리전스(Modor intelligence) 자 료에 따르면, 세계 비파괴검사 시장은 2019년을 기준으 로 약 160억 달러 이상의 규모로 파악되고, 2023년까지 약 6.7% 이상의 연평균 성장률을 기록할 것으로 전망되 고, 2022년에는 약 200억 달러 이상의 시장 가치를 넘을 것으로 예상한다.

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기대 효과
유동층 보일러 재열기 튜브 원거리 결함 탐지 기술 개 발을 통해 접근이 어려운 보일러 내의 내화벽에 매몰된 튜브 내면의 결함 상태를 진단함으로서 정비 방안에 대한 가이드라인을 제공하고, 최적화된 비파괴검사 수행으로 검사 시간과 예산을 절감함으로서 발전소의 이용률 향상에 기여할 뿐만 아니라, 검사 장치의 확대 적용을 통 해 기술이전 사업화를 도모함으로서 회사의 경영이익에 기여할 것으로 기대하고 있다. 
기대 성과로는 번들당 20억 원의 교체 비용 절감과 폐 기 설비를 이용한 결함 데이터베이스(Data Base) 자동평 가로 접근 불가 위치에 대한 사전 진단이 가능하며, 실증 후 국내 및 해외 사업화 추진에 활용할 예정이다. 


doosong.gil@kepco.co.kr