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플랜트테크놀로지6월호_음향방출기술로 밸브미세누설을 진단한다

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작성자 관리자 댓글 0건 조회 140회 작성일 20-06-05 10:02

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플랜트테크놀로지6월호 게재되었습니다.


[기사원문]

음향방출 기술로 "밸브 미세누설을 진단한다" 


간략히 회사 소개를 한다면.

– 우리 회사는 플랜트 현장의 생산 현황 및 설비 상태 등을 원격에서 감시하고 제어할 수 있는 소프트웨어와 하드웨어 개발, 적용을 지속적으로 주 사업 아이템으로 진행하고 있습니다.

그동안 포스코 및 계열사들과 타 철강사들 그리고 한국전력, 현대중공업, STX 등의 대기업 및 여러 공공 기관들에 당사의 제품을 공급, 구축 실적을 늘려가고 있습니다.

앞으로도 씨아이토피아㈜는 전 임직원이 회사의 주인이라는 생각을 가지고 현실에 안주하지 않고 도적하는 벤처 정신으로 자체 신기술 개발과 더불어 고객에게 보다 건실한 기업으로 다가서겠습니다.


이번에 밸브 미세누설 진단시스템을 출시했는데.

– 산업현장에서 사용 되고 있는 각종 중요 밸브에 대해 음향방출(Acoustic Emission)센서 및 데이터 수집 기술을 이용하여 내부 미세 누설 및 설비 이상 상태를 실시간 감시 및 사전 진단이 가능합니다.

또한, 추가적인 “주변 잡음 제거 알고리즘”을 적용, 신뢰성 및 정밀도를 향상 시킨 고 기능, 저 비용의 “밸브 내부 누설 진단 시스템”의 국산화 개발을 완료하였습니다.

특히 요즘 4차 산업혁명의 화두인 스마트 팩토리 구축을 위한 예지정비 및 사전진단에 초점을 맞춰 정비담당자의 개입을 최소화 할 수 있는 머신러닝 기반의 AI 플랫폼이 지원되도록 구성하였습니다.

음양방출 AET(Acoustic Emission Testing)기술이란.

– 음향방출(AE: Acoustic Emission)이란 고체가 변형 또는 파괴 시에 발생하는 음을 탄성파로 방출하는 현상이며, 이 탄성파를 AE 센서로 검출하고 평가하는 방법을 AE법이라고 합니다. AE는 재료가 파괴되기 이전부터 작은 변형이나 균열(Crack)의 진행과정에서 발생하기 때문에 AE의 발생 경향을 진단하여 재료와 구조물의 결함 및 파괴를 발견 및 예상할 수 있습니다.

음향방출시험Acoustic Emission Testing)은 발생된 탄성파를 각 구역에 설치된 음향검출센서로 읽어 취득된 음향신호에, 탄성파를 추출하기 위한 신호증폭, 잡음제거 등의 복합처리과정을 거쳐 데이터를 구축합니다. 추출된 복합신호형태의 음향조합 데이터에 재료별 탄성파특성, 검출파장과 주파수해석, 종파와 횡파요소, 파형의 반사, 굴절, 감쇠, 그림자 효과 등을 종합 고려한 해석을 통해 파단 혹은 성장하는 결함을 진단합니다.

음향방출시험은 고체물질이 변형을 일으킬 때 탄성파를 발생하는 것에 착안하여 개발된 비파괴시험의 일종으로 기존 비파괴시험과 달리 시스템 결함이나 파단의 발생을 미리 예측할 수 있는 최첨단진단 기술입니다.

또한 부재를 타고 전파하는 탄성파를 취득하는 것이기 때문에 센서가 결함과 어느 정도 거리를 두고 있어도 결함을 탐지해낼 수 있으므로 다른 비파괴 시험 기술에 비해 상대적으로 넓은 범위의 감시가 가능하다는 장점이 있다


밸브의 내부 누설 유형 측 측정 원리는.

– 밸브의 누설은 크게 시트, 마멸 현상, 케비테이션 손상 등에서 일어납니다.

시트 누설(Seat leak)은 밸브 내부 구조상 최소한의 틈새 발생으로 밸브 전·후단의 높은 차압으로 인한 유체 유동으로 시트누설이 발생합니다.

마멸 현상은 밸브 시트, 디스크 등의 유체와 접촉하여 마멸, 두 물체 간의 접촉 시 마멸에 관계하는 인자는 접촉면의 온도, 접촉 돌기의 분포, 접촉면의 거칠기 등의 접촉 상태와 재료의 경도, 작용 수직 압력, 미끄럼 길이 등에 의해 결정됩니다.

캐비테이션(Cavitation) 손상은 유체가 밸브 내부를 유동할 때 미시적인 증기방울들이 생성되고 깨어지는 과정으로, 캐비테이션이 발생하는 조건은 유체가 낮은 입력 영역을 지나서 다시 높은 압력 영역에서 발생됩니다.

밸브 디스크 등에 누설이 발생하면 이 누설에 의하여 생성된 진동은 표면과 내부 공기를 통하여 센서에 전달됩니다. 이렇게 해서 얻어진 신호를 증폭, 분리, 분석하고 일정시간 이상의 경보 문턱값(Alarm Threshold)을 넘는다면 누설 발생을 알 수 있습니다.


진단시스템의 구성은.

– 시스템은 AE센서, DAQ 보드 및 서버컴퓨터로 구성되어 있습니다. 서버컴퓨터에는 AET 데이터 저장과 분석 프로그램이 내장되어 해석과 분석을 수행할 수 있습니다.

센서 데이터수집 보드에서는 2대의 센서로부터 초당 500Khz의 데이터를 수집합니다. 수집된 데이터는 RMS값 연산, FFT변환 등을 통하여 데이터가공을 수행합니다.

서버 시스템은 데이터 수집 서버, 누설량 연산 서버, HMI 서버로 구성됩니다. 데이터 수집 서버는 데이터 수집 장비로부터 전송되는 데이터를 수신하여 저장하며, 누설량 연산 서버는 수신된 데이터를 바탕으로 예측되는 누설량을 연산하는 기능을 수행합니다.

HMI 서버는 모든 수집된 데이터를 이용하여 알람, 트렌드 저장, 리포트 생성 등의 기능을 수행합니다.


이 기술을 적용한 실제 사례는

– 이제까지 3년여 개발기간 동안 당사는 밸브누설시의 음향레벨 및 스펙트럼 특성분석을 사용 밸브 예비품을 활용한 Lab Test시의 음향 Data와 시공 후 가동 중 음향Data 패턴 분석결과를 시스템에 반영한 후, 실제 누설을 생성시켜 수집된 음향Data 패턴을 상호 비교 분석하여 진단결과의 정확도 및 신뢰성을 향상시킬 수 있었습니다.

또한 주변잡음 및 누설신호에 대한 음향신호의 레벨분석을 수행함과 함께 스펙트럼 분석에 의해 주파수 성분을 상호 비교함으로써 누설유무의 검출능력을 높일 수 있었으며, 실제 P社의 발전소 내 다양한 밸브들에 설치하여 다양한 운전 패턴을 분석하여 밸브 운전중의 주변잡음 및 운전 중 음향패턴 분석, 밸브누설 시의 음향레벨 및 스펙트럼 특성 분석을 통해 발전소 현장의 열악한 환경에서 신호취득을 위한 음향센서의 최적 부착 방법 및 계측방법을 도출하였습니다.


향후 계획이 궁금합니다.

– 본 제품은 다양한 밸브의 종류 및 사용 환경의 특성에 따른 다양성에 맞추기 위해 앞으로 더 많은 Lab Test 및 현장 시험을 통해 다양한 사용패턴 식별을 위한 데이터 확보가 우선되어야 합니다.

진단의 정확도 및 신뢰성 제고를 위해 끈임 없이 현장 상황을 모사 할 수 있는 설비 시험 환경을 구축하는 것이 최우선으로 필요하다고 사료되어 당사 포항지사의 입지 환경 및 인력을 최대한 활용 적극적인 투자를 통해 지금보다 월등히 앞서나가는 빅데이터 기반의 밸브진단 분야의 첨단제품을 지속 개발 해 나갈 것입니다.

또한 제철소뿐만이 아니라 타 산업분야에도 적용 가능하도록 다양한 모사 환경을 준비, 시험하여 다양한 밸브 및 사용환경에서도 그 성능을 발휘 할 수 있는 신뢰성 있는 안정적인 제품을 지속 개발 해 나가는데 임직원 모두와 최선을 해나갈 것입니다.

향후 당사 제품을 통해 다양한 밸브의 내부 누설 진단 및 감시가 가능하게 함으로써 적극적인 예방정비가 가능토록 지원하며, 이에 설비보호와 에너지 절감에 크게 기여 할 수 있기를 기대하고, 모든 산업 안전분야 에도 분명 도움이 될 수 있는 전문 진단시스템 개발에 한 획을 그을 수 있도록 노력 할 것입니다.


[원본출처]

http://www.planttech.co.kr/archives/12597 

https://blog.naver.com/p8725/221987154734 



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