1
국내 산업분야 비파괴검사 현황
2
PAUT 기술 개요(개념및특징)
3
에너지설비RT 대체 PAUT 기술개발 현황
4
국내 PAUT 적용사례 및 한계
5
NDT(PAUT) 확대 적용 방안
1
국내 비파괴검사 현황
비파괴검사(NDT; Nondestructive Testing) 기술
비파괴검사 기술 진흥 및 관리에 관한 법률
국내 비파괴검사 업체 현황
※ 비파괴검사 실태조사 보고서, KANDT2019)
방사선투과검사(RT) 관련 규제 강화
국내 비파괴검사 시장 현황
<비파괴검사 매출액 현황>
<비파괴검사 방법별 매출 비중>
※ 비파괴검사 실태조사 보고서, KANDT2019)
국내 비파괴검사 기법별 적용 현황
대표적인 주요 산업설비와 NDT 기술기준/판단기준
대표적인 주요 산업설비와 NDT 기술기준/판단기준
2
PAUT 기술 개요 (개념 및 특징)
위상배열초음파탐상검사(PAUT) 원리 및 특징
위상배열초음파탐상검사(PAUT) 원리 및 특징
위상배열초음파탐상검사(PAUT) 원리 및 특징
방사선투과검사(RT) 원리 및 특징
안전성 기반 RT-PAUT 비교
검사 기법
안전 관련 특징
• 인체 및 주의환경에 무해
PAUT
• 현장에서 용접, 가우징, 검사가 동시에 진행되는 관계로 화상 및 낙하물로 인한 안전사고 발생 가능성 존재
• 현장에서 사용하는 전기 안전사고의 위험성 존재
• 방사선 피폭으로 인한 안전사고 발생 여지가 있음
RT
• 검사자 추락과 같은 안전사고가 발생 가능성 존재
• 방사선 안전관리자 선임 및 개인 피폭선량계 등이 필수적으로 필요
RT-PAUT 결함검출능 비교
Group
Porosity
Lack of
Fusion
Slag
Inclusion
Root
Crack
2
에너지 설비 RT 대체 PAUT 기술 개발 현황
에너지설비RT 대체PAUT 기술개발추진(화력및가스)
2013~현재
2017 ~
2021
2021~현재
향후 계획
발전설비RT 대체PAUT 기술개발개요
과제명
과제 성격
사업 명
방사선투과검사(RT) 대체용 최신 비파괴 체적검사 실증 기술 개발
■ 현안해결 □ 비용절감 □ 성능개선 □ 국산화 □ 기타( )
2018년 에너지기술평가원 제 1차 에너지기술개발 사업
총 연구기간
2018년 5월 1일 ~ 2022년 4월 30일 (48개월/5차년도 구성)
총괄책임자
박 익근 교수
주관기관
서울과학기술대학교 NDT실증연구센터
한국수력원자력 중앙연구원, 한전 KPS 기술연구원, 한국서부발전, 한국동서발전,
참여기관
한국남동발전, 한국남부발전, 한국중부발전, 대한검사기술 부설연구소,
호진산업기연 부설연구소, 한국비파괴검사학회 KPD자격인증센터, 대한전기협회
최종 목표
▪ 발전설비의 RT 대체 UT+PAUT 검출능(Detectability, Sizing)의 비교 검증(Round Robin Test: RRT)을
통한 제작·설치 및 가동중검사 분야 PAUT 표준검사절차서 개발
▪ PAUT 표준검사절차서의 국내 관련 법령 제·개정에 반영(전기사업법 기술기준 및 판단기준) 및
산업기술기준(안) 작성 등
화력발전설비 실증시험편 설계/제작
시험편 종류
구분
세부
SA210 Gr.A1
(6EA)
보일러 튜브
(5종)
Mock
Up
시험편
배관
분기관 및
레듀서
(Ⅱ) (3종)
▪ 탄소강 용접부 시험편(OD ; 50.8, T ; 5.6)
▪ Super304H 용접부 시험편
Super 304H
OD[mm]
42.2
50.8
4
(18EA)
THK[mm]
6
4
4
이종금속(DMW)
(Ⅰ) (2종)
제원
▪ 이종금속 용접부 튜브(Platen S/H : Austenite + Ferrite)
(OD ;
(6EA)
▪ 결함 종류 : EDM Notch, Crack, LF, IP 및 Porosity(Slag)
▪ 시편 제원 : 튜브와 일치한 형상
맞대기
▪ 결한 종류 : EDM Notch, Crack, LF, IP 및 Porosity
▪ 시편 제원 : 직경 200mm이상, 두께 20mm이상
분기관
레듀서
▪
▪
▪
▪
두께 단차 용접부
용접부 접근 제한 시험편(One-side 검사)
결함 종류 : EDM Notch, Crack, LF, IP 및 Porosity
시편 제원 : 직경 200mm이상, 두께 20mm이상
시뮬레이션 기반 PAUT 스캔 플랜 개발
[축방향 (횡파) 35°~ 70°]
[축방향 (횡파) 35°~ 80°]
PAUT 다자비교시험 수행
신뢰도 분석 - 결함검출확률(POD)
▪
탄소강 용접부
𝒂𝟖𝟎 =4.5 mm
▪
스테인리스강 용접부
𝒂𝟖𝟎 =6.1 mm
▪
이종금속 용접
부
𝒂𝟖𝟎 =11.6 mm
1st RRT
2nd RRT
𝒂𝟖𝟎 =3.3 mm
𝒂𝟖𝟎 =3.8 mm
𝒂𝟖𝟎 =3.3 mm
신뢰도 분석 - 크기 측정 오차(RMSE)
▪
전체 RMSE는 3.63mm로 참조기준*과 비교할 때 결함크기 측정의 정확도가 매우 우수하게 확보됨.
* (Ref. KEPIC MI appendix VIII-PD) : 길이 측정: RMS 0.75 in. 이하, 깊이 평가: RMS 0.125 in. 이하
▪
특히, 기량교육 후에는 교육 전과 비교하여 절반으로 크게 감소됨을 확인함.
신뢰도 분석 결과
단위:
mm
튜브
배관
RRT
시험편
최소 두께
4
ASME Code 허용 결함길이
Workmanship
6
Fracture
Mechanics
6.4(주1)
43
14.3
(주2)
45
15
(주2)
RRT POD 길이
재질/형상
80% (기량교육 전)
80% (기량교육 후)
탄소강
4.5
3.2
스테인레스강
6.1
3.8
이종금속용접부
11.6
3.3
탄소강_직관
19.7
13.5
35.2
12.1
탄소강_분기관/레듀
서
화력발전설비 RT 대체 PAUT 종합 결론
▪
화력발전설비에 대한 PAUT검사는 RT 대체 가능함을 확인
▪
연구 수행 결과로부터 화력발전설비 RT 대체 UT+PAUT를 적용하기 위해서는 기량검증(PD) 도입이
필요함을 확인함.
- 교육·훈련을 통해 PAUT 기법의 신뢰도가 향상됨을 확인
POD 80%
A
(RT 대체 가능)
POD50%
B
(기량검정 후 대체 가능)
C
Comparison of POD
(RT 병행 검사 필요)
1
POD
A
B
C
탄소강 튜브 용접부
스테인리스, 이종금속
배관 용접부
접근제한
Elbow 등의 용접부
0
Flaw Characteristic dimension, 𝜶
가스설비 RT 대체 PAUT 실증연구 현황
LNG저장탱크 PAUT 도입 타당성 및 표준검사절차서 개발 연구용역
RT 대체 PAUT 도입 타당성 분석
PAUT 표준검사절차서 개발
PAUT 원리 및 특징 조사
대표 시험편 금속 미세조직 분석
RT-PAUT 비교분석
(경제성, 안전성, 결함검출 측면)
초음파 전파 시뮬레이션 모델링(CIVA
PROGRAM 활용)
PAUT 국내∙외 적용 사례 기술자 및 사용장비
현황 조사
Mini-Round Robin Test 수행 및 신뢰도 분석
PAUT 관련 국내 연구개발 동향 조사
검사절차, 장비기준, 합부판정 등에 관련된
국내‧외 PAUT 기술표준 현황 조사
(KGS, API, ASME, ISO 등)
검사기법, 검사자 자격 및 훈련, 검사절차, 장비
기준, 결함 허용기준, 크기 결정, 분류, 다중결함
해석 등
9% Ni LNG저장탱크 용접부 PAUT 표준검사절
차서 제시
LNG 저장탱크 시설물 안전확보
PAUT 절차서 기량검증 시행 방안 제시
국내 PAUT 검사자 기량검증 운영 현황 조사
(보령LNG, 한수원, 지난방 등)
천연가스 시설물 PAUT 절차서 기량검증 시행
방안 제시(Blind test 시험편 - 결함 종류, 개수,
합격‧불합격 기준 등)
가스설비 실증대상체 선정 및 시험편 설계/제작
가스설비 9%Ni강 용접부 금속 미세조직 분석
가스설비 9% Ni강 용접부 모델링
Fusion Line
Anisotropic
(High Attenuation)
Inhomogeneous Zone
(Ogilvy)
Base Metal(9% Ni Steel)
Isotropic / martensite
Austenitic Stainless Steel
Wave Type
Inconel
(a)Macrograph
(b)Grain orientation
Weld Metal(Inconel or Hastelloy)
단상오스테나이트 응고조직(dendrite)
Base Metal
(9% Ni Steel)
Weld Metal (Hastelloy)
Velocity
(m/s)
Attenuation
(dB/mm)
Velocity
(m/s)
Attenuation
(dB/mm)
Longitudinal
Wave
5820
0.3
5840
0.5
Transverse
Wave
3150
0.4
3075
0.6
초음파 전파 시뮬레이션 모델링
초음파 전파 시뮬레이션 모델링 (S-wave)
Root Crack
Target
Lack of Fusion
초음파 전파 시뮬레이션 모델링 (L-wave)
Side Drilled Hole
Target
Top Crack
9% Ni강 용접부 PAUT 다자비교시험 - 비공개형
<Blind RRT 현장 사진>
9% Ni강 용접부 PAUT 다자비교시험 - 공개형
<OPEN RRT 현장 사진>
다자비교시험 결과 신뢰도 분석 - 결함검출능
𝑎90 = 9.588
𝑎90 = 3.667
➢ Blind 에 비해 Open의 하위 사이즈 표본 구간에서 신뢰도 구간 폭이 크며 이는 횡 방향(transverse) 결함을
크게 사이징한 이유임.
다자비교시험 결과 신뢰도 분석 - 사이징 성능
가스설비 PAUT 기술개발 결과
두께 17.5mm RRT 결과
구분
Blind
Open
POD
RMSE
Length
Depth
Length
Depth
9.5
4.5
7.2
2.6
3.6
1.2
2.8
1.6
2.5배 향상
3.5배 향상
2.5배 향상
1.5배 향상
기량교육을 통해 향상 가능
4
국내 PAUT 적용 사례 및 한계
원전 가동중검사(ISI) PAUT 적용 현황
부품명
검사방법
적용규격
비고
이종금속용접부
RCS CASS 배관 용접부
PT, PAUT
KEPIC MIZ APPI , VIII
Code Case N-770-1, 824
KPD UT
Encoded PAUT
열성층, 열피로 배관 검사
PT, UT, AUT, PAUT
KEPIC ME
KEPIC MIZ APP I
KPD UT
Advanced UT
원자로냉각재 계통
소켓용접부 PAUT 검사
PT, PAUT
KEPIC ME Article 6
CRI 절차서
ISI Q등록업체
가스설비 PAUT 적용 현황
열공급설비 PAUT 적용 현황
철도 분야 PAUT 적용 현황
석유/화학 설비 PAUT 적용 현황
교량 PAUT 적용 현황
산업분야 PAUT 확대 적용의 한계
☞ 검사시스템 검증을 위한 기량 검증(PD, Performance Demonstration) 시스템의 도입 필요
A
POD 80%
(RT 대체 가능)
B
(기량검증 후 대체 가능)
POD50%
C
1
Comparison of POD
(RT 병행 검사 필요)
POD
A
B
C
0
탄소강 튜브 용접부
* POD : Probability of Detection
스테인리스, 이종금속
배관 용접부
접근제한
Elbow 등의 용접부
Flaw Characteristic dimension, 𝜶
<기량검증에따른검출확률변화>
5
NDT(PAUT) 확대 적용 방안
비파괴검사 신뢰도 관련 이슈
▪ 비파괴검사 업무 특성상 경력 의존성이 높음.
▪ 잦은 이직으로 인한 경력자(5년 미만 74%) 부족으로 기술 축적 어려움.
▪ 설비부서 직원들의 비파괴검사관련 지식부족, 비파괴검사 품질 관리부서 부재
▪ 관련 법규 상 미대상 부위에 대한 비파괴검사 신뢰성 확보 필요.
▪ 비파과검사 결과 자체에 대한 신뢰도 문제 지적
(검사 결과 데이터 분석 능력 등)
비파괴검사 신뢰도 관련 이슈
Influences on Reliability of NDT
- Physics
- Application in the
real world
- Those humans
again…
Human Factors
비파괴검사 신뢰도 관련 이슈
비파괴검사 신뢰도 향상 방안
*Intrinsic capability
검사기법의 한계
- Very little Change
- The techniques work well; they simply weren’t
applied correctly, or didn’t match the field
condition
*Application Parameters & Human Factors
-
Simulation on Mockups
신뢰도 향상 가능
Improved written procedures
Hands on practice
Awareness of relevant operational experience
Sense of the urgency and importance of the
inspection
*Figure adapted from "Paradigm Shift in the Holistic Evaluation of the Reliability of NDE Systems”, by C. Mülleret al., 2013, Materials Testing, 55(4), p. 264
비파괴검사 신뢰도 이슈에 대한 극복 방안
해결 방안
비파괴검사 신뢰도 이슈에 대한 극복 방안
- 기량검증 적용
비파괴검사 신뢰도 이슈에 대한 극복 방안
- 기량검증 적용
비파괴검사 신뢰도 이슈에 대한 극복 방안
- 기량검증 적용
Review and assessment of PD
Approved procedure & equipment
(QB)
Personnel
Demonstration
(QB & Lab)
Test pieces
Blind
(QB)
Review and assessment of PD
(QB)
Approved personnel
Qualified System
비파괴검사 신뢰도 이슈에 대한 극복 방안
- 기량검증 적용
원자력안전위원회 고시
제2016-11호
[제11조] 비파괴검사 기량검증
-. 기량검증 수행현황은 1년마다
원자력안전위원회에 보고
✓ 초음파탐상검사(UT)
-. KEPIC MIZ(ASME XI) 부록 VIII
✓ 와전류탐상검사(ECT)
-. 증기발생기 관리프로그램
통합지침서(SGMP*)
※최초로 2004년도에 기량검증 요건 고시化
* QDA : Qualified Data Analyst
SSPD : Site Specific Performance Demonstration
SGMP : Steam Generator Management Program
✓
-.
-.
-.
-.
-.
초음파탐상검사(UT)
동종/이종금속 배관
원자로용기
원자로 상부헤드관통관
오버레이
볼트/스터드 ……
✓ SG 와전류탐상검사(ECT)
-. QDA*(신호평가자 기량검증)
-. SSPD*(발전소특정 기량검증)
비파괴검사 신뢰도 이슈에 대한 극복 방안
- 기량검증 적용
철도,조선 등
가스
화력발전
원자력
비파괴검사 신뢰도 이슈에 대한 극복 방안
- 기량검증 적용
(법령, 표준, 지침) 기량검증 체계 개발
산업별 수요/요건 결정
산업별 수요/요건 결정
손상메커니즘 분석/결정
산업별 맞춤 허용기준 개발
기량검증 시스템 개발
손상 모사 시험편 설계/제작
맞춤형 기량검증절차서 개발
기량검증 수행/인정
비파괴검사자 기량인정
비파괴검사 신뢰도 이슈에 대한 극복 방안
- NDE4.0 신기술 도입
비파괴검사 신뢰도 이슈에 대한 극복 방안
- NDE4.0 신기술 도입
비파괴검사 신뢰도 이슈에 대한 극복 방안
- NDE4.0 신기술 도입
⚫
⚫
⚫
⚫
⚫
Quantitative NDE (IT, NT, BT Fusion Technology)
SHM(Smart Sensor, Structure)
Non-Contact, Long Distance(LBU, EMAT, etc.)
Early(Hidden) Damage Detection(Nonlinear, SAM, etc.)
Digital, Imaging, Expert System(PAUT, AI, VR, etc.)
비파괴검사 신뢰도 이슈에 대한 극복 방안
- NDE4.0 신기술 도입
NDT(PAUT) 고신뢰도 확보 기술 개발 추진 현황
- NDE 4.0 연계(Meta Model, AI, VR 등)
화력발전설비 맞춤형 비파괴검사 기량검증 시스템 개발
NDT(PAUT) 고신뢰도 확보 기술 개발 추진 현황
- NDE 4.0 연계(Meta Model, AI, VR 등)
화력발전설비 맞춤형 비파괴검사 기량검증 시스템 개발
기량검증 시스템 구성
검
증
항
목
모델링
검사 장비
검사 절차
검사자
구
성
요
소
디지털 시뮬레이션 기반 기량검증(PD) 시스템 개발
운영절차
검증 시험편
관련 제도
3D 시각화
맞춤형 PD 시스템
On-Line(AI,VR/AR등) 기반 교육 콘텐츠
시뮬레이션
검증
데이터
분석
표준화
신뢰도
평가
인증 절차
STEP Ⅰ 표준 모델 개발
NDT 신기술
실증 연구
기량검증 대상체
NDT 실증 연구
관련 기술기준 제/개정 및 인증제도 확립
STEP Ⅱ 실증 연구 및 현장 적용