On Line Radiographic Thickness Measurement System of Insulated Pipe Line 한국 지질 자원 연구원 김기동, 홍 완, 김영석, 우형주, 최한우, 양태건, 이진호 한국 기계 연구원 조경식, 장지훈.

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1 On Line Radiographic Thickness Measurement System of Insulated Pipe Line 한국 지질 자원 연구원 김기동, 홍 완, 김영석, 우형주, 최한우, 양태건, 이진호 한국 기계 연구원 조경식, 장지훈

2 연구의 필요성  배관 : 공정물의 운송에 이용  석유 및 플랜트 산업 ( 고온 고압 ): 부식 가능성 높음  대형사고 유발 : 대기, 수질 오염 및 인명 피해  미국의 경우 : 연간 700 억원 피해  국내 설비의 노후화 : 대형 사고 가능성 상존  초음파, 필름을 이용한 방사선 투과법 - 시간, 경제성 및 정량성에 문제  실시간 신속하게 검사할 수 있는 기술 필요

3 측정원리 I = I o exp(-u x) x ’ > x I > I ’ V  I Data acquisition time V x x’ I’I’ I I I’I’ IoIo 동위원소 파이프라인 검출기 컴퓨터 보온재

4 섬광체 BGOCsI(Tl)CsI(Na)CsICdWO 4 Density[g/cm 3 ]7.134.51 7.9 Cleavage planenone Hardness52224-4.5 Hygroscopicnoslightlyyesslightlyno 방출파장 [nm] 480550420315470/540 방출파장에서 굴절율 2.151.791.841.952.2-2.3 초기 섬광 붕괴 시간 [ns] 30010.630.01620/5 Afterglow(after3ms)[%]0.0050.5-500.5-5.0 -0.1 Light yield[photons/MeV-g]8-10x10 3 52- 56x10 3 38-44x10 3 2x10 3 1.2- 1.5x10 3 Photoelectron yield[%of NaI] (for g-rays) 15-2045854-625-30 방사선 손상 시작점 [rad] 10 2 -10 3 >10 5 10 6

5 광다이오드 S3590-8S3071S5668-1S1337- 1010BR Window materialresinborosilicateresin packageceramicTo-8ceramic Active area [mm]10 x 10Dia.5.01.175x2(16)10 x10 대응파장영역 [nm] 320-1100320-1060320-1100 Photo sensitivity[A/w]at480nm 0.30.280.290.3 Dark current[nA] : Max6100.010.2 Terminal Capacity[pF]s=1MHz 4818300350 NEP(w/Hz 0.5 )3.8x10-14 (70V) 2.1x10-14 (24V) 4.0x10-15 (10mV) 1.5 x 10-14 Absolute max.ratings[RVM]1005015

6 검출기 조립 BGO S5668-1 MC nylon 2.1 mm 2.85 mm 8.5 mm Al 2 O 3 coating ScintillatorPhotodiode 25.4 mm 64 channel = 203. 2mm 32.3 mm = 8 channel

7 측정 회로 센서 1 단 증폭 2 단 증폭 3 단 증폭 DAQ board computer 디지탈볼륨조절부 디지털볼륨 Digital MUX CPU board Offset gain 조정

8 증폭회로 Capacity : uF, Resistor : Mohm, RE : remote controll

9 64 channel 증폭기 검출기 1 단 증폭기 2 단 증폭기 3 단 증폭기 전원공급장치 신호라인

10 운송장치 1000 mm 800800 바퀴 보온재 파이프라인 검출기 및 증폭기 차폐체 및 콜리메이트

11 Ir-192 선원 78 Pt 192 77 Ir 192 73.8 d 0 1201.1 920.9 784.6 612.5 316.5 0 5.6% 41.8 % 48.0% Q  4.5%, 588.6 8.2%, 604.4 30 %, 308.5 47.8%, 468.1 5.3%, 612.5 28.6 %, 296.0 82.8 %, 316.5

12 차폐체 및 Collimator 120 mm Dia = 20 mm3 mm 80 mm 70 mm 20 mm Pb

13 DAQ Card 특성 modelAnalog input ResolutionSample rate Input Range Digital I/O Counter /Timer Triggers Nuclear Instrument PCI-6071 64SE/ 32DI 12bits1.25 MS/sec +-0.005 To +-10V 82,24 bitsAnalog & digital

14 Motor Control Card 특성 ModelStepServoEncode axes Digital feedback Inputs Nuclear Instrument PCI-7344 Available 4 Fwd,Rev, Home

15 Program End Program start Get Motion Board Inform Not Move Motor Open File load Flush Return Data Buffer Motion Error Handler Breakup Configuration Axes Init. Axis Initiation Gearing Initiation Control Loop Initiation Motion IO Initiation Home Index Initiation Motion Error Handler Stop Go CCW,CW,Home, Stop Program Close AB Y N 자료수집 및 Motor 제어 프로그램 1 (LAB View)

16 A Write File Open File Not Save Load Target Position Reset position Load Velocity in RPM Load Acceleration in RPS/s Load Deceleration in RPS/s Start Motion Enable Gearing Single Axis Analog Input Configuration Analog Input Start Detection Position Stop Analog Input Read Each Channel Average File Write Input Clear Close File End Y N 자료수집 및 Motor 제어 프로그램 2 (LAB View)

17 B Open File load HomeCCWCW T.P.=0 T.P.=Infinite Load Target Position Load Velocity in RPM Load Acceleration in RPS/sec Load Deceleration in RPS/sec Start Motion Load Position Stop Motion 자료수집 및 Motor 제어 프로그램 3 (LAB View)

18 측정 program 측정 자료 화면 Data display 모트 조절부 파일 처리 자료 측정부

19 두께 계산 program 입력부 두께 결함 위치

20 Sample 1 외경 : 139.8 mm, 두께 6.6 mm 1)2)3) 1) 파이프내경 : 126.6 mm 2) 파이프외경 : 139.8 mm 3) 보온재외경 : 240.0 mm 결함영역 : 1005 mm 보온재 영역 : 1830 mm 파이프 영역 : 2200 mm

21 결함의 종류 1) 4) 3) 4) 2) 1) 3) 5) 6) 7) 30 o 1) 지름 : 20.0 깊이 : 4.2-4.6 (1) 2) 지름 : 20.0 깊이 : 4.2-5.1 (2) 3) 깊이 3.0 지름 1 - 4(1) 4) 깊이 3.0 지름 5 지름 : 5)3, 6) 5, 7)10 깊이 : 4, 5, 6 8) 깊이 :8) 1, 1.5 1.8, 2.0 8)

22 실재 결함 형태 1) 2) 3) 4) 5)6)7) 8) 지름 20 깊이 3 지름 3, 깊이 5 지름 3,5 10 깊 이 4, 5, 6 깊이 : 1, 1.5, 1.8, 2

23 실험 장치도 보온재 파이프라인 검출기 collimator 수송장치

24 측정 결과 (1) : 17 Ci 1) 리벳 보온재 연결부위함석 연결 부위 4) 3) 5)6)7) 8)

25 측정 결과 (2) : 5 Ci 2)

26 측정 결과 (3) : 물

27 Sample 2 보온재 실재 시편

28 측정결과 (4) : 부식 시편 6.0 5.8-5.9 6.2-6.5 고정띠 5.3 4.3-4.7 6.0 초음파 측정값

29 결 과 측정 한계 = 3 d  V - V b d = 결함 깊이  background 전압의 편차 V = 측정 전압 V b = background 전압 종류측정한계 [mm] 5 Ci 선원 0.21 +- 0.02 17 Ci 선원 0.18 +- 0.02 물 + 17Ci 0.26 +- 0.04

30 결 론  64 채널 광다이오드 검출기 제작  수송시스템 제작  차폐체 및 콜리메이트 제작  자료 수집 및 수송시스템 제어 장치 개발  이동 거리 : 450 mm/ 분  측정한계 : 0.18 mm  검출기와 monitor 사이의 거리 : 20-30 m