2018. 11. 09

Hyun Sang Cho, Yong Kwang Kim

ANSCO Inc.

최근 원자력발전소의 운영 안전에 대한 관심이 높아지면서 금속배관에 비해 가공성, 부식성,

경제성이 뛰어난 폴리에틸렌(polyethylene, PE) 배관이 주목 받고 있다. 하지만 잘못된 융착

조건으로 인해 cold fusion과 under penetration 같은 결함이 발생할 수 있다. 그로 인해 배관

시스템의 안전성이 약화될 수 있다. 본 논문에서는 폴리에틸렌 배관 전자소켓융착 접합부 내에

존재하는 다양한 형태의 결함을 검출하고, 신호특성을 분석하기 위하여 위상배열초음파검사

(phased array ultrasonic testing, PAUT) 기법에 대한 연구를 실시하였다. 결과적으로 전자소

켓융착 접합부에 대한 신뢰성을 향상시키고, 국제표준 정립에 기여하고자 한다.

초 록

폴리에틸렌 배관 융착 접합부의 결함 검출 및 신호특성 연구

1. 서 론

1.1 연구배경

• 가스나 유체 수송배관으로 적용되고 있는 폴리에틸렌(polyethylene, PE) 배관

• 강관 대비 부식성, 가공성, 화학안전성, 경제성이 우수

• 배관 설비시스템 안전성에 대한 중요도와 관심이 높아지고 있는 상황

• 배관과 소켓의 융착부가 취약하기 때문에 접합부에 대한 비파괴검사가 필요

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폴리에틸렌 배관 폴리에틸렌 배관 설치 사례

1. 서 론

1.1 연구배경

• 전자소켓융착(electro socket fusion) : 두 배관을 소켓에 삽입한 뒤, 소켓에

내장되어 있는 열선에 전기를 제공하여 열선 발열을 이용해 용융 접합하는 방법

• 융착 과정 : 절단 -> 면취 -> 삽입 -> 고정 -> 융착 -> 냉각

• 융착 조건 및 주변 환경에 의해 배관과 소켓 사이에서 다양한 형태의 결함 발생

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전자소켓융착 모습 전자소켓전자소켓융착부 내부모습

소켓

열선

배관

1. 서 론

1.2 연구목적 및 내용

• 폴리에틸렌 배관 내 다양한 형태의 결함 신호특성 및 검출능력 확인

• 폴리에틸렌 전자소켓융착 배관 설비시스템에 대한 신뢰성 및 운영안전성 향상

• 위상배열초음파검사를 활용한 전자소켓융착부 검사기법 국제표준 정립에 기여

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➢ 위상배열초음파검사 기법을 이용한 검사 유효성 확인

➢ 공급된 열에너지의 부족으로 인하여 불완전 융착된 cold fusion 시험편 검사

➢ 배관을 이음관 안쪽으로 덜 삽입한 under penetration 시험편 검사

2. 관련 이론

2.1 위상배열 초음파 이론

• 위상배열초음파검사 (phased array ultrasonic testing, PAUT)

• 여러 진동자의 빔 발신 시간지연을 통해 위상차를 발생시켜 빔 조향 및 집속

• 검사체 내에 있는 결함을 넓은 영역으로 검사하여 실시간 영상화

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위상배열초음파검사(PAUT) 개념 PAUT 검사화면

3. 검사시스템 및 검사조건

3.1 검사시스템

• Omni Scan MX2 장비, PAUT 1-D 탐촉자 (5 MHz, 16 element)

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3.2 검사조건

• 소켓 표면에 탐촉자를 위치시킨 다음, 수직으로 검사 진행

• 열선 위치를 파악하여 집속깊이 값 설정

검사시스템 검사 개념도

4. 검사결과 및 고찰

4.1 검사결과 (no defect)

• 기준 시험편 검사

• 소켓 내에 일정한 간격으로 배치되어 있는 열선 신호 확인

• 해당 검사화면을 기준으로 하여 결함 시험편 검사화면과 비교 분석

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검사모식도 (no defect) no defect 검사화면

열선

4. 검사결과 및 고찰

4.2 검사결과 (cold fusion)

• 불완전 융착된 cold fusion 시험편 검사

• 소켓 내에 일정한 간격으로 배치되어 있는 열선 신호 확인

• 열선과 열선 사이에서 반사된 소켓 저면 interfacing 신호 확인

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검사모식도 (cold fusion) cold fusion 검사화면

열선

interfacing 신호

interfacing 신호

4. 검사결과 및 고찰

4.3 검사결과 (under penetration_1)

• 배관을 소켓 안쪽으로 덜 삽입한 under penetration 시험편 검사

• 덜 삽입된 배관의 끝 부분을 우선적으로 검사

• 배관이 용융되어 아래쪽으로 흘러내리면서 밀집된 열선 신호 확인

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검사모식도 (under penetration) under penetration 검사화면

열선

4. 검사결과 및 고찰

4.3 검사결과 (under penetration_2)

• 덜 삽입된 배관의 몸체 부분을 추가적으로 검사

• 배관 끝부분에 밀집되어 있는 열선으로 인해 정상 간격보다 넓은 열선 신호 확인

• 다른 두 영역 검사를 통해 under penetration 신호 특성 확인

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검사모식도 (under penetration) under penetration 검사화면

넓은 간격의 열선

정상 간격 와이어

5. 결 론

• 폴리에틸렌 배관 전자소켓융착 접합부의 결함 검출 및 신호특성

분석을 통해 PAUT 검사조건의 유효성 검증 및 검사 기술력 구축

- cold fusion, under penetration 결함 검출 및 신호 특성 확인

• 폴리에틸렌 배관 전자소켓융착 접합부의 신뢰성을 향상시키고,

배관 설비 시스템 운영안전성에 기여

• 폴리에틸렌 배관 전자소켓융착 접합부에 대한 검사기법 국제표준

정립에 기여

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본 연구는 산업통상자원부 및 한국산업기술평가관리원의 산업기술혁신사업(국가표준기술력향상사업)의

일환으로 수행하였음. [ 10053682, 플라스틱 배관 접합연결부에 대한 비파괴검사기술 국제표준화 ]

감사합니다.