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고온설비 대형플랜트, 로봇 활용해 진단

설비 수명예측 신뢰도 향상, 경제적 손실 방지 효과 커 
석유화학진단에 활용…17년까지 통합설비관리 시스템 구축

국내 정유 및 석유·화학 산업설비 중 개질로·가열로(Reformer·Heater)는 고온·고압의 생산공정에서 사용되는 중요한 설비 중 하나이다. 현재 이들 설비의 유지보수 및 잔여수명평가를 결정하기 위해 주기적인 가동정지를 한 후 비파괴 시험을 통해서 설비에 대한 안전성 평가가 실시되고 있다.

그동안 이들 고온설비에 대해서는 방사선 투과시험 등 비파괴검사를 실시했지만, 최근에는 설비의 열화 및 균열발생에 따른 잔여수명을 평가하기 위해 표면복제, 외경 변화량 측정 등의 검사가 실시되고 있다.

하지만 이런 검사방법은 사람이 직접 시험을 수행하기 위한 비계(Scaffold)를 해체하는데 많은 인적·시간적 자원이 소요되고 분진 등과 같은 오염된 검사환경, 추락위험 등 해결해야 할 위험요인이 적지 않은 실정이다.

최근 설비안전성 평가방법의 세계적인 기술적 동향은 검사 중 위험요인을 해소하고 검사의 신뢰성을 확보하기 위해 자동검사시스템을 활용하는 추세이다. 이에 국내에서도 이러한 시대적 흐름에 따라 자동검사 로봇시스템으로의 전환이 필요한 시점이다.

우리나라에서는 한국가스안전공사가 지난 2008년부터 2011년까지 여러 석유화학업체와의 기술협약 및 배관진단장치 개발(특허 제10-11002200호)을 통해 가열로·개질로 진단기법으로 자동 크롤러(Auto Crawler)를 이용한 고온설비건전성평가 기술 실증화에 성공했다.

이 기술의 특징은 설비의 파손을 일으킬 수 있는 크리프 손상(부풀음, 미세균열), 침탄, 균열 등을 검출하여 튜브의 취성파괴를 방지하고 손상이 발생된 경우는 그 위해성을 평가하여 교체 계획 및 보수를 할 수 있도록 하는 것이다. 또한 단기간(1일 70본 수행) 많은 튜브에 대해 시험이 가능하며 설비의 위해성 인자인 균열, 크리프, 피로, 침탄, 부풀음 등을 검지할 수 있다.

이송장치 통해 빠른 시간 내 설비의 위해성 검지

작동원리는 이송장치(Crawling Equipment)의 모터에 연결된 압축기의 공기를 이용하여 압력을 상승시켜 최대 14m 가량 상하로 이동하며 균열탐상 및 외경변화량 측정을 수행하고 기록하게 된다.

균열탐상은 소재의 표면에 와전류를 발생하여 튜브의 내·외면에 대해 와전류를 발생시켜 전류 밀도의 변화를 측정하여 결함을 탐지하는 방법이고, 외경의 변화량은 레이저 센서의 빔을 조사하여 강재의 표면에 0점 조정한 후 시험하여 설치당시 초기 외경값과 비교하여 외경 변화량을 측정하는 기술이다.

평가 방법은 정유 및 석유화학에 설치되어 있는 튜브는 수직 방향으로 1열 또는 2열로 배열되어 있는 관계로 장치를 배관외면에 부착하고 레이저 및 와전류 센서를 부착한 다음 바닥부터 상부까지 이동하면서 튜브의 위해 결함을 검출한다.

검사가 끝나면 튜브 전수에 대하여 5가지 진단기법(와전류 결함탐상, 외경 팽창률, 두께 감육율, 침탄유무, 외관검사)을 실시한 결과를 표로 제공한다. 또한 설비 상태에 따라 등급별로 분류, 축적된 D/B를 통해 지속적인 관리가 가능하도록 해당 기업에 정보도 제공하게 된다.

통합설비시스템 구축 통해 설비 안전성 향상 기대

가스안전공사의 로봇을 활용한 자동검사시스템은 대형플랜트 고온튜브의 결함발생 인자를 보다 효과적이고 정확하게 검출하고 결함발생 유형을 체계적으로 분류, 대응이 가능해진다. 또한 해당기업의 원활한 안전관리를 위해 검사 절차서를 작성, 적절한 시기에 설비를 교체 및 보수할 수 있을 것으로 기대된다.

아울러 고온 가열로·개질로 튜브의 검사기술의 표준화 및 규격화를 비롯해 △정확한 설비 수명예측으로 설비의 사용수명 연장으로 인한 경제적 손실 방지 △비계 등 고소작업 및 열악한 검사 환경 개선에 의한 인적․경제적 비용절감 △국내 기반 기술력 강화 및 관련 기술의 상호 유기적 발전 △예측 기술을 활용함으로써 기술개발에 요구되는 투자대비 성과를 극대화 가능 △예방 및 예측 기술의 개발을 통한 국가안전망 구축에 기여 △화재 및 폭발 대응 공공기반 시설의 안전 확보 △안전 기반 사회 건설의 기술적 자료 제공 △유지 보수 및 예측 기술의 발달로 장기적인 외화유출 방지 및 기술수출에 대한 위상제고 △석유·화학 산업의 안전망 구축을 위해 요구되는 기술의 가치와 사회적 비용절감 등의 효과가 기대된다.

가스안전공사는 로봇을 활용한 자동검사시스템을 주축으로 통합설비관리 시스템 구축을 목표로 관련업체(여수, 울산, 대산 석유화학 공단 업체)와 긴밀한 협조 속에 연 2회 이상의 안전진단을 통해 D/B를 구축하고 있다.  또한 배관진단장치의 하드웨어 측면에서도 3개년 계획(~2017)을 통해 탐상범위 확대, 속도 향상, 내구성 향상 등을 중점으로 하여 글로벌 톱 수준의 기술을 보유할 수 있도록 노력하고 있다.