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가동 중인 저장탱크 부식상태 진단 가능
유럽, 미국 등 주요 선진국 정유기업서 도입·운영
저장탱크 유지관리 및 검사비용·시간 단축 기대
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내용물이 저장되어 있는 상태로 가동 중인 상압저장탱크는 하부 바닥판의 부식상태 검사를 위해 내부로 접근하는 것이 거의 불가능하다. 이에 기존의 비파괴검사기법(NDT: Nondestructive Testing)으로 상태를 진단하는데 한계가 있다.
이런 문제점을 해결하기 위해 도입된 검사기법이 바로 음향방출(Acoustic Emission, AE)시험이다.
음향방출시험을 이용한 결함탐지기술은 저장탱크의 내용물을 비우지 않고 가동 중인 상태로 하부 바닥판의 부식상태를 검사하는 비파괴검사기법(NDT)의 하나로 1989년 이후에 본격적으로 개발된 기법이다.
작동원리는 재료에서 발생한 결함의 진행이나 누출 등으로 인해 에너지가 순간적으로 방출되면 그 일부가 탄성파로 변환하여 전파되며 이렇게 발생한 신호를 통해 부식결함 발생위치를 추정·탐지하게 된다.
1989년 영국 BP서 처음 적용돼
1989년 영국의 석유회사 BP(British Petroleum)는 유류저장탱크 하부의 상태를 평가하기 위한 방법으로 음향방출시험기법을 처음 적용하기 시작했다. 1998년에는 AE User Group이 실시한 157개의 시험사례로 된 D/B를 기초로 탱크 개방 전에 실시된 AE시험 결과와 개방후의 자속누설시험(MFL)에 의한 하부 개방검사 결과를 비교하여 양호한 상관관계가 형성되는 것이 확인되면서 검사신뢰성도 확보할 수 있었다.
이후, 유럽과 미국, 일본 등 해외 선진국에서는 정유회사들과 석유화학회사들로 이루어진 AE Working Group을 결성되어 시험결과를 데이터베이스화 하고 있다. 음향방출시험기법이 세계적으로 표준화되면서 사용사례도 늘어나고 있는 것이다.
이에 발맞춰 가스안전공사에서도 정유 및 석유화학 회사들과 함께 AE시험 데이터베이스 구축을 실시하고 있다.
가스안전공사는 지난 1999년에 고압가스 저장탱크의 안정성평가를 위해 음향방출시험기법을 국내에 처음 도입하고, 2011년부터 상압저장탱크 하부부식 AE진단 기술개발을 시작했다.
현재까지 60여기 이상의 상압저장탱크를 대상으로 AE진단을 실시해 다수의 저장탱크에서 하부부식으로 추정되는 신호들을 발견하였고, 저장탱크 소유주에게 주기적인 모니터링 등 안전관리를 권고한 바 있다.
가스안전공사, 기술 고도화 위해 다양한 DB 구축
가스안전공사에서는 상압저장탱크의 AE 진단기술 신뢰성 구축과 자체적인 AE 평가기술을 고도화하기 위하여 탄소강 시편의 부식거동 시험, Mock-Up 탱크(테스트설비)의 데모시험, 현장 부식탱크의 AE 모니터링으로 부식의 AE신호 패턴과 진행 데이터도 보유하고 있다.
첫 번째로 AE센서를 부착한 탄소강 시편을 농도가 서로 다른 Nacl 수용액에 각각 담아 놓고 실시한 탄소강 시편의 부식거동 시험으로 부식에서 나오는 정량적인 AE신호를 취득했다.
두 번째로 상압저장탱크를 모사한 Mock-Up Tank(직경 1.5m의 테스트설비) 바닥판의 부식부에서 발생되는 AE신호 위치표정확인 시험을 실시하여 AE의 전파양상과 위치 오차정도를 확인했다.
세 번째로 6개월간 현장에 설치되고 부식진행 중인 상압저장탱크의 AE 모니터링을 실시하여 부식 진행 패턴의 동일성과 시간 경과에 따른 부식 경향 DB를 구축했다.
가스안전공사에 따르면 국내 상압저장탱크는 총 2만5648(2012년)기가 설치되어 있다. 법적으로 저장탱크 내부 개방검사 의무가 없는 탱크(용량 100만리터 미만)는 2만2,04기(86.5%)에 달하며, 신규 설치검사 이후에는 사업주의 자체점검에 의존하여 저장탱크(하부 바닥판)의 안전관리가 취약한 상황이다.
특히, 저장탱크 하부 부식으로 위험물 및 유해화학물질 누출이 발생하는 경우 환경오염의 처리비용 부담은 기업의 경쟁력 약화를 초래한다. 저장탱크 내용물의 누출로 인한 화재 및 환경오염을 사전에 예방할 수 있고, 내부 개방검사 시 소요되는 검사비용과 검사기간(공장가동 중지)에 따른 손실을 획기적으로 절감할 수 있는 AE진단 기술은 기업의 경쟁력 기여에 선두적인 기술이 될 것으로 기대된다.
아울러 가스안전공사는 음향방출시험을 이용한 결함탐지기술을 세계적인 수준으로 끌어올리기 위해 설치경과년도, 개방검사기간 도래, 부식진행 등의 시험에 적합한 최적의 저장탱크를 선정하여 취득한 AE시험 결과와 저장탱크 내부 개방검사결과를 비교 검토하여 AE신호와 설계 두께에 대한 손상비율을 말하는 부식 감육율과의 관계 등을 체계적으로 데이터베이스화 해 나갈 계획이다.