음향방출 기반 배관 조기 결함 검출 및 진단 방법

김재영(Jaeyoung Kim),정인규(Inkyu Jeong),김종면(Jongmyon Kim) 인문사회과학기술융합학회 2018 예술인문사회융합멀티미디어논문지 Vol.8 No.3

노후된 배관은 예기치 못한 누수나 균열을 발생시킨다. 이를 방치하거나 늦게 대응하면 지속적인 가스자원, 수자원 등의 막대한 손실을 발생시킨다. 본 논문에서는 배관의 결함을 검출하기 위해 음향 방출 신호를 사용하는 배관 조기 결함 검출 방법과 진단 알고리즘을 제안한다. 배관의 결함으로 인해 변형이 생길 경우 배관의 고유진동수가 변화하므로 이를 관찰함으로써 배관의 이상 유무를 판단할 수 있다. 배관 조기결함 검출 방법은 정상상태의 스펙트럼과 취득된 신호의 스펙트럼을 주파수 성분 의 크기에 대해 비교함으로써 배관의 결함 유무를 판단한다. 배관 조기 결함 진단 알고리즘은 정상상 태와 결함상태를 기계학습 알고리즘인 서포트 벡터 머신(SVM)으로 학습하고 실제 취득된 배관 음향 방출 신호를 입력하여 배관 상태를 진단한다. 실험에서는 제작된 배관 테스트베드를 사용하여 정상상 태, 5mm 균열 상태, 10mm 균열 및 파공 상태를 가공하여 제안 방법을 테스트하였다. 실험 결과에서 는 제안한 검출 방법 및 진단 알고리즘의 배관 조기 결함 검출 성능의 우수성을 검증하였다. The deteriorated pipline often causes the unexpected leakage and crack. Negligence and late maintenance leads the enormous damage for gas and water resource. This paper proposes early fault detection and diagnosis algorithm for pipeline using acoustic emission (AE) signals. Early fault detection method for pipeline compares the frequency amplitude of the spectrum to that of the spectrum in normal condition. Larger amplitude of the spectrum indicates abnormal condition. Early fault diagnosis algorithm uses support vector machines (SVM), which is trained for normal and abnormal conditions to diagnose the measured AE signal from the target pipeline. In the experiment, a pipeline testbed is constructed similarly to real industrial pipeline. Normal, 5mm cracked, 10mm holed pipelines are installed and tested in this study. The proposed fault detection and diagnosis technique is validated as an efficient approach to detect early faulty condition of pipeline.

실시간 누수 감지 가능한 매립형 지능형 배관 진단 시스템

이창길,김태헌,장하주,박승희,Lee,Changgil,Kim,Tae-Heon,Chang,Hajoo,Park,Seunghee 한국방재학회 2011 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2011 No.1

배관 구조물에서는 내부 미세 균열에서부터 국부 좌굴, 볼트 풀림, 피로 균열 등과 같이 다양한 형태의 손상이 복합적으로 발생 가능하다. 이러한 복합 손상은 배관 구조물의 누수, 누유 등의 사고를 야기할 수 있다. 하지만 기존의 단일 스케일 계측 시스템으로부터 복합 손상에 의한 실시간 누수를 진단하기는 매우 어렵다. 본 연구 단계에서는 누수를 야기하는 복합 손상을 효율적으로 진단하기 위하여 선행 연구에서 제안된 압전센서를 이용한 자가 계측 회로 기반의 다중 스케일 계측 시스템을 구조물의 복합 손상 진단에 적용하였다. 자가 계측 회로 기반 다중 스케일 계측 시스템은 크게 두 가지 형태의 신호를 계측한다. 첫 번째 스케일은 임피던스 계측으로부터 특정 주파수 대역폭에 대한 구조 응답을 계측하며, 두 번째 스케일은 유도 초음파 계측으로부터 단일 중심 주파수에 해당하는 구조물의 응답을 계측한다. 복합 손상을 손상 유형별로 분류하기 위하여 E/M 임피던스(Electro-mechanical impedance)및 유도 초음파(Guided wave) 계측으로부터 추출한 특성을 이용하여 2차원 손상지수를 계산하고 이를 지도학습 기반 패턴인식 기법(Supervised learning based pattern recognition) 중 확률론적 신경망 기법(Probabilistic Neural Network, PNN)에 적용한다. 제안된 기법의 적용성 검토를 위하여 파이프 구조물에 인위적으로 다중 손상을 생성시켜 시험을 수행하였다. 본 연구에서 제안된 기법이 실제 배관 구조물에 성공적으로 적용된다면 손상 부재의 거동 및 구조물 성능의 손상에 대한 영향을 효율적으로 진단하고 평가함으로써 배관 구조물의 효과적인 유지관리가 가능할 것으로 예상된다.

원전기기의 상태 감시 및 진단 기술

박진호,윤두병,이정한,최영철 한국비파괴검사학회 2019 한국비파괴검사학회지 Vol.39 No.6

The interest in monitoring and diagnosing abnormal conditions in nuclear power plants has increased since the Fukushima accident. The Korea Atomic Energy Research Institute has been developing technology for the monitoring and diagnosis of the mechanical components of nuclear power plants. Technology for monitoring the structural integrity of the nuclear steam-supply system has been a focus since the 1990s. Researchers have also developed technology to monitor and control abnormal vibrations of piping and rotating machinery, along with technology to detect leaks using both visual and acoustic signals. Research on detecting leaks in buried pipe and monitoring pipe-wall thinning is also being conducted. The coming technologies of the fourth industrial revolution will have integrated safety systems to improve the reliability of monitoring/diagnosis technologies. 후쿠시마사고 이후, 경미한 고장이 대형사고로 확대되는 것을 예방하기 위한 원전기기 상태 감시 및 진단 기술에 대한 관심이 높아지고 있으며, 한국원자력연구원 기계‧구조안전연구부에서는 원전기기 상태 감시 및 진단 기술을 지속적으로 개발해오고 있다. 1990년대부터 원자로계통의 구조건전성을 감시 및 진단하는 원자로계통 구조건전성 감시기술에 대한 연구를 수행하였으며, 배관계 및 회전체의 고진동과 이상진동을 진단 및 제어하는 기술, 영상∙음향신호를 이용하여 배관을 포함한 설비의 누출을 감시하는 기술, 영상을 이용한 배관진동감시기술을 연구하고 있다. 또한 플랜트설비의 노후화에 따라서 사회적관심이 높아지고 있는 매설배관누설탐지기술과 배관감육감시기술을 중점적으로 연구하고 있다. 향후 안전성 강화를 위하여 4차산업혁명기술을 안전기술에 접목하여 기존 감시사각지대를 해소하고, 머신러닝기술을 활용하여 진단신뢰도를 향상시키기 위한 연구를 지속적으로 수행하고자 한다.

반응형 웹 기반 선박 보조기기 및 배관 상태 진단 모니터링 시스템 구현

박순호,최우근,최경열,권상혁 한국항해항만학회 2022 한국항해항만학회지 Vol.46 No.6

The alarm monitoring technology applied to existing operating ships manages data items such as temperature and pressure with AMS (Alarm Monitoring System) and provides an alarm to the crew should these sensing data exceed the normal level range. In addition, the maintenance of existing ships follows the Planned Maintenance System (PMS). whereby the sensing data measured from the equipment is monitored and if it surpasses the set range, maintenance is performed through an alarm, or the corresponding part is replaced in advance after being used for a certain period of time regardless of whether the target device has a malfunction or not. To secure the reliability and operational safety of ship engine operation, it is necessary to enable advanced diagnosis and prediction based on real-time condition monitoring data. To do so, comprehensive measurement of actual ship data, creation of a database, and implementation of a condition diagnosis monitoring system for condition-based predictive maintenance of auxiliary equipment and piping must take place. Furthermore, the system should enable management of auxiliary equipment and piping status information based on a responsive web, and be optimized for screen and resolution so that it can be accessed and used by various mobile devices such as smartphones as well as for viewing on a PC on board. This update cost is low, and the management method is easy. In this paper, we propose CBM (Condition Based Management) technology, for autonomous ships. This core technology is used to identify abnormal phenomena through state diagnosis and monitoring of pumps and purifiers among ship auxiliary equipment, and seawater and steam pipes among pipes. It is intended to provide performance diagnosis and failure prediction of ship auxiliary equipment and piping for convergence analysis, and to support preventive maintenance decision-making. 기존 운항선박에 적용되어 있는 알람 모니터링 기술은 온도, 압력 등의 데이터 항목을 AMS(Alarm Monitoring System)으로 관리하고 해당 센싱 데이터가 정상 수준 범위를 초과할 경우만 선원에게 알람을 제공한다. 또한 기존 선박의 정비는 PMS(Planned Maintenance System)를 따른다. 이는 장비로부터 측정된 센싱 데이터가 설정범위 이상으로 측정되어 이에 따른 알람을 통해 정비하거나, 대상 기기의 고장 유무에 관계없이 일정 시간 사용 후 해당 부품을 사전에 교체하는 방식으로 운영되고 있다. 하지만 선박 기관운영의 신뢰성과 운항 안전성을 확보하기 위해서는 실시간 상태 모니터링 데이터 기반의 사전적 진단 및 예측이 가능해야 한다. 그러기 위해서 실선 데이터를 종합적으로 측정하여 데이터베이스화 하고 이를 선박의 보조기기와 배관의 상태기반 예지보전을 위한 상태 진단 모니터링 시스템을 구현하고자 한다. 특히 반응형 웹 기반으로 선박의 보조기기와 배관 상태 정보를 관리할 수 있도록 하였으며, 선내 개인용 컴퓨터(Personal Computer, PC)에서 보는 용도뿐만 아니라 스마트폰 등 다양한 모바일 기기의 접근 및 활용이 가능하도록 화면과 해상도에 맞춰 최적화된 상태 관리가 가능하도록 하여 업데이트 비용이 적게 들며, 관리 방법도 쉽다. 본 논문에서는 자율운항선박 핵심 기술인 상태기반정비(Condition Based Management, CBM) 기술력을 확보하기 위해 선박의 보조기기 중 펌프와 청정기, 그리고 배관 중 해수 및 스팀 배관의 상태 진단 모니터링을 통해 이상 현상을 파악하고, 이를 통해 융합 분석할 수 있도록 선박 보조기기 및 배관의 성능 진단 및 고장 예측에 활용하여 예방정비 의사결정을 지원하고자 한다.

위상배열 유도초음파 검사의 이론적 고찰

이재선(Jaesun Lee),조윤호(Younho Cho),Jan D. Achenbach 한국비파괴검사학회 2011 한국비파괴검사학회지 Vol.31 No.4

유도초음파를 활용한 진단 기술은 기존의 체적파를 이용한 진단 기법과 달리 장거리 진단의 장점 때문에 널리 사용된다. 대부분의 산업현장에서는 배관이 코팅되어 있거나 땅속이 묻혀있다. 이러한 경우 감쇠의 영향으로 기존의 방식으로는 진단에 어려움이 있다. 본 연구에서는 배관에서 전파되는 유도초음파 전파 모드별 음장을 직교모드확장기법을 이용하여 계산하였다. 단일 탐촉자에 의해 전파되는 유도초음파의 음장과 다중 탐촉자 모델링을 바탕으로 배관에서 전파되는 음장 특성을 해석하기 위해 유도초음파 모드별 집속 기술이 사용되었다. 추가적으로 배관에서 전파되는 유도초음파를 가진하는 탐촉자의 개수에 따른 집속 민감도가 종형 모드와 휨형 모드를 이용하여 계산되었다. 본 연구를 통하여 단일 탐촉자에 의해 가진된 유도초음파와 집속 알고리즘을 적용한 다중 탐촉자에 의해 가진된 음장을 비교하여 높은 에너지가 집속 되는 것을 확인 하였다. Guided waves inspection techniques that are different with inspection technique by bulk waves are widely used in pipe line evaluation due to advantages of long distance inspection. However, most of pipe lines at industrial fields are buried and/or coated. In this case, due to the attenuation effect from soil and/or coating material, there are a lot of difficulty on inspection by conventional ultrasonic technique. In this paper, guided waves propagating patterns are calculated with respect to excitation mode by Normal Mode Expansion(NME). Guided waves patterns based on excited by single transducer and guided wave focusing technique have employed to analyze focusing pattern on a pipe. A longitudinal mode and high order flexural modes are used with various number of transducers to determine sensitivity. Guided waves energy excited by multi transducer with focusing algorithm was successfully focused at a desired point.

초음파를 이용한 하수배관 내 결함 탐상 연구

임연수,염윤택,김학준,송성진,강우영,권성덕 한국물리학회 2018 새물리 Vol.68 No.3

폴리에틸렌 (polyethylene, PE) 배관은 가볍고 시공성이 좋으며 재활용 및 형상 변형이 용이하여 하수관용 배관으로 많이 사용을 확대하고 있는 추세이다. 그러나 노후 하수관로에서 발생한 파손부 즉 결함으로 인한 인적 및 물적 피해가 도심 지역을 중심으로 발생하고 있으며 효율적인 검사 시스템의 도입이 필요한 상황이다. 지금까지의 배관 내 결함 탐상은 주로 육안 검사에 한정되어 있으며 특별히 물과 같은 액상 물질을 수송하는 배관 내 결함은 검사가 불가능하다. 본 연구에서는 PE 하수배관의 건전성 평가를 위한 초음파 검사 시스템 개발을 목적으로, 유한요소법을 이용한 초음파 전파 전산모사와 인공 결함 시험편에 대한 초음파 실험과의 비교 분석을 통해 초음파를 이용한 배관 내 파손부에 대한 결함 판단 알고리즘을 개발하였다. A polyethylene (PE) pipe is light, easy to install, and easy to recycle. Therefore, it is widely used as a sewage pipe. Because human and material damage is caused by the old damaged sewer pipes in our cities, an efficient inspection system must be introduced. Currently, detecting defects in pipes is mainly limited to visual inspection, which cannot be used to identify defects in pipes that transport liquid substances, such as water in particular. This study's objectives are to develop a defect-detection algorithm by comparing the results from an ultrasonic wave propagation simulation using the finite element method with those from an ultrasonic experiment on an artificial defect specimen and to use that algorithm to develop an ultrasound inspection system for assessing the integrity of PE sewer pipes.

기계설비 노후화 진단을 이용한 리모델링 계획

장병윤(Byung Yun Jang),노상규(Sang Kyu Noh),박종일(Jong Il Park) 대한설비공학회 2022 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2022 No.6

This study aims to present the basic data for establishment of a renewal plan such as repair and replacement of old facilities by judging the degree of obsolescence precisely and objectively. The demand and cases of remodeling are increasing significantly as the lifespan of facilities has elapsed, such as equipment performance degradation in urban buildings that have grown rapidly after industrialization, and leakage accidents due to aging facilities. We will introduce various diagnostic methods for each facility in order to improve efficiency and maintain safe facilities by using old facilities, determining the degree of deterioration of the facilities, and determining the scope of remodeling. It is hoped that the remodeling will breathe life into the building, reducing operating costs and improving the value of the building by realizing a safe and comfortable indoor environment.

기계설비 노후화 진단을 이용한 리모델링 계획

장병윤(Byung Yun Jang),노상규(Sang Kyu Noh),박종일(Jong Il Park) 대한설비공학회 2022 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2022 No.6

This study aims to present the basic data for establishment of a renewal plan such as repair and replacement of old facilities by judging the degree of obsolescence precisely and objectively. The demand and cases of remodeling are increasing significantly as the lifespan of facilities has elapsed, such as equipment performance degradation in urban buildings that have grown rapidly after industrialization, and leakage accidents due to aging facilities. We will introduce various diagnostic methods for each facility in order to improve efficiency and maintain safe facilities by using old facilities, determining the degree of deterioration of the facilities, and determining the scope of remodeling. It is hoped that the remodeling will breathe life into the building, reducing operating costs and improving the value of the building by realizing a safe and comfortable indoor environment.

기계설비 노후화 진단을 이용한 리모델링 계획

장병윤(Byung Yun Jang),노상규(Sang Kyu Noh),박종일(Jong Il Park) 대한설비공학회 2022 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2022 No.6

This study aims to present the basic data for establishment of a renewal plan such as repair and replacement of old facilities by judging the degree of obsolescence precisely and objectively. The demand and cases of remodeling are increasing significantly as the lifespan of facilities has elapsed, such as equipment performance degradation in urban buildings that have grown rapidly after industrialization, and leakage accidents due to aging facilities. We will introduce various diagnostic methods for each facility in order to improve efficiency and maintain safe facilities by using old facilities, determining the degree of deterioration of the facilities, and determining the scope of remodeling. It is hoped that the remodeling will breathe life into the building, reducing operating costs and improving the value of the building by realizing a safe and comfortable indoor environment.

배관에 의한 구조진동 진단 및 대책

이정환(J. H. Lee),구동식(D. S. Gu),최병근(B. K. Choi) 한국동력기계공학회 2008 동력시스템공학회지 Vol.12 No.2