On Line Radiographic Thickness

Measurement System of Insulated

Pipe Line

한국 지질 자원 연구원

김기동 , 홍 완 , 김영석 , 우형주 , 최한우 , 양태건 , 이진호

한국 기계 연구원조경식 , 장지훈

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

측정원리

I = Io exp(-u x)

x’ > x

I > I’

V I

Data acquisition time

V

x x’

I’

I

I I’

Io동위원소

파이프라인

검출기

컴퓨터

보온재

섬광체

BGO CsI(Tl) CsI(Na) CsI CdWO4

Density[g/cm3] 7.13 4.51 4.51 4.51 7.9

Cleavage plane none none none none <010>

Hardness 5 2 2 2 4-4.5

Hygroscopic no slightly yes slightly

no

방출파장 [nm] 480 550 420 315 470/540

방출파장에서 굴절율 2.15 1.79 1.84 1.95 2.2-2.3

초기 섬광 붕괴 시간 [ns] 300 1 0.63 0.016 20/5

Afterglow(after3ms)[%] 0.005 0.5-50 0.5-5.0 - 0.1

Light yield[photons/MeV-g] 8-10x103 52-56x103

38-44x103 2x103 1.2-1.5x103

Photoelectron yield[%of NaI] (for g-rays)

15-20 45 85 4-6 25-30

방사선 손상 시작점 [rad] 102-103 >105 >105 >105 106

광다이오드

S3590-8 S3071 S5668-1 S1337-1010BR

Window material resin borosilicate resin resin

package ceramic To-8 ceramic ceramic

Active area [mm] 10 x 10 Dia.5.0 1.175x2(16)

10 x10

대응파장영역 [nm] 320-1100 320-1060 320-1100 320-1100

Photo sensitivity[A/w]at480nm

0.3 0.28 0.29 0.3

Dark current[nA] : Max 6 10 0.01 0.2

Terminal Capacity[pF]s=1MHz 48 18 300 350

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]

100 50 1 5

검출기 조립

BGO

S5668-1MC nylon

2.1 mm 2.85 mm

8.5 mmAl2O3 coating

Scintillator Photodiode25.4 mm

64 channel

= 203. 2mm

32.3 mm = 8 channel

측정 회로

센서

1 단 증폭 2 단 증폭 3 단 증폭

DAQ board

computer

디지탈볼륨조절부

디지털볼륨 디지털볼륨

Digital MUX CPU board

Offset gain 조정

증폭회로

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

0.005

10

0.01

OP111

0.110

0.01

0.02 0.02

LM3140 LM3140

1.7

470

0.047

0.027RE

0.001

0.0033

0.1

4701 단 증폭 (2000)

2 단 증폭 (36)

3 단 증폭 (30)

RE

64 channel 증폭기

검출기

1 단 증폭기

2 단 증폭기

3 단 증폭기

전원공급장치

신호라인

운송장치

1000 mm

8

0

0

바퀴

보온재 파이프라인

검출기 및 증폭기

차폐체 및 콜리메이트

Ir-192 선원

78Pt192

77Ir19273.8 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%, 604.430 %, 308.5

47.8%, 468.1

5.3%, 612.528.6 %, 296.0

82.8 %, 316.5

차폐체 및 Collimator

콜리메이터

차폐체

콜리메이터

차폐체

120 mm

120 mmDia = 20 mm 3 mm

80 mm

70 mm

20 mm

Pb

DAQ Card 특성

model Analoginput

Resolution

Samplerate

InputRange

DigitalI/O

Counter/Timer

Triggers

NuclearInstrumentPCI-6071

64SE/32DI

12bits 1.25MS/sec

+-0.005To +-10V

8 2,24 bits Analog&digital

Motor Control Card 특성

Model Step Servo Encodeaxes

Digitalfeedback

Inputs

NuclearInstrumentPCI-7344

Available Available 4 Available Fwd,Rev, Home

Program End

Program start

Get Motion Board Inform

Not Move MotorOpen 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

A B

Y

N

자료수집 및 Motor 제어 프로그램 1 (LAB View)

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)

B

Open File load

Home CCW CW

T.P.=0 T.P.=Infinite 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)

측정 program

측정 자료 화면

Data display

모트

조절부

파일

처리

자료 측정부

두께 계산 program

입력부

두께

결함 위치

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

결함의 종류

1)

4)

3)

4)2)

2)

1)

3)

5)

5)

6)

6)

7)

7)

30o

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)

실재 결함 형태

1) 2) 3)

4)

5) 6) 7)

8)

지름 20 지름 20 깊이 3

지름 3, 깊이 5

지름 3,5 10

깊이4, 5, 6

깊이 : 1, 1.5, 1.8, 2

실험 장치도

보온재파이프라인

검출기

collimator

수송장치

측정 결과 (1) : 17 Ci

1)

리벳

보온재 연결부위 함석 연결 부위

4)

3)5) 6) 7)

8)

측정 결과 (2) : 5 Ci

2)

측정 결과 (3) : 물

Sample 2

보온재

실재 시편

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

결 과

측정 한계 = 3 d

V - Vb

d = 결함 깊이

background 전압의 편차

V = 측정 전압

Vb = background 전압

종류 측정한계 [mm]

5 Ci 선원 0.21 +- 0.02

17 Ci 선원 0.18 +- 0.02

물 + 17Ci 0.26 +- 0.04

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