암모니아 스크러버란?
암모니아 스크러버는 화학 처리 산업에서 처리 공장의 배기 기류에 있는 유해한 암모니아 가스를 제거하는 데 사용됩니다. 공기 중 암모니아 가스를 제거하기 위해 암모니아 스크러버는 묽은 황산과 같은 화학 약품을 사용합니다.
암모니아 스크러버는 부식성이 강한 조건에 노출되기 때문에 유리섬유 강화 플라스틱(FRP)과 같은 내식성 재료로 제작됩니다. 염소는 화학 제조에 사용되는 또 다른 부식성 가스이며, 염소 공급 파이프와 탱크도 대부분 FRP로 만듭니다. 이 재료는 대부분의 300계열 금속보다 가볍고 부식에 더 강하다는 장점이 있습니다. 또한 FRP는 니켈 합금이나 티타늄 같은 내식성 금속보다 비용이 적게 듭니다.
그림 1. 암모니아 기반 비료를 생산하는 화학 처리 공장의 배기 타워
초음파를 사용한 FRP 검사의 과제
암모니아 스크러버의 FRP 구성 요소는 시간이 지나면 마모되고 성능이 저하되므로 시스템 오류를 방지하기 위해 화학 처리 업체에서 정기적으로 검사하는 것이 매우 중요합니다. 이 재료는 소리를 감쇠시키고 플랜지의 모양이 불규칙하기 때문에 기존의 UT(초음파 탐상 시험)를 사용하여 플랜지와 같은 FRP 구성 요소를 검사하는 것은 어려운 일입니다.
OmniScan X3 시리즈 결함 탐상기와 DMA 프로브를 사용한 솔루션
당사의 솔루션에는 OmniScan™ X3 결함 탐상기를 사용하여 PA(위상 배열) TRL(transmit-receiver-longitudinal) 기법을 적용하는 Dual Matrix Array™(DMA) 프로브가 있습니다. 저주파 종파 초음파 빔을 넓은 각도 범위로 펄싱하는 설정과 이 구성을 사용하면 부식과 균열이 발생하기 쉬운 플랜지의 밀봉면과 테이퍼링 영역 사이를 완전히 검사할 수 있습니다.
DMA 앵글 빔 PA 솔루션 시험
그림 2. FRP 플랜지에서 절단한 샘플의 볼트 구멍 사이의 균열
당사 솔루션의 효율성을 시험하기 위해 균열과 내부 부식이 나타난 FRP 플랜지 섹션(엔지니어링 컨설턴트 회사 Consultco에서 제공한 샘플)을 표본으로 사용했습니다(그림 2~그림 4).
그림 3. 샘플에 닿는 광원을 이용하여 육안으로 확인되는 균열의 정도
그림 4. FRP 내부 표면 상태와 부식
예비 시험 결과, P/E(펄스-에코) 위상 배열 기법을 사용하여 내부 부식을 감지할 수 있지만 SNR(신호 대 잡음비)이 너무 낮아 부품을 철저히 검사할 수 없는 것으로 나타났습니다. 재료가 너무 약하고 내부 표면 상태가 너무 손상되어(그림 4) P/E 기법을 사용하여 초음파를 후면 벽에 쏘아 외부 표면까지 연결된 균열을 감지할 수 없었습니다.
피치 캐치 기법이라고도 하는 TRL 기법은 당사 DMA 프로브와 같은 별도의 송신기와 수신기 배열 세트가 있는 프로브를 사용합니다. DMA 프로브를 사용하면 수집된 신호가 빔이 서로 교차하는 영역에서만 발생합니다. 음향적으로 분리된 펄서와 수신기 배열을 사용하면 완충 재료가 필요하지 않아 웨지 크기를 감소할 수 있습니다. 즉, 프로브가 표면에 더 가까워지므로 대상 영역에도 더 가까워지고, 더 높은 감도를 지원하고 웨지의 긴 사운드 경로로 인한 감쇠를 방지합니다.
그림 5. 장비와 샘플을 보여주는 검사 구성
DMA 프로브와 함께 전단파 대신 종파를 사용하여 간섭이 적어지고 침투력이 향상되었습니다. 그 결과, 잡음 레벨이 낮은 수신 신호가 생성되었습니다. 이는 FRP와 같이 잡음이 많고 입자가 거친 재료를 검사할 때 핵심적인 부분입니다.
사용된 프로브와 웨지 세부 정보:
프로브 모델: A27 DMA 프로브
프로브 주파수: 4MHz
요소 구성: 각 16×2(송신기와 수신기 배열)
웨지의 공칭 굴절 빔 각도: 55° 종파(LW)
집속 전략
표면 검사와 균열 감지를 위해 DMA 프로브를 사용하여(그림 5) 고각도의 1차 검사를 수행했습니다. 위상 배열 부채꼴 스캔은 최대 89도에 달하는 각도를 포함하도록 설정했습니다. 약 78도 각도 이상에서 모든 A 스캔 빔은 기본적으로 종파 속도로 표면에 평행하게 전파되었습니다. 이 집속 기법을 사용하여 얕은 노치, 균열 및 기타 결함을 감지할 수 있었습니다.
그림 6. 균열과 내부 모서리의 부식 감지
결론: FRP 플랜지의 성공적인 PA 검사를 위해 필요함
DMA 프로브와 OmniScan X3 구성 그리고 올바른 프로브 주파수와 집속 전략을 사용하여 FRP 플랜지의 균열과 부식을 성공적으로 감지할 수 있었습니다. 분석이 쉽게 이루어지도록 데이터 디스플레이(그림 6 참조)에 플랜지 샘플과 일치하도록 설계된 맞춤형 오버레이가 있습니다. 스캔 결과를 바탕으로 FRP 구성 요소의 표면까지 연결된 균열뿐만 아니라 플랜지 내부 모서리의 부식 손상도 감지하고 평가할 수 있었습니다.
