[가스신문(2023.03.02)] [2023년 가스기술사 제언-3월] 위상배열초음파검사(PAUT) 도입의 필요성

이주민 그린에너지 대표, 가스기술사, 공학박사

임산부들이 병원에서 부채꼴모양 사진 속의 태아를 바라보며 행복해 하는 모습을 본 적이 있을 것이다. 이것이 초음파검사(UT, Ultrasonic Testing)이다. 초기에 의료용으로 쓰이던 초음파검사는 1980년대에 압전복합재료와 복잡한 형상의 탐촉자가 개발되면서 비약적으로 발전하였다. 또한 원자력발전소 터빈 부품 등 결함검출 및 건전성 평가 등에도 활용되면서 신뢰성을 확보해왔다.

최근에는 RT(Radiographic Testing)를 대체할 수 있는 검사법으로 위상배열초음파검사(PAUT, Phased Array Ultrasonic Testing)가 원자력발전소, 항공, 철도, 조선, 자동차 등 산업 전반에서 다양하게 사용되고 있다.

88년 서울올림픽을 기점으로 수많은 가스 관로 및 저장시설을 확장해온 가스업계는 그 동안 주로 RT에 의존해왔다. 하지만 비파괴검사 종사자의 보건 문제가 지속적으로 대두되고 있고, 검사시간단축, 원가절감, 품질확보, 그리고 지하매설 가스시설의 굴착검사 문제를 극복해야 하는 과제를 안고 있다. 이에 따라 필자는 검사자들의 안전을 확보하되 신속하고 경제적인 검사법 개발이 필요하다고 생각되어 비파괴평가(NDE, Non Destructive Evalution)에 관심을 갖고 연구해왔으며, 최근 산업계에서 조명 받고 있는 PAUT 도입의 필요성에 대해 간략히 논하고자 한다.

일반초음파검사(UT)는 한 방향으로 퍼지면서 전파되는 단일 진동자 탐촉자를 사용한다. 이에 반해 PAUT는 하나의 탐촉자 내에 다수의 진동자(Element)가 일렬로 배치된 위상배열탐촉자(Phased Array Probe)를 사용한다. 따라서 초음파 빔의 각도와 위치를 원하는 방향으로 변화시킬 수 있다. 이를 통해 일반 초음파검사에서 검출하기 어려운 빔의 전파방향과 다른 방향으로 놓인 결함은 물론이고, 빔의 집속축에서 벗어난 균열들도 검출할 수 있다.

2021년 모 도시가스사에서 신규 매설한 용접배관 중 관경 100A, 150A, 300A를 대상으로 임의의 결함을 제작하여 RT와 PAUT의 신뢰성을 비교해본 적이 있다. 검증 결과, RT와 PAUT 모두 동일한 결함검출능력이 있음을 확인하였고, 300A 2point 기준 검사시간이 PAUT가 RT보다 60% 이상 빠른 것으로 나타났다. 또한 용접부의 크랙(Crack) 등을 유발하는 면상결함(융합불량, 용입부족 등) 검출능력도 PAUT가 우수한 것으로 나타난 바 있다.

최근에는 한국가스공사 당진기지 건설과 관련하여 LNG 저장탱크 재료인 9% 니켈강 검사에 PAUT를 적용할 계획인데, 이는 그동안 보령 LNG터미널 등에서 PAUT를 수행하면서 검사결과에 신뢰성을 얻었기 때문이라 생각된다. 한국지역난방공사 역시 2016년부터 열수송관 검사에 PAUT를 적용하고 있는 것으로 알려져 있다.

PAUT는 산모에게도 사용하듯이 인체에 무해한 초음파 에너지원을 사용하는 검사방식으로써 방사선 차폐시설이 불필요하다. 또한 검사구역 인근에서도 다른 작업이 가능함에 따라 공기단축에 의한 원가절감, 일반 작업자에 대한 안전도 확보할 수 있어 장점이 많은 검사 방법이다.

다만 PAUT의 경우, 여러개의 탐촉자에서 초음파신호가 전파되는 만큼 일반 UT보다 한번에 넓은 범위를 검사할 수 있지만, 검사대상체 표면이 거칠 경우 난반사 신호가 많아져 검사자의 기량에 따라 결함 검출률이 달라질 수 있다. 따라서 이를 개선하기 위해 검사원의 자질향상 교육 과정을 개설하고, 자격요건을 부여하는 방안이 필요하다.

아울러 기술 보급 확대를 위해 검사 결과신호를 알기 쉽게 영상화하여 일반인들도 이해하기 쉽도록 해야 한다. 그리고 검사 결과를 영구적으로 보존하게 하여 상시 확인/점검할 수 있도록 하고, 최적의 검사지침을 제개정하는 등 관련 규정의 개선도 필요하다. 4차산업 시대에 맞게 우리나라 가스업계도 신뢰성이 확보된 PAUT를 적극 도입하여 비파괴검사에 혁신적인 변화를 가져왔으면 좋겠다.

출처 : 가스신문(http://www.gasnews.com)