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이성식 대표

[투데이에너지] 에너지 산업이 고도화되면서 발전소, 수소 개질 설비, 저장 용기 등 주요 설비의 운전 조건은 점점 가혹해지고 있다. 고온·고압 환경에서 장시간 운전되는 설비는 작은 열화나 균열도 대형 사고로 이어질 수 있어, 설비 상태를 정밀하게 진단하고 위험을 사전에 예측하는 기술의 중요 성이 그 어느 때보다 커지고 있다. 안전사고는 단순히 장비의 문제가 아니라 경제적 손실과 사회적 신뢰까지 영향을 미치는 만큼, 예방 중심의 기술 도입이 필수적이다.

기존 현장에서는 금속표면복제법(Replica Method)을 활용해 재질 열화를 평가해왔다. 이 방법은 표면조직을 확대해 분석하는 데는 효과 적이지만, 설비의 두께 감소나 내부 응력, 장시간 운전으로 인한 구조적 손상까지는 반영하기 어렵다는 한계가 있다. 실제로 표면상으로는 건전해 보이지만, 내부에서는 미세 균열이 진행돼 예상치 못한 파손으로 이어지는 사례가 적지 않다. 이러한 한계는 설비의 장기 신뢰성 확보를 어렵게 만든다. 보다 종합적이고 정량적인 진단 방법에 대한 요구가 커지고 있는 이유다.

최근 업계에서는 이 같은 문제를 해결하기 위해 초음파 전파 특성을 이용한 비파괴 예지진단 기술이 주목받고 있다. 초음파는 금속 내부를 통과할 때 재질의 탄성계수·두께·손상 정도에 따라 속도가 달라진다. 이러한 속도 변화를 정밀하게 분석하면, 설비의 구조적 안정성을 숫자로 평가할 수 있으며, 위험 구간을 사전에 식별할 수 있다.

국내에서 세이프텍㈜이 개발한 SAUT(Safety Assessment by Ultrasonic Technology) 기술을 사례로 들 수 있다. SAUT는 초음파의 종파·횡파 속도 변화를 정밀 분석해 두께와 탄성계수 변화를 반영한 안전계수(Sd)를 산출하는데, Sd값이 낮을수록 파손 위험이 높게 나타난다. 실제 발전소 보일러 튜브 진단 사례에서도 이러한 상관성이 확인됐다. SAUT는 단순히 설비의 현재 상태를 평가하는 것을 넘어, 장기 운전 조건 에서 발생할 수 있는 위험을 사전에 예측할 수있는 도구라는 점에서 의미가 크다.

최근 수소경제 확산에 따라 수소 저장·운반 설비의 안전성 확보가 중요한 과제로 떠오르고 있다. 수소는 금속 내부로 침투하며 재료의 연성을 저하시켜 취성을 유발한다. 특히 수소 농도가 높아질수록 위험은 급격히 증가한다. 세이 프텍은 현장 실증을 통해 수소 혼입 농도를 15%에서 20%로 높였을 때, 초음파 속도비(βa) 가 상승하고 재료의 연성이 저하되는 현상을 확인했다. 이는 수소취성(Brittleness)에 따른 파손 위험을 조기에 감지할 수 있음을 보여주는 사례다.

또한, 겨울철 외부 온도가 낮은 환경에서는 내부 압력이 높아질 경우, 균열 발생 민감도가 더욱 커지므로 예지적 관리가 필수적이다. 고온에서 장시간 운전되는 리포머 튜브 역시 크리프 (Creep) 손상이 누적되기 쉽다. 기존 연구에서는 실험실 조건에서만 초음파를 통한 손상 추적이 가능했지만, SAUT 기술은 현장 설비에서 직접 초음파 속도와 탄성계수를 측정할 수 있어 손상 정도를 정량화할 수 있다. 1만8000시간 사용된 튜브와 7만 시간 사용된 튜브를 비교한 결과, 후자의 경우 초음파 속도와 탄성계수가 표준값보다 낮아지는 경향이 뚜렷하게 나타났다.

이는 설비 수명 소비율과의 상관성도 높아 실제 예지 보전(Predictive Maintenance)에 활용할수 있음을 보여준다.

결국, 에너지 설비의 안전 확보는 고장 이후 대응이 아니라 고장 전 예측이 핵심이다. 초음파 기반 예지진단 기술은 설비의 두께 변화, 재질 열화, 내부 응력 상태를 종합적으로 평가해 운영자가 위험을 사전에 인지하고, 계획적인 정비를 수행할 수 있도록 돕는다.

앞으로 이러한 기술이 산업 전반에 확산되면, 설비 사고로 인한 경제적·사회적 손실을 최소화 하고, 에너지 산업 전반의 안전 기준을 한층 높일 수 있을 것으로 기대된다.

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출처 : 투데이에너지(https://www.todayenergy.kr/)