계장화 압입 시험법을 이용한 개질기의 잔여수명 평가 방법 = Life Assessment Method of Reformer Tube by Instrumented Indentation Technique

국문 초록 (Abstract)

HP 40Nb 합금강과 같은 원심 주조 오스트나이트계 스테인리스 강은 암모니아, 메탄올, 수소 공장용 석유화학 산업의 개질기 튜브에서 많이 사용되고 있다. 개질기 튜브는 내경 60–120 mm, 두께 10–14 mm로 일반적으로 10–40 bar의 압력과 980 의 조건에서 100,000 h의 수명을 갖도록 설계되어 있다. 이와 같은 수명시간으로 인해 지난 수십 년 동안 잔존 크리프 수명의 직접적인 평가는 고온 및 고압 환경에서 사용되는 장비의 잔존 수명에 대한 평가와 더불어 인기를 얻었다. 그러나 현장에서 설비의 항복 및 인장 강도 등 기계적 특성을 직접 평가하는 것은 불가능한 실정이다. 이런 문제를 해결할 수 있는 방법으로 계장화 압입 시험법(IIT)이 대두되고 있으며, IIT는 현장에서 설비를 파괴 또는 변형 시키지 않고 기계적 특성과 잔류응력을 평가할 수 있으므로 필요한 시점에 발생된 결함 및 현장 특성의 적합성을 보여줄 수 있다. 또한 기계적 안정성 분석에 대한 기초 자료를 제공하는 것이 가능하여 규격과의 직접 비교를 통해 현장의 만족도를 판단할 수 있다. 따라서 우리는 계장화 압입 시험법을 이용한 개질기 튜브의 수명평가를 위한 데이터베이스 기반의 기초를 확립하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Centrifugally cast austenitic stainless steel such as the HP 40Nb alloy steel is widely used in reformer tubes in the petrochemical industry for ammonia, methanol, and hydrogen plants. Reformer tubes have an internal diameter of 60–120 mm, and a thickness of 10–14 mm. They are generally designed to have a life of 100,000 h under the process conditions of 10–40 bar pressure and 980 °C.
Considering their lifetime, a direct evaluation of the remaining creep life over the past several decades as well as the evaluation of the residual life of equipment used in high-temperature and high-pressure environments has gained popularity. However, directly evaluating the mechanical properties of the facility in the field, such as the yield and tensile strength, is impossible. The instrumented indentation technique(IIT) can solve this problem. IIT can evaluate the mechanical properties and residual stress in the field without destroying the equipment, so thus indicating the possibility of its suitability in detecting the occurrence of defect and field properties in time of need. In addition, it can possibly provide basic data for the analysis of mechanical stability. Thus, determining its potential for on-site satisfactory performance becomes possible through direct comparison with the specification. Therefore, So we developed a database for safety evaluation of reformer tubes using IIT and established a basis for its life assessment.

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