고압연료 용기 결함검출 기술 개발

[산업일보]

압축천연가스(이하 CNG) 버스는 대도시 시내버스의 90 % 이상을 차지하는 대표적인 대중교통수단이다.
하지만 지난 8월 서울에서 발생한 CNG 버스 폭발사고는 버스를 이용하는 시민들의 불안감을 커지게 했다.

사고 조사 결과, 폭발의 원인은 폭염 속에서 운용하던 CNG 고압연료용기의 과압으로 폭발이 생겼고, 용기 파편의 비산으로 인해 피해가 더욱 커진 것으로 밝혀졌다. 이러한 사고를 방지하기 위해서는 고압연료용기에 대한 정기 검사기준을 강화하고 이에 걸맞는 고압연료용기의 손상이나 결함에 대한 검사/검출 기술개발이 시급하다.

KRISS(한국표준과학연구원, 원장 김명수) 재료측정표준센터 유권상 박사팀이 CNG 버스에 사용하는 고압연료용기의 결함여부를 자기센서를 이용해서 빠르고 정확하게 파악 할 수 있는 기술 개발에 성공했다. 고압연료용기 생산과정에서의 신속하고 정확한 품질 검사뿐만 아니라 운행 중인 CNG 버스의 고압연료용기에 대한 결함 여부도 정밀하게 파악할 수 있을 것으로 기대된다.

개발한 기술은 대량생산과정의 고압연료용기에 대한 불량검사가 가능하다. 제작공정 중이나 완제품 검사라인에 자기센서를 배열한 검사시스템을 설치하면 고압연료용기의 결함에 의해 발생되는 불규칙한 자기신호를 검출해 불량 여부를 스크리닝 할 수 있다.

또한 사용 중인 고압연료용기에 대한 정기검사 시에도 활용할 수 있다. 고압연료용기에 자기장을 인가하면 균열이나 결함에서 자속이 누설되고, 이를 자기 센서로 측정해 안전성 여부를 실시간으로 진단하게 된다. 기존의 고압연료용기는 휴대용 가스 탐지기로 검사했기 때문에 가스누출 여부는 확인할 수 있지만 용기다발 중 어느 용기가 손상을 입었는지, 어느 부위에서 누출이 발생하는지에 대해 확인할 수 없었다.

개발한 기술은 자기 센서를 활용해 비접촉식으로 고압연료용기의 결함 위치정보를 확인할 수 있다. 생산라인에 부착된 검사시스템은 누설 자기장을 간단하게 측정해 결함이나 균열을 찾을 수 있고, 특히 곡면부 검사도 가능하다. 또한 산업 현장에서 필요에 따라 센서의 수를 조절할 수 있어 용기의 크기와 상관없이 정확한 측정이 가능하다.

유권상 박사는 “산업체가 대량의 제품을 전수 검사하는 데는 시간적, 경제적 부담이 매우 크다.”며 “이번 기술 개발을 통해 생산 공정에서 뿐만 아니라 사용 중인 고압연료용기에 대해서도 빠르고 철저한 검사가 이루어져 국민의 안전을 지키는데 기여할 것”이라고 말했다.

기존 CNG 고압연료용기는 제작과정에서 나올 수 있는 불량품을 가려내기 위해 초음파 검사 방법을 사용한다. 초음파 검사방법은 검사 장치와 용기 표면이 견고하게 접촉이 안 될 경우, 정확한 측정이 어렵다. 이러한 이유로 고압연료용기 제작 시 성형이나 가공 중에 결함 발생 가능성이 가장 높은 부분인 돔(dome)의 곡면 부분에 대해 정확한 검사가 이루어지지 않고, 원통 부분의 동체(shell)만 검사를 실시한다.

또한 국내 CNG 고압연료용기의 경우, 연료통 전체를 탄소섬유 강화재로 감는 대신 강재 동체에만 탄소섬유 복합체를 감은 용기(Type II)가 주로 쓰인다. 이러한 이유로 동체 바깥쪽, 상하 양단의 돔 부분에 결함이 존재하거나 손상을 입으면 안전사고의 위험이 증가한다.

앞으로 연구팀은 관련 기술을 바탕으로 표면 및 내부결함에 대한 3차원 입체탐상기술을 개발할 계획이다. 3차원 입체탐상기술로 고압연료용기를 검사할 경우, 결함종류를 비롯해 크기, 위치, 방향성 등의 다양한 분석이 가능하다.