배관은 천연가스 및 산업용 가스를 생산지역에서부터 소비지역으로 수송하기 위한 주된 방법으로 지난 40 여 년간 전 세계적으로 상당한 규모의 배관망이 구축되었다. 우리나라도 한국가스공사를 통하여 100여개의 공급관리소를 통해 전국에 천연가스를 공급하기 위한 2,500km에 달하는 배관망이 구축되어 운영되고 있다. 따라서 이러한 가스 배관망의 안전관리는 매우 중요한 문제이며 배관의 누출은 엄청난 인명 피해와 경제적 손실을 야기한다. 따라서 누출을 감지하기 위한 많은 기술적 방법들이 제시되고 실제 적용되고 있으며 누출량과 누출 위치를 실시간으로 정확히 감지하려는 기술적 노력이 지속되어 왔다. 엄청난 규모의 배관망을 운영하고 있는 미국, 캐나다, 영국 등 유럽선진국의 가스 회사들은 PLDS(Pipeline Leak ...
배관은 천연가스 및 산업용 가스를 생산지역에서부터 소비지역으로 수송하기 위한 주된 방법으로 지난 40 여 년간 전 세계적으로 상당한 규모의 배관망이 구축되었다. 우리나라도 한국가스공사를 통하여 100여개의 공급관리소를 통해 전국에 천연가스를 공급하기 위한 2,500km에 달하는 배관망이 구축되어 운영되고 있다. 따라서 이러한 가스 배관망의 안전관리는 매우 중요한 문제이며 배관의 누출은 엄청난 인명 피해와 경제적 손실을 야기한다. 따라서 누출을 감지하기 위한 많은 기술적 방법들이 제시되고 실제 적용되고 있으며 누출량과 누출 위치를 실시간으로 정확히 감지하려는 기술적 노력이 지속되어 왔다. 엄청난 규모의 배관망을 운영하고 있는 미국, 캐나다, 영국 등 유럽선진국의 가스 회사들은 PLDS(Pipeline Leak Detection System)를 구축하여 실시간으로 가스 누출을 감시하면서 안전을 도모하고 있다. 그러나 현재 우리나라는 이 분야에 대한 기술적 기반 구축이 되어 있지 못하고 국내의 도시가스회사들은 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) 시스템을 설치하여 정압실의 가스 누출만을 한정적으로 감시하고 있는 실정이다. 따라서 앞으로 PLDS의 도입을 통해 누출 여부 및 누출 위치를 신속 정확하게 감지하여 사고로 인한 피해를 최소화할 수 있는 시스템을 갖출 필요성이 있으며 이에 필요한 기술적 기반 구축이 요구되고 있다. 먼저 배관 누출 감지에 적용될 수 있는 다양한 기술에 대한 문헌 조사를 수행하였다. 크게 생물학적 기술, 하드웨어에 근거한 기술 및 소프트웨어에 근거한 기술로 구분되며 각각의 방법들은 장단점을 가지고 있다. 각 기술들의 성능을 누출 감지 정밀도, 누출 위치 감지 가능 여부, 운전 조건의 변화와 무관한 누출 감지 가능 여부, 실시간 연속적인 모니터링 가능 여부, 허위 경보 발생 비율, 시스템 유지를 위한 기술수준, 초기 설치비용과 운영비 등의 7가지 항목으로 비교해본 결과 천연가스 배관망과 같이 광범위한 배관망의 누출 및 누출 위치 예측 시스템(PLDS)을 위한 방법으로 가장 적합한 것은 저압확장파(negative pressure wave) 감지 기술로 판단되었다. 이 방법은 누출의 발생으로 생긴 저압확장파가 배관 속을 흐르는 매질의 음속으로 전파되는 현상을 이용하는 방법으로 비교적 설치비용과 운전비용이 저렴하고 운전조건의 변화가 있어도 검출이 가능하다. 또한 누출과 거의 동시에 감지가 가능하며 최근 발달된 신호 필터링 기술을 적용함으로써 허위경보 발생 빈도가 낮아지고 누출 위치의 예측 정확도가 높아져 상용화 제품의 기본 기술로 많이 활용되고 있음을 알 수 있었다. 저압확장파 검출 기술에 대하여 누출 발생 시 저압확장파의 발생 메커니즘을 이론적 유동해석을 통하여 규명하고 저압확장파의 전파 특성 해석을 통한 누출 위치의 예측 및 영향인자(누출 구멍의 직경, 압력 조건, 배관 직경 등)에 따른 특성을 CFD를 사용하여 해석을 시도하였다. 상용코드인 FLUENT를 사용하여 누출 지점 부근에 대한 3차원, 2차원 해석을 수행한 결과 누출의 발생을 통한 저압확장파의 발생을 확인할 수 있었고, 저압확장파가 누출 지점으로부터 배관의 상류와 하류로 유동 물질의 음속으로 전파되는 전파 특성을 확인 할 수 있었다.
배관은 천연가스 및 산업용 가스를 생산지역에서부터 소비지역으로 수송하기 위한 주된 방법으로 지난 40 여 년간 전 세계적으로 상당한 규모의 배관망이 구축되었다. 우리나라도 한국가스공사를 통하여 100여개의 공급관리소를 통해 전국에 천연가스를 공급하기 위한 2,500km에 달하는 배관망이 구축되어 운영되고 있다. 따라서 이러한 가스 배관망의 안전관리는 매우 중요한 문제이며 배관의 누출은 엄청난 인명 피해와 경제적 손실을 야기한다. 따라서 누출을 감지하기 위한 많은 기술적 방법들이 제시되고 실제 적용되고 있으며 누출량과 누출 위치를 실시간으로 정확히 감지하려는 기술적 노력이 지속되어 왔다. 엄청난 규모의 배관망을 운영하고 있는 미국, 캐나다, 영국 등 유럽선진국의 가스 회사들은 PLDS(Pipeline Leak Detection System)를 구축하여 실시간으로 가스 누출을 감시하면서 안전을 도모하고 있다. 그러나 현재 우리나라는 이 분야에 대한 기술적 기반 구축이 되어 있지 못하고 국내의 도시가스회사들은 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) 시스템을 설치하여 정압실의 가스 누출만을 한정적으로 감시하고 있는 실정이다. 따라서 앞으로 PLDS의 도입을 통해 누출 여부 및 누출 위치를 신속 정확하게 감지하여 사고로 인한 피해를 최소화할 수 있는 시스템을 갖출 필요성이 있으며 이에 필요한 기술적 기반 구축이 요구되고 있다. 먼저 배관 누출 감지에 적용될 수 있는 다양한 기술에 대한 문헌 조사를 수행하였다. 크게 생물학적 기술, 하드웨어에 근거한 기술 및 소프트웨어에 근거한 기술로 구분되며 각각의 방법들은 장단점을 가지고 있다. 각 기술들의 성능을 누출 감지 정밀도, 누출 위치 감지 가능 여부, 운전 조건의 변화와 무관한 누출 감지 가능 여부, 실시간 연속적인 모니터링 가능 여부, 허위 경보 발생 비율, 시스템 유지를 위한 기술수준, 초기 설치비용과 운영비 등의 7가지 항목으로 비교해본 결과 천연가스 배관망과 같이 광범위한 배관망의 누출 및 누출 위치 예측 시스템(PLDS)을 위한 방법으로 가장 적합한 것은 저압확장파(negative pressure wave) 감지 기술로 판단되었다. 이 방법은 누출의 발생으로 생긴 저압확장파가 배관 속을 흐르는 매질의 음속으로 전파되는 현상을 이용하는 방법으로 비교적 설치비용과 운전비용이 저렴하고 운전조건의 변화가 있어도 검출이 가능하다. 또한 누출과 거의 동시에 감지가 가능하며 최근 발달된 신호 필터링 기술을 적용함으로써 허위경보 발생 빈도가 낮아지고 누출 위치의 예측 정확도가 높아져 상용화 제품의 기본 기술로 많이 활용되고 있음을 알 수 있었다. 저압확장파 검출 기술에 대하여 누출 발생 시 저압확장파의 발생 메커니즘을 이론적 유동해석을 통하여 규명하고 저압확장파의 전파 특성 해석을 통한 누출 위치의 예측 및 영향인자(누출 구멍의 직경, 압력 조건, 배관 직경 등)에 따른 특성을 CFD를 사용하여 해석을 시도하였다. 상용코드인 FLUENT를 사용하여 누출 지점 부근에 대한 3차원, 2차원 해석을 수행한 결과 누출의 발생을 통한 저압확장파의 발생을 확인할 수 있었고, 저압확장파가 누출 지점으로부터 배관의 상류와 하류로 유동 물질의 음속으로 전파되는 전파 특성을 확인 할 수 있었다.
During the last 40 years, large pipeline networks have been constructed in order to convey natural and industrial gases from production to the consumption sites in the world. KOGAS in Korea has constructed pipeline networks of the length over 2,500 km between production station and over 100 let-down...
During the last 40 years, large pipeline networks have been constructed in order to convey natural and industrial gases from production to the consumption sites in the world. KOGAS in Korea has constructed pipeline networks of the length over 2,500 km between production station and over 100 let-down stations to carrying LNG. So, the safe operation of this pipeline networks is an important problem because pipeline leaks can lead to absurd life damage and economic loss. Therefore, in order to detect a leak, many technical methods have been shown and applied actually. And, it detects leakage and the position of a leak accurately at real-time effort to be continued. Many gas companies of the United States, Canada, British and europe advanced nations to operating pipeline network of a great scale established PLDS(Pipeline Leak Detection System) and are laboring for safely monitoring a gas leak at real-time. However, recently in Korea, technical basis about this field is not established and our domestic city gas companies established SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition) system and limitedly monitor only a gas leak of a chamber of constant pressure. So, through the PLDS's introduction, system which can detect leak or not, a position of leak and minimize damage from accident has to be required. Various pipeline leak detection methodologies are reviewed. These include biological, hardware-based and software-based methods. Each method has advantages and disadvantages. Comparing the performance of these methods with seven attributes, leak sensitivity, location estimate capability, operational change, availability, false alarm rate, maintenance requirement and cost, negative pressure method is thought as one of a cost effective and reliable technology for PLDS. When a leak occurs a negative pressure wave is produced in pipeline contents. The wave propagates both upstream and downstream from the leak site. The wave travels with speed equal to the speed of sound in the pipeline contents. Pressure transducers, usually two sensors are used for each pipeline segment, can be used to measure pressure fluctuation with respect time to verify leak occurrence and estimate the location of leak. Application of recent noise filtering technique on this method can reduces false alarm rate and there are several commercial systems of PLDS based on this technique. Theoretical approach for the mechanism of the negative pressure wave has been performed by using commercial codes of FLUENT. The results of 3-dimensional analysis near leaking hole shows the occurrence of negative pressure wave and the results of 2-dimensional analysis verifies the characteristics of propagation of the wave which travels with speed equal to the speed of sound in the pipeline contents.
During the last 40 years, large pipeline networks have been constructed in order to convey natural and industrial gases from production to the consumption sites in the world. KOGAS in Korea has constructed pipeline networks of the length over 2,500 km between production station and over 100 let-down stations to carrying LNG. So, the safe operation of this pipeline networks is an important problem because pipeline leaks can lead to absurd life damage and economic loss. Therefore, in order to detect a leak, many technical methods have been shown and applied actually. And, it detects leakage and the position of a leak accurately at real-time effort to be continued. Many gas companies of the United States, Canada, British and europe advanced nations to operating pipeline network of a great scale established PLDS(Pipeline Leak Detection System) and are laboring for safely monitoring a gas leak at real-time. However, recently in Korea, technical basis about this field is not established and our domestic city gas companies established SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition) system and limitedly monitor only a gas leak of a chamber of constant pressure. So, through the PLDS's introduction, system which can detect leak or not, a position of leak and minimize damage from accident has to be required. Various pipeline leak detection methodologies are reviewed. These include biological, hardware-based and software-based methods. Each method has advantages and disadvantages. Comparing the performance of these methods with seven attributes, leak sensitivity, location estimate capability, operational change, availability, false alarm rate, maintenance requirement and cost, negative pressure method is thought as one of a cost effective and reliable technology for PLDS. When a leak occurs a negative pressure wave is produced in pipeline contents. The wave propagates both upstream and downstream from the leak site. The wave travels with speed equal to the speed of sound in the pipeline contents. Pressure transducers, usually two sensors are used for each pipeline segment, can be used to measure pressure fluctuation with respect time to verify leak occurrence and estimate the location of leak. Application of recent noise filtering technique on this method can reduces false alarm rate and there are several commercial systems of PLDS based on this technique. Theoretical approach for the mechanism of the negative pressure wave has been performed by using commercial codes of FLUENT. The results of 3-dimensional analysis near leaking hole shows the occurrence of negative pressure wave and the results of 2-dimensional analysis verifies the characteristics of propagation of the wave which travels with speed equal to the speed of sound in the pipeline contents.
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