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문제 정의
- 본 연구에서는 2001년부터 2004년까지 총 61회에 걸쳐 도∙송수관로에 대한 노후상태를 조사하였다. 조사한 총 61개 관로에 대한 관종, 관경, 그리고 매설년수 등 관로에 대한 일반현황은 Table 1과 같다.
제안 방법
- 또한, 수리적인 악화특성을 반영하기 위하여 사용수압 또는 C값 등의 평가항목을 포함하였다. 관체 노후상태에 대한 평가에서 김 등(2002)은 관체 노후상태에 대한 평가항목을 기본항목, 주변환경, 물성시험, 화학적조성, 부식속도, 육안분석 등으로 구분하고, 이를 각 소항목을 20점으로 하여 평가하였으나, 본 연구에서는 각 평가항목의 최대값을 1로 하여 총점을 26점으로 하고, 이를 100점으로 환산하여 노후상태를 평가하였다.
- 본 연구에서는 각종 관경, 관두께 등 치수측정은 버니어 캘리퍼스 등 정밀자를 사용하였고, 공식깊이 등은 Dial depth gauge를 이용하였다. 노후관의 매설후 부식에 따른 물리적인 특성의 변화를 고찰하기 위하여 각 관체에 대하여 KS 규격에 따라 인장강도(Tensile strength)(KS D 0802), 연신율(Elongation) (KS B 0802), 그리고 경도(Hardness) 등을 측정하였고, 관체 자체의 화학적 조성을 분석하였다. 화학조성은 C를 포함하여 6개 항목을 분석하였다(KS D 0001).
- 따라서 본 연구에서는 현재 도∙송수관로와 같은 대형상수관로에 대하여 매설후 관로 내 내∙외면 상태에 대한 육안조사를 통하여 관로의 직접적인 노후상태 등을 조사하였고, 채취 가능한 관체에 대해서는 화학적 조성과 물리적인 강도 등의 분석을 통하여 관의 건전성 등을 평가하였고, 기존 종합점수균등 모델을 수정하여 관 노후상태를 평가하였다.
- 즉 도복장 손상에 따른 노후특성을 반영하였고, 수질특성 등에 영향을 줄 수 있는 인자로서, 슬라임 등의 크기, 분포 등도 포함하였다. 또한, 수리적인 악화특성을 반영하기 위하여 사용수압 또는 C값 등의 평가항목을 포함하였다. 관체 노후상태에 대한 평가에서 김 등(2002)은 관체 노후상태에 대한 평가항목을 기본항목, 주변환경, 물성시험, 화학적조성, 부식속도, 육안분석 등으로 구분하고, 이를 각 소항목을 20점으로 하여 평가하였으나, 본 연구에서는 각 평가항목의 최대값을 1로 하여 총점을 26점으로 하고, 이를 100점으로 환산하여 노후상태를 평가하였다.
- 본 연구에서는 각종 관경, 관두께 등 치수측정은 버니어 캘리퍼스 등 정밀자를 사용하였고, 공식깊이 등은 Dial depth gauge를 이용하였다. 노후관의 매설후 부식에 따른 물리적인 특성의 변화를 고찰하기 위하여 각 관체에 대하여 KS 규격에 따라 인장강도(Tensile strength)(KS D 0802), 연신율(Elongation) (KS B 0802), 그리고 경도(Hardness) 등을 측정하였고, 관체 자체의 화학적 조성을 분석하였다.
- 본 연구에서는 김 등(2002) 등이 제안한 종합점수 균등 모델을 도∙송수관로에 적합하도록 일부 수정 개선하여 현장조사를 토대로 하여 수집된 자료를 이용하여 노후상태를 평가한 결과를 Fig. 14에 나타내었다. 단 현장여건 상 측정자료가 50% 미만인 경우에는 평가에서 제외하였다.
- 본 연구에서는 수행한 조사대상관로에 대한 조사 항목은 기존 연구(김 등, 2002; 이 등 2002)를 토대로 제시된 노후도 평가항목들을 토대로 구성하였고, 특히 대형상수관로는 주로 회주철관, 닥타일주철관, 그리고 도복장강관 등으로 구성되어 도복장강관에 대한 항목으로 도복장의 종류, 탈리 정도, 그리고 슬라임 축적량(크기, 비율 등) 등을 추가하여 관로현황과 관의 부식에 영향을 미치는 영향인자(매설환경), 관내∙외면 악화상태 정도를 보여주는 상태인자, 그리고 관의 건전성을 평가할 수 있는 관체의 화학적 조성과 물리적강도 등을 중심으로 조사하였다.
- 본 연구에서는 현장조사를 바탕으로 관체의 노후상태를 평가하기 위한 방법으로 김 등(2002) 등이 기존의 배∙급수관로 중심으로 개발한 종합점수균등 모델을 Table 3과 같이 수정∙변경하여 사용하였다. 이는 본 연구에서 조사한 관로는 광역상수도로 사용되는 도∙송수관로로서, 주로 도복장강관의 비율이 높은 특징을 지니고 있어 평가항목 일부에 대하여 이러한 특징이 반영되도록 하였다.
- 본 연구에서는 현재 도∙송수관로와 같은 대형관로에 대하여 매설후 관로의 내∙외면 상태에 대한 육안조사를 통하여 관로의 노후상태 등을 평가하였고, 채취 가능한 관체에 대해서는 화학적 조성과 물리적인 강도 등의 분석을 통하여 관의 노후상태 등을 고찰하였고, 수정 종합점수균등 모델을 이용한 관체 노후상태를 평가하였고, 그 결과는 다음과 같다.
- 노후관의 매설후 부식에 따른 물리적인 특성의 변화를 고찰하기 위하여 각 관체에 대하여 KS 규격에 따라 인장강도(Tensile strength)(KS D 0802), 연신율(Elongation) (KS B 0802), 그리고 경도(Hardness) 등을 측정하였고, 관체 자체의 화학적 조성을 분석하였다. 화학조성은 C를 포함하여 6개 항목을 분석하였다(KS D 0001).
대상 데이터
- 이들 대상관로의 내∙외면 도장형태로 보면, 미도장된 관로가 34%로 높았으나, 이들 대부분은 CIP관으로, 도장은 되어있지는 않으나 대부분 역청질계도료로 도색은 되어 있다. 외면 도장재로는 아스팔트(Asphalt, 18%), 콜타르에나멜(Coal-tar enamel, 31%)이었으며, 내면은 시멘트모르터(Cement mortar, 16.4%), 콜타르에나멜(27.9%), 에폭시수지(Epoxy resin, 9.8%) 순이었다.
성능/효과
- (1) 현재 도∙송수 상수관로의 대형관로의 경우, CIP는 내∙외면 부식, DCIP 또는 SP 등은 도장재탈리 등으로 인한 손상과 이들 부위에서 집중적으로 진행되고 있는 공식, 그리고 망간, 그리고 기타 이물질 축적 등이 관의 기능을 저해하는 가장 큰 원인인 것으로 나타났다.
- (2) 부식으로 인한 부식깊이는 내∙외면 미도장 상태인 CIP의 부식깊이가 가장 컸으며, 이로 인해 부식 속도도 가장 높았다. 그 다음으로는 DCIP, SP의 순이었다.
- (3) 외부하중으로 인한 수평방향 변형은 거의 발생되지 않았으며, 기계적인 특성인 물리적강도도 대부분 건전한 것으로 나타났다. 그러나 일부 관체(S-11)의 경우, 화학적 조성에서 C함유량이 상대적으로 높아 인장강도의 감소를 초래하였던 것으로 판단된다.
- (4) 관체 노후상태에 대한 평가 결과, CIP의 노후상태가 가장 심한 것으로 나타났으며, 조사대상관로로 보면, S-46이 55.2로 개량이 가장 시급한 것으로 나타났으며, 그 다음으로는 CIP인 S-9, S-2, S-11 순으로 나타났다.
- 2~Fig. 3에서 도장재 두께 편차이외에도 내∙외면 도장재 탈리의 주요 원인으로 내면 도장재는 첫째, 제조공정과정에서 수행되는 표면연마(Shot blasting) 미흡(S-53)으로 관표면-도장재 간 부착력 약화로 인한 전면 탈리, 두 번째는 도장재 표면 핀홀 발생 부위 금속표면의 결절성장에 따른 부분 탈리(S-1, S-54), 셋째로는 용접부위 마감 미흡 또는 미도장 등 영향으로 도장재 내부로 물이 침투된 후 부식에 의한 탈리(S-39) 등으로 판단된다. 그리고 외압하중으로 인한 변형에 의한 도장손상은 거의 없는 것으로 판단된다(3.
- 그러나 SP는 내외부 도복장의 대형관으로 실제 손상된 부위에 대한 측정이 현장여건상 곤란하여 주로 보수공사시 관 내부 진입을 위한 절단면에서 측정된 값으로 실제 부식 깊이를 반영한 것으로 보기에는 어렵다. CIP, DCIP, SP 중 개량이 시급한 관종은 CIP인 것으로 판단되며, DCIP와 SP 등은 미도장 또는 부분 탈리가 진행된 관로에 대해서는 내부 갱생 또는 집중부식에 대한 보수가 시급히 필요한 것으로 판단된다.
- 6%로 DCIP, SP보다 높게 나타났다. CIP, DCIP, 그리고 SP 등 전체적인 내∙외면 부식면적 비율이 내면 13.7%, 외면 27.1%로 나타나 외면보다는 내면이 부식에 의한 영향을 더 크게 받고 있는 것으로 판단된다.
- 본 연구에서 조사한 대상관로에 대한 관체의 화학적 조성 분석결과는 Table 6과 같다. C함유량은 평균적으로 CIP 3.396wt%, DCIP 3.294wt%, SP 0.144wt%로 CIP에서 C함유량이 높게 나타났다. 특히 Fig.
- 263wt%. DCIP 0.279wt%, SP 0.702wt% 등으로 SP의 Mn 함유량이 CIP 또는 DCIP에 비하여 2.5배 이상 높은 것으로 나타났다. 금속관 내 Inclusions을 유발하는 P 또는 S 등은 DCIP 또는 SP에 비하여 CIP가 전반적으로 높은 것으로 나타났다.
- 996wt%. DCIP 2.222wt%, SP 0.144wt%로 DCIP에서 함유량이 높게 나타났으며, Mn은 CIP 0.263wt%. DCIP 0.
- Fig. 12에서 CIP의 인장강도는 평균적으로 41.905kgf/mm2(21.462~54.684kgf/mm2)이었고, DCIP는 44.552kgf/mm2(35.476~50.568kgf/mm2), SP는 44.224kgf/mm2(29.792~49.686kgf/mm2로 일부 관체를 제외(S-11. S-54)하고는 대부분 매설년수가 2~39년이지만, 전체적으로 43.560kgf/mm2으로 물리적인 강도가 KSD 규격에 대하여 적합한 것으로 나타났다(CIP KS D 4306, DCIP는 KS D 4311, SP는 KS D 3565). 그러나 대부분 도복장강관을 포함하여 관체에 대한 부식손상이 미도장 또는 도장이 되어있더라도 국부적인 탈리 등으로 공식(Pitting corrosion)으로 비균질적인 부식이 진행되므로, 관체의 국부적인 강도저하 또는 구멍(Hole) 발생에 따른 악화(누수 등)가 발생될 가능성은 상존하므로 이에 대한 대책은 필요할 것으로 판단된다.
- 단 현장여건 상 측정자료가 50% 미만인 경우에는 평가에서 제외하였다. Fig. 14에서 CIP는 전체적인 관체 노후상태 점수가 평균적으로 67.8, DCIP는 80.5, SP는 83.6 점으로 CIP가 가장 노후된 상태로 나타났으며, SP와 DCIP는 비슷한 노후상태를 보여주는 것으로 나타났다. 따라서 개량계획 수립시 우선적으로 CIP에 대한 개량이 필요할 것으로 판단된다.
- 9와 같다. Fig. 7에서 보면, 미도장 상태인 CIP가 DCIP, SP보다 내∙외면 부식 면적 비율이 평균적으로 높게 나타났다. Table 5에서 CIP의 내∙외면 부식면적 비율은 외부가 32%, 내부는 51.
- 5배 이상으로 시멘트모르터에 대한 두께 편차가 매우 심한 것으로 나타났다. SP의 내∙외면 도장재로 사용되었던 콜타르 에나멜 또는 아스팔트도 도장 두께에 대한 편차도 큰 것으로 나타났다. Fig.
- 관종별로 보면, DCIP는 S-19의 콜타르 에나멜이 약 10% 정도 탈리가 된 것으로 나타났으며, 내면 도장재 시멘트모르터의 탈리는 없었으나(S-19의 경우 3%박리), 에폭시수지로 도장된 S-18은 100% 탈리된 것으로 나타났다.
- 5배 이상 높은 것으로 나타났다. 금속관 내 Inclusions을 유발하는 P 또는 S 등은 DCIP 또는 SP에 비하여 CIP가 전반적으로 높은 것으로 나타났다.
- 내부도장이 양호한 DCIP 또는 SP 등에는 주로 슬라임(Slime) 또는 슬러지(Sludge) 등이 축적되거나 망간 등이 축적되어 있는 것으로 나타났다. 이들 이물질이 축적된 면적분포는 DCIP가 58.
- 13mmpy)이었다. 따라서 배∙급수관로로 사용되는 CIP에 비해서 도∙송수관로로 사용되는 CIP의 부식속도보다는 다소 낮은 것으로 나타났다.
- 매설깊이는 75~500cm 정도로 나타났다. 또한, 조사가 이루어진 관로중 단 15개소, 24.6% 정도만이 희생양극 또는 외부전원에 의한 방식이 이루어지고 있는 것으로 나타났다. 접속방식은 SP의 경우 용접후 도장형태이었고, CIP와 DCIP는 모두 메카니칼 접합이었다.
- 4mm Table 4이므로, 부식에 의한 내∙외면 평균 침식율은 58%에 달하는 것으로 보인다. 반면, DCIP와 SP는 내∙외면 도장재로 인하여 외면부식이 없거나 미미한 것으로 나타났으며, 내부 도장재 탈리로 인해 내부부식이 진행된 지점에서 DCIP의 내∙외면 평균부식 깊이의 합이 1.25mm(DCIP), SP가 0.31mm로 CIP에 비하여 상대적으로 낮게 나타났다.
- 이 등(2004)이 국내 B시에서 수집한 배∙급수관로 CIP에 대한 부식속도 평가결과에 따르면, 내면부식속도가 외면부식속도에 비하여 2배정도 빠른 것으로 나타났다. 본 연구에서도 내면부식속도가 0.19mmpy, 외면부식속도는 0.07mmpy로 내면부식속도가 2배 이상 빠른 것으로 나타났다. 그러나 이 등(2004) 수행한 연구에서 CIP의 내∙외면 부식속도를 합한 최대부식속도는 0.
- 수평방향으로의 변형율은 CIP 또는 DCIP 등은 거의 변화가 없었으나 SP 등은 변화의 폭이 CIP 또는 DCIP에 비하여 다소 크게 나타났다. 수평∙수직 변화율이 평균적으로 CIP/DCIP는 0.24, SP는 0.97 등으로 SP가 높게 나타났다. 이는 SP CIP/DCIP에 비하여 SP가 Flexible하기 때문인 것으로 판단된다.
- 1~ 100%) 정도가 탈리되었다. 외면 도장재는 18개 관로중 약 16%정도가 평균적으로 10%(5~15%)가 탈리된 것으로 나타났다.
- 그 다음으로는 DCIP, SP의 순이었다. 이들 부식깊이에 근거하여 산정된 내∙외면 부식에 대한 총 부식속도는 CIP, DCIP, SP순으로 나타났다.
- 내부도장이 양호한 DCIP 또는 SP 등에는 주로 슬라임(Slime) 또는 슬러지(Sludge) 등이 축적되거나 망간 등이 축적되어 있는 것으로 나타났다. 이들 이물질이 축적된 면적분포는 DCIP가 58.6%(0~100%), SP는 84%(0~100%)이었다. 이들 축적된 이물질의 크기는 DCIP가 0.
- 6%(0~100%), SP는 84%(0~100%)이었다. 이들 축적된 이물질의 크기는 DCIP가 0.1mm(0~0.6mm), SP가 3.4mm(0~22mm)로 DCIP보다는 SP 내부에 슬러지가 상당히 축적된 상태인 것으로 나타났다. 특히, 최근 망간 축적물 등은 관내부 수류변동이 발생할 경우, 흑수를 유발하는 주요 원인으로 이들 침적물들에 대한 대책이 시급한 것으로 판단된다.
- 접속방식은 SP의 경우 용접후 도장형태이었고, CIP와 DCIP는 모두 메카니칼 접합이었다. 조사대상 관로의 누수, 파손 등에 대한 사고이력은 25개소를 제외하고는 최근 5년간 발생된 사례가 없는 것으로 나타났으며, 수질 또는 수압문제로 인한 민원도 발생된 사례가 없어, 현재까지 매우 안정적으로 운영되고 있는 것으로 나타났다.
- 48mm이었다. 특히 DCIP의 주 내면도장재인 시멘트모르터의 두께가 0.6~8.7mm로 최소와 최대 두께 차이가 14.5배 이상으로 시멘트모르터에 대한 두께 편차가 매우 심한 것으로 나타났다. SP의 내∙외면 도장재로 사용되었던 콜타르 에나멜 또는 아스팔트도 도장 두께에 대한 편차도 큰 것으로 나타났다.
후속연구
- 560kgf/mm2으로 물리적인 강도가 KSD 규격에 대하여 적합한 것으로 나타났다(CIP KS D 4306, DCIP는 KS D 4311, SP는 KS D 3565). 그러나 대부분 도복장강관을 포함하여 관체에 대한 부식손상이 미도장 또는 도장이 되어있더라도 국부적인 탈리 등으로 공식(Pitting corrosion)으로 비균질적인 부식이 진행되므로, 관체의 국부적인 강도저하 또는 구멍(Hole) 발생에 따른 악화(누수 등)가 발생될 가능성은 상존하므로 이에 대한 대책은 필요할 것으로 판단된다.
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