[논문]압력값 모니터링을 통한 배관 내 가스누출감지에 대한 실험적 연구

진경민; 최규홍; 이송규; 정태용; 신동훈; 황승식; 오정석

doi:10.5855/energy.2011.20.4.292

[국내논문] 압력값 모니터링을 통한 배관 내 가스누출감지에 대한 실험적 연구
An Experimental Study on Detection of Gas Leakage Position by Monitoring Pressure Values at City Gas Pipeline 원문보기

에너지공학 = Journal of energy engineering, v.20 no.4 = no.68, 2011년, pp.292 - 297

진경민 (국민대학교 대학원 기계공학과) , 최규홍 (국민대학교 대학원 기계공학과) , 이송규 (국민대학교 대학원 기계공학과) , 정태용 (국민대학교 기계시스템공학부) , 신동훈 (국민대학교 기계시스템공학부) , 황승식 (국민대학교 기계시스템공학부) , 오정석 (한국가스안전공사)

초록
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도시가스 배관망의 안전관리 및 위험예측은 매우 중요한 문제로 인식되고 있으며 가스 누출지점을 실시간으로 감지함으로써 안전사고 예방을 위한 노력은 필수적이다. 따라서, 본 연구에서는 가스누출 시, 압력변화에 따른 상관관계(correlation)를 통해 실시간 누출지점감지를 목적으로 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 총 378 m의 배관에 5개의 누출밸브를 설치하여 실험하였고, 시뮬레이터를 통해 누출지점을 감지함으로서 실제 누출지점과 비교해 보았다. 실험결과, 실험을 통한 누출지점과 실제 누출지점은 6 m 내의 차이를 보였으며 향후, 본 기술의 적용이 필요한 위험구역에서의 실증을 통한 상용화가 수반되어야 할 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Gas pipeline safety management and risk prediction are recognized as a very important issue. And the effort to prevent accidents is essential. So, in this study, it was studied through correlation of pressure changes for leak point detection in real-time. It experimented by installing the five leakage valves in the pipe of 378 m and compared the actual leak points with simulation results. The results showed that experimental leak points and the actual leak points have differences within the 6 m. And this technology has to be commercialized by the demonstration in dangerous zone.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서, 본 연구에서는 실제 이론 데이터와 실험을통한 실험 데이터를 비교함으로써 배관 내 가스누출지점 감지에 관한 연구를 하였다.
본 연구에서는 가스배관망 안전상황 모니터링을 통한 실시간 누출지점의 감지를 목표로 임의의 두 지점 사이에서의 압력값과 “상관관계(correlation)”라는 함수를 통해 누출지점을 감지하였다.
상기된 바와 같이 본 연구에서는 가스배관망 안전상황모니터링을 통한 실시간 누출지점의 감지를 중점적으로 연구하였다. 또한 “Labview(version 6.
이러한 연구와 기술을 바탕으로 본 연구에서는 압력값 모니터링을 통한 가스배관망 내의 누출 감지를 위해 실험용 배관망을 구성하고 누출 조건별 실험을 통해, 가스누출 시, 배관 내에서의 누출지점을 신속, 정확하게 감지하기 위한 실험적 연구를 하였다.

제안 방법

실험은 2-3에 서술된 방식으로 Table 1의 조건에 따라 5 case의 누출지점에 대해서 실험을 진행하였다. 누출량은 case 별로 총 유량(4.8 m³ /s)의 5%(0.24 m³ /s), 10%(0.48 m³ /s)의 유량을 각각 누출 시켰으며, 누출량은 유량계를 통해 수동으로 직접 밸브를 조절하여 맞 추었다
025 m(150-381 m)이며, 배관 내에 압력센서 설치 위치와 누출지점은 Table 1과 같다. 또한, 실험에 사용된 작동유체공기를 공기 압축기와 정압기를통해 인입압력과 속도를 각각 0.2[Bar]와 a=340[m/s]로 일정하게 유지시켰다.
본 연구에서는 주거단지 및 산업현장에서 직접 사용하고 있는 배관망을 설계하여 압력센서와 유량계를 설치하였고, 누출지점은 임의의 지점을 지정밸브로 설치하여 원하는 시간에 원하는 양만큼 누출량을 조절할 수 있도록 설계하였다. Fig.

대상 데이터

배관은 직선배관 300 m, 지류배관 81 m로 총길이 381 m로 구성되어 있다.

성능/효과

1) case 2-1의 경우, “sensor 1-2” 구간에서 최대 상관계수값 “0.00000063946”이 나타났으며, “leak point 0” 값에 따라 누출지점이 117.8 m라는 것을 확인할 수 있었다.
2) case 3-1의 경우, “sensor 3-4” 구간에서 최대 상관계수값 “0.000000395899”이 나타났으며, “leak point 1” 값에 따라 누출지점이 183.5 m라는 것을 확인할 수 있었다.
case 2-1의 경우, 이론값과 실험값의 차이가 0.8 m로 매우 정확한 실험결과를 도출하였으며, case 3-1의 경우, 이론값과 실험값의 차이는 5.5 m로 나타났다. 여기서 발생된 누출지점차이(실제-이론)는 압력센서를통해 받는 압력 데이터 신호의 노이즈에 의한 영향으로 사료되며 누출량에 따른 영향은 없었다.
최종적으로, 아래 실험을 통해 구한 누출지점은 “leak point 0” 에 나타난 117.415 m 지점임을 알 수 있다.

후속연구

결국, 기존 목표에 맞춰 경제적, 인명적 피해와 손실을 예방하고 최소화하기 위한 노력이 이루어졌으며, 향후, 누출지점차이를 줄이기 위해서 압력센서를통해 받는 압력 데이터 신호의 노이즈를 줄이기 위한 노력이 필요할 것이다. 더 나아가, 본 기술의 적용이필요한 위험 구역에서의 실증을 통한 상용화가 수반되어야 할 것이다.
결국, 기존 목표에 맞춰 경제적, 인명적 피해와 손실을 예방하고 최소화하기 위한 노력이 이루어졌으며, 향후, 누출지점차이를 줄이기 위해서 압력센서를통해 받는 압력 데이터 신호의 노이즈를 줄이기 위한 노력이 필요할 것이다. 더 나아가, 본 기술의 적용이필요한 위험 구역에서의 실증을 통한 상용화가 수반되어야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	배관은 어떻게 구성되어 있는가?	배관은 직선배관 300 m, 지류배관 81 m로 총길이 381 m로 구성되어 있다. 배관 관경은 각각 0.
	도시가스업체는 무엇을 담당하고 있는가?	실제로 가스의 누출 및 폭발에 의한 사고는 국내에너지 관련 재난 및 사고의 통계에서 큰 부분을 차지하고 있다 [2]. 국내에서는 천연가스를 각 지역의 도시가스업체로 공급하는 고압공급망의 유지관리를 포함한 운영은 가스공사가 맡고 있으며, 각 도시가스업체는 공급받은 가스를 해당 지역에 분배하는 중압공급망에 대한 유지관리를 담당하고 있다. 중압도시가스공급망은 유동인구가 많고 공사가 빈번한 도시 지역을 관통하여 설치된다는 점에서 매우 엄격한 안전관리가 필수적이다.
	각각의 압력값을 미분하는 이유는 무엇인가?	그 다음에 각각의 압력값을 미분한다. 여기서, 미분을 하는 이유는 “상관관계(correlation)” 함수를 사용하기 위한 것이다. 미분을 적용시키면 압력값이 일정할 때는 미분값이 “0” 근사값을 나타내고 가스누출이 시작되면 압력값이 떨어지는 동시에 미분값은 음수값을 나타낸다.

참고문헌 (10)

H.E. Emara-Shabaik, Y.A. Khulief and I. Hussaini, "Simulation of transient flow in pipelines for computerbased operations monitoring", Int. J. Numer. Meth. Fluids, 44, 257-275, (2004).

상세보기
C.Y Cho, S.P Jang, J.H Nam, S.H Lim, D.H shin, T.Y Chung, "Development of pipeline network analysis model for operation monitoring of city-gas supply metworks", The Korea Socity for Energy Engineering, 486-493, (2008).
하종만 "배관망 해석의 이해와 활용", 유체기계저널, 6, 90-98, (2003).

원문보기 상세보기
K. Fukushima, R. Maeshima, A. Kinoshita, H. Shiraishi and I. Koshijima, "Gas pipeline leak detection system using the online simulation method", Comp. & Chem. Eng, 24, 453-456, (2000).
S. Wang, H. Yang and H. Liu, "Design of the gas pipes monitoring system based on Compact PCI", Comp. Meas. & Cont, 14, 358-359, 370, (2006).
L. Billmann, and R. Isermann, Leakd detection methods for pipelines, Automatica, 23, 381-385, (1987).

상세보기
W. J. Turner, and N. R. Mudford, Leak detection, timing, location and sizing in gas pipelines, Mathematical and Computer Modelling, 10, 609-527, (1988).

상세보기
S. Belsito, P. Lombardi, P. Andreussi, and S. Barerjce, Leak detection in liquefied gas pipelines by artificial neural network, AIChE Journal, 44, 2675-2688, (1998).

상세보기
A. C. Caputo, and P. M.Pelagagge, An inverse approach for piping networks monitoring, Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 15, 497-505, (2002).

상세보기
R. Jamal, and H. Pichlik, LabVIEW. Applications and Solutions, Prentice Hall, New Jersey, (1999).

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