지하에 매설된 도시가스 배관은 부식으로부터 보호하기 위하여 전기방식조치를 하도록 하고 있으며, 전기방식시설의 효과적인 유지관리를 위해 1년마다 배관의 전위를 측정 하도록 하고 있다. 방식전위의 측정은 테스트박스(T/B)에서 실시하게 되는데, 도심에 설치된 T/B의 경우 대부분 도로상에 설치되어 있어 전위를 측정할 때 어려움이 있다. 즉, 교통량이 많은 도로에서 전위를 측정하기 위해서는 차량을 통제하거나, 교통량이 적은 심야에 실시해야 하는 등 어려움이 있다. 본 연구에서는 이러한 방식전위 측정의 문제점을 해결하기 위해 고체기준전극 및 무선통신기술을 이용한 원격전위 측정시스템 개발에 관한 연구를 수행하였다. 고체기준 전극을 개발하여 실험실에서 성능테스트를 실시하고, 도시가스 배관이 설치된 현장에 직접 매설하여 전위 값의 변화를 관찰하였다. 또한, 무선통신을 이용하여 측정된 전위값을 서버로 전송하고, 사무실에서 전위값의 변화를 확인하였다. 고체기준전극을 이용한 전위값은 국내에서 사용되고 있는 타사 제품과 큰 차이가 없는 것으로 확인되었으며, 현장에서 측정한 전위 값과 웹서버로 보내진 전위값의 차이는 없었다. 개발된 고체기준전극은 향후 도심에 설치된 테스트 박스의 전위를 차량을 이용하여 측정하는데 사용할 계획이다.
지하에 매설된 도시가스 배관은 부식으로부터 보호하기 위하여 전기방식조치를 하도록 하고 있으며, 전기방식시설의 효과적인 유지관리를 위해 1년마다 배관의 전위를 측정 하도록 하고 있다. 방식전위의 측정은 테스트박스(T/B)에서 실시하게 되는데, 도심에 설치된 T/B의 경우 대부분 도로상에 설치되어 있어 전위를 측정할 때 어려움이 있다. 즉, 교통량이 많은 도로에서 전위를 측정하기 위해서는 차량을 통제하거나, 교통량이 적은 심야에 실시해야 하는 등 어려움이 있다. 본 연구에서는 이러한 방식전위 측정의 문제점을 해결하기 위해 고체기준전극 및 무선통신기술을 이용한 원격전위 측정시스템 개발에 관한 연구를 수행하였다. 고체기준 전극을 개발하여 실험실에서 성능테스트를 실시하고, 도시가스 배관이 설치된 현장에 직접 매설하여 전위 값의 변화를 관찰하였다. 또한, 무선통신을 이용하여 측정된 전위값을 서버로 전송하고, 사무실에서 전위값의 변화를 확인하였다. 고체기준전극을 이용한 전위값은 국내에서 사용되고 있는 타사 제품과 큰 차이가 없는 것으로 확인되었으며, 현장에서 측정한 전위 값과 웹서버로 보내진 전위값의 차이는 없었다. 개발된 고체기준전극은 향후 도심에 설치된 테스트 박스의 전위를 차량을 이용하여 측정하는데 사용할 계획이다.
For buried gas pipelines, cathodic protection system shall be installed to protect against corrosion. The surveys of pipe-to-soil potentials for the gas pipelines should be carried out at the test box more than once a year. In urban, the test box is usually located on the driveway, therefore, it is ...
For buried gas pipelines, cathodic protection system shall be installed to protect against corrosion. The surveys of pipe-to-soil potentials for the gas pipelines should be carried out at the test box more than once a year. In urban, the test box is usually located on the driveway, therefore, it is difficult to measure the potentials. That is, traffic control is needed when carrying out the measurements of the potentials on daytime, or measurements of pipe-to-soil potentials at the test box located on the driveway have to be carried out in the late night when the traffic is light. We have developed remote potential monitoring system using the solid reference electrode and the wireless communication technology for the purpose of removing above problems. We have installed the developed solid reference electrodes at a site and monitored the potentials by wireless communication. Measured potential values were transferred to the server in office and analyzed. We have found the pipe-to-soil potentials transferred to the web server make no difference to the potentials measured directly on the site.
For buried gas pipelines, cathodic protection system shall be installed to protect against corrosion. The surveys of pipe-to-soil potentials for the gas pipelines should be carried out at the test box more than once a year. In urban, the test box is usually located on the driveway, therefore, it is difficult to measure the potentials. That is, traffic control is needed when carrying out the measurements of the potentials on daytime, or measurements of pipe-to-soil potentials at the test box located on the driveway have to be carried out in the late night when the traffic is light. We have developed remote potential monitoring system using the solid reference electrode and the wireless communication technology for the purpose of removing above problems. We have installed the developed solid reference electrodes at a site and monitored the potentials by wireless communication. Measured potential values were transferred to the server in office and analyzed. We have found the pipe-to-soil potentials transferred to the web server make no difference to the potentials measured directly on the site.
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문제 정의
본 연구에서는 국내에서 최초로 고체기준전극을 개발하고, 그 성능을 실험하기 위하여 실험실 테스트 및 현장 적용 테스트를 실시하였다. 실험실에서의 시험결과는 타 제품과 비교했을 때 전위측정 값의 신뢰도가 있음을 확인하였다.
본 연구에서는 매설배관의 방식전위를 원격으로 측정하기 위하여 고체기준전극을 개발하고 개발한 고체기준전극의 현장적용 및 무선을 통한 측정 전위 값의 전송 시험을 통해, 기존의 방식전위 측정방법의 문제점을 보완하고 방식 전위측정 업무의 효율성을 높이고자 새로운 방식 전위 측정방법을 제시하였다.
본 연구의 목표는 도심에 설치된 테스트박스 하부에 매설형 고체 기준전극 및 데이터 로거를 설치하고, 검사차량이 도로 위를 지나가면서 방식전위를 측정하도록 하는 것이다[5]. 이를 위해 본 연구에서 개발하는 고체기준전극의 크기는 도시가스사업자가 설치하는 테스트박스의 내경 보다 작은 것으로 하였다.
앞에서 언급한 바와 같이 본 연구의 최종 목표는 도심에 설치된 테스트박스에 데이터로거를 설치하고, 측정한 방식전위값을 검사차량이 도로 위를 지나가면서 읽어오도록 하는 것이다. 차량을 이용한 통신거리테스트 결과는 이미 참고 논문[3]에서 확인한 바와 같이 100m까지는 100%의 전송률을 보였으며, 150m~300m까지는 99~93%의 전송률을 보였고, 350m이상에서는 89% 데이터 전송률을 보였다.
제안 방법
고체기준전극은 미국의 Borin사 등에서 제조 및 판매하고 있으며, 아직까지 국내에서 개발된 제품은 없다. 2.2의 국내의 원격전위 측정사례에서 사용한 제품은 모두 미국의 제품을 이용하였거나, 동선을 이용하여 전위를 측정하였다. Fig.
개발한 고체기준전극은 한번 매설하면 구조물의 수명기간 동안 견딜 수 있도록 하기 위해 세라믹의 흡수율을 조정하고, 임피던스를 크게 하였으며, 고밀도 에폭시를 사용하여 실링을 강화하였다. 또한, 내부 저항값을 줄이기 위해 활성알루미나를 사용하였고, 황화학물질의 누출로 인한 환경오염을 방지하기 위해 세라믹 구성성분을 조정(hydrogen sulfide ion trapper)하였다.
고체기준전극의 제조는 Fig. 6 및 Fig. 7과 같이 5단계로 나누어 실시하였으며, 무수화 황산동을 제조하기 위해 5수황산동을 100℃ 및 250℃에서 수 십분간 가열하였다.
기준전극의 테스트는 Calomel Cell(섭씨 25도 기준) 대비 +60mV, 오차범위 ±10mV 여부를 검증하였다.
개발한 고체기준전극은 한번 매설하면 구조물의 수명기간 동안 견딜 수 있도록 하기 위해 세라믹의 흡수율을 조정하고, 임피던스를 크게 하였으며, 고밀도 에폭시를 사용하여 실링을 강화하였다. 또한, 내부 저항값을 줄이기 위해 활성알루미나를 사용하였고, 황화학물질의 누출로 인한 환경오염을 방지하기 위해 세라믹 구성성분을 조정(hydrogen sulfide ion trapper)하였다.
실험실 테스트를 통과한 고체기준전극을 실제 현장에 설치하여 타사 제품과의 방식전위값을 비교하였다. 개발된 제품과 비교 대상인 타사 제품과의 전위값을 확인한 결과는 Table 1과 같다.
대상 데이터
4. A test box used by a urban gas company.
또한, 차량 주행속도가 30km/h 이상에서도 정상적으로 데이터가 수신됨을 확인할 수 있었다[3]. 따라서, 이번 연구에서는 고체기준전극이 지속적으로 정상 적인 전위값을 나타내는지를 확인하기 위하여 실시간 무선통신을 이용한 원격전위측정 시스템을 한국 가스안전공사 교육원의 배관시험장에 설치하였다. Fig.
성능/효과
개발한 고체기준전극과 이미 국내에서 사용중인 타사 제품의 전압 출력값을 실험실에서 측정한 결과두 제품의 전압값이 동일하게 출력됨을 확인하였다.
개발한 고체기준전극을 이용하여 정류기 ON 및 OFF 상태의 방식전위를 측정하고 그 전송값을 확인한 결과, 현장에서 측정한 값과 전송된 값의 차이가 없음을 확인하였다. Fig.
따라서, 2차년도 목표인 모바일기기를 이용한 방식전위 측정 및 스마트폰 앱(app)을 통한 방식전위 관리가 가능함을 확인하였다.
차량을 이용한 통신거리테스트 결과는 이미 참고 논문[3]에서 확인한 바와 같이 100m까지는 100%의 전송률을 보였으며, 150m~300m까지는 99~93%의 전송률을 보였고, 350m이상에서는 89% 데이터 전송률을 보였다. 또한, 차량 주행속도가 30km/h 이상에서도 정상적으로 데이터가 수신됨을 확인할 수 있었다[3]. 따라서, 이번 연구에서는 고체기준전극이 지속적으로 정상 적인 전위값을 나타내는지를 확인하기 위하여 실시간 무선통신을 이용한 원격전위측정 시스템을 한국 가스안전공사 교육원의 배관시험장에 설치하였다.
본 연구에서는 국내에서 최초로 고체기준전극을 개발하고, 그 성능을 실험하기 위하여 실험실 테스트 및 현장 적용 테스트를 실시하였다. 실험실에서의 시험결과는 타 제품과 비교했을 때 전위측정 값의 신뢰도가 있음을 확인하였다.
앞에서 언급한 바와 같이 본 연구의 최종 목표는 도심에 설치된 테스트박스에 데이터로거를 설치하고, 측정한 방식전위값을 검사차량이 도로 위를 지나가면서 읽어오도록 하는 것이다. 차량을 이용한 통신거리테스트 결과는 이미 참고 논문[3]에서 확인한 바와 같이 100m까지는 100%의 전송률을 보였으며, 150m~300m까지는 99~93%의 전송률을 보였고, 350m이상에서는 89% 데이터 전송률을 보였다. 또한, 차량 주행속도가 30km/h 이상에서도 정상적으로 데이터가 수신됨을 확인할 수 있었다[3].
현장 적용 시험 결과에서도 방식전위 값이 정상 출력됨을 확인 할 수 있었으며, 무선통신을 통한 전송결과도 이상이 없음을 확인하였다.
후속연구
다만, 개발한 고체기준전극 시험결과의 객관성을 입증하기 위해서는 향후 외부 공인시험기관의 실험및 인증서가 필요하고, 개발된 고체기준전극의 현장 적용성 및 내구성 등을 좀 더 객관화하기 위해서는 4계절의 변화를 지켜본 후(최소 1년 이상이 경과한 후)에 현장의 방식전위를 재 측정할 필요가 있다고 판단된다. 또한, 고체기준전극의 매설심도에 따른 전위값의 변화, 내구성 및 IR- Drop이 제거된 방식 전위 측정 등 타 용도로의 사용 가능성 등을 확인하기 위해서는 배관이 매설된 깊이에 고체기준전극을 매설하고 방식전위의 변화를 확인해 볼 필요가 있을 것으로 판단된다.
다만, 개발한 고체기준전극 시험결과의 객관성을 입증하기 위해서는 향후 외부 공인시험기관의 실험및 인증서가 필요하고, 개발된 고체기준전극의 현장 적용성 및 내구성 등을 좀 더 객관화하기 위해서는 4계절의 변화를 지켜본 후(최소 1년 이상이 경과한 후)에 현장의 방식전위를 재 측정할 필요가 있다고 판단된다. 또한, 고체기준전극의 매설심도에 따른 전위값의 변화, 내구성 및 IR- Drop이 제거된 방식 전위 측정 등 타 용도로의 사용 가능성 등을 확인하기 위해서는 배관이 매설된 깊이에 고체기준전극을 매설하고 방식전위의 변화를 확인해 볼 필요가 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
도심에 설치된 T/B이 대부분 도로상에 설치 돼 있어 전위를 측정할 때 어려움을 겪는 이유는 무엇인가?
방식전위의 측정은 테스트박스(T/B)에서 실시하게 되는데, 도심에 설치된 T/B의 경우 대부분 도로상에 설치되어 있어 전위를 측정할 때 어려움이 있다. 즉, 교통량이 많은 도로에서 전위를 측정하기 위해서는 차량을 통제하거나, 교통량이 적은 심야에 실시해야 하는 등 어려움이 있다. 본 연구에서는 이러한 방식전위 측정의 문제점을 해결하기 위해 고체기준전극 및 무선통신기술을 이용한 원격전위 측정시스템 개발에 관한 연구를 수행하였다.
전기방식의 종류에는 무엇이 있는가?
전기방식의 종류에는 희생양극법, 외부전원법 및 배류법으로 나눌 수 있는데, 전기방식시설의 효과적인 유지관리를 위해 도시가스사업자는 관대지전위 (管對地電位) 등을 1년에 1회 이상 점검하도록 하고 있다. 관대지 전위를 측정하기 위해서는 전위측정용 터미널(T/B; 테스트 박스)을 설치하는데, 희생양극법 또는 배류법에 따른 배관에는 300m 이내의 간격으로, 외부전원법에 따른 배관에는 500m 이내의 간격으로 설치한다[2].
전기부식방지조치란?
지하매설 또는 수중에 설치하는 강관에는 부식으로 인한 악영향을 방지하기 위하여 KGS GC202 (가스시설 전기방식기준)에 따라 전기부식방지조치를 하여야 한다[1]. 전기부식방지조치는 일반적으로 전기방식이라 칭하고 있으며, KGS GC202에서는“전기방식(電氣防蝕)”이란 지중 및 수중에 설치하는 강 재배관 및 저장탱크 외면에 전류를 유입시켜 양극반응을 저지함으로써 배관의 전기적 부식을 방지하는 것으로 정의하고 있다[2].
참고문헌 (9)
KGS FS551 Facility/Technical/Inspection/Safety Diagnosis Code for Pipes Outside of Producing and Supplying Places of Urban Gas Business, 2015
KGS GC202 Code for Cathodic Protection of Gas Facilities, 2009
Jin-Jun Kim, Min-Sung Seo and Dong-Kyun Kim, "A Study on Development of Cathodic Protection on Underground Pipeline Measuring System", KIGAS, Vol 18, No. 5, 66-71, 2014
KGS, Cathodic protection inspection and work handling guidelines
KETE, "Development of solid reference electrode and testing system for cathodic protection of underground pipelines based on IoT", 2013
ANSI/NACE Standard RP0104-2004 Item No. 21105: Standard Recommended Practice, The Use of Coupons for Cathodic Protection Monitoring Applications
ISO 15589-1 Petroleum and natural gas industries- anodic protection of pipeline transportation systems -Part 1: On-land pipelines
NACE RP 0169 - Control of External Corrosion on Underground or Submerged Metallic Piping Systems.
KGS, "Direct Assessment Method for Buried Pipeline External Corrosion", 2011.
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