[논문]산업시설 배관 노후도 평가를 위한 배관 섹션화 방안 연구

민혁기; 김상범; 김병우; 김형기; 박률

doi:10.6110/kjacr.2015.27.2.103

산업시설 배관 노후도 평가를 위한 배관 섹션화 방안 연구
A Study of the Sectionalizing for Pipe Deterioration Evaluation in Industrial Facilities 원문보기

설비공학논문집 = Korean journal of air-conditioning and refrigeration engineering, v.27 no.2, 2015년, pp.103 - 111

민혁기 (인천국제공항공사) , 김상범 (효성에바라엔지니어링(주)) , 김병우 (효성에바라엔지니어링(주)) , 김형기 (효성에바라엔지니어링(주)) , 박률 (동의대학교 건축설비공학과)

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In general, no particularly well-established standards have been in place so far, for the method of evaluating the deteriorated level of pipes and ducts of industrial facilities. For that reason, the evaluation depends upon various studies which are based on the analysis of the residual life, thickness thinning, closure rate, and scale thickness that measure a few specific positions of pipes. It also depends upon the expertise in business operation and the specific techniques conducted by the inspection companies and institutions. This research introduces the concept of measuring units per section and the selection method of measurement points per section. Furthermore, specific methodologies were developed to plan and analyze deterioration level of industrial pipes and ducts by engineers and managers using a section map. Consequently, applying the outcomes from this study to the plant equipment of the incineration facility resulted in saving 42% of the repairing and remodeling cost.

주제어

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문제 정의

본 연구에서 기존의 국부적 배관 노후도 진단기법의 단점을 보완하고, 산업시설 현장기술자들이 배관진단을 효율적으로 수행할 수 있는 방안을 제시하고자 수행한 연구결과를 정리하면 다음과 같다.
본 연구에서는 기존의 설비적 관점의 계통단위 진단에 추가적으로 측정의 정밀성 및 경제성 개념을 적용하여 진단 단위를 계통에서 섹션 개념으로 개량하고자 한다.
향후 논문에서 기술될 노후도 판정 모델을 사용하여 동일 섹션에 초음파진단과 샘플진단을 동시에 적용하여 노후도 판정결과를 비교 분석하였다. 실험의 목적은 노후도 판정 모델이 초음파진단과 샘플진단 방법간의 노후도 판정결과에 유의한 차이가 없이 각기 독립적인 판정결과를 제공하여 최종적인 의사결정을 내릴 수 있는지를 알아보기 위함이다. 노후도 평가 모델에 대한 평가항목 및 산정식, 그리고 평가기준 수립 결과는 향후 논문에서 기술될 예정이다.
이에 본 연구에서는 기존의 국부적 배관 노후도 진단기법의 단점을 보완하고, 현장기술자들이 배관진단을 효율적이고 체계적으로 수행할 수 있는 방안을 제시하기 위해 산업시설 배관에 대한 계통 단위의 섹션화 개념을 적용한 진단기법을 개발하고자 한다.
이에 본 연구에서는 총 연장길이가 1,085 m인 인천공항 소각시설의 공정 용수 배관을 대상으로 이의 유효성을 검토하였다.

제안 방법

(1) 산업시설 배관의 설치 및 운전 특성을 고려하여 일반적으로 사용되는 옥내 급수관 등에 적용되는 계통단위 측정시스템에 섹션단위 개념을 도입하여 배관 섹션화, 배관 샘플링 검사, 섹션 맵 기법을 정립하고, 각각의 적용방법을 제시하였다.
배관 섹션 설정을 하면서 섹션맵 작성 작업을 동시에 진행하였다. 배관 섹션 설정 시 현장기술자는 각 섹션의 시작과 끝에 스프레이 페인트로 마킹을 표시하여 육안확인으로 섹션의 시점과 종점을 확인이 가능토록 하였다.
섹션화 기법의 네 번째인 독립구간 섹션화는 섹션 길이가 50∼200 m정도의 소그룹으로 나뉨에 따라 본 검증실험에서는 추가로 적용 분할하지 않았다.
다음으로는 위에서 기술된 섹션 설정 기준으로 섹션화의 방법을 기술해 보면, 첫 번째는 배관 계통을 먼저 파악하고, 이 후 공급처별 배관 라인을 파악하는 일이다. 시설자료, 설비 계통도, 배관 ISO 도면 등의 기초문헌자료를 확보하여 계통과 공급처별 라인 파악을 서류 검토와 현장 간이조사를 병행하여 수행한다. 이 과정을 통해 기본적으로 계통과 공급처별 라인의 명칭, 시작과 끝의 설치위치 정보, 압력, 유량 등을 파악하며 더불어 계통과 섹션의 길이, 밸브류, 피팅류 등의 부속 설비 정보 등을 알 수 있으면 좋다.
이를 위해 전술한 섹션 설정 기준을 적용하여 1개의 공정 용수배관 계통을 총 21개의 섹션으로 분할하여 Table 1과 같이 기존방식과 섹션화 방식에 의한 배관 노후도를 각각 평가하였다.
작성 방법은 계통도, ISO 도면 등의 설계자료를 활용할 수도 있으나 현장의 설치상태를 충분히 알기가 곤란하여 본 검증실험에서 사용한 방법으로는 배관 섹션화 작업시 현장에서 섹션의 시작과 끝을 최종 확인할 때 배관의 설치상태를 스케치 작업을 하였고, 직관적 패턴으로 기본적인 설치 루트를 담고자 하였다. 섹션맵에는 배관 설치도, 배관 길이, 섹션 분할점 정보, 초음파진단 및 샘플진단의 측정 포인트를 표시를 하였고 향후에는 배관의 부속류까지 자세한 설치수량의 업데이트가 필요하며, 주기적인 검사에서 이뤄지는 두께 측정과 부식의 진전, 노후도 측정결과를 표시하여 과년도의 시험결과와 최근의 시험결과가 쉽게 비교될 수 있도록 할 필요가 있다.
향후 논문에서 기술될 노후도 판정 모델을 사용하여 동일 섹션에 초음파진단과 샘플진단을 동시에 적용하여 노후도 판정결과를 비교 분석하였다. 실험의 목적은 노후도 판정 모델이 초음파진단과 샘플진단 방법간의 노후도 판정결과에 유의한 차이가 없이 각기 독립적인 판정결과를 제공하여 최종적인 의사결정을 내릴 수 있는지를 알아보기 위함이다.
현장관리자가 섹션화된 계통을 직관적으로 시각화된 패턴으로 확인하고 진단업무를 수립할 수 있도록 Fig. 5의 개발 개념으로 배관 섹션맵을 개발하였다.

대상 데이터

본 배관 섹션화 방법을 적용한 시설은 인천광역시 중구 운서동에 위치한 인천국제공항 자원회수시설로서 2001년 4월에 준공되어 현재 13년째 가동 중에 있는 폐기물 일 처리용량 70톤/일×2기 규모의 소각시설이다. 건축물로는 소각로 등의 플랜트시설이 집합되어 있는 공장동과 사무공간인 관리동, 정비동, 기타 건물로 구성되어 있다. 본 기법을 적용한 시설은 공정 용수 배관이 설치된 공장동으로 연면적 9,621 m²의 지하 2층, 지상 6층 규모의 건물이다.
건축물로는 소각로 등의 플랜트시설이 집합되어 있는 공장동과 사무공간인 관리동, 정비동, 기타 건물로 구성되어 있다. 본 기법을 적용한 시설은 공정 용수 배관이 설치된 공장동으로 연면적 9,621 m²의 지하 2층, 지상 6층 규모의 건물이다. 총연장 길이 1,085 m, 급수용량 2.
본 배관 섹션화 방법을 적용한 시설은 인천광역시 중구 운서동에 위치한 인천국제공항 자원회수시설로서 2001년 4월에 준공되어 현재 13년째 가동 중에 있는 폐기물 일 처리용량 70톤/일×2기 규모의 소각시설이다.
1은 평가기술의 완성에 필요한 단계별 요소기법 개발과 현장 적용 실험까지의 연구개발 절차를 나타내고 있다. 본 연구에서는 배관 섹션화 기법, 섹션 샘플링 검사기법, 배관 섹션맵 개발 및 이의 현장 적용사례를 대상으로 하였다.
본 기법을 적용한 시설은 공정 용수 배관이 설치된 공장동으로 연면적 9,621 m²의 지하 2층, 지상 6층 규모의 건물이다. 총연장 길이 1,085 m, 급수용량 2.93톤/hr, 4 kg/cm²의 공정 용수 배관으로 6층의 고가수조탱크에서 자연유하방식으로 각 수요처에 공급해주고 있는데, 다수의 국부적 부식마모로 교체 내지 보수가 필요한 상황이다.

성능/효과

(2) 인천공항 자원회수시설에 적용한 결과, 기존 계통 단위 진단 시에는 배관을 전체 교체해야 함에 따라 375백만 원의 보수비용이 소요되었지만, 섹션화 방법을 적용할 경우 교체 수량이 약 33% 감소되고, 비용은 219백만 원으로 기존방식에 비해 42% 절감 되는 것으로 나타났다.
결론적으로, 산업시설 배관 및 덕트에 대해서 산업 시설 설치운영 특성을 고려하여 초음파탐상시험과 샘플 채취 진단을 단계별로 구분하지 않고 동시에 독립적으로 사용함으로써 시간 비용이 경제적이고 효율적인 진단업무 수행이 가능함을 보여주고 있다.
반면에 섹션단위 진단 방법에 의한 노후도 판정등급은 총 21개의 섹션 측정결과로 세분화되어 측정결과의 정밀성과 신뢰성이 향상되었고, 교체는 465 m(43%), 갱생은 558 m(51%), 계속사용은 62 m(6%)로 나타나 제 2.2.2절에서 가정한 “계통 내 구간별 노후화는 서로 다르게 진행한다”는 가정과 일치함을 알 수 있다.
11을 제외하고 모두 일치하고 있다. 실험배치 회수가 5개로 한정되어 통계적으로 유의한 결과로 하기는 어려우나 본 실험 결과만으로는 80%의 노후도 판정이 일치하고 있는 것으로 나타났다.

후속연구

지금까지는 초음파진단이 사전정밀진단의 개념으로 이용되어져 오고 최종적인 의사결정은 샘플진단으로 결정하는 모델방식을 취하여 왔다. 그러나 향후 별도의 논문에서 기술될 산업시설 배관에 대한 노후도 판정 모델은 초음파진단과 샘플진단을 각기 독립적으로 또는 동시에 적용할 수 있는 모델을 수립하여 초음파진단과 샘플진단의 각 측정결과가 동일한 결과를 나타낼 수 있도록 모델을 개발함으로써, 초음파진단과 샘플진단의 동시 적용의 이점을 살릴 것이다.
실험의 목적은 노후도 판정 모델이 초음파진단과 샘플진단 방법간의 노후도 판정결과에 유의한 차이가 없이 각기 독립적인 판정결과를 제공하여 최종적인 의사결정을 내릴 수 있는지를 알아보기 위함이다. 노후도 평가 모델에 대한 평가항목 및 산정식, 그리고 평가기준 수립 결과는 향후 논문에서 기술될 예정이다.
상기 문헌조사 사례는 옥내 급수관 계통에 적합한 사례로서 서론에서 기술했듯이 본 연구의 대상시설인 산업시설의 배관과는 설치와 운영 특성이 달라 일률적으로 적용하기는 곤란하다. 산업시설 배관 및 덕트의 운영 특성을 반영하고 시설관리자 또는 현장기술자가 적용하기에 용이한 측정점 선정기준을 제시하고 개량함으로써 본 평가기술의 현장 적용성을 높여줄 것이다.
작성 방법은 계통도, ISO 도면 등의 설계자료를 활용할 수도 있으나 현장의 설치상태를 충분히 알기가 곤란하여 본 검증실험에서 사용한 방법으로는 배관 섹션화 작업시 현장에서 섹션의 시작과 끝을 최종 확인할 때 배관의 설치상태를 스케치 작업을 하였고, 직관적 패턴으로 기본적인 설치 루트를 담고자 하였다. 섹션맵에는 배관 설치도, 배관 길이, 섹션 분할점 정보, 초음파진단 및 샘플진단의 측정 포인트를 표시를 하였고 향후에는 배관의 부속류까지 자세한 설치수량의 업데이트가 필요하며, 주기적인 검사에서 이뤄지는 두께 측정과 부식의 진전, 노후도 측정결과를 표시하여 과년도의 시험결과와 최근의 시험결과가 쉽게 비교될 수 있도록 할 필요가 있다. Fig.
인천국제공항 자원회수시설의 공정 용수 배관에 배관 섹션화 방법의 적용시험을 하고, 향후 논문에는 노후도 평가 모델을 적용하여 섹션별 측정 결과 분석에 의해 정량적인 노후도 평가 결과를 도출하고 적절한 보수방안을 제시하고자 한다.
지금까지 산업시설 배관에 적용할 수 있는 진단 단위에 있어서 기존의 계통단위 진단방법 대비 측정의 정밀성과 경제성이 향상된 섹션단위 측정시스템의 설정방법을 알아보았고, 향후 산업시설 배관 및 덕트 분야에 대한 노후도 진단 시 적용할 수 있는 노후도 평가모델 개발과 현장 적용내용을 추가하여 본 연구결과가 산업시설 배관에 대한 평가기준 확립에 기초자료로 활용될 수 있기를 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	배관의 노후도 평가연구를 분야별로 나누면 어떠한가?	배관의 노후도 평가연구에 대하여 분야별로 나누어보면, 송․배수관, 즉, 상하수도관에 대해서는 국책 연구로서 주요한 자료 축적이 진행되고 있으며, 반면에 건축물의 옥내 급수관의 경우는 최근들어 활발히 진행 되고 있다. 또 다른 분야로서 산업시설 배관은 설비별로 개별적인 노후도 진단기술이 연구되어져 오고 있다. 이는 산업시설 배관의 종류가 다양하고, 재질, 매체, 운전조건별 특성에 따라 노후도 평가 모델을 달리하고 있기 때문이다.
	주요한 취약부위의 선정기준은 어떠한가?	① 입상관 ② 고가수조 출구부근 ③ 압력조절밸브 등과 같이 유체흐름이 급격히 변화하는 부위 또는 압력변화가 심한 부위 ④ 간헐운전 배관부위 또는 정상운전 시 유체흐름이 없이 정체되는 부위 ⑤ 유속이 빠른 부위나 노즐 부위
	산업시설 용수 배관이나 원형 공기 덕트에 대한 노후도 평가기준은 어떠한 실정인가?	특히 산업시설 용수 배관이나 원형 공기 덕트에 대한 노후도 평가기준에 대해서는 특별히 확립되어 있지 않고 일반적으로 배관의 노후도 측정에 사용되는 두께 감육, 폐쇄율, 스케일 두께에 따른 잔존수명분석 등의 여러 가지 기존 연구결과를 활용하거나 개별 사업장의 운영 노하우 또는 진단업체의 자체 기술에 의존하고 있는 상황이다. 이로 인해 현장에서는 체계적인 진단을 하기 보다는 누수나 부식이 심한 부위가 발생하였을 때 해당 부위를 부분적으로 보수하는 경우가 많으며, 배관의 건전성 진단을 수행하더라도 노후화된 배관 몇 개소의 측정결과에 따라 전체 배관을 교체하는 경제적 부담을 안는 등 배관의 건전성 진단도 체계적이지 못한 실정이다.

참고문헌 (7)

Cho, C. S. and Kim, T. H., 2001, A study on the diagnosis and renovation of the mechanical facilities system, Korea Institute of Construction Technology.
Park, Y., 2011, A study of the evaluation for pipe deterioration in apartment, Journal of the Regional Association of Architectural Institute of Korea, Vol. 13, No. 1, pp. 197-204.
Cho, C. S., Shin, H. J., and Kim, C. Y., 2001, A study on the diagnosis and renovation of the mechanical facilities system, Proceedings of the SAREK 2001 Winter Conference, pp. 519-524.
KICT, 2002, Development of the integrated nondestructive diagnosis technique for the state diagnosis and evaluation of deteriorated service pipe in the building, Korea Institute of Construction Technology.
Korea Occupational Safety and Health Agency, 2008, Pipe thickness calculation and evaluation technical guidance technology.
Ministry of Environment, 2008, Water supply diagnostic manual, Regeneration specifications standard of estimate.
Ministry of Environment, 2008, Final report of demonstration project applied the technology of pipe water line diagnostics apply cleaning and regeneration, Advanced water treatment corporation.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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