국내에서는 연료 가스 배관용 탄소강관으로 KS D 3631의 기준을 따르도록 되어있으며, 탄소강관이 지하에 매설되는 경우 부식을 방지하기 위해 강관에 합성수지로 피복을 한다. 피복은 부식 방지 조치를 하는 것으로 압축된 연료가스를 이송하는데 필요한 강도는 원관인 탄소강관이 그 역할을 수행한다. 따라서 탄소강관에 결함이 발생하였을 때, 그 결함에 따른 강도를 평가하는 것이 중요한데 국내에는 잔존강도를 평가하기 위한 방법이 부족하다. 결국 국외 기준인 DNV RP F101 또는 ASME B31G의 기준에 따라 잔존강도를 평가하는데, 그 결과가 국내 배관에 적용 타당성이 있는지 검증이 부족하며, 85% 이상의 결함에 대해서는 예측 할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 KS D 3631의 배관을 이용하여 인위적 결함을 가공하여 잔존강도를 평가하기 위한 실험을 수행하였다. 그 결과 폭에 따라서 일정한 잔존강도의 차이를 보이며, 국내 연료 가스용 배관에는 DNV RP F101이 적합하다는 결론을 도출하였다. 본 연구의 결과는 결함 깊이가 큰 경우에 대한 결과와 타당한 국의 기준을 파악하기 위한 결과를 포함하고 있어, 배관의 잔존강도를 이용한 위험성 평가 등에 유용하게 활용될 것으로 기대한다.
국내에서는 연료 가스 배관용 탄소강관으로 KS D 3631의 기준을 따르도록 되어있으며, 탄소강관이 지하에 매설되는 경우 부식을 방지하기 위해 강관에 합성수지로 피복을 한다. 피복은 부식 방지 조치를 하는 것으로 압축된 연료가스를 이송하는데 필요한 강도는 원관인 탄소강관이 그 역할을 수행한다. 따라서 탄소강관에 결함이 발생하였을 때, 그 결함에 따른 강도를 평가하는 것이 중요한데 국내에는 잔존강도를 평가하기 위한 방법이 부족하다. 결국 국외 기준인 DNV RP F101 또는 ASME B31G의 기준에 따라 잔존강도를 평가하는데, 그 결과가 국내 배관에 적용 타당성이 있는지 검증이 부족하며, 85% 이상의 결함에 대해서는 예측 할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 KS D 3631의 배관을 이용하여 인위적 결함을 가공하여 잔존강도를 평가하기 위한 실험을 수행하였다. 그 결과 폭에 따라서 일정한 잔존강도의 차이를 보이며, 국내 연료 가스용 배관에는 DNV RP F101이 적합하다는 결론을 도출하였다. 본 연구의 결과는 결함 깊이가 큰 경우에 대한 결과와 타당한 국의 기준을 파악하기 위한 결과를 포함하고 있어, 배관의 잔존강도를 이용한 위험성 평가 등에 유용하게 활용될 것으로 기대한다.
The standard(KS D 3631) should be obey for using fuel gas pipe in Korea and a carbon steel pipe is coated with synthetic resine for protecting the corrosion. The coating is just performed for anti-corrosion, and actual strength of pipe is given by the carbon steel pipe when the fuel gas is transport...
The standard(KS D 3631) should be obey for using fuel gas pipe in Korea and a carbon steel pipe is coated with synthetic resine for protecting the corrosion. The coating is just performed for anti-corrosion, and actual strength of pipe is given by the carbon steel pipe when the fuel gas is transported. When the flaws are occurred in the steel pipe, the estimation method which is used for residual strength is necessary. But the suitable method is not exist for applying the fuel gas pipe. Eventually, the residual strength is estimated by overseas regulation such as ASME B31G or DNV RP F101. But the method based on the relative regulations are not sufficiently valid and it can not estimate the 85% over even. Therefore, the test was performed for validation with pipe specimen. The specimen was made with artificial flaw. The test results showed the certain differences according to flaw depth and DNV RP F101 is suitable to estimate the residual strength in Korea. The results in this paper contain in case of the severe flaw depth and suitable mode for Korea, so the result can be expected as valuable and widely used in various field.
The standard(KS D 3631) should be obey for using fuel gas pipe in Korea and a carbon steel pipe is coated with synthetic resine for protecting the corrosion. The coating is just performed for anti-corrosion, and actual strength of pipe is given by the carbon steel pipe when the fuel gas is transported. When the flaws are occurred in the steel pipe, the estimation method which is used for residual strength is necessary. But the suitable method is not exist for applying the fuel gas pipe. Eventually, the residual strength is estimated by overseas regulation such as ASME B31G or DNV RP F101. But the method based on the relative regulations are not sufficiently valid and it can not estimate the 85% over even. Therefore, the test was performed for validation with pipe specimen. The specimen was made with artificial flaw. The test results showed the certain differences according to flaw depth and DNV RP F101 is suitable to estimate the residual strength in Korea. The results in this paper contain in case of the severe flaw depth and suitable mode for Korea, so the result can be expected as valuable and widely used in various field.
따라서 본 연구에서는 각 기준을 비교하고, 손상 깊이가 80% 이상인 경우를 가정하여 실험 시편을 제작하였으며, 이를 토대로 국내 실정에 적합한 잔존강도 평가 방법에 대한 내용을 서술하고자 한다.
가설 설정
시편 내부압력이 측정 위치와 동일함을 가정하고, 정압력에 의해 파열됨을 확신해야 함은 잔존강도의 평가에 있어서 매우 중요한 요소이다. 잔존강도의 평가에 있어 사용되는 변수는 구조 및 치수와 물성이며, 이를 토대로 파열 압력을 예측하는 것이기 때문이다.
제안 방법
결함 깊이, 길이, 폭에 따른 실험을 16회에 걸쳐 수행하였으며, 실험결과를 ASME와 DNV와 비교하여 분석하였다.
본 실험에서는 국내 연료가스용 배관으로 주로 사용되는 200A 및 300A배관(호칭지름 기준)에 대해 실험하는 것으로, 실제 거동유체는 압축성 유체이나 압축성 유체로 파열시험을 수행하는 것은 위험성이 너무 커 수압을 이용한 방법을 채택하였으며, KS D 3631에 명시된 배관의 주요 사양을 요약하면 다음과 같다.
이론/모형
수조식 시험은 가압에 따른 체적팽창량 및 영구변형률을 측정 할 수 있으나, 시험 시편을 수조에 완전히 잠기도록 하고 있어 시편이 큰 경우에는 적합하지 않다. 따라서 본 연구에서 채택한 방법은 비수조식 수압파열 시험이다.
성능/효과
① 손실 깊이가 깊어지는 경우(80% 이상)에 손실 폭이 3mm 일 때, DNV RP F101이 실험과 가장 유사한 경향과 값을 나타냄
② 폭이 증가하는 경우 잔존강도는 일정하게 감소하는데, 3mm와 5mm는 약 3~5barG의 차이를 보임
③ 300A 배관은 95% 손실 깊이에서도 10barG 이상의 파열압력을 갖지만, 200A 배관은 10barG 미만의 파열 압력을 갖음
위의 결과에서 알 수 있듯이 국내 연료가스용 탄소강관의 잔존강도의 평가에 있어, 실험결과와 비교하면 DNV RP F101이 가장 적합하며, 이는 연강의 특성과 bulging factor에 기인한 것이다. 또한 결함 폭에 대해서도 특정한 차이를 보인다.
후속연구
본 연구의 결과는 국부부식에 의한 탄소강관의 잔존강도 평가를 위해 국내에 도시가스 배관으로 사용되는 KS D 3631(연료 가스 배관용 탄소강관)의 재질에 인위적 흠을 가공하여, 수압파열시험을 수행한 것으로 추후 위험성 평가 등 다양한 분야에서 유용하게 활용될 것으로 기대한다.
또한 결함 폭에 대해서도 특정한 차이를 보인다. 추후 연구에서는 결함 폭에 대한 가중치를 적용하는 방법에 대한 논의가 이뤄져야 할 것이며, 본 연구의 결과는 향후 국내 가스 배관의 잔존강도 평가 방법의 확립에 있어 중요한 기초자료가 될 것으로 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
피복은 일반적으로 폴리에틸렌(PE) 등의 합성수지를 이용하는데, 그 이유는 무엇인가?
연료가스용 탄소강관은 피복강관(PLP)이 주로 사용되는데 피복강관의 원관(inner pipe)은 탄소강관이 사용된다. 피복은 일반적으로 폴리에틸렌(PE) 등의 합성수지를 이용하는데, 이는 강도보강(strength enhance)의 측면보다 부식을 방지하기 위한 방식조치를 위한 조치이다.[1]
피복이 손상되면 부식이 진행되는데 토양의 성격에 따라 어떤 문제가 나타나는가?
피복이 손상되면 부식이 진행되는데, 토양의 성격에 따라 달라진다. 토양의 환경이 부식성이 클 경우(다량의 화학적 부식 성분 함유 및 수분 함량) 궁극적으로는 국부부식이 발생하여 기계적 강도를 저하시키고 ,이는 연료가스가 흐르는 배관의 파손 등 심각한 안전상의 문제를 초래할 수 있다.
연료가스용 탄소강관에 주로 무엇이 사용되는가?
연료가스용 탄소강관은 피복강관(PLP)이 주로 사용되는데 피복강관의 원관(inner pipe)은 탄소강관이 사용된다. 피복은 일반적으로 폴리에틸렌(PE) 등의 합성수지를 이용하는데, 이는 강도보강(strength enhance)의 측면보다 부식을 방지하기 위한 방식조치를 위한 조치이다.
참고문헌 (5)
Kim, J. J., Seo, M. S.., and Kim, D. K., "A Study on Development of Cathodic Protection on Underground Pipeline Measuring System", KIGAS, 18(5), 66-71, (2014)
Bae, C. H., Kim, J. H., Woo, H. M., and Hong, H. S., "Development of Residual Tensile Strength Prediction Model for Metallic Water Pipes", KGES, 9(3), 17-28, (2008)
Bae, C. H., Kim, J. H., Kim, J. H., and Hong, S. H., "Assessment of External and Internal Corrosion Growth Rate for Metallic Water Pipes", KGES, 9(1), 17-25, (2008)
Kim, Y. S., Lee, T. K., Nam, J. S.. Park K. Y., and Kim, K. Y., "A Study on the Residual Mechanical Properties of Fiber Reinforced Concrete with High Temperature and Load", KCI, 23(3), 321-330, (2011)
Kim, K. I., Yeom, Y. J., Kim, Y. P., Kim W. S., andOh, K. H., "Stress Analysis of Arctic Thaw Settlement with Gas Pipeline using Finite Element Method", KIGAS, 18(5), 78-84, (2014)
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