도시가스사업법령에서는 매설된 강관에는 부식을 방지하기 위하여 전기방식 조치를 하도록 하고 있다. 미국 등 국외에서 방식전위기준은 방식전류가 흐르는 상태에서 포화황산동 기준전극으로 -850 mV(On potential) 이하로 하도록 하고 있으며, 이 경우 전압강하(IR-Drop)를 고려하도록 하고 있다. 그러나, 국내의 방식전위 기준은 포화황산동 기준전극으로 -850mV 이하로 하도록 규정하고 있을 뿐, 전압강하를 고려하도록 규정하고 있지 않다. 다만, KGS GC202에서 가스시설에 대한 전위측정은 가능한 한 가스시설과 가까운 위치에서 기준전극으로 실시하도록 하고 있다. 본 연구에서는 기준전극을 매설배관 주위, 지표면 및 지표면 하부 50cm에 각각 설치하여 방식전위를 측정하고, 측정위치에 따른 전위값을 비교하여 전압강하를 분석하였다. 전위 측정결과 기준전극을 매설배관 가까이에 위치하였을 때 IR-Drop이 가장 적고, 지표면에 기준전극을 위치할 때 IR-Drop 값이 가장 큼을 확인하였다. 따라서, 고체기준전극을 매설하는 경우에는 가능한 한 매설배관 가까이에 설치할 것을 제안하였다. 또한, 기존에 설치된 배관의 원격전위 측정을 위해서는 기존에 설치된 전위측정용터미널(T/B) 하부에 고체기준전극을 매설할 수 있도록 전기방식 기준전극 설치 기준 개정(안)을 제시하였다.
도시가스사업법령에서는 매설된 강관에는 부식을 방지하기 위하여 전기방식 조치를 하도록 하고 있다. 미국 등 국외에서 방식전위기준은 방식전류가 흐르는 상태에서 포화황산동 기준전극으로 -850 mV(On potential) 이하로 하도록 하고 있으며, 이 경우 전압강하(IR-Drop)를 고려하도록 하고 있다. 그러나, 국내의 방식전위 기준은 포화황산동 기준전극으로 -850mV 이하로 하도록 규정하고 있을 뿐, 전압강하를 고려하도록 규정하고 있지 않다. 다만, KGS GC202에서 가스시설에 대한 전위측정은 가능한 한 가스시설과 가까운 위치에서 기준전극으로 실시하도록 하고 있다. 본 연구에서는 기준전극을 매설배관 주위, 지표면 및 지표면 하부 50cm에 각각 설치하여 방식전위를 측정하고, 측정위치에 따른 전위값을 비교하여 전압강하를 분석하였다. 전위 측정결과 기준전극을 매설배관 가까이에 위치하였을 때 IR-Drop이 가장 적고, 지표면에 기준전극을 위치할 때 IR-Drop 값이 가장 큼을 확인하였다. 따라서, 고체기준전극을 매설하는 경우에는 가능한 한 매설배관 가까이에 설치할 것을 제안하였다. 또한, 기존에 설치된 배관의 원격전위 측정을 위해서는 기존에 설치된 전위측정용터미널(T/B) 하부에 고체기준전극을 매설할 수 있도록 전기방식 기준전극 설치 기준 개정(안)을 제시하였다.
According to the urban gas business legislation, cathodic protection systems should be applied for buried steel gas pipelines to prevent corrosion. In advanced countries including United States, the criteria for Cathodic Protection Potential is at least -850mV with respect to a saturated copper/copp...
According to the urban gas business legislation, cathodic protection systems should be applied for buried steel gas pipelines to prevent corrosion. In advanced countries including United States, the criteria for Cathodic Protection Potential is at least -850mV with respect to a saturated copper/copper sulfate electrode(CSE) when the CP applied, and the IR drops must be considered for valid interpretation. However, the IR drop through the pipe to soil boundary has been neglected in Korea. According to KGS code, a reference electrode must be placed in proximity to gas pipelines possible when measuring the CP potential. In this study, we have installed several solid reference electrodes around the buried pipeline(1.2m depth), lower surface(0.5m depth), and the surface individually in order to measure the CP potentials through the each reference electrode and find out the IR drops according to the location of each reference electrode. We have found the IR drop is the greatest when measuring the CP potential through the electrode placed on the ground and the IR drop is the smallest through the electrode installed near pipeline. Therefore, we have suggested the solid reference electrode should be installed as close as possible to buried pipeline in order to measure the correct CP potential without IR drop. We have also suggested the amendment of CP criteria considering IR drop.
According to the urban gas business legislation, cathodic protection systems should be applied for buried steel gas pipelines to prevent corrosion. In advanced countries including United States, the criteria for Cathodic Protection Potential is at least -850mV with respect to a saturated copper/copper sulfate electrode(CSE) when the CP applied, and the IR drops must be considered for valid interpretation. However, the IR drop through the pipe to soil boundary has been neglected in Korea. According to KGS code, a reference electrode must be placed in proximity to gas pipelines possible when measuring the CP potential. In this study, we have installed several solid reference electrodes around the buried pipeline(1.2m depth), lower surface(0.5m depth), and the surface individually in order to measure the CP potentials through the each reference electrode and find out the IR drops according to the location of each reference electrode. We have found the IR drop is the greatest when measuring the CP potential through the electrode placed on the ground and the IR drop is the smallest through the electrode installed near pipeline. Therefore, we have suggested the solid reference electrode should be installed as close as possible to buried pipeline in order to measure the correct CP potential without IR drop. We have also suggested the amendment of CP criteria considering IR drop.
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문제 정의
따라서, 방식전위를 측정할 때 기준전극은 가능한 한 배관과 가까운 위치에 위치하도록 하여야 전압강하(IR Drop)로 인한 측정오차를 줄이고 정확한 방식전위를 측정할 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 고체기준전극을 배관 가까이에 매설할 수 있도록 하는 기준 개정(안)을 제시하였다. 또한, 국내에서는 분극전위 또는 Iinstant off 상태에서의 전위 규정을 명시하고 있지 않으므로, 미국, 캐나다, 일본 등 국제 기준과의 부합화를 위해 Instant off 전위 기준을 신설하는 개정(안)을 제시하였다.
제안 방법
IR Drop 값을 측정하기 위하여 배관 시험장에서 2회에 걸쳐 매설배관의 방식전위를 측정하였다. Fig. 6의 번호 1부터 5까지에 설치된 테스트박스에서 방식 전위를 지하 1.6m에 설치된 고체기준전극, 지하 0.5m 에 설치된 고체기준전극, 그리고 지상에 설치된 포화 황산동 기준전극을 기준으로 배관의 방식전위를 각각 측정하였다. 테스트베드의 전기방식은 희생양극법과 외부전원법으로 병행설치하였으므로 정류기를 OFF 한 상태에서의 방식전위값(P/S potential)은 희생양극법에 의한 방식전위값이 측정되었다.
IR Drop 값을 측정하기 위하여 배관 시험장에서 2회에 걸쳐 매설배관의 방식전위를 측정하였다. Fig.
기준전극의 위치에 따른 배관의 방식전위(P/S potential) 값의 차이를 측정하기 위하여 Fig. 7과 같이 배관의 주위(1.2m)에 고체 기준 전극을 설치하고, Fig. 8과 같이 테스트박스 옆 또는 하부에 지면으로부터 50cm 아래에도 고체기준전극을 매설 설치하였다.
따라서, 미국, 캐나다, 일본 등에서 사용하는 방식전위 기준을 반영하여 국제기준과 부합하도록 다음과 같이 instant off 전위 기준을 신설하는 개정(안)을 제시하였다.
6m 아래) 및 전위측정용터미널(T/B 또는 테스트박스라고도 함) 하부 50cm 지점에 고체기준전극을 설치하고, 설치된 기준전극을 이용하여 방식전위(P/S 전위, Pipe-to-Soil potential)를 측정하였다. 또한, 지표면에 포화황산동 기준전극을 접하도록 하여 지표면에서의 방식전위를 측정하고, 기준전극의 위치(측정위치)에 따른 방식전위값을 비교하고 전압강하를 분석하였다. 또한, 전압강하 분석 결과 기존의 방식전위 측정의 문제점을 제시하였으며, 이를 보완하기 위한 방식전위 측정기준 개정(안)을 제시하였다.
본 연구에서는 고체 기준전극을 이용하여 매설배관의 주위(지면으로부터 1.6m 아래) 및 전위측정용터미널(T/B 또는 테스트박스라고도 함) 하부 50cm 지점에 고체기준전극을 설치하고, 설치된 기준전극을 이용하여 방식전위(P/S 전위, Pipe-to-Soil potential)를 측정하였다. 또한, 지표면에 포화황산동 기준전극을 접하도록 하여 지표면에서의 방식전위를 측정하고, 기준전극의 위치(측정위치)에 따른 방식전위값을 비교하고 전압강하를 분석하였다.
본 연구에서는 고체기준전극을 이용하여 매설배관의 방식전위를 측정하고, 기준전극의 위치에 따른 전위값을 비교하고 전압강하(IR Drop)를 분석하였다. 전압강하(IR Drop)란 옴의 법칙(V= IR)에 따라 전류가 토양과 같은 저항을 통과할 때 발생하는 전압을 말하는 것으로 기준전극과 매설배관과의 거리가 멀수록 전압강하는 큰 것을 확인하였다.
본 연구에서는 국내의 토양에서 발생하는 IR Drop 을 측정하고, 그 값을 분석하기 위하여 방식전위 시험을 위한 테스트베드를 Fig. 6과 같이 구축하였다. Fig.
실제 배관이 설치된 현장에서의 IR drop 값을 분석하기 위해 고체기준전극을 매설한 울산의 현장을 찾아 기준전극 위치별 방식전위를 측정하고 분석하였다. Table 4는 A지역과 B 지역에서 각각 측정한 기준전극 위치별 방식전위 측정값을 나타내며, Fig.
국외의 방식전위기준(Cathodic Protection Criteria) 은 주로 미국의 NACE International 기준을 따르고 있으나, 각국의 기준이 동일하지는 않다[6,7]. 여기에서는 국제기준을 비롯하여 미국, 영국, 호주, 캐나다 및 일본의 방식전위 기준을 검토하였다.
이론/모형
또한, 국내에서는 분극전위 또는 Iinstant off 상태에서의 전위 규정을 명시하고 있지 않으므로, 미국, 캐나다, 일본 등 국제 기준과의 부합화를 위해 Instant off 전위 기준을 신설하는 개정(안)을 제시하였다. 본 연구에서 제시한 기준은 KGS GC202(2015)에 반영되었다.
성능/효과
전압강하(IR Drop)란 옴의 법칙(V= IR)에 따라 전류가 토양과 같은 저항을 통과할 때 발생하는 전압을 말하는 것으로 기준전극과 매설배관과의 거리가 멀수록 전압강하는 큰 것을 확인하였다. 따라서, 방식전위를 측정할 때 기준전극은 가능한 한 배관과 가까운 위치에 위치하도록 하여야 전압강하(IR Drop)로 인한 측정오차를 줄이고 정확한 방식전위를 측정할 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 고체기준전극을 배관 가까이에 매설할 수 있도록 하는 기준 개정(안)을 제시하였다.
또한, 지표면에 포화황산동 기준전극을 접하도록 하여 지표면에서의 방식전위를 측정하고, 기준전극의 위치(측정위치)에 따른 방식전위값을 비교하고 전압강하를 분석하였다. 또한, 전압강하 분석 결과 기존의 방식전위 측정의 문제점을 제시하였으며, 이를 보완하기 위한 방식전위 측정기준 개정(안)을 제시하였다.
그러나, 정류기를 OFF 한 상태에서의 기준전극의 위치에 따른 방식전위값의 차이는 Table 3에서 보는 바와 같이 최대 58mV로 ON 상태에서의 전압강하(IR drop) 보다는 작았다. 즉, 정류기를 켠 상태에서의 IR Drop 값이 크게 나타남을 확인할 수 있었다. 이는 IR Drop은 전류에 비례하므로 전류의 크기를 크게 할수록 IR Drop이 커짐을 알 수 있었다.
후속연구
개정된 기준에 따라 도시가스사업자는 고체기준전극을 배관 가까이에 매설하여 IR Drop이 제거된 방식 전위를 측정할 수 있으며, 원격으로 방식전위를 측정하고 관리할 수 있을 것으로 보인다. 또한, 향후 차량 등을 이용한 원격 전위 측정 기술이 개발될 때 배관 가까이에 매설된 고체 기준전극을 이용하여 방식전위를 측정하는 경우 보다 더 정확한 방식 전위를 측정하고 관리할 수 있을 것으로 판단된다. 아울러 지면에 위치한 포화황산동 기준전극을 이용하여 방식전위를 측정하는 것보다 정확한 전위를 측정할 수 있어서 배관 건전성 관리에도 도움이 될 것으로 판단된다.
또한, 향후 차량 등을 이용한 원격 전위 측정 기술이 개발될 때 배관 가까이에 매설된 고체 기준전극을 이용하여 방식전위를 측정하는 경우 보다 더 정확한 방식 전위를 측정하고 관리할 수 있을 것으로 판단된다. 아울러 지면에 위치한 포화황산동 기준전극을 이용하여 방식전위를 측정하는 것보다 정확한 전위를 측정할 수 있어서 배관 건전성 관리에도 도움이 될 것으로 판단된다.
앞에서 살펴본 바와 같이 보다 정확한 방식전류를 측정하기 위해서는 기준전극을 배관과 가장 가까운 곳에 설치할 필요가 있다. 호주의 AS 2832.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
방식을 위한 전위는 국내에서는 어떠한 상태가 되도록 하는가?
국내의 경우 방식을 위한 전위는 방식전류가 흐르는 상태(On 전위)에서 토양중에 있는 배관의 방식전위가 -0.85V 이하가 되도록 하고 있다.[3] 미국, 일본 및 국제기준 등에서는 국내의 경우와 달리 방식전류가 흐르는 상태(On 전위) 뿐만 아니라 방식전류가 일시 적으로 흐르지 않는 상태(Off 전위, 분극전위)에서의 방식전위 기준을 규정하고 있다[4].
KGS GC202에서 정의한 전기방식이란?
KGS GC202 (가스시설 전기방식기준)에 따라 지하 매설 또는 수중에 설치하는 강관에는 부식으로 인한 악영향을 방지하기 위하여 전기부식방지조치를 하여야 한다[1]. 전기부식방지조치는 일반적으로 전기방식이라 칭하고 있으며, KGS GC202에서는“전기방식 (電氣防蝕)”이란 지중 및 수중에 설치하는 강재배관 및 저장탱크 외면에 전류를 유입시켜 양극반응을 저지함으로써 배관의 전기적 부식을 방지하는 것으로 정의하고 있다[2,3].
참고문헌 (14)
KGS FS551 Facility/Technical/Inspection/Safety Diagnosis Code for Pipes Outside of Producing and Supplying Places of Urban Gas Business, (2015)
Young-Don Ryou, Jin-Jun Kim, and Dong-Kyun Kim, "A Study on the Development of Solid Reference Electrode and Remote Protection Potential Measuring System", KIGAS, Vol 19, No. 3, 38-43, (2015)
KGS GC202 Code for Cathodic Protection of Gas Facilities, (2009)
Young-Don Ryou, JinHan Lee, Young-Do Jo, Yeon-Jae Lee, "A Research on the Method of Cathodic Protection Measurement Using Solid Reference Electrodes", Autumn Conference of KOSEE, (2015)
KGS, Cathodic protection inspection and work handling guidelines
Fengmei (Frank) Song, Hui Yu, "Review Of CP Criteria In Five Standards", Pipeline & Gas Journal, Vol. 238, No. 12, December (2011)
N.Dennis Burke, "A Review Of Cathodic Protection Criteria", CORRPRO company, 1986
NACE SP0169, "Control of External Corrosion on Underground or Submerged Metallic Piping Systems", (2007)
ISO 15589-1, "Petroleum and natural gas industries - Cathodic protection of pipeline transportation systems - Part 1 : On-land pipelines", (2003)
BS EN 12954, "Cathodic protection of buried or immersed metalic structures - General principles and application for pipelines", (2001)
AS 2832.1, "Cathodic protection of metals - Part 1 : Pipes and cables", (2004)
OCC, "Control of External corrosion on buried or Submerged Metallic Piping Systems", (2013)
Yuji Hosokawa, "Cathodic Protection Management", International seminar, (2014)
KGS GC202 Code for Cathodic Protection of Gas Facilities, (2015)
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