[논문]신뢰도평가 기반 도시가스배관 종합관리시스템 구축 연구

오동석; 이진한

doi:10.7842/kigas.2018.22.6.129

신뢰도평가 기반 도시가스배관 종합관리시스템 구축 연구
A study on the City-gas Pipeline Management System by Reliability Based Design and Assessment 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.22 no.6, 2018년, pp.129 - 135

오동석 (한국가스안전공사 가스안전연구원) , 이진한 (한국가스안전공사 가스안전연구원)

초록
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도시가스배관에 대한 효율적인 안전관리를 위해서 33개 도시가스사로부터 입력된 데이터를 체계적으로 관리하고 분석함으로써, 가스안전관리 관련 대내 외적 업무를 효과적으로 수행하기 위하여 도시가스배관 종합관리시스템을 구축하였다. 시스템에 업로드된 배관정보 데이터는 KGS Code에 명시된 기준에 의해서 위험지수로 표현되고, 이를 통하여 진단우선순위가 도출됨으로써 배관 안전관리가 수행되고 있다. 하지만 위험지수를 선정하는 배점방식이 매우 단순하고 관련 근거도 부족할 뿐만 아니라, 다수의 중복 순위로 인해 진단대상 선정에 대한 신뢰성이 높지 않다. 이에 신뢰도 기반 설계 및 평가법을 기반으로 한 프로그램을 개발하여 합리적으로 위험도 및 위험순위를 도출하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

For efficiently safety management of city gas pipelines, the City-gas Pipeline Management System(CPMS) has been developed to systematically manage and analyze the data collected from 33 city gas companies and to effectively perform internal and external affairs related to gas safety management. The piping information data uploaded to the CPMS is ranked the risk according to the criteria specified in the KGS Code, and the safety management of the piping has performed close inspection according to the risk ranking. However, the criteria for deriving the risk ranking is very simple and lacks relevant grounds, and the reliability for the determination of the close inspection pipeline is no high due to the redundant rank. Therefore, we developed a risk assessment program based on the Reliability Based Design Assessment(RBDA) methodology and tried to derive a reasonable risk ranking by linking it with the CPMS system.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Overview of RBDA process.
그림 Fig. 2. Target reliability by CSA Z662[5].
표 Table 1. Criteria for computation of risk ranking
표 Table 2. Input values for basic events of fault tree
표 Table 3. Input variable distributions for mechanical damage[11]
표 Table 4. Input variable distributions for external corrosion
그림 Fig. 3. Procedures for determining surviving defects following inspection, excavation and repair.
그림 Fig. 5. CPMS program partial screen.
그림 Fig. 6. Composition of risk-based ranking program.
그림 Fig. 8. Change the inspection order of piping by risk ranking(example).
그림 Fig. 7. Factor management for calculating risk.
그림 Fig. 8. Ranking result by risk calculation.

AI 본문요약
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문제 정의

CPMS는 위험수준을 판단하는 정보항목에 가중치를 부여하여 위험구간 우선순위를 제안하는 “진단우선순위 지수”를 개발함으로써 객관적이고 신뢰할 수 있는 진단대상배관 선정근거를 마련하고자 하였다.
만약 배관이 정해진 신뢰도 수준을 만족하지 못하면 보수 또는 교체를 고려하여야 하는데 국내의 경우는 보수 또는 교체를 해야 하는 신뢰도 목표 수준을 정하고 있지 않다. 따라서 본 연구에서 개발되는 프로그램에서는 CSA Z662 Annex O에 제안된 극한 한계상태에 대한 신뢰도 목표를 적용하여 위험도를 도출하여 위험순위를 나타내고자 한다.
이에 따라 본 연구에서는 도시가스 배관 정보관리종합시스템(CPMS)에 수집된 정보를 활용하기 위해 신뢰도 기반 설계 및 평가(RBDA)법의 위험분석 시스템을 구축하여 33개 도시가스社 배관의 단위 구간별 실질적 위험도를 산정하는 기술을 개발함으로써 합리적인 위험순위를 도출하였다. 진단대상배관 선정 검토 시 효과적으로 활용된다면 배관 안전관리에 큰 역할을 할 것으로 기대된다.

가설 설정

[11] 본 연구에서는 “하중”과 “저항” 사이에 상호 의존성이 없다고 가정하여 Separable Monte Carlo(SMC) 시뮬레이션을 적용하였다.

제안 방법

CPMS 연동정보와 사용자 입력을 데이터베이스에 저장하고 소프트웨어에 적재하여 신속하게 처리 할 수 있는 기능(parallel DBMS pool 등)을 갖추었으며, 입력정보에 따라 속성이 용이하게 추가될 수 있는 가변적인 테이블로 설계하였다.
배관 위험순위 계산 및 표출 프로그램은 기본 웹 기반 프로그램인 CPMS와 표출부분은 탑재시키고 계산부분은 연동하는 방법으로 설계하였고, 배관 정보 입력 소프트웨어 모듈 및 위험순위 산정/표현 소프트웨어 모듈과 배관 위험성평가 소프트웨어 엔진이 내부적으로 상호구동을 가능하게 하는 토대 프로그램을 개발하였다. 또한 배관별로 산정된 위험도에 따라 순위를 산정하여 사용자에게 렌더링 하는 기능을 제공하였다.
위험도 평가는 주변 특성 및 사용자 선택에 따라 독립적으로 결과를 도출하거나 상호 연동해서 통합 결과도 도출이 가능하도록 설계하였다. 또한, 위험감소 평가 모듈과 위험도 평가 세부 모듈도 포함하여 구성하였으며 타공사(진단/유지보수와 무관한 위험요소) 및 외면 부식(진단/유지보수에 따라 위험이 변화되는 요소) 원인에 대한 위험평가 방법을 적용하여 프로그램밍하였다.
배관 위험순위 계산 및 표출 프로그램은 기본 웹 기반 프로그램인 CPMS와 표출부분은 탑재시키고 계산부분은 연동하는 방법으로 설계하였고, 배관 정보 입력 소프트웨어 모듈 및 위험순위 산정/표현 소프트웨어 모듈과 배관 위험성평가 소프트웨어 엔진이 내부적으로 상호구동을 가능하게 하는 토대 프로그램을 개발하였다. 또한 배관별로 산정된 위험도에 따라 순위를 산정하여 사용자에게 렌더링 하는 기능을 제공하였다.
전술한 신뢰도기반 설계 및 평가(RBDA) 방법론을 준용하여 배관 위험도 분석 소프트웨어 엔진을 개발하였다. 세부사항으로는 이력기반 및 신뢰도기반 분석 모듈을 각각 구현하였다. 위험도 평가는 주변 특성 및 사용자 선택에 따라 독립적으로 결과를 도출하거나 상호 연동해서 통합 결과도 도출이 가능하도록 설계하였다.
세부사항으로는 이력기반 및 신뢰도기반 분석 모듈을 각각 구현하였다. 위험도 평가는 주변 특성 및 사용자 선택에 따라 독립적으로 결과를 도출하거나 상호 연동해서 통합 결과도 도출이 가능하도록 설계하였다. 또한, 위험감소 평가 모듈과 위험도 평가 세부 모듈도 포함하여 구성하였으며 타공사(진단/유지보수와 무관한 위험요소) 및 외면 부식(진단/유지보수에 따라 위험이 변화되는 요소) 원인에 대한 위험평가 방법을 적용하여 프로그램밍하였다.
위험도 평가를 수행하기 위해 필요한 인자는 CPMS에 저장된 정보를 연동하여 배관 위험도 분석 프로그램의 입력으로 변화하는 모듈 및 사용자에게 직접 입력을 받는 모듈로써 구현하였으며, CPMS에서 필요한 데이터로는 배관번호, 시공년도, 관경(A), 재질, 압력(최저, 최고), 시점주소 및 위험지수 등으로 위험도 평가에 활용할 수 있도록 설계하였다. Fig.
전술한 신뢰도기반 설계 및 평가(RBDA) 방법론을 준용하여 배관 위험도 분석 소프트웨어 엔진을 개발하였다. 세부사항으로는 이력기반 및 신뢰도기반 분석 모듈을 각각 구현하였다.
진단/유지보수를 통해 결함의 제거에 따른 위험의 감소효과를 위험도 평가에 반영하는 방법을 적용하였다. Fig.

이론/모형

주어진 굴삭기 타격으로부터 배관구멍이 뚫릴지 여부는 식 (3)의 한계상태함수로부터 판단하게 되는데 확률변수로부터 입력되는 값으로부터 계산되는 충격력(q)이 배관이 가지고 있는 저항력(ra) 보다 큰 경우 파손이 일어난다고 판단한다. 계산에 사용되는 변수는 Table 3의 확률적 특성으로부터 샘플링 되어 입력되는 Monte Carlo 시뮬레이션 법을 사용하였다.
한계상태함수로부터 타공사로 인한 고장율과 부식원인에 의한 고장률을 계산하기 위해서 통상 Monte Carlo 접근법을 사용한다.[11] 본 연구에서는 “하중”과 “저항” 사이에 상호 의존성이 없다고 가정하여 Separable Monte Carlo(SMC) 시뮬레이션을 적용하였다.

후속연구

이에 따라 본 연구에서는 도시가스 배관 정보관리종합시스템(CPMS)에 수집된 정보를 활용하기 위해 신뢰도 기반 설계 및 평가(RBDA)법의 위험분석 시스템을 구축하여 33개 도시가스社 배관의 단위 구간별 실질적 위험도를 산정하는 기술을 개발함으로써 합리적인 위험순위를 도출하였다. 진단대상배관 선정 검토 시 효과적으로 활용된다면 배관 안전관리에 큰 역할을 할 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	국내의 도시가스시설의 데이터 활용이 어려운 이유는 무엇인가?	국내의 도시가스시설은 33개의 도시가스社들에 의해서 각각 운영되고 있으나 데이터 관리체계가 서로 상이하여 도시가스사업자가 진단․검사 관련 자료를 제출하는 서류가 통일되지 않아 배관상태 이력관리 등 데이터 활용에 어려움이 있었다.[1] 이에 도시가스시설에 대한 전반적인 데이터를 체계적으로 관리하기 위해서 도시가스배관종합관리시스템(City-gas Pipeline Management System, CPMS)이 2015년 12월에 개발되었다.
	진단우선순위 지수란 무엇인가?	[1] 이에 도시가스시설에 대한 전반적인 데이터를 체계적으로 관리하기 위해서 도시가스배관종합관리시스템(City-gas Pipeline Management System, CPMS)이 2015년 12월에 개발되었다. CPMS는 위험수준을 판단하는 정보항목에 가중치를 부여하여 위험구간 우선순위를 제안하는 “진단우선순위 지수”를 개발함으로써 객관적이고 신뢰할 수 있는 진단대상배관 선정근거를 마련하고자 하였다.[1] 하지만 현재 기준에 의한 선정 방식 및 배점이 매우 단순하여 다수의 중복 순위가 발생되고 있으며, 진단지수 즉 총 배점의 차이가 거의 없어 순위의 의미가 무색해졌다
	RBDA process의 과정에 대해 설명하십시오.	이 절차에 따르면 신뢰성에 관계된 한계상태를 정의한 다음 한계상태 함수를 실험 등을 통해 설정한다. 한계상태 함수에 사용되는 변수의 확률론적인 모델을 실제 통계데이터, 이론적 모델, 엔지니어링 판단에 근거하여 확정한다. 그런 후, 설계와 운전에 적용되는 모든 인수들 즉 재료물성, 설계인자, 방식특성 등을 정의하고 주어진 한계상태 함수로부터 신뢰도를 계산한 후, 계산된 신뢰도가 허용가능 수준인지를 판단하여 만족 될 때까지 설계 및 운전인자를 변경하여 신뢰도 계산을 반복하는 평가이다.

참고문헌 (14)

Dong Youn Lim, "City-gas Pipeline Management System(CPMS) Development for Inspection Task Advancement", Report, (2015)
Nessim M, Zhou W, Zhou J, Rothwell B. "Target Reliability Levels for Design and Assessment of Onshore Natural Gas Pipelines", ASME. J. Pressure Vessel Technology, 131(6), (2009)
DNV, "Corroded pipelines", Recommended Practice DNV-RP-F101, (1999)
ISO 16708, "Petroleum and natural gas industries - Pipeline transportation systems - Reliability-based limit state methods", International Organization for Standardization, (2006)
CSA Z662-15 "Oil and gas pipeline systems", Canadian Standards Association, (2007)
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Jin Han Lee, Young Seob Kim, Lae Hyun Kim, "A Simplified Method for Predicting Failure Probability of Pipelines with Corrosion Defects", KIGAS, 14(4), 31-36, (2010)
Jin Han Lee, Young Do Jo, Lae Hyun Kim, "Reliability Assessment for Corroded Pipelines by Separable Monte Carlo Method", KIGAS, 19( 5), 81-86, (2015)
Jin-Han Lee, Jeong-Hwan Kim, Young-Do Jo, Lae Hyun Kim, "Application of Target Reliability Levels for Maintenance of Domestic Natural Gas Pipelines", KIGAS, 22(3), 1-6, (2018)
Chen, Q. C., and Nessim, M. A., "Reliability-Based Prevention of Mechanical Damage to Pipelines," Pipeline Research Council International, Inc., Catalogue No. L51816, (1999)
Nessim, M., and Zhou, W., "Guidelines for Reliability -Based Design and Assessment of Onshore Natural Gas Pipelines," Gas Research Institute GRI, Report No. GRI-04/0229, (2005)
Mohammad Modarres, Mark P. Kaminskiy, Vasiliy Krivtsov, "Reliability Engineering and Risk Analysis", A Practical Guide, Third Edition, (2016)
Richard Neapolitan, Kumarss Naimipour, "Found- ations of Algorithms", Fourth Edition

저자의 다른 논문 :

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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