이 논문에서는 도시가스 배관 중 교량에 설치된 배관 398개소에 대해 현황을 조사하고, 배관을 설치연도별, 길이별, 원격차단장치 설치여부 등 특성별로 분류하여 분석하였다. 분석결과 20년 이상 장기사용배관이 43.0%를 차지하고 있었고, 원격차단장치 미설치 교량배관은 89.4%에 달하는 등 드러난 현상에 대한 안전관리 방안을 제시하였다. 또한 조사된 교량설치 배관 중 76개소를 선정한 후 응력해석 전용프로그램인 CAESAR-II를 이용하여 응력특성을 연구하고, 교량배관 중 루프관을 설치할 경우 루프관의 위치 및 크기가 배관의 합성응력에 미치는 영향을 분석하였다. 본 연구의 결과를 통해 교량 배관의 설치, 검사 및 진단 기준 개선 등에 활용하여 교량설치 배관에 대한 안전성 향상에 도움이 될 수 있을 것으로 판단한다.
이 논문에서는 도시가스 배관 중 교량에 설치된 배관 398개소에 대해 현황을 조사하고, 배관을 설치연도별, 길이별, 원격차단장치 설치여부 등 특성별로 분류하여 분석하였다. 분석결과 20년 이상 장기사용배관이 43.0%를 차지하고 있었고, 원격차단장치 미설치 교량배관은 89.4%에 달하는 등 드러난 현상에 대한 안전관리 방안을 제시하였다. 또한 조사된 교량설치 배관 중 76개소를 선정한 후 응력해석 전용프로그램인 CAESAR-II를 이용하여 응력특성을 연구하고, 교량배관 중 루프관을 설치할 경우 루프관의 위치 및 크기가 배관의 합성응력에 미치는 영향을 분석하였다. 본 연구의 결과를 통해 교량 배관의 설치, 검사 및 진단 기준 개선 등에 활용하여 교량설치 배관에 대한 안전성 향상에 도움이 될 수 있을 것으로 판단한다.
In this study, 398 city gas pipe systems installed on the bridges were surveyed and analyzed classified characteristics about the ages, length, and remote isolation devices installed or not. As a result of analysis, 43.0% pipes have been used more than 20 years and 89.4% do not have remote cut-off d...
In this study, 398 city gas pipe systems installed on the bridges were surveyed and analyzed classified characteristics about the ages, length, and remote isolation devices installed or not. As a result of analysis, 43.0% pipes have been used more than 20 years and 89.4% do not have remote cut-off devices, so this study suggest safety management ways for the issues. Chosen 76 pipes were researched stress strain characteristics by CAESAR-II which is a specialized program for stress analysis. And, when a loop is installed on the bridge pipe, effect on code stress by the location and size of the loop was performed. This study can help to improve safety level by revising criteria of new installation, inspection and diagnostic.
In this study, 398 city gas pipe systems installed on the bridges were surveyed and analyzed classified characteristics about the ages, length, and remote isolation devices installed or not. As a result of analysis, 43.0% pipes have been used more than 20 years and 89.4% do not have remote cut-off devices, so this study suggest safety management ways for the issues. Chosen 76 pipes were researched stress strain characteristics by CAESAR-II which is a specialized program for stress analysis. And, when a loop is installed on the bridge pipe, effect on code stress by the location and size of the loop was performed. This study can help to improve safety level by revising criteria of new installation, inspection and diagnostic.
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문제 정의
이 논문에서는 교량에 설치된 배관의 실태 조사를 실시하여 다양한 시각에서 분류하고 문제점과 대책을 제시하여 향후 안전관리 기본자료로 활용될 수 있도록 하고자 한다. 또한, 교량에 설치된 도시가스 배관의 응력특성을 Case Study를 통해 분석함으로서 교량설치 배관의 취약점을 찾아내고 대안을 제시하고자 한다.
이 논문에서는 교량에 설치된 배관의 실태 조사를 실시하여 다양한 시각에서 분류하고 문제점과 대책을 제시하여 향후 안전관리 기본자료로 활용될 수 있도록 하고자 한다. 또한, 교량에 설치된 도시가스 배관의 응력특성을 Case Study를 통해 분석함으로서 교량설치 배관의 취약점을 찾아내고 대안을 제시하고자 한다.
가설 설정
루프관의 위치 변화가 응력특성에 미치는 영향을 검토하기 위해, 루프부를 제외한 직선길이 72m, 고정간격 12m인 배관을 가정하였다. 그리고, 루프의 위치를 12m씩 배관 중앙으로 이동하면서 Fig.
교량에 배관을 설치할 때 교량의 형태 및 현장조건에 따라 루프관의 설치위치와 입상관 형태를 조정해야 하는 경우가 발생한다. 이러한 상황에서 루프관의 위치 및 형태에 따른 응력특성을 파악하기 위해 응력해석 표준이 되는 모델을 가정하였으며, 그 제원은 Table 10과 같이 하였다.
제안 방법
루프관의 위치 변화가 응력특성에 미치는 영향을 검토하기 위해, 루프부를 제외한 직선길이 72m, 고정간격 12m인 배관을 가정하였다. 그리고, 루프의 위치를 12m씩 배관 중앙으로 이동하면서 Fig. 5와 같은 네 가지 Case를 모델링 하여, 온도변와의 영향에 따른 열응력의 변화를 분석하였다.
기존 교량설치 배관 중 20년 이상 장기사용 배관 76개소를 선정하여 CAESAR-Ⅱ 프로그램을 이용해 응력해석을 수행하였다. 배관의 형태별 응력특성을 파악하기 위해 곡관(bent pipe)의 개수를 기준으로 분류한 결과 곡관이 없는 배관은 17개소, 곡관이 2개인 배관은 10개소, 곡관이 4개인 배관은 23개소이고 기타배관은 26개소로 나타났다.
기타배관은 교량의 형태가 복잡하여 곡관을 많이 사용하거나 45°곡관을 사용하는 등 응력특성을 다른 교량배관과 비교하기 곤란하여 분석을 생략하였다.
루프관을 설치할 경우 루프관의 설치위치와 입상관의 설치 형태에 따른 응력특성을 분석하였다. 교량에 배관을 설치할 때 교량의 형태 및 현장조건에 따라 루프관의 설치위치와 입상관 형태를 조정해야 하는 경우가 발생한다.
배관의 전체 길이를 일정하게 유지하면서 루프관 상부배관 진행방향의 길이 L'의 크기를 2,400㎜씩 증가시켰을 경우의 허용응력과 Code Stress의 변화를 분석하였다
곡관을 설치한 배관은 최대응력은 대부분 온도변화에 의한 배관의 팽창․수축이 원인을 제공하는 열응력으로 나타났다. 열응력의 크기는 동일한 관경인 경우 배관의 길이에 비례하였고, 길이방향과 직각을 이루는 배관의 길이에 반비례 하였다.
이 논문은 응력해석 전용프로그램인 CAESAR-Ⅱ를 이용하여 ASME ANSI B31.3, B31.8 코드를 기준으로 응력해석을 하였다. CAESAR-Ⅱ는 자중, 내압, 열응력, 바람, 지진 등의 응력(Stress)에서 배관계의 안전성을 검토하는 솔루션으로 관련업계에서 가장 많이 사용하는 프로그램 중 하나이다.
대상 데이터
교량에 설치된 도시가스 배관은 Table 1과 같이 398개소에 전체 길이는 27,165.4m이고, 평균길이는 68.25m이다. 교량설치 배관 중 85.
국내 도시가스 교량설치 배관은 33개 도시가스사에 약 500개소가 운영 중인 것으로 알려져 있으나, 이 논문에서는 32개 도시가스사의 협조를 받아 398개소의 교량설치 배관의 세부현황을 조사하고 그 결과를 분석하였다.
성능/효과
25m이다. 교량설치 배관 중 85.7%인 341개소는 100m 이하의 소규모 배관이고 10m이하의 아주 짧은 교량설치 배관도 41개소로 10.3%를 차지하고 있는 것으로 조사되었다. 이러한 소규모 배관은 배관 관리주체의 안전관리 우선순위가 낮아 자칫 관리소홀로 이어질 우려가 있다.
5% 작은 것으로 나타났다. 또, 교량배관을 설치 할 때 루프관의 상부 배관의 길이를 적당히 조정하여 직선관의 길이를 분산 설치하면 Code Stress를 33.4%까지 줄일 수 있는 것으로 나타났다.
루프관의 위치에 따른 응력특성 연구를 수행한 결과 루프관을 교량 중앙에 설치하면 가장자리에 설치하는 것보다 Code Stress가 약 6.5% 작은 것으로 나타났다. 또, 교량배관을 설치 할 때 루프관의 상부 배관의 길이를 적당히 조정하여 직선관의 길이를 분산 설치하면 Code Stress를 33.
기존 교량설치 배관 중 20년 이상 장기사용 배관 76개소를 선정하여 CAESAR-Ⅱ 프로그램을 이용해 응력해석을 수행하였다. 배관의 형태별 응력특성을 파악하기 위해 곡관(bent pipe)의 개수를 기준으로 분류한 결과 곡관이 없는 배관은 17개소, 곡관이 2개인 배관은 10개소, 곡관이 4개인 배관은 23개소이고 기타배관은 26개소로 나타났다. 기타배관은 교량의 형태가 복잡하여 곡관을 많이 사용하거나 45°곡관을 사용하는 등 응력특성을 다른 교량배관과 비교하기 곤란하여 분석을 생략하였다.
일반도시가스사업자의 교량설치 배관 398개소에 대한 현황조사 결과 20년 이상 사용 배관은 172개소로 전체의 43%를 차지하고 있었다. 장기사용 노출배관은 정기적인 건전성확인을 통해 경년변화 영향을 검토하고 계속 사용 여부를 결정해야 할 것이다.
전용차단장치 위치는 교량으로부터 통상 100m~200m 떨어진 곳에 설치하고 있지만, 교량전단밸브 중 24개소는 교량으로부터 500m이상 떨어져 있고, 후단밸브 중 32개소도 교량으로부터 500m이상 떨어져 있어 있는 것으로 나타났다. 교량 배관으로부터 지나치게 먼 거리에 있는 차단밸브는 물리적으로 신속한 차단조치가 불가능 할 수도 있고, 내용적에 따라 잔류가스의 양도 많아지는 단점이 있다.
후속연구
교량중앙에 Loop관을 설치할 공간이 없거나, 소규모 교량의 경우에는 배관의 입상관을 이용하여유동성을 확보할 수 있다. Loop관 입상배관의 설치 위치에 따른 응력의 크기 및 응력집중부의 특성을 알 수 있다면 교량배관의 설치와 유지․관리에 유용할 것이다. 이를 위해 Fig.
이 논문을 통해 조사된 교량설치 배관의 현황은 추후 안전관리 정책을 입안할 때 기본 자료로 이용할 수 있을 것이다. 아울러 도출된 교량설치 배관의 응력특성에 대한 결과는 배관의 유지․보수뿐만 아니라, 국내 실정에 맞는 교량 배관의 설치기준, 검사 및 진단 기준 개선에 활용될 수 있다. 특히, LPG 및 도시가스 배관을 노출 설치할 경우 응력해석 전용 프로그램을 이용한 설계를 의무화 할 필요가 있으며, 기존배관에 대한 위험성 평가에 대한 구체적인 기준도 마련되어야 할 것이다.
이 논문을 통해 조사된 교량설치 배관의 현황은 추후 안전관리 정책을 입안할 때 기본 자료로 이용할 수 있을 것이다. 아울러 도출된 교량설치 배관의 응력특성에 대한 결과는 배관의 유지․보수뿐만 아니라, 국내 실정에 맞는 교량 배관의 설치기준, 검사 및 진단 기준 개선에 활용될 수 있다.
7%에 불과하여 개선이 필요하다. 전용차단장치에는 원격조작 기능을 갖춰 사고발생시 신속한 차단이 가능하도록 제도적 보완이 필요한 것으로 나타났다.
아울러 도출된 교량설치 배관의 응력특성에 대한 결과는 배관의 유지․보수뿐만 아니라, 국내 실정에 맞는 교량 배관의 설치기준, 검사 및 진단 기준 개선에 활용될 수 있다. 특히, LPG 및 도시가스 배관을 노출 설치할 경우 응력해석 전용 프로그램을 이용한 설계를 의무화 할 필요가 있으며, 기존배관에 대한 위험성 평가에 대한 구체적인 기준도 마련되어야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
노출배관은 매설배관에 비해 어떠한 특성을 갖는가?
국내 도시가스 배관 중 교량설치 배관은 약 500개소 정도로 알려져 있다. 노출배관은 매설배관에 비해 온도변화, 자중, 압력, 지진, 바람 및 진동 등에 취약한 특성을 가진다. 노출된 배관에서 균열, 파열 등사고가 발생할 경우, 급격한 가스누출로 인해 피해규모가 확대되고 커다란 사회문제를 야기할 개연성이 높다.
교량배관이 집중적으로 설치된 시기는 언제인가?
교량배관이 집중적으로 설치된 시기는 Table 2에서와 같이 1980년대 후반부터 1990년대 초반까지로 국내 도시가스 공급이 폭발적으로 증가한 시기와 일치한다. 배관을 설치한 후 30년 이상된 배관은 29개소로 7.
교량에 설치된 노출된 배관에서 균열, 파열 등사고가 발생할 경우 생기는 사고는 어떠한가?
노출된 배관에서 균열, 파열 등사고가 발생할 경우, 급격한 가스누출로 인해 피해규모가 확대되고 커다란 사회문제를 야기할 개연성이 높다. 특히 교량에 설치된 배관은 외부 온도변화에 따른 열응력에 취약하고 교량 진동으로 인해 지속적 영향을 받게 되어 가스사고로 이어질 수 있다.
참고문헌 (7)
Korea City Gas Association, "City Gas Business Statistics 2015", (2016)
Reliable Ministry of Government Legislation, National Law Information Center, http://www.law.go.kr, Article Table6 3(가)1)아)(2) of Enforcement Rule of the Urban Gas Business Act
Lee, S.k., and Lim, B.G., "A Study of Stress of City Gas Pipe Attached on the Bridge", KIGAS, 10(3), 20-26, (2006)
Kim, D. U., "A Study of Composition Stress by Heat Displacement on the Standing City-gas Pipe", Master's Degree Paper in Seoul National University of Technology, (2002)
Park,C.M., and Yoon, S.R., "Study on Structural Behavior of Pipe Loops Using CAESAR-II", Journal of Ocean Engineering and Technology, 27(2), 13-18, (2013)
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