[논문]도시가스 매설이중배관 건전성 향상에 관한 실험적 연구

임형덕

doi:10.21289/ksic.2020.23.5.757

도시가스 매설이중배관 건전성 향상에 관한 실험적 연구
An Experimental Study on the Improvement of City Gas Buried Double Piping Integrity 원문보기

한국산업융합학회 논문집 = Journal of the Korean Society of Industry Convergence, v.23 no.5, 2020년, pp.757 - 763

임형덕 (인제대학교 재난관리학 안전공학 전공)

Abstract ▼ AI-Helper

City gas buried pipes are managed by corrosion protection to prevent corrosion. In the case of the press-in section, the double pipe and the main pipe may cause corrosion under the influence of stray current, which can shorten the life of the pipes. In addition, if the insulator is filled in the press-in section, the press-in section itself is a single structure, and can be directly affected by external impact, and when the surrounding ground subsidence occurs, the stress may be concentrated, resulting in serious consequences. In this study, a serration-type shock absorber in the form of a sliding support was proposed as a new buried double piping construction method using EPS. The serration-type shock absorber can contribute to the improvement of the integrity of the buried double piping, as it can utilize the gas piping's own ductility and stress distribution characteristics with proper anti-corrosion management and shock-absorbing material properties by preventing contact inside the buried double pipe. However, for application to ground piping, there remains a task to supplement the vulnerability against fire due to the characteristics of EPS materials.

주제어

표/그림 (10)

그림 Fig. 2 Injection filler through insertion tube in casing pipe
그림 Fig. 1 Gas pipe(B) and press-fitting steel pipe(A)
그림 Fig. 3 Corrosion flaw(left) and dent flaw(right)
표 Table 1. Specification of gas pipeline material
그림 Fig. 4 Sizing of shock absorber in double pipe
그림 Fig. 5 Load test results for each condition
표 Table 2. Quality standard EPS block for road embankment
그림 Fig. 6 Final model of serration-type shock absorbers
그림 Fig. 7 Experiment for the installation serration-type shock absorbers in the buried pipe
그림 Fig. 8 EPR measurement result of the potential of buried double and gas pipes

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 매설이중배관구간의 부식을 방지하고 타 구조물의 간섭거동에 따른 배관의 영향과 배관응력을 감소하여 배관 건전성을 향상시키기 위해 톱니형 완충재(serrations-type shock absorber)를 제안하였다. 기존 고정식과 슬라이딩 지지대의 기술적 가능성과 활용 가능한 완충재 재질을 검토하고, 두께 및 지지위치조건별 재하실험 결과를 통해 효과적인 이중관 보호용 폼 모델을 도출하였다.
실험조건에 따른 결과를 토대로 보완하여 이중배관 보호용 폼을 최종 설계⋅제작한다. 본 연구에서는 직접적인 방식전위 측정방법과 배관의 방식전류를 ON, OFF하여 고감도 전위차계(EPR) 장비로 측정한 값을 통해 보호용 폼이 압입관과 가스배관 간 접촉방지와 전기적 분리되어 정상적인 기능여부를 확인한다.

제안 방법

본 연구에서는 매설이중배관구간의 부식을 방지하고 타 구조물의 간섭거동에 따른 배관의 영향과 배관응력을 감소하여 배관 건전성을 향상시키기 위해 톱니형 완충재(serrations-type shock absorber)를 제안하였다. 기존 고정식과 슬라이딩 지지대의 기술적 가능성과 활용 가능한 완충재 재질을 검토하고, 두께 및 지지위치조건별 재하실험 결과를 통해 효과적인 이중관 보호용 폼 모델을 도출하였다. 최종적으로 제작된 톱니형 완충재의 기능성을 검증하기 위하여 이중배관설치가 수반되는 구간 일부에 설치하여 고감도 전위차계(EPR)를 통해 방식전위를 측정하여 값을 비교 분석하였다.
매설된 이중배관은 어떤 방향으로 외부영향을 받을 수 있기 때문에 자동차 바퀴의 휠(wheel)처럼 전 방위로 영향을 최소화하게 하였다.
배관의 건전성 확보를 위해 시공 중에 주배관의 코팅이나 모재에 손상이 되지 않아야 하므로 보호용 폼과의 공간여유(α)로 38mm를 적용하여 폼 두께를 200mm (전체 400mm/2방향)로 정한다.
05m, 두께는 최대 200mm이하로 하중에 따른 완충재(EPS)의 변형률을 관찰하였다. 보호용 폼이 파손되지 않고 기능이 유지가 되는 범위를 실험을 통해 확인하였다. 본 연구에 사용된 완충재는 토목용 2호로 품질기준은 Table 2와 같다.
본 연구에서는 상기의 기존방법을 탈피한 슬라이딩 지지대 형태로 발포폴리스티렌(EPS)을 사용하여 톱니형 완충재(serrations-type shock absorber)를 제작하였다. 이를 적용하여 타구조물 접촉과 응력집중의 문제점 해소를 위한 새로운 매설이중배관 시공방법으로 제시하였다.
85V이하로 유지되어야 한다. 실험대상인 매설이중배관의 전기방식을 고감도 전위차계(EPR)를 이용하여 약 4개월 간격으로 4월 13일, 8월 20일에 2회 측정하여 비교 확인하였다. 측정한 결과 이중관은 자연전위 상태로 -0.
실험조건에 따른 결과를 토대로 보완하여 이중배관 보호용 폼을 최종 설계⋅제작한다.
이중배관 내 설치된 톱니형 완충재가 적절한 기능유지가 됨을 검증하기 위해 관로매설공사 중 이중배관이 설치되는 구간 12m에 대해 관계자의 협조로 Figure 7 과 같이 식 (1)을 적용하여 톱니형 완충재 3개를 현장에 설치하였다. 이 후 고감도 전위차계(EPR)을 이용하여 이중관과 가스관의 방식전류 측정값을 비교분석하여 톱니형 완충재 기능 적정성을 확인하였다.
본 연구에서는 상기의 기존방법을 탈피한 슬라이딩 지지대 형태로 발포폴리스티렌(EPS)을 사용하여 톱니형 완충재(serrations-type shock absorber)를 제작하였다. 이를 적용하여 타구조물 접촉과 응력집중의 문제점 해소를 위한 새로운 매설이중배관 시공방법으로 제시하였다. 매설이중배관공사 일부구간에 톱니형 완충재를 실제 적용하여 고감도 전위차계(EPR)로 방식전위 측정을 통해 설치된 완충재가 적절히 기능을 수행함을 입증하였다.
완충재는 이중관내설치 시 배관의 보수상황 발생 시까지 유지되어야한다. 장기처짐에 따른 변형률을 확인하기 위해서 5t 카고 크레인을 이용하여 Figure 5와 같이 각조건별 완충재 실험체에 대해 동 탄성 계수 측정시간인 48시간 동안(12일 소요) 야적장에서 재하실험을 실시하였다. 그 결과 완충재(EPS)는 크기조건에 관계없이 재하과정에서 어떠한 변형도 발생하지 않았다.
기존 고정식과 슬라이딩 지지대의 기술적 가능성과 활용 가능한 완충재 재질을 검토하고, 두께 및 지지위치조건별 재하실험 결과를 통해 효과적인 이중관 보호용 폼 모델을 도출하였다. 최종적으로 제작된 톱니형 완충재의 기능성을 검증하기 위하여 이중배관설치가 수반되는 구간 일부에 설치하여 고감도 전위차계(EPR)를 통해 방식전위를 측정하여 값을 비교 분석하였다.
토목용 EPS의 실제 강도시험을 위해 30인치 단관(1.2m, 약 260kg)으로 재하실험을 실시⋅확인하였다.

대상 데이터

2m, 약 260kg)으로 재하실험을 실시⋅확인하였다. Pilot Test 실험조건은 두께는 100mm, 200mm 2가지, 가로(횡)길이는 950mm, 세로(축)길이는 200mm, 300mm, 400mm 3가지로 총 6개의 조건에서 실험을 하였다. 완충재는 이중관내설치 시 배관의 보수상황 발생 시까지 유지되어야한다.
매설이중관내 가스관에 설치되는 완충재는 양단부가 강관으로 견고한 땅과 같이 양끝이 지지되는 경우와 같으며, 지난 실험결과를 통해 6m마다 양 끝단지점에 1개씩 총 2개를 설치하였다. 6m 배관무게가 약 1.
주배관을 지지하기 위해 충격 및 완충효과가 뛰어난 재료(완충재)로 본관의 자중 및 횡압을 흡수하여 폼의 기능유지가 가능해야 한다. 보호용 폼의 재질은 가스매설배관의 주 사용배관인 API 5L X65의 특성(Table 1)을 고려하여 결정한다[7].
보호용 폼이 파손되지 않고 기능이 유지가 되는 범위를 실험을 통해 확인하였다. 본 연구에 사용된 완충재는 토목용 2호로 품질기준은 Table 2와 같다.
완충재의 전체크기(400mm)대비 톱니두께(100mm)와 제작의 편이성과 경제적인 측면을 고려하여 200×200mm로 크기를 최종 선정하였다.
이중보호관은 가스배관 관경이 30인치(762mm)까지는 Ø1,200mm, 강관은 t=12mm, 콘크리트일 경우는 t= 82mm의 규격을 사용하고, 36인치 경우에는 Ø1,350mm, t=103mm를 사용한다.

성능/효과

매설이중관내 가스관에 설치되는 완충재는 양단부가 강관으로 견고한 땅과 같이 양끝이 지지되는 경우와 같으며, 지난 실험결과를 통해 6m마다 양 끝단지점에 1개씩 총 2개를 설치하였다. 6m 배관무게가 약 1.6t임을 감안하면 EPS 2호는 1m²당 7t이상의 하중이 가해졌을 때 1%변형이 발생하므로 완충재 두께 100mm 실험결과, 변형은 발생하지 않았다. 완충재의 전체크기(400mm)대비 톱니두께(100mm)와 제작의 편이성과 경제적인 측면을 고려하여 200×200mm로 크기를 최종 선정하였다.
장기처짐에 따른 변형률을 확인하기 위해서 5t 카고 크레인을 이용하여 Figure 5와 같이 각조건별 완충재 실험체에 대해 동 탄성 계수 측정시간인 48시간 동안(12일 소요) 야적장에서 재하실험을 실시하였다. 그 결과 완충재(EPS)는 크기조건에 관계없이 재하과정에서 어떠한 변형도 발생하지 않았다.
매설이중배관 총길이에 따른 완충재의 설치개수(N_s: Need of support)는 6m를 표준기준으로 설정하고 실험결과처럼 양끝단부에 완충재를 설치하였을 때, 변형이 발생하지 않으므로 6m에 2개, 12m에 3개, 18m에 4개로 식 (1)처럼 도출할 수 있었다.
이를 적용하여 타구조물 접촉과 응력집중의 문제점 해소를 위한 새로운 매설이중배관 시공방법으로 제시하였다. 매설이중배관공사 일부구간에 톱니형 완충재를 실제 적용하여 고감도 전위차계(EPR)로 방식전위 측정을 통해 설치된 완충재가 적절히 기능을 수행함을 입증하였다. 충격흡수 특성이 있는 톱니형 완충재를 관로매설시 적용하여 지진과 부등침하에 대한 가스배관 자체연성과 긴 관로매설배관이 가지는 응력분산특성을 활용할 수 있어 효과적으로 매설이중배관의 건전성에 기여할 수 있다고 판단된다.
보호용 폼 제작을 위한 기본 실험조건은 가스관이 1m당 약 220kg임을 감안하여, 세로(축)길이는 200mm∼400mm, 가로(횡)길이를 1m± 0.05m, 두께는 최대 200mm이하로 하중에 따른 완충재(EPS)의 변형률을 관찰하였다.
이는 보호용 폼을 파괴되거나 완충재로 지지된 배관에 응력집중으로 큰 영향을 미칠 수 있다. 보호용 폼으로 활용 가능한 재료에 대해 동탄성계수, 장기처짐, 제조특성, 응력흡수 등을 검토한 결과, 가장 우수성을 가진 발포폴리스티렌(EPS)을 완충재 재료로 최종 선정하였다.
실험대상인 매설이중배관의 전기방식을 고감도 전위차계(EPR)를 이용하여 약 4개월 간격으로 4월 13일, 8월 20일에 2회 측정하여 비교 확인하였다. 측정한 결과 이중관은 자연전위 상태로 -0.6V(초록선), 가스관은 -2.0V, -1.9V(빨강선)로 전기방식 기준범위 내로 확인되었고, 톱니형 완충재가 주요영향을 받지 않고 정상적인 기능을 수행하고 있음을 알 수 있었다. 가스관 방식전위(Figure 8 빨강선)가 노이즈처럼 측정결과가 나타나는 이유는 고감도 전위차계(EPR) 특성상 측정 시 정류기를 1초 간격으로 ON/OFF하여 흘려주기 때문에 변동 수치로 나타나게 된다.

후속연구

아울러, 발포폴리스티렌(EPS) 재질 특성상 가지는 화재에 대한 취약점을 보완하면 지상배관에서도 활용할 수 있을 것으로 예상된다. 결론적으로 톱니형 완충재를 이용한 관로관리는 도시가스 매설배관의 적정한 방식관리를 할 수 있고, 배관 안전성 확보를 위한 유지관리 비용과 설비투자비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 도시가스의 안정적 공급에도 기여할 수 있을 것이다.
충격흡수 특성이 있는 톱니형 완충재를 관로매설시 적용하여 지진과 부등침하에 대한 가스배관 자체연성과 긴 관로매설배관이 가지는 응력분산특성을 활용할 수 있어 효과적으로 매설이중배관의 건전성에 기여할 수 있다고 판단된다. 아울러, 발포폴리스티렌(EPS) 재질 특성상 가지는 화재에 대한 취약점을 보완하면 지상배관에서도 활용할 수 있을 것으로 예상된다. 결론적으로 톱니형 완충재를 이용한 관로관리는 도시가스 매설배관의 적정한 방식관리를 할 수 있고, 배관 안전성 확보를 위한 유지관리 비용과 설비투자비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 도시가스의 안정적 공급에도 기여할 수 있을 것이다.
매설이중배관공사 일부구간에 톱니형 완충재를 실제 적용하여 고감도 전위차계(EPR)로 방식전위 측정을 통해 설치된 완충재가 적절히 기능을 수행함을 입증하였다. 충격흡수 특성이 있는 톱니형 완충재를 관로매설시 적용하여 지진과 부등침하에 대한 가스배관 자체연성과 긴 관로매설배관이 가지는 응력분산특성을 활용할 수 있어 효과적으로 매설이중배관의 건전성에 기여할 수 있다고 판단된다. 아울러, 발포폴리스티렌(EPS) 재질 특성상 가지는 화재에 대한 취약점을 보완하면 지상배관에서도 활용할 수 있을 것으로 예상된다.

참고문헌 (9)

T. H. Ha, J. H. Bae, and H. G. Lee, et al., "Coating defect survey of underground buried pipelines," Journal of The Korean Institute of Electrical Engineers, vol. 2005, no. 7, pp. 61, (2005).
W. G. Han, J. H. Kim, and S. H. Kil, et al., "A study on the method of evaluating the integrity of buried piping," Journal of The Korean Institute for Gas, no. 10, pp. 164, (2019).
Y. S. Kim, S. Y. Li, K. W. Park, et al., "Mathematical Modeling on the Corrosion Behavior of the Steel Casing and Pipe in Cathodic Protection System," Journal of The Korean Institute for Gas, no. 2, pp. 41-45, (1998).
J. H. Lee, Y. D. Jo, Y. J. Lee, "Failure Mechanism Analysis by Failure Causes of Buried Pipelines," Journal of The Korean Institute for Gas, pp. 204, (2016).
O. S. Lee, J. S. Pyun, "Failure Probability Model of Buried Pipeline," Journal of the Korean Society for Precision Engineering, vol. 18, no. 11, pp. 117-122, (2001).
S. G. Gwon, S. K. Hong, J. H. Kim, "Simple Evaluation of Structural Safety of Gas Pipeline under Differential Settlement," Journal of The Korean Institute for Gas, pp. 43, (2018).
W. S. Kim, "Material Properties and Welding Procedure of Natural Gas Pipeline," Journal of the Korean Society for Precision Engineering, no. 9, pp. 41-42, (1997).
K. W. Kim, J. G. Cheol, J. Y. Sohn, "Correlation between Dynamic Modulus of Resilient Material and Light Weight Floor Impact Sound Reduction," Journal of The Korean Society for Noise and Vibration Engineering, vol. 18, no. 2, pp. 886-895, (2008).
G. G. Song, Y. J. Yun, C. S. Lee, "A Study on Measuring of Dynamic Stiffness of Resilient Materials," Journal of The Korean Society for Noise and Vibration Engineering, no. 4, pp. 108-109, (2016).

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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