배관관리 편리·신뢰성 높아 국내 수요 상승곡선

서 론

국내 플랜트 산업의 지속적인 발전으로 울산, 여천, 대산 등 석유화학공단을 중심으로 석유화학 시설의 신규설치 및 증설이 증가되어 왔다. 이에 따라 여러 석유화학 업체간 원료 및 제품을 이송하기 위한 매설배관 또한 지속적으로 증가되었다.

매설배관은 사용연수의 증가에 따라 배관의 안전성 확보를 위한 검사가 필요하나, 매설배관의 완전노출이 현실적으로 불가능하여 배관의 검사에 많은 어려움이 따른다. 이에 선진국 등 외국에서는 피복손상탐지 및 근접간격전위조사(CIPS : Close Interval Potential Survey)의 간접검사와 선택굴착을 통한 노출배관의 직접검사를 이용한 외면부식직접평가(ECDA : EXternal Corrosion Direct Assessment)를 수행하고 이를 통해 매설배관의 건전성을 관리하고 있다.

현재 국내에서 수행하는 석유화학공단의 매설배관 안전진단은 외면부식직접평가의 간접검사기법과 직접검사기법을 연계하여 수행하고 있다.

이 진단기법은 매설배관의 피복손상탐지와 근접간격전위조사를 조합한 간접검사법을 통해 상대적인 취약부를 확인하고, 취약부를 효과적으로 선택하여 굴착함으로써 매설배관의 건전성을 확인할 수 있다. 그리고 취약부에 대한 선택적인 보수를 함으로써 배관의 건전성을 확보할 수 있어 국내의 수요가 지속적으로 증가하고 있다.

본 론

본 진단방법은 아래와 같이 위치탐사를 비롯하여 총 6단계의 검사절차를 단계별로 수행하게 된다. 현장 여건상 작업순서의 변경이 있을 수 있으나, 통상 아래의 절차에 따라 진단을 수행하게 된다.

■<표> 매설배관 진단 주요 절차

첫 번째 단계인 매설배관의 위치탐사는 진단작업에서 가장 기본적인 작업으로 매설배관의 정확한 경로를 파악함으로써 효율적인 진단수행이 가능하고 매설배관 진단신뢰도를 높일 수 있다. 특히 정확한 매설배관의 경로확인을 통해 피복손상부 탐측신호의 정확한 구분이 가능하고, 근접간격전위조사(CIPS) 수행시 토양저항 등에 의한 IR Drop(전압강하)을 줄일 수 있어 매설배관의 방식상태를 정확히 확인할 수 있다. 

■<그림1>송신기의 연결, 수신기를 통한 배관위치 탐사

매설배관의 위치탐사시 확인된 배관 직상부를 현장에 표시하고, DGPS(Differential GPS)장비를 이용하여 측정지점의 GPS 좌표를 측정한다. 측정된 좌표는 구글 어스(Google Earth)와 연동하여 위성사진을 통해 배관의 매설경로 및 방식시설물 등을 확인할 수 있어 매설배관 관리에 효율적으로 운영될 수 있다.

두 번째 단계인 전기방식시설물 확인은 희생양극 및 외부전원설비(정류기 및 불용성 양극), 방식전위 측정함(Test Box, 이하 TB), 절연플랜지 등의 건전성에 대하여 점검을 수행한다. 국내 석유화학공단의 경우 동일경로내 다양한 매설배관이 설치되어 타 회사설비와 혼재해 있는 경우가 많다. 따라서 현장과 준공도면이 불일치하는 경우가 있고 방식전위 측정함 등의 설비가 바뀌어 관리되는 경우 또한 가끔 발생한다. 특히 배관 TB가 잘못 관리될 경우에는 매설배관의 위치 및 배관방식전위 측정 오류 등 많은 문제점을 유발할 수 있다. 따라서 배관 TB와 절연플랜지 등에 대한 정밀점검을 통해 전기방식시설물의 상태파악과 실질적인 건전성을 정확히 확인할 수 있다.

세 번째 단계인 토양부식성 및 간섭현상확인에서는 토양비저항에 대한 상대적인 평가와 간섭설비로 인한 방식전위변화 등을 평가하게 된다.

매설 토양의 여러 인자들 중에서 부식에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 토양비저항이다. 비저항이 높은 지역에서는 전기화학적 부식의 위험이 상대적으로 낮고 그 속에 포함되는 화학성분(그 대부분이 유해 인자임)의 양이 적기 때문에 자연부식의 위험도 적어진다고 할 수 있다.

토양비저항 측정법으로는 4 전극법(Wenner Four Electrode Method)과 토양상(土壤箱)을 이용한 방법(Soil Box Method)으로 측정한다.

■<그림2>4 전극법 측정개요, 토양비저항 측정사진

간섭설비로 인한 방식전위의 취약 및 변화 등은 인접한 타업체의 정류기 등으로 인해 발생될 수 있으며, 간섭의 종류로는 양극간섭과 음극간섭 2가지가 존재할 수 있다. 주변에 외부전원 등의 양극원이 있을 경우 배관이 음극화되는 양극간섭이 있고, 양극간섭 등으로 유입된 방식전류가 누설되어 발생하는 음극간섭, 그리고 이들이 함께 발생하는 합동간섭으로 나누어진다.

네 번째 단계인 방식전위 측정(CIPS : Close Interval Potential Survey)은 매설배관의 전 구간 방식전위 및 IR-Drop을 제거한 실제전위를 측정하여 배관의 전반적인 음극방식상태를 정확히 파악하여 매설배관의 외면부식 보호조치에 대해 정확히 파악을 가능하게 된다. 매설배관의 방식전위 측정의 가장 일반적인 방법은 방식전위 측정단자함(TB)에서 인출된 전선과 토양표면에 접촉시킨 포화황산동 기준전극에 볼트메타(Voltmeter)를 이용하여 배관의 전위를 측정하는 방법이다. 이렇게 측정한 값을 P/S전위(Pipe-to-Soil Potential)라고 한다. 일반적으로 배관의 방식전위는 대략적으로 300∼500m마다 방식전위측정단자함(TB)에서 측정하고 측정한 방식전위는 그 지점의 배관 방식상태를 나타내는 척도가 된다.

다섯 번째 단계인 피복손상탐지는 DCVG탐지법(DCVG : Direct Current Voltage Gradient)을 이용하여 매설배관의 피복손상부를 정확히 찾아내는 단계이다. 매설배관의 외면부식발생 조건은 토양의 부식성, 코팅손상, 음극방식 보호수준에 따라 영향을 받는다. 매설배관의 피복손상부는 부식성 환경에 금속재료가 노출됨을 의미함에 따라 외면부식의 위험이 상대적으로 높을 수 있다. 특히 방식전위가 적정하게 유지되지 않을 경우에는 외면부식의 진행으로 매설배관의 건전성관리에 문제점을 유발 할 수 있다. 따라서 확인된 모든 피복손상부에 대하여 CIPS 측정을 통해 피복손상부 지점의 정확한 방식상태를 확인함으로써 매설배관의 부식우려가 상대적으로 높은 지점을 파악할 수 있다.

■<그림3>DCVG 측정개요, DCVG 측정사진

여섯 번째 단계인 굴착 우선순위판정은 지금까지 수행한 검사 자료를 종합적으로 평가하여 부식위험이 상대적으로 가장 높은 구간의 피복손상부를 선정하는 단계이다.

매설배관의 피복손상부는 노출된 배관 주변의 토양부식성 및 배관의 방식상태에 따라 외면부식의 진행가능성을 간접적으로 추정할 수 있다. 피복손상부에서 배관모재가 부식성 토양환경에 노출되었다 하더라도 토양비저항이 높고 방식전위가 적정하게 유지된다면 배관모재는 전기방식으로 적정하게 보호될 수 있다.

그러나 방식전위 즉 분극전위가 불량할 경우에는 외면부식의 진행으로 매설배관의 건전성에 문제를 유발할 수 있다. 따라서 이들 피복손상부에 대한 종합적인 평가를 통해 부식진행 가능성이 높은 피복손상부를 선택하여 이에 대한 굴착보수를 제시하게 된다.

■<그림4>피복손상부 굴착 및 직접검사 측정사진

결 론

본 진단방법은 총 6단계의 검사절차를 통해 매설배관의 상대적인 문제 지점을 찾아내고 그 지점에 대한 굴착확인 및 보수를 통해 배관의 건전성을 효과적으로 확보할 수 있는 검사방법이다.

전술한 여러 가지 개선사항 이외에도 매설배관 안전진단시 피복손상탐측 자료와 매설배관의 종합적인 평가를 통해 배관의 실질적인 보수ㆍ보강방안을 제시하고 관련자료를 지속적으로 업그레이드함으로써 매설배관의 건전성을 효과적으로 관리할 수 있다.