도시가스 공급시설에는 높은 곳이나 도관 내부 등 접근하기 힘든 부분이 있다. 그런 부분의 점검 작업에 로봇을 사용함으로써 시공기간 단축, 비용절감 등을 모색하고 일손 부족으로 고민하는 현장에서 로봇 활용에 대한 기대가 높아지고 있다. 또한 도관 내 물이 들어와 공급이 중단되었을 경우 조기 복구에 이용하는 로봇 개발도 진행되고 있다.

 

도관이나 가스홀더 검사용으로 인기있는 OMNIVS의 로봇부

[가스신문=강동수 기자] JFE엔지니어링은 도관의 검사업무에 굴착공사 없이 검사가 가능한 관내 카메라 OMNIVS(옴니비전)과 외면 부식 검사장치의 두 로봇을 사용하고 있다. OMNIVS는 영상 카메라를 탑재하고 도관 내를 주행하는 로봇이다. 곡선 부분이나 수직 부분도 주행 가능한 것이 특징이다. 도관 내를 주행하는 로봇부와 도관의 외부에서 원격으로 조작하는 제어부로 구성된다. 로봇부는 사용하는 도관의 구경별로 150A~900A까지 5가지 크기가 있다. 제어부는 어떤 구경이든 공통으로 사용한다.

로봇부에는 회전 방향과 수직으로 여러 롤러가 배치되어 옆으로 움직이는 특수 바퀴 ‘옴니 휠’이 장착되어 있으며, 그것을 공기압으로 배관의 내벽에 부착하여 전동 모터의 힘으로 전·후진한다. 일반 바퀴로는 불가능한 도관의 굴곡부를 ‘옴니 휠’은 부드럽게 통과하는 기능을 갖추고 있다.

카메라는 레이저를 이용해 도관의 부식 정도와 흠집의 크기와 깊이를 측정하는 기능을 갖추고 있다. 옵션으로는 초음파를 이용한 도관의 두께 측정, 로봇팔과 브러시를 이용한 이물질의 회수 및 내부 연마가 가능한 다용도 시스템이다.

가스사업자들 사이에서는 안전과 내진성 확인 및 향상을 위해 이미 설치된 도관의 부식상태 등을 조사하는 기술에도 요구가 높아지고 있다. 이러한 요구에 대하여 도관 외면의 부식상태를 검사하도록 개발한 로봇이 ‘외면 부식 검사 장치’이다. 이 로봇의 주행기구는 옴니비전과 같은 것을 활용하고 있다. 또한 초음파를 이용하여 지속적으로 도관의 두께를 측정하여 전반적인 평가가 가능한 것이 특징이다.

오사카가스 엔지니어링(OGE)은 구형(球形) 가스홀더의 용접선 검사에 오사카가스가 개발한 로봇을 사용하고 있다.

수요 변동에 대비하여 가스를 저장하는 구형 가스홀더는 안전성을 유지하기 위해 정기적인 검사를 실시하도록 하는 것이 일본가스협회의 ‘구형 가스홀더 지침’에 정해져 있다.

검사 방법으로는 ‘개방검사’ 외에 일정 기준을 충족하면 내부의 가스를 뽑지 않고 검사할 수 있는 ‘공용중 검사’가 인정되고 있다. 개방 또는 공용중 검사에서는 주로 용접선의 건전성을 검사한다. 구형 가스홀더 여러 개의 강판을 용접, 성형하였기 때문에 내부 가스의 압력 변화나 온도 변화로 용접선에 부담이 생긴다.

구형 가스홀더 검사 로봇의 특징은 용접선의 위치를 탐지, 자동 추종 주행을 하면서 용접선을 검사한다. 용접선 위치를 검지하는 센서와 흠이 있는지 여부를 검사하는 ‘TOFD방식 초음파 탐촉자’를 탑재, 네 개의 바퀴를 모터로 구동한다.

이 로봇을 이용한 검사는 로봇조작 1명, 모니터 확인 1명으로 2인1조로 한다. 속도는 분당 2.4m (비검사 시 최대 분당 6m)로 하루에 연장 약 120m의 용접선을 검사할 수 있다. 사람이 펄스 반사법으로 검사할 경우, 1명이 하루에 검사할 수 있는 연장은 약 20m로 검사원의 수가 같은 경우 로봇을 사용하면 약 3분의 1로 검사 시간을 단축할 수 있다

OGE 공급 기술부 노나카 아츠시 계장은 “향후 검사원이 감소할 가능성도 있다. 그때, 일정한 검사 품질을 갖춘 검사 체제를 유지할 수 있는 부차적 효과도 기대하고 있다”고 말했다.

‘구형 가스홀더 지침’은 2014년에 개정되어 초음파 탐상 검사로 검출된 용접선의 상태를 개별적으로 평가하여, 장기적으로 성능이 담보된 10년마다의 검사 간격을 최대 15년으로 연장하는 것이 가능하게 되었다. 검사 간격이 길어지면 가스사업자의 유지관리 비용은 감소한다. 따라서 초음파 탐상 검사에 의한 개별 평가 업무의 문의가 증가하고 있다.

도쿄가스는 가스관 내에 수분이 발생한 경우, 조기 복구를 목표로 2015년부터 와세다대학교 차세대 로봇 연구기구와 가스관 내 자율주행 로봇 ‘WATER’의 공동 연구를 실시하고 있다.

호우와 모래 등으로 수분이 발생하면 그 부분을 특정하여 물을 제거할 필요가 있다. 현재는 도관도와 높낮이 차 등을 통해 원인 장소나 물이 차기 쉬운 장소를 추정하여 굴착 후 도관에 카메라를 삽입하고 수분의 유무를 확인하고 있다. 경우에 따라 굴착해 카메라를 삽입하기까지 3∼4시간이 걸리고 추정 위치에 수분이 없으면 다른 곳을 굴착해야 할 필요가 있다.

“택지 내의 가스미터를 제거한 부분에서 작은 관내 카메라를 삽입하여 본・지관을 탐색할 수 있으면 굴착이 필요 없고, 조기 복구에 기여할 것으로 생각했다”고 도쿄가스 파이프라인 기술센터 수리 · 진단 기술팀의 곤노 미노루 팀장은 어필한다.

같은 시기 정부의 전략적 혁신 창조 프로그램 (SIP)의 일환으로 인프라 유지 관리를 위한 연구를 맡은 와세다대학교 차세대 로봇 연구기구는 도쿄가스에 기술 협력을 제의, ‘WATER’의 개발이 시작되었다.

미터기보다 상류측은 얇은 내관에서 공급관, 본・지관 등 구경이 25A에서 50A로 변화함은 물론 여러 구부러진 부분이나 수직 부분이 있어 전진하기 위한 다양한 방식을 검토했다. 그 결과, 외부로부터 공기를 로봇에 공급해 그 압력을 이용하여 본체를 신축하면서 전진 및 후퇴가 가능한 추진기구를 채용했다.

추진기구는 내압의 변화에 의해 신축하는 호스를 앞뒤 두 개의 풍선에 끼운 구조로 되어 있다. 앞쪽에는 공기압 구동 굴곡 모듈과 카메라를 탑재했다.

미터기 근처에 공기를 보내는 장치와 로봇의 제어 장치를 설치한다. 헤드는 6방향으로 구부리는 것이 가능하고, 관을 구부리고 있는 방향으로 카메라의 영상을 보면서 로봇을 조작한다. 현재는 수동 제어이지만 앞으로는 AI가 판단하는 자동 추진도 목표로 하고 있다고 한다.

에어 튜브와 배선을 끌며 전진하려면 저항 때문에 통과하는 곡선 부분이 많아질수록 더 큰 추진력이 필요하다. 또한 멀어지면 응답 속도가 느려질 수 있다는 점과 내구성, 유지 보수성 향상 등의 과제를 해결 중이며, 2020년도 제품화를 목표로 하고 있다.

개발 중인 비굴착 도관 내 촬영 로봇 ‘WATER’
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