상 하수도, 해양플랜트 등 다양한 배관이 산업현장에 이용되고 있으며, 이러한 배관의 유지보수 작업은 필수적이다. 특히 산업현장에서 배관 유지보수 작업은 전문 인력이 배관 내 투입되어 작업이 진행되거나, 인력 투입이 불가능한 경우 와이어에 연결된 스크래퍼를 배관에 삽입하는 방식을 이용한다. 그러나 이 방식은 교통체증, 막대한 예산의 투입 등의 문제를 야기한다. 이런 문제점을 해결하기 위한 배관 청소 로봇의 연구, 개발이 진행되고 있다. 현재 배관청소 로봇은 작업 및 운용 상태를 실시간으로 확인할 수 없는 문제점이 있다. 본 논문에서는 배관 청소로봇의 운용, 배관 내부 및 청소 상태를 확인할 수 있도록 카메라로부터 촬영된 영상을 수집하며, 수집된 데이터는 RS-485 통신을 이용하여 모니터링 시스템에 전송하여 사용자가 실시간으로 상태를 확인할 수 있게 구성하였다.
선박 및 플랜트의 배관은 제작부터 설치까지 일련의 과정을 모두 현장에서 하는 것이 아닌, 외부의 공장 또는 숍으로부터 배관의 제일 작은 요소인 스풀 배관을 제작하고, 이를 작업현장 또는 현장 근처의 공장에서 모듈화 또는 가설치 작업 및 현장에서 직접 설치작업을 통해 제작이 된다. 이 과정에서 스풀은 3D CAD를 기반으로 하는 것이 아닌 2D 도면을 기반으로 하기 때문에, 작업공간을 고려하지 못할 수 있다. 이러한 이유로 실제 설치작업 시 작업공간의 방해로 인한 공기의 지연을 발생 시킬 수 있다. 본 논문은 이러한 스풀 배관의 설치 시 또는 운용 및 유지보수 시에 생길 수 있는 외부 구조물과의 스풀 위치에 관하여, 스풀 위치가 외부 구조물로부터 방해를 받지 않도록 하기 위한 방법으로 유전 알고리즘을 적용하여 스풀 위치를 결정하는 방법에 대해 제시하고자 한다.
현재 우리나라에는 상당량의 천연가스 배관 및 송유관이 지하에 매설되어 있고 그 길이는 매년 큰 폭으로 증가하고 있다. 이러한 배관은 배관건설공사 및 공사후 유지, 보수 관리시 배관의 파괴와 관련된 여러가지 상황이 존재할 수 있다. 즉 외부에서 작용하는 다양한 요인이나 배관 내부요인에 의해 배관이 완전한 파단까지는 이르지 않더라도 손상을 받는 경우가 생긴다. 배관에 손상이 발생하였을 때 그 원인을 규명하고 처리방안을 마련하는 작업이 필요하다. 이러한 것들을 사전에 미리 예방하고 손상해석을 올바르게 하는데 필요한 것이 배관손상사례에 대한 데이터베이스이다.
시공 편의성 및 경제성 측면에서 장점이 있는 PE배관은 국내 도시가스 분야에서 지하 매설용으로 많이 사용되고 있다. 이러한 PE배관은 유지·보수 공사 중 가스 흐름을 차단하기 위해 많은 현장에서 스퀴즈오프를 활용하고 있다. 스퀴즈오프란 PE배관을 압착하여 유체 흐름을 차단하는 방법을 말하며 물리적인 힘에 의해 배관의 변형이 일어나는 공사의 특성상 손상이 발생할 수 있다. 본 연구에서는 스퀴즈오프에 따른 PE배관의 손상방지를 위해 압축률에 따른 손상평가 및 기밀시험을 통해 적정한 압축의 범위와 사용 압력, 관경 등의 스퀴즈오프 작업 절차에 반영될 주요 사항들을 도출하였다. PE배관 손상평가를 위한 압축 실험은 압축률(20%~40%)과 사용압력 (2.8kPa, 25kPa, 70kPa), 관경(63mm, 90mm, 110mm)을 변화시키면서 실시하였다. 압축률에 따른 손상평가 결과, 과도한 압축에 따른 영향을 분석하기 위한 압축률인 45%(110mm), 73%(63mm)인 배관에서 파손이 발생하였다. 또한, 스퀴즈오프 작업 중 기밀시험은 Ar(아르곤)을 이용하여 진행되었으며, 실험결과 70kPa의 조건과 110mm 의 배관 조건에서 누출이 발생하였다. 본 연구 결과, 기밀유지를 위한 스퀴즈오프는 25kPa이하의 사용압력 및 90mm 배관을 초과하지 않는 범위의 배관에서 작업을 실시해야하며 PE배관의 손상방지를 위한 적정 압축률은 30%임을 확인하였다. 이와같은 내용을 도시가스용 PE배관의 스퀴즈오프 작업 절차에 반영할 예정이다.
국내의 배관시설은 약 30년이 지난 지금 배관의 노후화에 따른 부식 및 결함 등이 나타나기 시작하고 있다. 저비용 고효율의 노후관 갱생을 위한 배관 로봇시스템 개발에 대한 많은 연구가 진행되어 왔다. 배관의 탐사, 표면처리와 도장기술 및 열악한 작업환경에서의 고장에 강인한 로봇시스템 구성은 배관 로봇의 중요한 요인으로 알려져 있다. 지하매설 배관의 관리는 경제적 부담과 고도의 기술이 요구되는 실정에 업체에서 쉽게 대응하기 어려운 실정이다. 이러한 이유로 인하여 본 논문에서는 로봇의 노후관 탐사, 표면처리 및 도장이 가능한 로봇 시스템을 개발하였다. 개발된 로봇은 벽면 압착방식을 이용하여 구동력 및 작업을 위한 견인력을 확보하였다.
플랜트 프로젝트의 배관공사는 플랜트 설비의 중요한 공종(工種)이다. 종래에는 시공 현장에서 작업자가 수백장의 배관스풀 도면과 문서를 가지고 다니면서 설치 확인 내용을 기록하고, 현장사무실에서 기록한 사항을 다시 시스템에 입력 혹은 문서작성을 해야 하기 때문에 중복 업무가 발생하여 배관 공사의 효율성 저하 및 공기지연을 초래한다. 또한, 각각 다른 장소에서 각 다른 작업자가 설치 이력 관리 업무를 수행하기 때문에 통합적인 공정관리를 하려면 전체적인 공기가 많이 소요된다는 문제점이 있다. 따라서 본 논문에서는 배관스풀마다 서로 다른 QR Code를 부착하고 배관공사중에 배관스풀의 이력을 유무선망과 연계하여 QR Code로 통합 관리하는 안드로이드 어플리케이션을 구현하고자 한다.
본 연구는 석유화학 플랜트 설계, 구매 시공에 직간접적으로 많은 영향을 주는 배관자재의 관리 효율성을 높이기 위하여 자재 코드 및 자재관리 시스템의 근간이 되는 배관자재 코드 분류체계를 개선하였다. 기존 배관자재 코드 분류체계를 개선하기 위하여 내재된 문제점을 자세히 파악하고 국내외 대형 EPC 기업의 배관자재 코드 분류체계 특징을 조사하였으며, 최근 대형화, 전문화 되어가는 프로젝트의 특성을 고려하여 개선 방향을 설정하였다. 배관 자재별 특성에 맞는 코드분류체계를 정의하고, 표준 속성을 추가하고, 신규 자재 및 재질을 고려한 코드 자릿수 확장 및 계층적 분류 구조를 통하여 효율적 배관 자재관리를 위한 배관 자재 코드 분류체계의 개선 구조를 도출하였다. 개선된 배관자재 코드 분류체계를 수행중인 프로젝트에 적용한 결과, 자재 구매사양서의 재 작업률이 평균 4.98%에서 2.48%로 감소하였으며, 3차원설계에서 요구되는 배관 형상 구축 작업시간이 기존 평균 작업인원 2명이 6개월 소요 되었으나, 1명이 4개월로 67% 감소 효과를 가져왔다. 또한 피라미드 코드 구조를 통하여 전사 자재관리 시스템과 연동되어 구매, 견적 등 유관 부서에서 다양한 데이터를 축적하고 내부 경영관리 의사결정을 위한 프로젝트 분석에 활용할 수 있게 되었다.
3D CAD 시스템으로 설계된 해양플랜트 배관재 모델들은 2D 배관 제작도와 설치도의 형태로 생산 공정에 제공되고, 기본 엔지니어링 정보와 함께 통합 공정관리시스템에서 원자재의 구매, 조달, 제작, 설치 및 검사가 체계적으로 관리되어 진행된다. 기존의 통합 공정관리시스템은 자원의 흐름 및 진행 상황을 체계적으로 관리하여 공정 시수 절감에 많은 기여를 하고 있지만, 3D 설계 형상 모델 정보를 포함하고 있지 않기 때문에 배관 설치 작업 전에 복잡한 배관 구조를 파악하거나, 잦은 설계 변경으로 인해 연관된 도면을 찾을 때 상호간 신속한 정보 교류가 어려운 단점을 가지고 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 3D 모델을 기반으로 하는 해양플랜트 배관 공정 모니터링 시스템을 개발하였다. 본 시스템은 3D 모델 기반 배관 모니터링 시스템은 Visual Studio 2017 C#과 UNITY3D를 기반으로 배관 공정 작업 정보가 3D CAD 모델과 실시간 연동될 수 있도록 구성하였다. 그리고 블록, 크기, 재료에 따른 배관 설치 공정 진행 흐름 뿐만 아니라, 청소, 수압검사, 공압검사 등 기능 검사 항목별 진행 흐름을 3D 모델상에서 실시간으로 확인할 수 있도록 하였다. 작업자는 개발된 시스템을 통해 생산 현장에서 실시간으로 배관 공정 진행 흐름을 포함한 3D CAD 모델을 쉽게 파악함으로써 작업 효율성 향상에 많은 기여를 할 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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