한국시뮬레이션학회 2001년도 The Seoul International Simulation Conference
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pp.335-339
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2001
City gas is one of the most important necessities of daily city life and social infrastructures. City gas is delivered to every user through a pipeline network. The gas pressure in the pipeline is regulated by gas regulator. In the pressure control system, characteristics of gas pipeline is as important as characteristics of regulator. There are many reports about the transfer function model of the fluid pipeline. But suitable model about the gas transmission pipeline is not known. In this paper, as the transfer function model of the gas pipeline, new model considering the heat transfer between pipe wall and gas and temperature change of gas is proposed. To evaluate this model, frequency response tests are used. As the result, the proposed model shows a better agreement when compared with the experimental result than conventional models. The results show the effectiveness of the model.
The length of city gas pipeline is increasing with expansion of natural gas transmission rapidly. A lot of the expense was paid for repair and maintenance with increasing of pipeline length and the cost of repair and maintenance by the corrosion was the highest. It is necessary to evaluate integrity in case of thickness reduction by corrosion. There are a lot of assessment criteria for corrosion defect in foreign countries but they are not suitable for application in the country directly. In this work, we performed the burst test and the finite element analysis for city gas pipeline, KS D3507 and KS D3631 for city gas transmission, and developed the assessment method of corrosion defect, which is suitable for domestic condition.
Pipelines have the highest capacity and are the safest and the least environmentally disruptive means for transmitting gas or oil. Recently, failures due to corrosion defects have become a major concern in maintaining pipeline integrity. A number of solutions have been developed for the assessment of remaining strength of corroded pipelines. In this paper, a Fitness-For-Purpose(FFP) type limit load solution for corroded city gas pipelines is proposed. For this purpose, a series of burst tests with various types of machined defects were performed. Finite element simulations were carried out to derive an appropriate failure criterion. Based on such solution along with existing solutions, an integrity evaluation program for corroded city gas pipeline, COPAP-CITY, has been developed.
도시가스 배관에서 위험을 유발할 수 있는 사건의 발생빈도를 구하기 위하여 주요 사고원인인 굴착공사, 외부부식, 지반침하 및 장치손상 등에 의한 사고발생빈도를 구하는 방법을 제시하였다. 굴착공사로 인한 손상은 FTA에 의해 기본사상(Basic event)을 도출하고, 부식에 의한 손상확률은 시간변화에 따른 부식결함의 잔존강도를 평가하는 평가식을 제시하였다. 지반침하로 인한 손상은 기준손상율을 구하고 여기에 손상모드인자 및 보정인자를 고려한 모델을 이용하여 구하였다. 장치원인에 의한 손상확률은 고유고장율과 특정고장율 자료를 모두 반영할 수 있는 방법을 제시하였으며 그 계산 예도 제시하였다.
Demand of the clean and convenient natural gas has continuously increased with recognizing of the environment problem since liquefied natural gas was introduced in Korea. Clean fuel natural gas was supplied to each city through high tensile strength pipeline connected by welding. Grades of pipeline were divided into the high and middle pressure according to supply pressure. Pipeline was welded mainly SMA welding process due to its easy handling, the other welding process was adopted according to the constructing condition. We were examined on the microstructure variation and mechanical properties of weld metal for high pressure pipeline, API 5L X-42.
도시가스 배관의 현행 보수 방법으로는 육성 용접, 슬리브 용접과 같은 용접을 이용한 방법 이외에 탄소 섬유나 유리 섬유 복합 재료를 사용한 보수 방법이 해외에서 사용되고 있다. 우리 나라의 경우도 도시가스 배관 안전관리의 중요성이 대두되면서 자체보수규정을 마련할 필요성이 있다. 해외의 사례로서 이미 연구가 상당부분 이루어진 용접에 의한 보수 방법이 아닌 비교적 새로운 보수 방법인 복합재로 보수 방법에 대한 연구가 필요한 시점이다. 본 논문에서는 복합재료 보수배관의 안정성 평가의 기본 단계로서 탄소 섬유 복합재료를 사용하여 보수한 가스 배관의 유한 요소법을 이용한 구조 해석을 수행하였고 결과에 대해 고찰해 보았다.
도시가스 배관은 지중에 매설되어 있기 때문에 세부 관리가 어렵고 다양한 위험에 노출되어 있다. 본 연구에서는 도시가스 배관압력 실시간 데이터를 분석해 배관압력 이상을 예측하고 전문가의 의사결정을 돕는 모델을 제안한다. 국내 도시가스 공급업체들 중 하나인 중부도시가스사의 정압기에서 수집하는 실시간 배관압력 데이터와 시간변수, 외부환경변수를 통합해 분석 데이터로 사용한다. 아산시와 천안시에 위치하는 11개 정압기를 분석 대상으로 하며 분 단위 배관압력 예측모델을 구현한다. Random forest, support vector regression(SVR), long-short term memory(LSTM) 알고리즘을 사용해 회귀모델을 구현한 결과 LSTM 모델에서 우수한 성능을 보인다. 아산시 배관압력 예측모델의 경우 LSTM 모델에서 RMSE가 0.011, MAPE가 0.494이며, 천안시 배관압력 예측모델의 경우 LSTM 모델에서 평균제곱근오차(root mean square error, RMSE)가 0.015, 절대평균백분율오차(mean absolute percentage error, MAPE)가 0.668로 가장 낮은 오류율을 보인다.
1960년대에 설립된 울산 및 여수 산업단지 고압가스매설배관은 누출 시 피해가 큰 독성가스는 물론 도시가스보다 무겁고 연소범위가 낮은 가연성가스가 그물망처럼 매설사용 중에 있다. 특히, 산업단지 배관의 경우 20년 이상 노후된 배관이 과반이상으로 점유하고 있다. 이와 같이 산업단지 배관은 상주시공감리제도 도입이전에 매설설치 되었으나, 도시가스 매설배관과 달리 법적 의무 없이 자율적으로 배관관리를 하고 있다. 본 연구에서는 산업단지 고압매설배관과 도시가스 매설배관의 안전관리 실태현황, 법을 비교, 피해영향범위 분석 하고 이를 산업단지 고압매설배관의 배관점검모델 마련에 활용하여 산업단지 고압매설배관의 안전성 향상에 기여하고자 한다.
도시가스배관에 대한 효율적인 안전관리를 위해서 33개 도시가스사로부터 입력된 데이터를 체계적으로 관리하고 분석함으로써, 가스안전관리 관련 대내 외적 업무를 효과적으로 수행하기 위하여 도시가스배관 종합관리시스템을 구축하였다. 시스템에 업로드된 배관정보 데이터는 KGS Code에 명시된 기준에 의해서 위험지수로 표현되고, 이를 통하여 진단우선순위가 도출됨으로써 배관 안전관리가 수행되고 있다. 하지만 위험지수를 선정하는 배점방식이 매우 단순하고 관련 근거도 부족할 뿐만 아니라, 다수의 중복 순위로 인해 진단대상 선정에 대한 신뢰성이 높지 않다. 이에 신뢰도 기반 설계 및 평가법을 기반으로 한 프로그램을 개발하여 합리적으로 위험도 및 위험순위를 도출하였다.
본 연구에서는 위험을 등급화하여 검사대상 및 주기를 결정하여 투자비용기 효용성을 높이는 기술의 접근방법을 도입하여, 위험의 정도뿐만 아니라 위험의 양(손실비용)을 평가 할 수 있는 활용 방법을 제시하였다. 위험의 정량화를 위해 가스배관의 손상확률과 영향을 예측하는 방법이 필요한데 손상확률의 경우 사고원인을 굴착공사, 외부부식, 지반침하 및 장치손상으로 구분하였고, 그 각각의 원인에 대해 사고발생빈도를 구하는 방법을 제시하였으며 영향을 예측하기 위하여 가스의 누출시 주로 피해를 유발하는 화제에 대해 사망, 화상 및 건물에 피해를 줄 수 있는 경우 그 피해범위를 산정하는 방법을 제시하였다. 또한, 이 확률과 영향을 결합하여 위험비용을 예측하는 방법과 그 결과를 예시하였는데 이 기술은 경제적인 측면을 고려한 종합적 안전관리 기술로서 위험관리가 중요한 도시가스업계에 적용된다면, 위험을 줄일 수 있는 최적의 위험감소 전략 수립에 유용한 정보를 제공할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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