원전 매설배관 및 탱크 규제현황

김경조,남태흠,김종민,김진겸,신호상 한국비파괴검사학회 2018 한국비파괴검사학회지 Vol.38 No.1

Leakage caused by the corrosion of buried and underground pipes has recently resulted in groundwater contamination incidents. Some of these groundwater contamination incidents attatched much interest USNRC and the public. The industry issued a guidance document Nuclear Energy Institute (NEI) 09-14, “Guideline for the Management of Buried Piping Integrity” to describe a licensee’s goals and required actions resulting from this underground piping and tank initiative. The NRC conducted inspections using TI 2515/173, “Review of the Implementation of the Industry Groundwater Protection Voluntary Initiative” to assess licensee response to these incidents and determine the extent of the industry’s voluntary groundwater protection initiative. According to NEI 09-14, utility-provided procedures, risk ranking, inspection plans and asset management plans, were evaluated by USNRC in accordance with TI 2515/173, which are the same evaluations and inspections required for aging degradation of Korea nuclear power plants (NPP). The purpose of this research is to develop regulatory techniques and guideline for aging management of buried and underground pipes and tanks in Korean NPP. For this purpose, aging management, direct and indirect inspection techniques and regulatory techniques for buried and underground pipes and tank will be evaluated and a database for the damage of buried and underground pipes and tanks will be developed. From these techniques and the database information, in-service inspection guidelines and review guidelines for aging management will be developed. 매설배관의 손상은 최근 원전 산업이 직면하고 있는 중요한 현안사항 중의 하나로 대두되고 있으며, 지상의 배관과는 달리 배관 내부의 유체로 인한 부식, 배관 외부의 토양으로 인한 기계적, 화학적 손상 그리고 중 하중에 의한 피로 등을 동시에 경험하고 있다. 매설배관에서 누설이 발생할 경우에는 누설의 원인을 찾기가 어려울 뿐만 아니라 접근도 용이하지 않아 적절한 시기에 정비하기란 매우 어렵다. 현재의 매설배관 건전성 관리는 누설 시 위치를 파악하고 임시보수 또는 경상정비를 통하여 사후처리를 진행하므로, 토양 또는 콘크리트에 매립된 매설배관의 잠재적인 손상징후 파악과 그에 대한 건전성 평가에 상당한 제한을 받고 있다. 이에 따라 국내 원전에 적용 가능한 매설배관 경년열화관리 프로그램의 구축 필요성이 대두되었으며, 이를 위해 국내 원전의 관리대상 매설배관 계통을 도출하고 그에 대한 체계적인 위험도 분석, 데이터베이스 구축, 상세 평가, 외부 및 내부 비파괴검사 기술개발 및 규제지침 개발 등이 필요하다. 본 연구에서는 원전 매설배관 및 탱크에 대한 규제지침을 개발하기 위해 국외에서 연구개발 또는 적용되는 규제요건, 사업자 문서와 국내 적용현황 등을 검토하여 매설배관 규제현황을 파악하였다. 규제현황을 파악하기 위하여 매설배관의 경년열화 관련 경험을 요약한 규제요건인 NUREG GALL 보고서, 미국 규제기관의 규제지침서(ISG), 규제기관에서 발행한 규제문서(TI), 개발 중인 ASME Code Case, 매설배관 미국 산업계 관리지침인 NEI 09-14 및 EPRI TR 1021175 등을 정리하였고 국내에 적용되고 있는 매설배관 경년열화 관리현황을 검토하였다. 이를 통해, 향후 국내 원전의 매설배관 규제에 적용될 수 있는 규제지침을 개발하여 원전의 가동중검사, 계속운전 심사 등 인허가를 위한 기술적 지침으로 활용할 예정이다.

미국 원전 매설 및 지하 배관/탱크 규제현황 분석

김경조,김진겸,김동열,정명조,김종범 한국비파괴검사학회 2019 한국비파괴검사학회지 Vol.39 No.5

Damage to buried piping is one of the important issues facing the nuclear power industry. Unlike an above-ground pipe, buried piping is exposed to a corrosion environment because of the water chemistry condition inside the pipe, and to mechanical damage, chemical damage, and heavy-load fatigue caused by the soil outside the pipe. If leakage occurs in buried piping, it is very difficult to find its cause and to repair it in a timely manner. In Korea, after the leakage has been identified, follow-up measures are implemented, such as temporary repair or maintenance. Therefore, the identification of potential damage, which is part of the integrity management of buried piping in soil and concrete, is fairly limited. Therefore, an effective buried-pipe aging management program that is applicable to Korean nuclear power plants and that includes the preventive management of damage is necessary. In this study, US regulation trends were identified through the regulatory requirements and the management documents of licensees to develop regulatory guidelines. Using these results, regulatory guidelines for buried and underground piping/tanks can be developed for the future in-service inspection and license renewal of Korean nuclear power plants. 매설배관 손상은 최근 원전 산업이 직면하고 있는 중요한 현안이다. 매설배관은 지상의 배관과 달리 내부 유체로 인한 부식, 외부 토양으로 인한 기계적, 화학적 손상, 그리고 중 하중에 의한 피로 등을 동시에 받고 있다. 매설배관에서 누설이 발생할 경우 원인을 찾기 어려울 뿐만 아니라 접근도 쉽지 않아 적절한 시기에 정비하기가 매우 어렵다. 현재 국내 매설배관 건전성 관리는 누설 확인 시, 위치를 파악하고 임시 보수 또는 경상 정비를 통하여 사후 처리를 진행한다. 그러므로 토양 또는 콘크리트에 매립된 매설배관의 잠재적인 손상 징후 파악과 이에 대한 건전성 평가를 수행하는 것은 상당히 제한적이다. 따라서 매설배관 손상에 대한 예방 관리를 포함한 효과적인 경년열화관리 프로그램 구축이 필요하다. 본 연구에서는 원전 매설배관 및 탱크에 대한 규제지침을 개발하기 위해 미국에서 적용되는 규제요건, 사업자 문서 등 매설배관 규제 현황을 파악하였다. 이 결과를 활용하여 국내 원전의 매설배관 가동중검사 및 계속운전 심사를 위한 규제지침을 개발할 예정이다.

매설가스배관의 지진응답해석

이도형,조규상,정태영,공정식 한국지진공학회 2007 한국지진공학회논문집 Vol.11 No.6

본 연구에서는 국내에서 많이 사용되고 있는 매설가스배관인 X65를 선택하여 매설가스배관의 형태, 매설된 지반의 특성, 단일 및 복합입력지진파 그리고 매설깊이 등을 변수로 하여 시간이력 지진응답해석을 수행하였다. 해석적으로 예측된 변형률 및 상대변위는 국내도시가스 배관의 내진설계 세부기술기준에서 제시하고 있는 허용변형률 및 허용변위역량과 비교하였다. 비교해석결과, 배관의 변형률은 매설깊이와 지반조건에 영향을 받는 것을 알 수 있었다. 상대변위의 경우, 축 방향 상대변위는 매설깊이에 따른 영향을 받지 않는 반면에, 횡 방향 상대변위는 매설깊이와 지반조건에 영향을 받는 것을 알 수 있었다. 결론적으로 본 연구결과는 향후 매설가스배관의 지진건전도 평가에 좋은 자료를 제공할 것으로 사료된다. Earthquake time-history analyses have been carried out for a buried gas pipeline of X65 which is of popular use in Korea. Parameters included are shape of a buried gas pipeline, soil characteristics, single and multiple earthquake input ground motions and burial depths. Predicted response of strain and relative displacement are then compared with allowable strain and displacement capacity calculated by Guidelines for the Seismic Design of Buried Gas Pipelines, KOGAS. Comparative studies show that strains are in general affected by the burial depths together with change of soil conditions. Regarding the relative displacement, while axial relative displacement is not influenced by the burial depths, transverse relative displacement is affected by both burial depths as well as soil conditions. In all, the current study is encouraged to give a useful information for healthy earthquake evaluation of a buried pipeline.

매설가스배관의 지진 취약도 해석

이도형,전정문,오장균,이두호 한국지진공학회 2010 한국지진공학회논문집 Vol.14 No.5

본 연구에서는 국내에서 널리 사용되고 있는 매설가스배관인 API X65에 대해 지진 취약도 해석을 수행하였다. 이를 위해, 15가지 경우의 배관 해석모델에 대해 12본 세트의 다양한 지진파를 0.1g 등간격으로 스케일링하여 비선형 시간이력해석을 수행한 후, 비선형 시간이력해석으로 얻어진 매설가스배관의 최대 변형률을 이용하여 지진취약도 해석을 수행하였다. 지진 취약도 해석을 위해 본 연구에서는 또한, 지반조건, 단부지점조건, 매립깊이 및 배관형태 등을 변수로 고려하여 지진 취약도 해석을 수행하였다. 지진 취약도 해석결과, 지반조건, 단부지점조건 및 매립깊이는 매설가스배관의 취약도 곡선에 영향을 끼치는 것으로 판단되었고, 특히 지반조건이 미치는 영향은 다른 두 변수에 비해 다소 큰 것을 확인할 수 있었다. 반면에, 배관형태가 취약도 곡선에 미치는 영향은 미미한 것을 알 수 있었다. 종합적으로, 매설가스배관의 지진 취약도 해석과 관련된 연구가 많지 않은 현실을 감안할 때, 본 연구결과는 매설가스배관의 지진 취약성 평가해석에 초석으로 고려되어질 수 있고, 추후 관련분야 연구에 좋은 참고자료가 될 것으로 사료된다. In this paper, earthquake fragility analysis has been comparatively performed with regard to a buried gas pipeline of API X65 which has been widely used in Korea. For this purpose, a nonlinear time-history analyses has been carried out for 15 different analytical models of a buried gas pipeline in terms of the selected 12 sets of earthquake ground motions with 0.1g of scaling interval. Following that, earthquake fragility analyses have been conducted using the maximum axial strain of the pipeline obtained from the nonlinear time-history analyses. Parameters under consideration for subsequent earthquake fragility analyses are soil conditions, end-restraint conditions, burial depth and the type of pipeline. Comparative analyses reveal that whereas the first three parameters influence the fragility curves, particularly soil conditions amongst the three parameters, the last parameter has a little effect on the curves. In all, the present study can be considered as a benchmark fragility analysis of a buried gas pipeline in the absence of an earthquake fragility analysis of the pipeline and thus is expected to be a useful source regarding earthquake fragility analyses of a buried gas pipelines.

Scoring Model을 이용한 매설배관 안전성 개선에 관한 연구

손명덕,김성근 대한토목학회 2017 대한토목학회논문집 Vol.37 No.1

As the gas is manufactured, handled and used more often due to the continuous increase of gas, the related facility gets expanded andmore complex causing small and big accident which causes economic loss including damage for humans and materials. The gaspipeline, the most common gas facility, has the biggest risk of accidents. Especially in the urban area and densely populated areas, theaccident due to the high pressure pipeline may cause even more serious damages. To prevent the accident caused by the buried pipeline,it is required for the relevant authorities to evaluate the damage and risk of the whole pipeline system effectively. A risk is usually defined as a possibility or probability of an undesired event happening, and there is always a risk even when the probability of failure is set low once the pipeline is installed or under operation. It is reported that the accident caused by the failure of the pipeline rarely happens, however, it is important to minimize the rate of accidents by analyzing the reason of failure as it could cause a huge damage of humans and property. Therefore, the paper rated the risk of pipelines with quantitative numbers using the qualitative risk analysis method of the Scoring Model. It is assumed that the result could be effectively used for practical maintenance and management of pipelines securing the safety of the pipes. 가스 사용의 지속적인 증대로 이에 따른 가스의 제조, 취급, 사용이 점점 확대되어 관련 시설이 대형화, 복잡화되어, 이로 인한 크고 작은 사고가 지속적으로 발생하고 있다. 이러한 사고는 인명피해 및 물적 손실 뿐만 아니라 국가의 경제적인 손실의 큰 원인이 된다. 가스시설의 공통적으로 많은 부분을 차지하고 있는 Pipe Line 부분에 외부의 영향에 의한 사고가 가장 큰 위험요소를 가지고 있다. 특히, 도심지역 및 인구밀집지역의 경우의 고압가스배관의 사고 발생은 경제적 손실을 비롯한 보다 많은 손실을 야기시킬 수 있다. 이러한 매설배관의 사고에 대한 예방대책으로 여러 관련 기관에서는 가스배관에 대한 안전성을 확보하기 위해서는 전체 시스템의 파손 및 위험요소를 효과적으로 평가할 필요가 있다. 특히 가스배관이 설치되거나 작동되어 질 때에 이러한 파손(failure)의 가능성을 매우 작게 하더라도 위험요소가 존재하게 된다. 그러나 일단 파손이 발생하면 인명 및 재산상의 피해가 매우 크기 때문에 파손의 원인을 분석하여 파손사고의 비율을 최소한으로 낮추는 것이 필요하다. 그러므로 본 논문에서는 Scoring Model의 정성적 위험성 분석기법을 이용하여 매설배관의 위험성을 점수로 표현하여 정량적인 숫자로 표현하였다. 이러한 가시적인 평가의 결과는 매설배관의 안전을 확보하여 실질적인 매설배관의 유지관리를 하는데 있어서 매우 효율적으로 적용될 수 있을 것이다.

지하매설 대구경 용수공급 관로의 누수 및 수충격 검출 실험연구

이선호(Sun-Ho Lee),박춘수(Choon-Su Park),윤동진(Dong-Jin Yoon) 한국비파괴검사학회 2022 한국비파괴검사학회지 Vol.42 No.1

용수공급 관로는 도시기반 시설이지만 장기간 지하매설 상태에서 운용하며, 노후화됨에 따라 누수로 인한 경제적 문제뿐만 아니라 싱크홀과 같은 안전문제를 야기한다. 이러한 매설 배관의 안전한 관리를 위해 누수, 수충격 등 배관 파손의 원인을 조기에 탐지함으로써 사고의 예방이 필요한 실정이다. 진동신호를 이용한 매설 배관의 상태감시는 오랫동안 많은 연구가 진행되어 왔으며, 특히 유체-구조의 연성진동은 장거리 전파가 가능하여 관로 진단에 효과적인 것으로 주목받고 있다. 파동을 이용한 이상상태 진단을 위해서는 파동의 전파 속도를 정확하게 아는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 실제 운용중인 대구경 용수공급 관로에서 누수와 수충격을 검출하고자 한다. 대상 배관의 관경은 1,100 mm이며, 길이 578 m에서 진동가속도계를 부착하여 누수와 수충격을 검출하였다. 특히 주파수 분석을 통하여 최적 주파수 대역을 선정하였으며, 이를 통해 실험적으로 이상상태를 검출하였고, 실제 누수와 수충격의 위치와 잘 일치함을 확인하였다. Waterworks pipelines operating for a long time underground cause not only economic problems owing to leaks but also safety issues because of sinkholes. Early detection of the cause of waterworks trouble, such as leakage and water hammer, is essential for waterworks management. There are a number of studies on waterworks monitoring via vibration measurements, and fluid-coupled wave propagation, because of its long-range propagation characteristics, has gained attention in monitoring certain damages. Estimating the wave velocity along a pipeline is essential for precise localization of damages. In this study, leak and water hammer detection was performed In real large diameter buried pipelines, which are in-service waterworks pipelines with a diameter and distance of 1,100 mm and 578 m test interval, respectively. The optimal frequency band for calculating the accurate source location was determined by observing frequency characteristics. Our studies performed an empirical leak and water hammer detection in the tested pipeline, which was in a good agreement with the theoretical location analysis.

배관 용접부 결함 탐지 및 감시를 위한 자기변형 유도초음파 기술 개발

오세범(Se Beom Oh),정용무(Yong Moo Cheong),이덕현(Deok hyun Lee),김경모(Kyung Mo Kim) 한국비파괴검사학회 2017 한국비파괴검사학회지 Vol.37 No.4

원전의 가동 년 수가 증가하면서 기기 부품에서 예측하지 못한 다양한 결함이 발견되고 있으며, 이에 대처하기 위해 최신 비파괴검사 기술이 개발되고 있다. 배관이 보온재에 싸여 있거나 매설 상태 또는 방사선 환경에 노출되어 접근이 제한되어 있고, 구조적으로 복잡한 경우, 기존 비파괴검사 방법을 적용하기 어렵거나 결함 검출 능력이 낮은 경우가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 배관에 자기변형 유도초음파 센서를 영구 설치하고 주기적으로 신호를 수집하여 결함의 발생 및 성장을 감시하는 기술을 개발하였다. 자기변형 유도초음파 센서는 한번 설치 후 후속조치가 많이 필요하지 않고, 신호 파형이 압전형 탐촉자에 비하여 깨끗하기 때문에 결함신호 감시에 유리한 장점이 있다. 본 연구에서는 배관의 결함 탐지 및 성장 감시를 위해 자기변형 유도초음파 센서를 이용하여 위상 일치/제거 알고리즘 및 프로그램을 개발하였고 기술의 타당성을 검증하기 위해 실제 용접부 배관에서 결함 생성 및 성장에 의한 신호를 수집, 처리, 평가하였다. 종래 유도초음파 기술의 탐지 한계보다 월등한 결함 탐지 능력을 보였으며 향후 보온재 배관 또는 매설배관에 적용 가능하다고 판단된다. Various unexpected material degradations and defects were found along with an increase in the operating years of nuclear power plants. However, in many cases, applying the current nondestructive examination method is difficult because of the limited accessibility, caused by pipes with insulations, pipes buried underground, or the high dose of radiation in the environment. Sometimes, the method shows a lower detection capability because of the complicated structures. We solve the problem herein by developing a guided wave technique to detect and monitor the growth of defects by periodic monitoring after the permanent installation of a magnetostrictive guided wave ultrasonic sensor. A phase-matching/elimination algorithm and a computer program were developed. The technique was validated by an experiment on the detection and monitoring of the growth of defects in actual pipe welds. The technique showed a superior detection capability and lowered the detection limit compared to the conventional guided wave techniques. Moreover, the technique can be applied to pipes with insulations or those buried underground as a nondestructive examination or structural health-monitoring method.

기계잡음 환경에서의 배관 누설탐지기법에 관한 연구

윤두병,박진호,신성환,Yoon, Doo-Byung,Park, Jin-Ho,Shin, Sung-Hwan 한국음향학회 2012 韓國音響學會誌 Vol.31 No.7

발전소 건설 시에 설치된 지하매설 배관이 대부분 20년 이상 경과됨에 따라서 지하매설 배관의 누설탐지의 중요성이 점차 부각되고 있다. 본 논문의 목적은 발전소와 같이 매설배관 주변에 회전체 기계잡음이 존재하는 경우에 배관의 누설위치 추정성능을 개선하기 위한 방법을 연구하는 것이며, 이러한 목적을 달성하기 위하여 주파수영역에서 배관 주변의 회전체 기계잡음을 효과적으로 제거할 수 있는 방법을 제안하였다. 또한 상호스펙트럼의 위상정보를 이용하여 배관의 누설위치를 추정하는 방법을 제안하였다. 제안된 방법의 타당성 평가를 위하여 실험을 수행하였으며, 실험결과 회전체에서 발생하는 주기적인 잡음성분을 제거함으로써, 배관 누설을 탐지하는 상호상관함수기법의 성능을 개선할 수 있음을 확인하였다. The importance of the leak detection of a buried pipe in a power plant of Korea is being emphasized as the buried pipes of a power plant are more than 20 years old. The objective of this work is to enhance the capability of the leak detection technique in a noisy environment. For this purpose, a modified cross-correlation method that can effectively remove the rotating machinery noise component is suggested. In addition, a method for leak point detection using phase information of cross-spectrum is suggested. The validity of the proposed method is verified by performing an experiment. The experimental result demonstrates that the performance of the cross-correlation method can be enhanced by reducing the periodic noise components due to mechanical equipment.

매설 배관의 타공사 손상 조기 검출에 대한 실험적 검증

이선호,박춘수,윤동진 한국비파괴검사학회 2023 한국비파괴검사학회지 Vol.43 No.3

Damage to buried pipelines caused by third-party interference can lead to explosions, environmental pollution, ground settlement as well as economic losses. To prevent such damages, early detection technologies are required for identifying third-party interference that could affect these pipelines. Accordingly, vibration-based monitoring techniques have been extensively researched, and source localization based on the time difference of arrival have gained attention due to their effectiveness. This study aims to detect third-party interference to buried pipelines at an early stage to prevent pipeline damage. The accelerometers were attached to in-service waterwork pipelines with a diameter of 2,200 mm, a total length of 255 m, and an installation depth of 3 m to detect signals of third-party interference. The optimal frequency band for calculating the source location was determined by the results of frequency analysis. Our empirical research yielded the early detection of third-party interference in the tested pipeline, which in good agreement with the excavation position. 타공사에 의한 매설 배관 파손 사고는 대량을 누출로 인한 폭발, 환경오염, 지반 침하 그리고 경제적 손실을 초래한다. 이러한 피해를 예방하기 위해서는 타공사에 의한 배관 파손 징후를 조기에 검출 가능한 기술이 필요한 실정이다. 진동 신호를 이용한 매설 배관의 모니터링 기술은 오랫동안 많은 연구가 진행되어왔으며, 파동의 도달 시간차에 기반한 손상 위치 표정 기법이 효과적인 것으로 주목 받아 왔다. 본 연구에서는 배관이 매설된 지반 위에서 수행하는 타공사를 조기에 검출하여 배관 파손을 예방하고자 한다. 관경 2,200 mm, 총 연장 255 m 그리고 매설 심도 3 m로 구성된 실제 운용중인 용수공급관로에 진동 가속도계를 부착하여 타공사 신호를 검출하였다. 특히, 손상 위치표정을 위해 주파수 분석을 통하여 최적 주파수 대역을 선정하였다. 이를 통해 실험적으로 타공사 조기 검출이 가능함을 검증하였으며, 실제 굴착 위치와 잘 일치함을 확인하였다.

다양한 형태로 중첩된 매설배관의 GPR 신호 분석에 대한 연구

김형기(Hyeong-Gi Kim),이규성(Kyu-Sung Lee),이창준(Chang-Jun Lee),신충호(Chung-Ho Shin),이경준(Kyoung-Jun Lee),장윤영(Yoon-Young Jang) 한국비파괴검사학회 2020 한국비파괴검사학회지 Vol.40 No.3

본 연구는 매설 배관이 다양한 형태로 중첩되었을 경우와 각 중첩 상황에서 배관의 재질에 따라 GPR 신호가 어떤 양상으로 나타나는지에 대해 알아보기 위해 수행되었다. GPR 탐사에 영향을 끼칠 수 있는 요소를 효과적으로 변경하기 위해 지그를 제작하여 중첩 배관을 모사하였고 안테나와 배관 사이의 매질을 공기로 하여 실험을 수행하였다. 실험 결과 중첩 배관의 수직 방향과 수평 방향의 간격이 0.3 m부터 구분할 수 있었고 대각선 방향은 0.2 m부터 구분할 수 있었다. 또한, 매설 환경에서의 GPR 자료 취득을 위해 모사 시험장에서 실험을 진행하였다. 실험 결과 수직 중첩 상황에서 배관 사이의 간격이 0.2 m와 0.3 m일 때에는 신호가 중첩되어 나타났고 0.4 m일 때에는 배관 신호가 구분되어 나타났다. 수평 중첩 상황에서는 배관 사이의 간격이 0.3 m일 때 구분이 가능하였다. 이 연구 결과가 GPR 탐사 분야에서 신호 분석 시 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. In this study, the experiment was conducted to investigate the case where the buried pipes were overlapped in various state and what the GPR signals looks like depending on the material of the pipe in each state. To effectively change the factors that affect GPR exploration, a GPR jig was designed to simulate the overlapping pipe. Subsequently, the experiment was performed with air as the medium between the antenna and the pipe. The results show that the overlapping pipe can be distinguished at a distance spacing of 0.3 m in the vertical and horizontal directions, and 0.2 m in the diagonal direction. Moreover, to simulate the acquisition of GPR data in a buried environment, an experiment was conducted on a mock-up environment in which pipes were laid. It was found that the signals overlapped when the distance between the pipes was 0.2 m and 0.3 m in the vertical direction, and the pipes signal was distinct when the distance was 0.4 m. It was possible to distinguish the signal when the distance between the pipes was 0.3 m in the horizontal direction. The results of this study can be effectively applied to the field of GPR exploration, which can be helpful for signal analysis.