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.

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.

Seismic Fragility Analysis of a Buried Gas Pipeline Based on Nonlinear Time-History Analysis

이도형,김병화,정성훈,전종수,이태형 한국강구조학회 2016 International Journal of Steel Structures Vol.16 No.1

Seismic fragility analysis was performed for API X65, a type of buried gas pipeline that is widely used in Korea. For this purpose, nonlinear time-history analyses were carried out using 15 different analytical models of the pipeline, which represent variations of modeling parameters. The nonlinear Winkler approach was adopted to simulate the soil-pipeline interaction during an earthquake loading. A set of 12 recorded ground motions were selected for the time-history analyses and scaled to represent a range of earthquake intensity levels. Then, fragility functions were developed with respect to the damage states, which are defined in terms of the maximum axial strain of the pipeline. The parameters under consideration for subsequent seismic fragility analyses are the soil conditions, boundary conditions, burial depth, and type of pipeline. Comparative analyses revealed that the first three parameters, most notably the soil conditions, influence the fragility curves, but the last parameter negligibly affects the fragility curves. It is concluded in short that this study is promising to give a useful insight for a rapid seismic performance evaluation of a buried gas pipeline based on nonlinear and fragility analyses.

외면부식 직접평가법 개발 및 국내 도입 연구

류영돈(Young-Don Ryou),이진한(Jin-Han Lee),윤영기(Yung-Ki Yoon),임호석(Ho-Seok Lim) 한국가스학회 2014 한국가스학회지 Vol.18 No.5

매설배관의 부식위험성을 최소화하고 음극방식의 효율극대화를 위해 다양한 비굴착 간접검사기법들이 수십 년 전부터 이용되고 있으며, 미국에서는 굴착을 통한 매설배관 외면부식 직접평가법을 CFR 코드에서 규정하고 있다. 국내의 경우에는 도시가스사업법 관련 4개의 기준(KGS Code)에서 배관의 손상여부를 측정할 수 있는 장비를 이용하여 배관의 상태를 점검, 측정하고 이상부위에 대하여 누출검사를 한 경우 매설배관의 기밀시험을 한 것으로 보고 있을 뿐 배관외면부식 직접평가에 대한 규정은 없다. 본 논문에서는 미국, 영국 등 국외의 매설배관 건전성 관리 기준 및 방법을 조사하고, 국내의 매설배관 방식관리 실태 및 피복손상탐지 장치 이용실태 등을 조사한 후 국내 실정에 맞는 매설배관 외면부식 직접평가법을 제시하였다. 본 논문에서 제시한 매설배관 외면부식 직접 평가법은 국내에서 중압배관의 정밀안전진단 제도를 도입하는데 기초 자료로 활용되었다. To minimize the risk of corrosion on buried pipeline and to maximize the efficiency of cathodic protection, various indirect inspection techniques have been used for decades. In the United States, 49 CFR has regulated the external corrosion direct assessment for buried pipelines. In Korea, there is no provision for external corrosion direct assessment but there is only, according to the KGS Code, provision that if the survey of the defects of buried pipeline and the leakage test for the pipe were conducted, it is deemed to leakage inspection. We, therefore, have suggested external corrosion direct assessment method appropriate to domestic status through the survey of the regulations and standards of UK and the USA and the investigation of domestic situation on coating damage detection method. The proposed external corrosion direct evaluation method was used as the basis when introducing the precision safety diagnosis regulation for the medium-pressure pipe in Korea.

열차 이동하중에 의한 지중 매설 가스 배관의 진동 특성

원종화(Jong Hwa Won),김문겸(Moon Kyum Kim),선진선(Jin Sun Sun),김미승(Mi Seung Kim),N.Hai Dang 한국가스학회 2009 한국가스학회지 Vol.13 No.1

최근 열차의 고속화로 인하여 열차주행에 따른 진동은 중, 저속의 경우에 비하여 상당히 커졌으며, 이에 따라 지중매설배관은 끊임없는 충격하중과 반복하중에 노출되어있어 여타 지역에 매설된 관로보다 진동하중에 많은 영향을 받고 있다. 그러나 기존의 설계나 해석과정에 충격계수를 이용하거나, 정하중을 받는 매설배관의 정해를 이용하는 방법으로는 이러한 진동의 영향이 충분히 반영되지 못하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 동해석을 통한 배관의 위험단면에 대한 설계하중에서의 안정성 분석에 주안점을 두고, 각 배관의 매설 조건과 열차의 주행 조건에 따른 배관의 거동 특성을 분석하였다. Recently, the vibration of underground structure due to high speed railway loads has been increased substantially as compared with middle and slow speed. The buried gas pipelines under continuous impact forces and repeated loading are more influenced by the vibrational loads than another pipelines. However, the static analysis was not enough to allow for the effect of vibrations because it uses impact factors for the design or analysis process. In this study, characteristics of Pipelines was quantitatively estimated through each conditions of soil covers and train speed, and the new vibration prediction is presented about the vibrational velocity.

매설가스배관 강 슬리브 보수 용접부의 피로수명에 미치는 공정변수 영향 고찰을 통한 최적공정 수립

김종성(Jong Sung Kim),이철(Cheol Lee),김우식(Woo Sik Kim),김익중(Ik Jung Kim) 대한기계학회 2017 大韓機械學會論文集A Vol.41 No.11

본 연구에서는 매설가스배관의 강 슬리브 보수 용접부에 대한 피로수명에 미치는 보수 용접 공정변수별 영향을 고찰하여 최적 공정을 수립하였다. 상용 유한요소 해석프로그램인 ABAQUS를 이용한 연계 연성 온도-응력 해석을 통해 강 슬리브 보수용접 시 보수용접부에 발생하는 용접 잔류응력을 도출하였다. 또한, 유한요소 선형탄성 응력해석을 통해 운전응력 변이도 도출하였다. 도출된 용접 잔류응력과 운전응력 변이를 입력값으로써 구조응력/파괴역학 접근법에 대입하여 강 슬리브 보수용접부의 피로수명을 평가하였다. 다양한 보수용접 공정 변수에 대한 유한요소해석과 피로평가를 수행하여 공정변수별 피로수명에 미치는 영향을 고찰하였다. 최종적으로는 고찰한 피로수명에 미치는 공정변수별 영항 결과를 토대로 공정 및 경제적 비용을 최소화하고 피로수명을 적절히 향상시킬 수 있는 최적 방안을 도출하였다. In this study, an optimum process to improve structural integrity was established by investigating effect of the process variables on fatigue lifetime of steel-sleeve repair welds in buried gas pipeline. Residual stresses in the repair welds were derived through sequentially-coupled temperature-stress analysis using ABAQUS, which is a commercial finite element analysis program. In addition, variations of operating stresses were derived by finite element linear elastic stress analysis. Fatigue lifetimes of the steel-sleeve repair welds were evaluated by substituting the derived weld residual stresses and operating stress variations into the structural stress/fracture mechanics approach as input. Parametric study using finite element analysis and fatigue assessment for various repair welding process variables were carried out to investigate the effects of the process variables on the fatigue lifetime. Finally, based on the effects of the process variables on the fatigue lifetime, an optimal process to minimize the welding time and economic costs and to improve the fatigue lifetimes was derived.

하천통과 매설배관의 사고사례에 대한 연구

마영화(Young Wha Ma),김지윤(Ji Yun Kim),윤기봉(Kee Bong Yoon),조영도(Young Do Jo) 한국가스학회 2010 한국가스학회지 Vol.14 No.6

해외 하천통과 매설배관 사고사례를 수집하여 분석하였다. 이는 국내 하천통과 도시가스매설배관의 합리적인 매설심도를 결정하기 위한 기본 자료로 활용하기 위함이다. 사고사례 조사결과 하천을 통과하는 천연가스매설배관 사고의 주요원인은 홍수로 분석되었다. 홍수에 의한 배관 노출 및 과도 유량에 의한 하중이 파손 원인인 경우가 많다. 파손발생위치에서 부식이 발생한 것도 원인이 되었다. 따라서 국내 하천통과 매설배관의 합리적이고 효율적인 매설심도 결정을 위해서는 국내 하천특성에 맞는 하천의 수리학적 특성평가와 배관의 구조해석이 요구된다. 일반 천연가스배관의 사고사례 조사 결과도 주요 원인이 외부간섭과 부식임도 요약하였다. 이들 두 주요원인은 매설환경에 따라 전체사고에서 차지하는 비율이 차이가 있었다. Records of accidents for buried pipeline across the river were gathered and causes were analysed. The results are intended to be utilized as basic data for determining a reasonable criteria for the depth of buried city gas pipeline crossing the river. Accident of river-crossing buried pipeline was mainly caused by flood. Sometimes corrosion was detected at the failed location of the pipe. In order to determine reasonable and efficient depth of burial of the pipeline, hydraulic evaluation of the river and structural analysis of the pipeline are necessary. Published data for the buried natural gas pipeline incidents were also investigated and summarized. Main causes of buried natural gas pipeline incidents were external interference and corrosion. However, the two main causes of incidents showed significant difference in the proportion of the entire incident, depending on burial environment.

하천통과 매설배관의 사고사례에 대한 연구

윤기봉,마영화,김지윤,조영도 한국가스학회 2010 한국가스학회지 Vol.14 No.6

Records of accidents for buried pipeline across the river were gathered and causes were analysed. The results are intended to be utilized as basic data for determining a reasonable criteria for the depth of buried city gas pipeline crossing the river. Accident of river-crossing buried pipeline was mainly caused by flood. Sometimes corrosion was detected at the failed location of the pipe. In order to determine reasonable and efficient depth of burial of the pipeline, hydraulic evaluation of the river and structural analysis of the pipeline are necessary. Published data for the buried natural gas pipeline incidents were also investigated and summarized. Main causes of buried natural gas pipeline incidents were external interference and corrosion. However, the two main causes of incidents showed significant difference in the proportion of the entire incident,depending on burial environment. 해외 하천통과 매설배관 사고사례를 수집하여 분석하였다. 이는 국내 하천통과 도시가스매설배관의 합리적인 매설심도를 결정하기 위한 기본 자료로 활용하기 위함이다. 사고사례 조사결과 하천을 통과하는 천연가스매설배관 사고의주요원인은 홍수로 분석되었다. 홍수에 의한 배관 노출 및 과도 유량에 의한 하중이 파손 원인인 경우가 많다. 파손발생위치에서 부식이 발생한 것도 원인이 되었다. 따라서 국내 하천통과 매설배관의 합리적이고 효율적인 매설심도 결정을위해서는 국내 하천특성에 맞는 하천의 수리학적 특성평가와 배관의 구조해석이 요구된다. 일반 천연가스배관의사고사례 조사 결과도 주요 원인이 외부간섭과 부식임도 요약하였다. 이들 두 주요원인은 매설환경에 따라 전체사고에서 차지하는 비율이 차이가 있었다.

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.

깊이 인자를 고려한 매설배관의 사고피해영향 비교 분석에 관한 연구

한승훈(Seung-Hoon Han),설지우(Ji-Woo Seol),류병태(Byong-Tae Yoo),태찬호(Chan-Ho Tae),고재욱(Jae Wook Ko) 한국가스학회 2016 한국가스학회지 Vol.20 No.5

매설배관은 내부 또는 외부의 결함으로 인하여 leak나 rupture가 발생 할 수 있으며, 가스가 누출 시 큰 사고가 발생할 수 있기 때문에 정량적 위험성평가를 통한 분석이 필요하다. 하지만 현재 매설배관에 대한 위험성 평가시 매설을 고려하지 않거나, 매설 깊이를 고려하지 않고 무조건 배관압력의 1/10으로 가정하는 OGP기준을 사용하고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 여러 기관의 매설배관 ETA분석자료를 통하여 발생가능 사고 중 Jet fire의 사고피해영향을 분석하였으며, Jet fire의 복사열 계산에 있어서 배관의 매설깊이 인자를 고려한 매설모델을 수립하였다. 사례연구는 New Jersey의 Edison지역에서 발생한 사고를 이용하여 본 모델과 OGP모델을 비교 분석하였다. 연구결과 화염원으로부터 10m거리를 기준으로 매설모델의 복사열 값이 OGP모델에 비해 실제사례와 비슷한 값을 얻을 수 있었다. Buried pipe system is subject to leak or rupture due to internal and external defects with age. Especially, if the pipeline is designed for pressurized gas, the leak can wreak a devastating on its surrounding area. The current method of setting up underground gas pipeline is based on OGP criteria of applying one tenth of the inner pipe pressure. The criteria is applied irrespective of their burial depth or pipes properties. At times, even the whole safety measures are totally ignored. Considering the magnitude of possible damage from a gas leakage, a precise analytical tool for the risk assessment is urgently needed. The study was conducted to assess possible scenarios of gas accidents and to develop a computer model to minimize the damage. The data from ETA was analyzed intensively, and the model was developed. The model is capable of predicting jet fire influence area with comprehensive input parameters, such as burial depth. The model was calibrated and verified by the historic accident data from Edison Township, New Jersey, the United States. The statistical model was also developed to compare the results of the model in this study and the existing OGP model. They were in good agreement with respect to damage predictions, such as radiation heat coming from 10 meters away from the heat source of gas flame.