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    학술대회 참관기 게시판 내용
    제목 13th Pipeline Technology Conference & 2nd pipe and sewer conference 참관기
    작성자 박춘수
    작성일 2018-03-28 오전 8:44:55





    올해 열린 PTC (Pipeline Technology Conference)는 13번째로 열리는 석유 및 가스 배관의 안전과 가동 기술에 관한 학회로써 유럽에서 열리는 가장 큰 배관기술 (pipeline technology) 관련 학술대회 중 하나이다. 유럽의 EITEP(Euro Institute for Information and Technology Transfer)가 주관을 하여 매년 개최되고 있다. 본 학회는 첫 회부터 8회까지는 EITEP가 위치해 있는 하노버(Hanover)에서 개최되다가, 9회부터 베를린(Berlin)으로 옮겨 개최되고 있는데 올해도 베를린에 위치한 Estrel Berlin Convention Center (Fig. 1참조)에서 개최되었다. 50개 이상의 나라에서 602명의 참가자가 배관 유지관리 및 안전과 관련한 최신기술과 현장 사례에 대해 3월 12일부터 16일까지 5일간 심도 있는 논의가 진행되었다. 이번 학회는 특히 2회를 맞은 유럽 하수처리관련 학회 (Pipe and Sewer Conference)와 함께 열리며 성황리에 진행되었는데, 전통적으로 석유와 가스 배관 분야에서 발전되어 온 기술들이 물(상수/하수) 관련 배관으로 전해지고 있는 인상을 많이 받았다. 최근의 환경 문제와 직접적으로 연관되어 사람들의 생활과 밀접한 관련이 있는 물의 안전과 효율적인 관리에 대한 필요성의 증대가 원인일 것이라 생각된다.

    이번 학회의 중요한 키워드는 ‘안전(Safety)’이었는데, 기조강연(keynote speech)과 이어서 진행된 패널 토론에서 이 주제에 대해서 유럽 각국의 다양한 상황과 국제 표준 제정에 대한 움직임에 대한 현황을 알 수 있었다. 기술 강연은 5개의 세션이 동시에 진행되었으며, 각 기술 간의 명확한 차이를 두어 불필요한 발표장 이동을 최소화한 것이 인상적이었다. 총회(plenary session)는 마지막 날 오전에 ‘Remarkable project’라는 주제로2개의 발표로 구성되었으며, 유럽 천연가스의 안전한 공급을 위해 필요한 정책/기술/운영에 전반에 대한 내용과 멕시코의 구조건전성 계획과 관련한 현황에 대해 소개하였다. 아쉬운 점은 포스터 세션이 점심식사와 같이 진행되어 충분한 논의를 나누기에는 부족한 분위기를 느낄 수 있었다.

    학회의 세션을 살펴보면 19가지 주제로 나누어져 있으며, 가장 많은 발표가 집중된주제는 ‘건전성 관리(Integrity management)’로 가동되는 배관의 효율적이고 안전한 운영에 대한 관심이 가장 높음을 알 수 있다. 가장 많은 발표 및 본 저자가 관심을 가지는 배관 감시관련 주제를 추려보면 아래의 6가지가 될 수 있겠다.




    실제 배관 운영이 중요한 학회인 것만큼 70여개가 넘는 업체의 전시 참여가 있었으며, 실제 운영 중인 다양한 장비의 데모 및 업체가 가진 기술에 대한 세미나 및 워크숍이 학회 후반부에 구성되어 단순한 전시 모습이 아닌 실제 운용에 대한 자세한 내용을 파악할 수 있어 큰 도움이 되었다.

     



    한 편의 기조 강연과 2편의 총회 발표가 아래와 같이 발표되었다.


    독일 DVGW(German Technical and Scientific Association for Gas and Water)의 의장인 Dr. Linke는 기조 연설에서 배관의 개량결정에 따른 두 번째 사용을 위한 기술적인 결정과 이를 통한 경제적 효과에 대해 발표하였다. 독일 전체에 분포된 석유와 가스 배관의 현 황 및 운용 상태에 대해 살펴볼 수 있었고, 이 후 3차에 걸친 기술 혁신 방안에 대한 비전을 제시하여 유럽의 향후 기술개발 방향을 알 수 있는 좋은 정보를 알 수 있었다.


    ‘Remarkable project’라는 제목으로 발표된 2 편의 총회 발표는 유럽과 북유럽의 가스 공급과 관련된 현황에 대한 것이었다. Vogel은 EUGAL(European Gas Pipeline Link)에 대해 소개하였는데, 특히 기술 및 구성 관점에서 해결해야 할 이슈와 해결 과정에 대해 소개하였다. (Fig. 3 참조) 총 485km에 분포한 천연가스 배관은 발틱해(Baltic Sea)부터 독일을 관통하여 체코와 접해 있는 남부 독일 도시까지 연결된다. 이를 효율적으로 건설하고 운용하기 위한 계획 수립이 현재 활발하게 수립 중에 있다. 그리고, 2019년 부터는 단계적으로 가스가 배관을 따라 이동할 예정이다. 두 번째 연사인 Azuara는 멕시코의 배관 관리 정부 담당자인데, 9,000km에 달하는 멕시코 배관의 효율적인 재건축을 위한 도전 및 비전에 대해 발표하였다. Rosen group에서 2015년부터 시작된 배관 운용 시스템은 향후 멕시코 정부 기관 (CENGAS)로 넘어가게 되는데, 이를 위해 단계적으로 시스템을 구축 중에 있다. (1) 배관 정보의 수집/ 분류 및 디지털화, (2) 설치 구조물과 장비의 개발과 점검, (3) 배관 분포의 건전성을 담보할 수 있는 데이터의 최신 현황 유지가 주요 내용이다.







    본 학회에서는 한 발표 당 30여분의 발표시간을 주어 자세한 내용을 볼 수 있는 충분한 시간이 되었다고 생각된다. 앞서 개요에서도 언급한 것과 같이, 특정 문제를 깊이 있게 해결하는 발표 보다는 실제 운용 중인 시스템에서 발생한 문제를 해결하는 케이스 스터디와 같은 발표가 주를 이뤘다. 다양한 무제 해결 중에서 상태 감시 기법이 가능한 기술을 중심으로 최신 현황 및 적용 환경 등에 대한 발표에 대해 살펴보도록 하겠다.



    복잡하게 구성되어 있는 물 배관시스템(Water Distrivution Network,WDN)에서 효율적인 누출 위치 탐지를 위한 최소 센서 개수 최적화 방안 수립 및 시뮬레이션 결과 도출을 시도하였다. 몇 가지 시나리오를 대상으로 하여, 학습 세트를 구성하고 확률적인 개체군(population)을 구성하여 측정되는 누출 신호가 최대가 되는 최적화 문제를 풀었다. 최적화 문제 구성을 위한 비용함수(cost function)는 F score라는 식을 구성하여 위치 정확도와 신호 크기의 조합으로 적합도 수치(fitness value)를 계산할 수 있게 구성하였다.
     





    석유/ 가스 배관 뿐만 아니라 물배관의 경우에도 제 3자에 의한 배관의 불안정성이 높다. 의도적으로 배관에 위해를 가하든, 알지 못한 채로 배관을 부수게 되든 막대한 금전적인 피해를 초래하게 되는데, 이를 방지하기 위한 인도의 대처사례를 소개하였다. 인도에는 약 2600km에 걸쳐 가스 배관이 분포해 있고, 4,000km 가 추가 증설될 예정이다. 배관 주변 인구 거주 분포 및 지형/ 교통 등을 종합적으로 수치화하여 위협의 정도(Risk of Threat)을 계산하였다. 개발된 모델은 시간의 변화에 따른 모델로써, 최대 위협 지점에 대한 상대 위험도를 제공하고 있다.




    배관의 건전성을 감시하기 위해 사물인터넷(IoT)을 적용한 내용이다. 노후 배관의 누출을 탐지하기위해 사물 인터넷 시스템을 이용하여 기계학습 (machine learning)을 적용하였다. 센서는 음향방출 센서를 이용하여 배관의 외관에 설치할 수 있어 용이하다. Fig. 9에 보이는 통계 자료와 같이 1950~1970에 건설된 배관에서 매년 많은 누출이 이루어지고 있으나, 실제 현재 설치된 누출 검출 시스템에서 검출하는 비율은 15%를 조금 넘는 수준임을 알 수 있다. 검출률을 높이기 위해 민감한 음향 방출 센서를 적용하였으며, Fig. 10에 보이는 것처럼 60m 정도의 배관에 15m 정도의 간격을 두고 센서를 설치하여 신호를 받아서 가능성을 살펴본 발표이다. 매우 좁은 지역에 민감하게 누출을 탐지하기에는 적합하나, 대규모 용수관로에서 넓은 영역을 감시하는 것에 쓰이기는 힘든 방법이다.



     



    산업적 요구에 의해 많은 발전을 이룬 석유와 가스 배관에 비해접촉에 물 배관은 아직 개발의 여지가 많이 남아있다. 인류에게 마실 물은 필수불가결한 요소이며 OECD의 조사 결과에 따르면 2012년부터 2050까지 물 요구량은 55% 가량 증가할 것으로 예상된다. 물 배관의 건전성 감시 시스템은 앞서 개발되어 온 석유/가스 배관의 시스템을 기반으로 개발되는 것이 접근의 수월성이 있을 것이다. 이를 위해 배관 구역 구성을 통해 관심 영역 별로 나누어 관리하는 것이 필요하다고 얘기한다. 이를 위해서는 기술 개발에 국한하여 진행되어서는 안되며, 정부의 규제와 기술의 개발 정도에 맞춰 규격화 되는 것은 필수불가결한 요소일 것이다. 이를 위해서는 Fig. 12에 나타낸 것과 같이 다양한 요소에 대해 측정할 수 있고, 이를 종합적으로 활용할 수 있는 시스템의 구성 및 관리 규정 등에 대한 제정이 필요하다. 효율적인 관리를 위해서는 특히 아래의 3가지가 중요하다. 
     


    • 현장 점검의 우선 및 효과적인 점검 스케줄 수립
    • 효과적인 누출감시
    • 설치된 장비의 유지관리 향상/ 유지




    배관 상태 감시 기법으로 광섬유 기법이 많이 사용되고 있다. 최근에는 분포된 광섬유를 이용하여 음향을 측정하는 분포 음향 센싱(Distributed Acoustic Sensing)이 배관 파손이나 절도 감시에 쓰이고 있다. 독일의 재료연구소인 BAM에서는 AGIFAMOR(ageing Infrastructures-Fibre Optic Monitoring of Pipes) 연구 프로젝트가 수행 중이며, 이를 통해 배관의 감시기술 개발에 힘쓰고 있다. 이렇게 개발된 기술을 실제 배관 크기에 적용한 결과를 본 발표에서는 보여주었다. 배관을 감싸돌아서 고정된 광섬유는 Fig. 13에서와 같이 배관에 장착되어 있으며, 대조군으로 둔 곳과 가상의 누출을 모사한 지역으로 나누어 신호의 차이를 살펴보았다. 배관 누출은 구멍의 크기 별로 제작된 어댑터로 조절하였으며, 이렇게 얻어진 신호는 위치 별로 주파수 스펙트럼을 얻고, 이를 특정 주파수 신호 영역의 신호들만으로 신호처리를 하여 좀 더 누출의 위치를 잘 감시할 수 있게 하였다. 배관 업댑터의 크기로 조절된 압력 변화를 살펴볼 때, 본 실험 셋업에서는 20bar 이상의 압력변화가 있을 때 누출이 발생한 것을 알 수 있는 결과를 보였다.
     





    배관의 누출감시를 위한 국제 기준인 API1175는 독일 및 유럽에서 사용하는 기준인 TRFL을 따르고 있다. 기본적인 누출 감시는 누출에 따른 압력변화를 측정하는 것에서 시작한다. 관심 배관의 입력과 출력부에 설치된 유량, 온도, 그리고 압력센서를 통해 측정된 값들을 조합하여 정상상태에 대한 정보를 얻고, 이와 달라졌을 때를 이상상태로 간주하여 누출의 경우 위치를 탐지하는 기법을 사용하고 있다. 이의 정확성을 높이기 위해, 데이터 베이스를 구축해 놓는 것이 필수적이며, 이는 시스템마다 고유하게 적용되어야 하는 것으로 보인다. 좀 더 높은 정확성을 위해서 가동이 멈춘 상태에서 압력과 온도 변화를 이용하는 기법을 적용한다. 이는 누출이 발생했을 때, 압력이 감소하고 압력이 감소하여 온도가 낮아지는 상관관계를 이용하여 좀 더 높은 정밀도를 구현하는 방법으로 소개되었다. 발표자가 속한 KROHNE 사의 Pipepatrol 시스템의 구성은 Fig. 16과 같고, 입/출력을 제외한 다른 부분에서는 온도 측정 만을 통해 감시가 가능함을 보여주는 것으로 의미가 있어 보인다. 
     





    배관의 검사를 위한 관내 이송장치(pig)에 장착된 초음파 센서로 흠집(dent)의 형상을 정확하게 탐지하는 것에 대한 논문이다. 기존의 검사 장비에 장착된 캘리퍼(califer)방법은 Fig. 17에 나타낸 것과 같이 빠르게 이송할 때 속도에 의해 흠집의 크기가 크게 나타나는 단점이 있는데, 초음파 배열을 이용하여 C 스캔 영상을 얻으면 정확한 크기를 얻을 수 있다고 한다. 배관 전체를 스캔하기 위해 이동 방향에 일정 각도를 가지고 배치된 초음파 배열을 이용하게 되는데, 정확한 흠집의 크기를 측정하기 위해 이송체의 중심과 상대 위치를 이용하여 보정하는 방법에 대해서도 고찰하고 있다. 초음파의 분해능을 고려하려면, 주파수에 대한 고려가 있어야 하는데, 이에 대한 언급이 없어 아쉽다. 이에 대해 고려할 수 있다면, 배관 두께 대비 짧은 파장의 초음파를 사용할 수 있게 되는데, 이를 통해 배관 벽 내부의 결함까지도 탐지할 수 있을 여지가 남아 있는 것으로 보인다. Fig. 19와 같이 다수의 현장 실험결과 신뢰할 만한 수준의 반복도가 나온 것을 볼 수 있고, Fig.20에서 와 같이 영상화를 통해 크기를 확인할 수 있는 장점도 갖춘 것으로 보인다.
     







    모스크바를 거쳐 베를린 서남쪽에 위치한 쇠너펠트 공항(Schönefeld Airport)에 도착한 시간은 오후 8시가 넘었었다. 택시를 타고 숙소인는 에스트렐 호텔 &컨벤션(Estrel hotel& convention)으로 이동하였다. 대규모 행사를 유치할 수 있게 커다란 부지에 자리잡고 있었는데, 필자가 참가한 학회 외에도 3개 이상의 다른 행사들이 열리고 있었다. 필자가 2017년에 방문에 본 독일의 다른 도시, 뮌헨(Munich)과는 같은 듯 다른 느낌의 베를린은 건물 전체가 어두운 톤의 색깔이 많고, 건물 외벽의 화려함보다는 철저히 실속 위주의 디자인이 되어 단순하다는 느낌은 비슷했다. 하지만, 현대적인 건물이 많은 부분을 차지하고 있는데, 이는 2차 세계대전 중 폭격으로 80% 이상이 소실되었기 때문이라고 한다.


    베를린에는 냉전시대의 산물인 장벽이 교훈처럼 몇 군데 남아 있는데, 어느 곳은 원형 그대로 보존하고 있지만 또 다른 곳은 예술가들의 훌륭한 갤러리로 많은 관광객들을 모으는 훌륭한 역할을 하고 있는 것을 볼 수 있었다. 특히, 인기있는 그림은 통일 독일을 의미하는 형제의 키스 이다. (Fig. 21(d)) 초로의 남자들 간의 키스라는 파격적인 소재이면서, 두 형제(서독/동독)의 재결합을 의미심장하게 나타내는 작품이었다. 통일 후의 독일, 분단의 상징이었던 장벽을 보니 우리나라의 상황이 생각이 나지 않을 수 없었다. 우리나라도 어서 빨리 통일이 되어 세계 어디에도 없는 관광지가 되는 휴전선을 생각해 본다.




    전 세계적으로 많은 종류의 학회가 있고, 학회 마다 성격이 많이 다르다는 것을 다시 한번 느낄 수 있는 학회였다. 필자가 참여한 본 학회는 석유 및 가스 배관이라는 산업 현장과 밀접한 관계를 가지는 학회로 학문적인 발전에 대해 심도 있는 논의를 하는 자리가 아닌, 실제 산업 현장에서의 문제 해결을 공유하는 역할이 크게 느껴졌다. 학회가 운영되는 중에도 70여여 개가 넘는 업체의 전시와 지원이 크다는 것을 느낄 수 있었다.

    배관 관련 기술에 있어서는 새로운 신기술 보다 현장에서 불편없이 쓰이는 것을 원하는 것으로 생각된다. 많은 노력을 들여 남들이 찾지 못하는 것을 찾아내는 것보다, 적은 에러로 확실한 결과를 내어주는 기술이 선호되는 것이다. 이는 현장 사용자들이 불편함을 느끼게 되면, 아무리 좋은 기술이라도 쓰지 않게 되기 때문인데, 기술을 개발하는 연구자 입장에서 늘 되새기며 유념해야하는 사항이라고 생각된다.

    필자는 현재 수행 중인 연구과제가 대형 용수관로에 대한 상태감시 기술이기 때문에,이와 관련하여 집중적으로 살펴보았다. 물 관련 배관은 아직 석유나 가스 배관과 같이 커다란 이익과 직결된 부분이 아니기 때문에 상대적으로 기술 개발이 되어 있지 않는 것을 알 수 있으나, 앞으로 지속적으로 그 요구가 증가할 것으로 보인다. 본 학회가 하수(sewer) 학회와 같이 개최되는 것도 이와 크게 무관하지 않다는 생각이 든다.

    마지막으로, 이번 학회 발표 중 하나인 ‘Is water the new oil?’이라는 문구를 되새기며 마무리 하고자 한다. 용수 배관 기술은 후속 분야로 앞서 잘 개발된 석유 배관의 기술을 물 배관의 상황에 맞게 잘 적용하는 것이 좋은 출발이 될 것으로 생각하며, 이와 함께 물 배관에 특화된 심화 기술의 장착을 통해 특화된 기술로 발전하길 기대해 본다.




     

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    전체댓글1

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    |2018.05.16
    파이프 라인에 대한 학술대회가 있는것도 처음 알았네요.. 통일이 되면 이 분야도 많이 상업적으로 육성이 될 가능성이 많을거 같습니다. 원유공급에 있어서도.. 비용 절감 측면이 있을거 같고.. 마지막 사진의 배관관내 이송체의 역할이 뭔지도 궁금하네요.
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