1. 매설배관 건전성평가
Pipeline Integrity Assessment
코렐테크놀로지㈜ 이선엽

2. 매설배관 부식관리의 중요성
부식이란?
재료가 환경과의 작용에 의하여 본래의 특성을 상실하는 현상
경제적 중요성 안전 환경의 측면
• 미국의 경우 GNP의 약 • 부식에 의한 안전사고
4%가 부식으로 인한 비용 발생 가능성
(1999년) • 매설배관에서는
• 이 중 1/3 정도가 진단 및 가스누설에 의한 폭발 사고
방식에 의하여 절감 가능 발생
• 매설배관 누설에 의한 • 누설에 의한 토양오염과
공장 가동 중지 가능성 복구

3. Summary of Incident Causes
ASME Causes of Gas Transmission Incidents
Third Party Damage
External Corrosion
Internal Corrosion
Natural Forces
Misc
Incorrect Operation
I tO ti
Unknown
Other Failures Non-Pipe
Constr/Instal Pipe
Mfr
Prev. Damgd Pipe
Malfunction
Stress Corrosion Cracking
Vandalism
0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0
Avg Annl Incidents, 85-01

4. COST OF CORROSION
$5.0 bil.
$5 0 bil
Department of Transportation (DOT), USA, 2001 ($276 bil.)
4

6. Cost Estimate Example – Offshore PNG Pipeline
Cost (US $ Million)
C Milli )
Category
7.4 MPa 8.4 MPa 10 MPa 12 MPa
Bare Pipe Materials 374.1 314.4 296.5 228.8
External Coating 44.1 44.1 44.1 42.0
Internal Coating 21.2 21.3 21.2 21.2
Weight Coating 67.2
67 2 63.7
63 7 57.8
57 8 54.0
54 0
Cathodic Protection 20.7 20.5 20.5 20.2
Pipe Laying 80.7 78.1 80.8 80.8
Dredging& Backfill 17.7 17.1 16.8 16.1
Mobil. & Demobil. 8.4 8.4 8.4 8.4
Total 634.1
634 1 567.6
567 6 546.1
546 1 471.5
471 5
10 – 15% of total direct construction cost for corrosion protection (coating + CP)
(Cited from “Feasibility Study Report for Irkutsk PNG pipeline”)

7. 부식의 경제성

8. CASE HISTORIES ON UNDERGROUND CORROSION
Corrosion on the pipeline
Corrosion on the bottom plates of aboveground storage tank

9. CORROSION IN ANAEROBIC SOIL

10. 매설배관의 부식
 Chemical/microbiological corrosion
 방식불량/미방식배관
 토양환경의 부식성에 의존
 Electrical corrosion
 간섭전류에 의한 미주전류부식
 미주전류의 크기가 자연부식전류에 비해서 매우 크기
때문에 짧은 시간에 배관의 열화 발생 가능
10

11. 토양환경조사의 중요성
 토양부식은 토양환경의 부식성에 크게 의존
 토양환경조사를 통해서 부식성(corrosivity)을 파악하고
집중적인 관리가 필요한 지점 파악
 정량적인 토양환경분석을 통한 부식속도의 예측
 육안으로 부식상태를 관찰할 수 없으므로, 부식성에 대한
사전예측, 관리가 매우 중요함

12. 부식속도 vs. 주요 부식인자
3 3 3
P/S Disbonded area Sulfate
2 2 2
P0
P0
P0
1 1 1
0 0 0
-2.0
20 -1.8
18 -1.6
16 -1.4
14 -1.2
12 -1.0
10 0 20 40 60 80 100 120 10
0 1
10
2
10
3
10
4
10
P/S (V/CSE) Disbonded Area (cm )
2 2-
[SO4 ] (mg/g of soil)
3
pH SRB Resistivity
2
2
2
P0
P0
P0
1
1
1
0 0
4 5 6 7 8 9 10 3 4 5 6 7 8 9 0
10 10 10 10 10 10 10 10
1
10
2 3
10
4
10
pH SRB (cells/g of soil) Resistivity (Ohm.cm)

13. 토양 부식성 평가 Soil Resistivity
• Wenner 4-Pin Resistivity Measurement
I
E
S S S
 단위면적당 단위길이로 전기가 흐를 때의 저항
저항.
  = R·A/L (Ω·cm)
 전해질(토양)이 전기를 전달할 수 있는 능력
 토양부식성을 평가하는 지표로서 널리 사용

14. 토양비저항 측정방법
 4-pin method
 현장에서 측정
 평균적인 값
 Soil box
 채취한 시 시료
 국부적인 값

15. SOIL RESISTIVITY SURVEY: EQUIPMENTS

16. 비저항측정시 주의사항
 Soil pin이 배관과 평행하게 위치한 경우
 실제보다 작은 비저항이 측정됨.
 일부 전류가 저항이 작은 배관을 타고 흐르기 때문.
 배관에 수직으로 핀을 위치시키거나
 수평으로 할 경우에는 적어도 a/2 이상 이격시킬 것.

17. 최대부식속도와 토양비저항
 현장 데이터를 통해서
약 5 000 ohm cm를
5,000 ohm.cm를
기준으로 부식발생
 토양시료를 채취하지
않고 비파괴적으로
손쉽게 측정이 가능
 피복손상부 보수
기준으로 활용

18. 토양 부식성 평가 (예)
1.E+06
1.E+05
1 E+05
Soil Resistivit (Ω.cm)
ty
1.E+04
S
1.E+03 corrosive
1.E+02
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Distance (km)

19. 특수지역의 비저항측정
비저항측정 유발 요인
A
B
A,
A B중 비저항측정 위치는?
19

20. SOIL RESISTIVITY SURVEY
: DEPENDENCY ON SOIL DEPTH
A. 균일한 토양.
B. 상부엔 비저항이 작은 토양. 하부로 갈수록 비저항이 커진다.
C. 하부로 갈 수록 비저항이 작아짐.
D. 토양 조건이 가장 나쁨
20

21. SOIL RESISTIVITY SURVEY
: BARNES METHOD
 깊이에 따른 각 토양층의 비저항 결정 방법
T
h1 1
h2 2
h3 3
S
h4 4
h5 5
1 1 1 1
S     
R R1 R 2 Rn
21

22. SOIL RESISTIVITY SURVEY
: BARNES METHOD
 배 의 매설
배관의 매설심도가 4m인
가 1 1 1
 
경우 R 4 R 2 R 2 4
R2  R4
1. 2m, 4m 심도의 저항 측정 R 2 4 
(R2, R4) R2 R4
2. R2-4 계산 R2  R4
2 4  400  
3. ρ2-4 계산 R2 R4
22

23. SOIL RESISTIVITY SURVEY
: BARNES METHOD
 계산 예
 Pin간 거리가 2m인 경우의 저항 R2 = 6.3Ω
 Pin간 거리가 4m인 경우의 저항 R4 = 1.3Ω
 2m까지의 평균비저항 ρ2= 2π·200·6.3=7,917 Ω ·cm
 2m까지의 평균비저항 ρ4= 2π·200·6.3=3,267 Ω ·cm
 ρ2-4 = 400π·(R2·R4)/(R2-R4)
 = 400π·(1.3·6.3)/(6.3-1.3)
00 ( 3 6 3)/(6 3 3)
 = 2,061 Ω
Test data Barnes Analysis
a (cm) R (Ohms) Avg. ρ 1/R ∆(1/R) Layer R Layer ρ
200 6.3 7,917 0.16 - 6.3 7,917
400 1.3 3,267 0.77 0.61 1.64 2,061
23

24. SOIL RESISTIVITY SURVEY
: BARNES METHOD
Test data Barnes Analysis
a (cm) R (Ohms) 1/R ∆(1/R) Layer R Layer ρ
150 1.1 0.91 - 1.1 1,040
300 0.89 1.1 0.19 5.3 4,995
450 0.46 2.2 1.1 0.91 858
600 0.14
0 14 7.1
71 4.9
49 0.20
0 20 190
750 0.083 12 4.9 0.20 190
900 0.076 13 1.0 1.0 94
Ref.) T.H. Lewis, Jr., Deep Anode Systems, NACE (2000) p.7-11
24

25. 미생물학적 인자
 미생물의 작용에 의해서
금속재료의 부식이 가속화되는
현상
 토양환경에서는
 혐기성 조건
 중성
 낮은 토양비저항
 유기물 함량이 클 때
 황산염환원세균(sulfate
황산염환원세균(sulfate-
reducing bacteria; SRB)

26. CORROSION IN ANAEROBIC SOIL

27. SULFATE-REDUCING BACTERIA (SRB)
SO42- SO42 + ATP
2- APS + PPi Pi
Enters cell
2e-
SO32- + AMP
H+
S2O52- Metabisulfite
2e-
Outside cell
S2O42- Dithionite
S2- S2O32- S3O62- Trithionate
2e- 2e-
Thiosulfate
•Anaerobic bacteria
•Neutral environments
•Reducing sulfate to corrosive sulfides
27

28. SRB Population vs. Soil Key Parameters
p y
9 9 9
10 10 10
10
8 Resistivity 10
8 8
10 Redox potential
7 7
7 10 10
10
6 6
ells/g of soil)
10 10
cells/g-soil)
cells/g-soil)
6
10
5 5
10 10
5
10
4 4
10 10
SRB (c
SRB (ce
SRB (c
4
10 3
3
10 10
3
10 2 2
10 10
2
10 10
1 1
10
10
1
10
0 Clay content 0
10
2 3 4 5 6
10 10 10 10 10 0 10 20 30 40 50 60 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8
 ( ·cm) Clay Content (%) Eh (V/NHE)
9 9
10 10
8
10 8
10
Anaerobic,
7
10
7
10
10
6
Neutral,
/g-soil)
/g-soil)
10
5 10
6
High clayey,
Low resistivity,
L i ti it
SRB (cells/
APB (cells/
4
10 5
High water content
10
3
10
4
10
2
10
3
1 10
10
0
Water content APB
2
10 10
2 3 4 5 6 7 8 9
0 10 20 30 40 50 10 10 10 10 10 10 10 10
Water Content (%) SRB (cells/g-soil)

29. Corrosion vs. E
C i Exposure Ti
Time
A -0.4
04
25μm SRB -active
Biocide added C
2
A -active
PB
V/SCE)
-0.6
Counts (Arb. Unit)
U
Ecorr (mV
1 O Fe
P
-0.8 20μm
S
Fe Fe
C AlSi
0
0 2 4 6 8 10
Energy (keV) -1.0
10
0.4
orrosion Rat (mm/y)
0.36m /y
m
0.3
B
D
te
0.2
2μm
0.1 2.0
20μm
Co
2.0
1.5 S
0.0 O
Counts (Arb. Unit)
1.5
0 50 100 150 200 Fe
1.0
Tim (Day)
e
Coun (Arb. Unit)
Fe Fe
1.0 O S
0.5
C P
nts
Si Fe
0.5
Fe Si 0.0
P
0 2 4 6 8 10
C Al
Fe Energy (keV)
0.0
0 2 4 6 8 10
Energy (keV)

30. MIC in Aerobic Condition
2.0
1.5
Arb. Unit)
1.0 Fe
O S
Counts (A
0.5
Fe Si
P
C Al
Fe
0.0
00
0 2 4 6 8 10
Energy (keV)
소화수배관 내에 장기간 정체된 오염된 물에
의한 배관 부식 및 SRB 활동

31. CP와 미생물부식
CP와
 SRB-active soil
 Ref.) K. Kasahara, et al.,
Corrosion, 55(1) (1999) 74
2H 2O  2e   H 2  2 OH 
 The change of local chemistry at metal
surface, inducing an increase of pH.
 Effective tool for prevention of SRB-
induced MIC in soil.
31

32. CP vs. MIC
vs 3
2
P0
1
0
-2.0 -1.8 -1.6 -1.4 -1.2 -1.0
P/S (V/CSE)
 Despite of coating and CP, MIC occurred.
 All corrosion occurred the region under the disbonded coating.

33. 피복박리 부위의 방식
Pt & Reference
~15cm depth
15cm
Ref1 Pipe Ref2 Pt
1. Ref 1 vs. Pipe 2. Ref 2 vs. Pipe 3. Ref 2 vs. Pt
33

34. 피복박리 부위의 방식
Potential mV vs. Cu/CuSO4
P/S -1430 (-1200)
In Crevice
I C i -610 ( 500)
610 (-500)
Pt Electrode -480
480
Redox -160 (vs. NHE)*1
*1. At pH 7
34

35. 정성적 평가법의 예 – ANSI/AWWA법
평가항목 평점
토양비저항
< 700
700 - 1000
10
8
 수도용 주철관의 방식조치
1000 - 1200 5 여부(polyethylene
1200 - 1500
1500 - 2000
2
1
encasement)를 결정하기
> 2000 0 위한 지표
pH
0-2 5
 총점이 10점 이상이면
2-4 3 부식성이 크다고 판단
4 - 6.5 0
6.5 - 7.5 0**
7.5 - 8.5 0
> 8.5 3
산화환원전위 (mV)
> 100 0
50 - 100 3.5
0 - 50 4  DIN 50929가 조사항목도
<0 5 많고, 비교적 상세한 조사를
황화물 (sulfide)
positive
ii 3.5
3
거쳐서 부식성 평가
trace 2
negative 0
습기 (moisture)
배수성(drainage) 나쁨, 항상 젖어 있는 상태 2
배수성 보통 일반적으로 젖어 있음
보통, 1
배수성 좋음, 일반적으로 건조 상태 0
35

36. CORROSIVITY MAP (영국 사례)
부
식
성
증
가
36

37. 정량적 평가법
Corrosion of Steel in Soil Environment
n
epth/mm)
P=kt
 토양부식속도에 대한
경험식
ximum Pit De
 P=ktn의 Power law를 따름
 P: 최대부식깊이
 t: 매설시간
P (Max
 k, n: 상수
t, (Time/year)
 k와 n을 토양환경인자의 함수로서 구함으로써 정량적인
부식속도 예측식을 얻을 수 있다.
 토양인자의 분석후 통계처리를 통해서 구할 수 있다.
37

38. 최대부식속도의 예측
LogPc  0 .700  0 .069 Log(SRB )  0.749 P / S  0.203 Log(Cl  )  0.050 E h  Clay  0.014 pH  Log( )
g g g y p g
2.5
R=0.942
P0  0.500Pc t 0.372
2.0
1.5
15
토양부식에 영향을 미치는 인자
P0, obs
1.0
 Chemical factors
 Biochemical (microbial) factors
0.5
 CP effects
0.0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
P0, cal
38

39. INTERFERENCE

40. 간섭과 전식
 간섭 (interference)
 한 시설물의 전위분포가 주변에 존재하는 다른 시설물의 전위분포에 영향을
주어 다른 시설물의 전위를 변화시키는 현상
 미주전류 (stray current; 迷走電流)
 관심 배관(시설물)에 영향을 미치는 전원(예: 외부전원법 전기방식 시스템)
이외의 다른 전원으로부터 토양 내로 흘러 나오는 전류
 미주전류부식 (電蝕; stray current corrosion)
 미주전류가 장거리 배관의 한쪽 끝에서 유입되어 흐르다가 다른 지점에서
유출, 토양 내로 빠져나가서 원래의 전원으로 회귀되는 폐쇄회로가 형성되는
과정에서 배관에서 전류가 유출되는 지점에서 발생하는 부식현상

41. 간섭원의 종류
 다른 배관 또는 다른 시설물 방식시스템에 의하여
일어나는 간섭
 직류 용접설비, 직류 채광설비, 지구 자기장의 영향 등
 시간에 따라 변화하는 지하철의 미주전류에 의한 간섭
 AC 시설물에 의한 간섭

42. 양극간섭 (anodic interference)
 외부전원법 방식용 양극으로
인하여 주변에
토양전위구배가 형성되고, 그
양전위구배가 형성되 ,
결과 다른 구조물이
음극화되는 현상
 전류유입부위의 과방식
 전류유출지점의 부식

43. 양극간섭 (anodic interference)

44. 음극간섭 (cathodic interference)
 방식으로 인하여 음극화된 구조물 주변에 존재하는 다른 구조물이 영향을 받아서 양극화되는
현상
 피간섭 배관 + 간섭 배관 crossing지점에서 피간섭배관의 부식 가능성

45. 3
미주전류부식 사례 2 Rectifier
power up
Pipeline Potential, V/CSE
1
0 corrosion !!
Rectifier
-1
-2
-3
0 50 100 150
Distance, m

46. 미주전류부식 사례
 STS 304L 수도배관
 사용기간: 1년 이하
 전위: 약 1.2V/CSE
 DC 용접기계의 접지 역할

47. 합동간섭 (combined interference)

48. 합동간섭 (combined interference)

49. 지하철에 의한 간섭
49

50. 급전전류와 누설전류
• 서울지하철 9호선 1단계 설계
• 약 25km, 변전소 9개
• 서울지하철 7호선 2단계 설계
• 약 10km, 변전소 3개
• 변전소 간격 ~3km
간격: 3k
100 10
주간 변전소
90 9
feeding current (예)
80 8
Total Leakage Current, Il''' (A)
)
70 7
60 6
Il'''/I (%
50 5
40 4
%)
30 3
20 2
10 1
7000A 부하에서
0 0
0 2 4 6 8 10 leak current
Substation Spacing, L (km)

51. 급전전류 vs 배관전위
vs.

52. 전식의 유형

53. 지하철 간섭 현황
 현황
 본선구간과 비교할 때 차량기지 인근에서 간섭이 크게 나타나고 있음
있음.
 차량기지 내 레일이 저접지 시설(건물기초, 유틸리티배관, 접지 등)과 전기적으로
접촉하여 본선레일 전체에 대한 접지체 역할을 함
 대책
 차량기지레일 전체 또는 저접지 레일을 절연/분리시킴으로써 이를 통한 미주전류의
유출입 차단
 관련 규격/표준 등
규격/ 준
 레일과 접촉하고 있는 모든 금속을 절연 (BS EN 50162: 2004)
 본선과 차량기지에 대한 독립급전, 레일분리
(
(KS C IEC 62128-2)
)
 이중단로기 또는 귀선개폐장치를 이용한 저접지 시설 절연
(일본 동경/관서전식방식대책위원회)

54. 레일 절연 사례 - 일본
출처: 新版電食防止對策の手引き, 東京電蝕防止策委員會 (2005) p.83

55. 10
차량기지 주변 지하철 간섭 사례 10
9
9
8 8
7
7
6
5 6
4 5
3 4
2 3

56. 차량기지 주변 지하철 간섭 사례
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1

57. 차량기지/레일 절연 조사
I-BEAM (접촉)
• 레일과 I-beam 사이에 개재한 절연패드 불량
I beam
세척수관 (접촉) • I-beam과 건물기초/유틸리티 배관 접촉/연결

58. 차량기지/본선 절연실험 (야간)
인가 총
주공장 검사고1 검사고2 전삭고
구분 전압 전류 비율
[A] [A] [A] [A]
[V] [A]
분리 전 15.5 19.0 7.2 4.7 0.04 3.2 79%
주공장
15.5 18.9 - 9.9 4.2 4.7 100%
분리
검사고1
15.5 18.5 - - 0.9 12.9 75%
분리
검사고2
15.5 16.8 - - - 8.0 48%
분리
전삭고
15.5 14.6 - - - - 0%
리
분리
 주공장/검사고/전삭고 레일 분리 효과
- 배류전류: 19A →14.6A (23% 감소)
- 배류저항 0 82Ω 1 06Ω (30% 증가)
배류저항: 0.82Ω→ 1.06Ω

59. 전위와 부식속도 - 탄소강
40
Maximum Corrosio Rate, mm/y
30
m
20
on
10
m
0
-800 -600 -400 -200 0 200
Potential,
Potential mV/CSE

60. 미주전류부식 사례
선택배류기의 화재
Rail spike

61. 간섭에 의한 부식사례
 폴리에틸렌 피복 강관
 사용기간: 2-3년
 매설심도 1.2m
 지하철 미주전류
 미방식 배관의 부식
61

62. 배류법
 미주전류가 배관-토양을 통하지 않고 도선을 통해 레일(변전소)로 귀환할 수 있도록 전기적으로 접속하는 방법
 일반적으로 부( )극선 인출지점인 임피던스 본드로 선택 또는 강제적으로 배류
부(-)극선
선택배류법 강제배류법

63. Forced Drainage Bond Using a Potential Controlled Rectifier
(정전위형 배류기)
Is
Potential
Controlled
Rectifier
Is
buried reference
structure electrode

64. 정전위형 배(정)류기 출력전류

65. 미주전류부식 (수치해석)
-0.5
•Case Histories on Mitigation -1.0
instant off
7.5A
•Clients: KOGAS, KOWACO
12.5A
-1.5
E (V Vs. CSE)
-2.0
C
-2.5
-3.0
-3.5
-4.0
32 30 28 26 24 22 20 18
T/B No.

66. T3-14
대한도시가스
서울시상수도
R 분포정류기(대한)
R 분포정류기(상수도) R3-5
T 전위측정점 (이동단말기) C3-8 변전소
컨버터
C 전류측정점 (이동단말기)
R3-4
T3-15
T3-12
T3-11
C3-4
R3-3
R4-4
R4-3
R4-5
T3-10
R4-6 R4-2
R4-7 R3-2
R4-8 R4-1
R3-1 C3-2
T3-8
T3-7
T3-6
변전소 C3-7 T3-5
컨버터
T4-9 T3-3 T3-4
T3-2
T3 2
상수도 C3-6
C3-9 배류기
66

67. Corrosion Control of Underground Pipelines
 Base metal: CS
 Coating + Cathodic Protection (CP)
 코팅(피복)을 통해서 금속배관과 주변 환경을 물리적으로 차단하는 것이 일차적인
방식수단
 제조, 시공 및 운영 과정에서 발생한 피복결함 또는 피복손상부를 보호하기 위해서
보조적으로 CP를 병용

68. 방식 Corrosion Protection
TB
 방식의 종류
 피복 coating & lining
 음극방식 (전기방식) CP
 양극방식 anodic protection 배관
 부식억제제 corrosion inhibitor
 재료 선정 material selection 전류 Mg
양극
 전기방식의 종류
 희생양극법: Mg, Al
g +
교류
 외부전원법: 정류기, 양극 전원 정류기
-
불용성
양극
전류

69. Cathodic Protection (CP)
 CP is achieved by supplying e- to the metal
structure to be protected and widely used in:
1) long pipelines,
pipelines,
2) gas and oil transmission lines,
3) ships,
4) chemical processing equipments, etc.
Eapp
Fe Cu Fe Cu
Corrosion current Corrosion current
EFe<ECu Eapp>ECu-EFe
E
(a) before protection (b) after protection

70. Galvanic (Sacrificial) Anode CP System
CURRENT
ANODE

71. Impressed Current CP (ICCP) System
Power
Source
- +
CURRENT
T
CUR
CUR
RRENT
RRENT
ANODE

72. Relative Economic Range for Galvanic and Impressed Current Systems
as a F
Function of C
i f Current R
Required and S il R i i i
i d d Soil Resistivity
3.5
35
3.0
2.5
Impressed Current
2.0
20
1.5
1.0
Galvanic
0.5
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Soil Resistivity ( in ohm-m)

73. CP와 부식
73

74. CP와 부식
74

75. Effect of CP

76. 방식기준
 NACE RP0169 “Control of External Corrosion on
Underground or Submerged Metallic Piping Systems”
 전위기준 (potential criteria)
 분극전위 -850mV 기준
 100mV 분극기준
76

77. 방식전위 측정
 방식기준: -850mV vs Cu/CuSO4
 과방식기준: -5,000mV
 P/S전위의 측정
 Pipe to Soil 전위 (관대지전위)
 기준전극: Sat. Cu/CuSO4 전극
Ag/AgCl 전극
 T/B에서 측정
 매 300m - 500m 마다 측정
 활용
 개략적인 배관의 방식 상황 판단
 다른 방식시설물 등에 의한 간섭
여부 판단
 방식설계를 위한 기초자료

78. 부식전지의 등가회로
Equivalent Circuit for Corrosion Cell
Electrochemical Electrochemical
Reaction Reaction
Rct Resistance Rct
of Solution
Rsol
Double-layer Double-layer
Anode Capacitance Capacitance Cathode
토양환경: Rsol 지배
78

79. Voltage and Current Lines Around a Bare Pipeline
Receiving Cathodic Protection C
R i i C th di P t ti Current t

80. 전류 차단법에 의한 전위 측정
( )
ON Potential
V)
Potentia (-mV
IR
“ON-IR” -850 mVCSE
OFF Potential “OFF” -850 mVCSE
OFF
al
850
100 mV
Polarization
P
100 mV Depolarization
Native (Free Corroding Static) Potential
Corroding,
(+)
80

81. 전류 차단법에 의한 전위 측정 예
81

82. P/S 전위와 분극전위 (지하철 차량기지인근)
A
B
82

83. Reference Electrode Placed Close to Pipe Surface to
Minimize D
Mi i i IR Drop E Error i P t ti l M
in Potential Measurementt

84. IR-free
IR free Potential (Instant Off Method)
(Instant-Off
( )
ON Potential
V)
Potentia (-mV
IR
“ON-IR” -850 mVCSE
OFF Potential “OFF” -850 mVCSE
OFF
al
850
100 mV
Polarization
P
100 mV Depolarization
Native (Free Corroding Static) Potential
Corroding,
(+)
Time

85. Electrode for IR free Potential Measurement
IR-free

86. 분극전위 변화 (polarization shift) 기준
 100mV 분극 기준은 방식기술자들에게 많이 사용되는 기준
 약 100mV 이상 분극되면 부식전류(즉, 부식속도)도 충분하게
줄어들었다고 판단
 측정에서 많은 시간이 필요함
86

87. 분극전위 변화 (polarization shift) 기준
87

88. Test Point 전위 관리의 한계 - 매설배관
-500
-600
-700
-800
CP criteria
P/S potential (mVCSE)
-900 TB 3
15.4mA
-1000 TB 5
TB 8
TB 4 0 mA
11.4mA
TB 1 14.7mA TB 9
-1100
26.8mA 25.2mA
TB 6 TB 7
-1200 19.2mA 34.3mA
TB 2
55mA
-1300
-1400
-1500
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Test points 전위는 양호해도 TP와 Distance (km) 정밀 건전성평가필요!!!
TP사이의 전위는 불량한 경우

89. Test Point 전위 관리의 한계 - 저유탱크
Aboveground
Storage Tank
Grade Test / Access
Station
Reference Cell
f ll
Monitoring
Tube
Rim 25' Center 55' Rim
On -1411 -698 -404 -601 -1455
Off -902 -664 -402 -578 -911
Potentials (mV)

90. Close Interval Potential Survey (CIPS)
s
120o
d
Ls

91. Pin-pointing
Pin pointing of Coating Defects
 DCVG (pulsed-direct current voltage gradient) method
 손상부 주변에 집중되는 방식 전류를 검출 20
 약 3-4m 간격으로 피복손상 탐지 15
10
5
Potential Difference (mV)
0
-5
Defect
-10
-15
-20
-25
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Measure Point

92. 매설배관의 부식발생조건

93. 건전성 평가 개요
매설배관 경로 확인 성능 향상을 위한 대안 제시
음극방식 이력 점검 간섭현상 탐지 및 분석
매설배관의
방식현황
및 문제점
종합진단
대책 제시
배관 경로 부식성 평가 배관 피복결함 탐지
배관 전기방식 효율 검증 방식 시스템 점검

94. Pipeline operator s concern and solution
operator’s
Concern Solution
Is protective coating sound? DCVG *1
Is cathodic protection system working properly?
p y gp p y CIPS*2
What extent and where is the corrosion damage ILI*3
(metal loss?)
Is pipelines having corrosion defects safe? What will FFS*4
be the life?
What will the appropriate remedial action? Internal Expert
Consulting Service
*1. Direct current voltage gradient method
*2. Close interval potential survey
*3. In-line inspection
*4. Fitness-for-service
외면부식직접평가법
(External Corrosion Direct Assessment; ECDA)

95. ECDA (External Corrosion Direct Assessment)
 기본적으로 방식 (CP) 시스템과 피복 품질에 대한 검사
 기존 방식진단기술의 활용
 독립적으로 적용된 각 기술의 체계화, 평가기준 확립 기법
 부식 진행지점의 포착 확률 높임
착
 방식시 템
방식시스템 거동
 피복 품질
 토양 부식성 검사
 부식 진행 확률이 높은 지점을 직접 굴착 조사

96. 배경 - 고압가스배관 안전기준 강화
 도시가스 사업법/도시가스 안전관리 통합 고시 (2003)
 사용압력 1MPa 이상인 본관/공급배관은 최초 완성검사/감리 후 15년 이상 경과하면 매
5년마다 정밀안전진단을 받아야 한다.
 미국 가스배관 건전성관리 법규 (Gas Transmission IM Rule), 49CFR192.923-931
(2003)
 가스배관의 건전성 평가를 위해서 10년 내에 HCA에 대한 정밀 검사를 실시해야 한다 (일부
위험배관은 5년 내)
 이후 매 7년마다 재검사
 검사방법
 외면부식 직접평가 (ECDA)
 압력 시험 (pressure testing)
 그 외의 동등이상의 검사방법 중 하나를 적용할 것 e g In-line inspection (MFL-ILI)
것, e.g., In line (MFL ILI)
 ASME B31.8S Section 6.4
 ASME B31.8S Appendix B2 & A3
 NACE RP0502 (M th d l
(Methodology for ECDA)
f
 Shall/Must
 Should Statements

97. 배관 건전성 관리 – ECDA
사전 평가 간접 검사 직접 검사 사후 평가
PRE-ASSESSMENT INDIRECT EXAM. DIRECT EXAM. POST ASSESSMENT
과거이력 조사
굴착 우선순위 선정 잔여 수명 계산
Risk Assessment
재평가 주기 결정
구간 (region) 구분
( g ) IMMEDIATE
SCHEDULED 효율성 검증/수정
구간별 검사방법 선정 MONITORING
CIPS/DCVG/비저항 기본 기록/문서화
굴착 개수 선정
굴착 조사
탐측 및 검사
굴착결과 평가
단위검사의
위험성 판정
SEVERE
MODERATE
MINOR

98. 1 사전평가 - 매설배관 경로 확인
1.
 Pi locator 등에 의한 확인
Pipe l
 배관에 고주파 AC를 인가하고 배관 주변에
유도되는 자기장을 측정하여 배관 직상부를
확인하는 장치
 약 30m 간격으로 배관 직상부 확인
 도로에 직상부 표기
 필요성
 배관 직상부에 대한 정확한 확인
 배관전위측정 및 피복손상탐측은 배관
직상부에서 이루어져야 정확함
 ECDA 결과의 분석에 활용

99. 사전평가 Pre-assessment
 배관 매설 경로조사
 배관 시설물 조사(정류기,TB,변실 등)
 방식 이력검사
 검사 방법 선정:CIPS,DCVG,비저항,PCM

100. 1 사전평가 - 음극방식 이력 점검
1.
 음극방식 이력 점검
 방식전위 측정 기록의 검토
 음극방식 시설물 변화 확인
 방식 설계의 적정성 검토
 부식 사고 이력 점검
 필요한 자료
 음극방식 설계 자료
 음극방식 시공 후 준공 자료
 방식전위 측정 자료
 부식위험지역 선정기준
 Active/passive corrosion 판정

101. 1 사전평가 - 음극방식 이력 점검
1.
04-4
04-3
04-2
04-1
03-4
03-3
03-2
03-1
02-4
02-3
02-2
02-1
02 1
01-4
01-3
01-2
01-1
00-4
00 4
00-3
00-2
00-1
99-4
99-3
99 3
99-2
99-1
98-4
98-3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
-2,500 --2,000 -2,000 --1,500 T/B NO.--1,000
-1,500 -1,000 --500 -500 -0

102. 1 사전 평가 –
1.사전 검사구간 세분화
일반 토양
양 압입 구간 아스팔트 포장 구간 도강 구간
콘크리트 포장 구간 도로 중앙 간섭 의심 구간 강변 둔치

103. 사전평가 – 소구간 구분 및 검사법 결정 (예)
ECDA 1 ECDA 2 ECDA 3 ECDA 4 ECDA 5
CIPS
CIPS/DCVG PCM CIPS/DCVG
River
Sandy Loam
Sandy-Loam Sandy Sandy Loam
Medium ρ Well Drained Well Drained Poor Drainage
No History Low ρ Med. Resist. High ρ
No History Some Problems Many Problems

104. 1차간접검사 2차간접검사 3차 간접검사 비고
일반토양 및 갓길 등 CIPS(주2) DCVG 비저항 기준전극과 토양의 직접 접촉 가능구간
아스팔트 (ASP) 포장도로
매설직상부에서 측정이 곤란하되 매설심도이하만큼의 거리
곤란하되,
를 배관수직방향으로 이동하여 측정이 가능한 경우 측정가
갓길/보도 인접 지역 CIS DCVG
능지점에서 검사 실시
일반토양검사와 동일
천공후 탐측 원칙(주6)
단,
단 포장부 전후구간의 검사결과가 정상이면
도로폭 <50m, 교통량 적음 CIS DCVG 비저항
도로인접 전후에서의 간접검사+중앙 1개소를 검사하되 도
로 중앙검사는 현장여건을 고려하여 탄력적으로 실시한다.
1. 교통여건을 고려, 40-50m 간격으로 천공후 CIS
도로폭 >50m, 교통량 많음 CIS PCM DCVG 2. 전후 30m 정도구간에서 SCM실시
3 1, 2단계 이상구간 정밀 DCVG검사
3. 1
콘크리트 포장도로 CIS DCVG 천공 또는 균열부위에 물을 뿌린 후 검사 실시(주4)(주5)(주6)
보행자 도로 CIS DCVG 보도블럭 틈새, 또는 균열부위에 물을 뿌린후 검사(주4)
하천 도강구간
탐측자 도보도강 가능구간 CIS DCVG 일반 토양과 동일
CIS DCVG 보트 등의 보조수단을 사용하여 강위에서 검사
탐측자 도보도강 불가능구간 또는
1 접근 가능 지점까지 CIS 검사
1.
CIS PCM DCVG 2. 도강부 전후 30m에 대하여 SCM 검사
3. 이상발견시 DCVG 검사
특수 구간
Steel casing 구간
g 전위측정법 접촉지점확인법 GSD 2124
콘크리트 압입구간 (흄관) CIS DCVG 일반 토양과 동일
콘크리트 encasement CIS DCVG 일반 토양과 동일

105. 간접검사 측정방법 (예)
간접검사방법 NACE RP0502 OO배관 시범적용
배관 UNITS
CpIS (ICCP) 1 - 3 m 간격 - 1.2-3m 간격 mV (CSE)
- 매설심도 이하 간격
DCVG 1 – 2 m 간격 % IR
측정
%IR 측정 cathodic/anodic
- 전위의 급격 상승/감
Cathodic/anodic 판
소 (dip) 고려
정
- %IR 측정
Resistivity 각 소구간의 시작점, 피복손상의심부 및 등간 Ω·cm
(Wenner 4-pin 1/3지점, 2/3지점,
1/3지점 2/3지점 격으로(50m) 측정
method or soil 끝점에서 측정
box)
PCM 최대 18 – 45 m, 20 간격
20m간격 거리에 따른 신호
최소 3 – 5 m 간격 CIPS불가 구간 시작점, 전류(mA)의 변화
끝점 측정 량

106. 2 간접검사 - 배관 방식 시스템 점검
2.
 방식시설물
 TB, 정류기, 절연물, 양극
 TB의 건전성
 배관 리드선이 당해 회사 배관에 연결되어
있는가
 배관 리드선이 희생양극에 연결되어 있지는
않은가
 배관 리드선이 단선은 아닌가
 정류기의 건전성
 정류기 리드선이 당해 배관에 연결되어
있는가
 정류기의 출력은 정확한가
 정류기 영향 범위 조사
 정류기가 배관에 효율적으로 영향을 주고
있는가

107. 2 간접검사 - 배관 전위측정점 인출
2.
거리 전위측정값 (mVCSE)
측정점 비고
(m) 최고 최저 평균
M01 6 -498 -511 -503
M02 864 126 -59 22
M03 1386 180 -5 88 TP이용
M04 2028 230 70 150
M05 2970 540 100 320
M06 3186 168 -227 -24
M07 3732 920 560 740
M08 4494 -84
84 -432
432 -285
285
M09 4908 148 -299 -97
M10 5748 -181 -598 -412
M11 5976 -219 -705 -432 TP이용
M12 6762 -235 -535 -427
M13 7488 -207 -483 -361
- 배관전위를 측정하기 위한 전위 측정점(TB) 인출
- 약 600m-1Km 간격으로 13지점 선정

108. 2 간접검사 - 토양비저항 측정
2.
 토양비저항 측
측정의 목적
 토양비저항이 낮은 곳은 부식의 가능성이 큼 (< ~5,000 ohm.cm)
 토양비저항에 따른 배관 관리가 달라져야 함
 측정 방법
 Wenner의 four pin Method
 배관 심도에 따른 측정 및 계산이 필요
 ~200m 간격으로 비저항 측정

109. 2 간접검사 (CIPS)
2.
s
120o
d
Ls

110. CIPS 사례 (주간)

111. CIPS 사례 (주간)

112. CIPS 간격 변화 (25 ft to 5 ft)
5 ft interval
25 ft interval

113. 2 간접검사 - 배관 피복손상 탐측
2.
 피복손상부
 매설배관에서 부식은
근본적으로 피복손상부에서
적 피복 상부에서
발생할 수 밖에 없다.
 기계적인 결함
 DCVG법에 의한 탐측
 가장 정확한 피복손상탐측법
 방식전류가 피복손상부로
집중
 피복손상부 주변에 전위 구배
형성
 전위 구배 탐측

114. 2 간접검사 - 배관 피복손상지점 탐측
2.
 측정 결과의 분석
 Mg 양극 구분 (양극이 모두 소진된 것은 구분 불가능)
 타배관 간섭 구분
 부식 가능성 예측
 토양비저항 측정 결과
 배관 관대지 전위 측정 결과로부터 해석

115. DCVG/CI - Side Drainage
115

116. DCVG - %iR
5 ft interval
25 ft interval

117. %IR에 따른 결함 위험도 구분 (NACE RP0502 2002)
RP0502-2002)
 Category 1: 1-15% IR:
중요성을 띄지 않는 결함으로 보수가 필요치 않음.
방식전위를 적절하게 유지할 경우 충분히 방식될 수 있음
 Category 2: 16-35% IR:
양극으로부터의 거리나 중요 시설물의 유무를 고려하여 보수하는 것을 검토할 수 있음
결함부는 심각한 위협요인은 아니며, 방식으로 보호될 수 있음.
결함부는 목록을 만들어 방식전위를 집중적으로 관리하여야 함함.
피복이 더욱 열화되면 방식 수준이 변화되어 등급이 바뀔 수도 있음.
 Category 3: 36 60% IR:
36-60%
보수 추천
우선순위에 의하여 순차적으로 보수
Category 2의 결함과 마찬가지로 피복 열화가 더욱 진행될 수도 있음.
 -Category 4: 61-100% IR:
즉시 보수해야 함. 방식전류를 소모하는 주요 원인
117

118. 피복손상탐지에 의해 확인된 손상유형

119. 피복손상 탐측의 신뢰도
1995년-2002년 DCVG 고압가스배관 피복탐측 통계

120. DCVG-GPS
DCVG GPS System
120

121. CIPS/DCVG 진단장비
GPS Antenna PDA Bluetooth communication
Push switch PDA screen touch operation
Measure cable

122. Pipeline Current Mapper(PCM)를 이용한 배관코팅특성 평가
 배관에 4-8Hz의 전류를 흘린 후, 배관에서 발생하는 유도자장의 세기로부터 배관의 코팅
특성을 평가하는 방법
 Pipe locator와 유사한 receiver를 이용하여 이 자장의 세기의 감소(receiver에는 전류로
환산하여 표시됨)를 측정함으로써 코팅열화 정도를 측정
전류는 주로 그림과 같이 손상부( )에
집중되므로, 전류의 변화로부터 손상부
(또는 타배관 접촉부위 등)의 위치 추정
가능

123. Case I.
피복상태 매우 양호 전류손실 거의 없음
양호,
Case II.
피복상태 불량 고른 손상부 분
불량, 른 분포, 전류손실 큼
Case III.
III
양호/불량 피복 혼합,
피복 불량 구간에서 전류손실 큼
Case IV.
타 배관과의 short 등에 의한 급격한 전류 손실 의심
Case V
C
코팅이 불량한 압입관 등과 배관 접촉 의심
Case VI
탐측 중간지점에 피복이 매우 양호한 구간이나,
건조토양/암반 존재로 전류가 미치지 않는 구간 존재

124. PCM 탐측 – OO 저유소 지하배관
 정류기 위치에 transmitter 설치, 4Hz, 1A의 전류를 배관에 흘림
(접지전극으로는 기존 양극 사용)
 배관의 길이방향을 따라서, 전 구간에 대한 전류 loss 측정
정류기 위치에 설치된 transmitter Receiver를 이용한 배관 전류 측정

125. 매설배관 PCM 측정 예
100
TB1 TB2 TB3 TB4
90
80
70
입상-매설구간
60
dBmA
50
40
30
20
TB DEFECT
10
0
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Distance,m

126. 2 간접검사 – 특수검사 (간섭현상 탐지 및 분석)
2.
 간섭(static or dynamic) 검사의 종류
 타배관과의 절연 점검
 압입구간 점검
 배관-시설물 절연 조사 등

127. 간접검사 (배관 변실철근 절연) - 광역상수도관
(배관-변실철근
배관(물없음) 배관+콘크리트(물없음)
(STA 29+37.91)
0
덕정정수장 STA 73 정류기
80V 9A
-300
변실
-600
E, mV
-900
900
-1200
-1500
-15 -10 -5 0 5 10 15
Distance, m
 배관-변실 철근 접촉에 따른 방식전위 급상승
 방식면적 증가, 배관 주변환경 변화
 배관-철근 사이에 흐르는 전류: ~0.2A (전체 정류기의 출력 9A의 약 2.2%)

128. Carrier pipe와 casing의 절연
128

129. 간접검사
CIS survey: river-crossing region DGPS coordinates measurement Stray current mapper
(SCM)
0
-500
-1,000
-1,500
-2,000
-2,500
-3,000
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
CIS survey: asphalt road No drilling Drilling

130. 0
-200
-400
-600
-800
-1000
CIPS
-1200
-1400
-1600
-1800
-2000
250
0 %IR 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600
200
150
100
%IR
50
0
100000
0 300
토양비저항 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600
10000
1000
간접 100
토양비저항
검사
10
1
2500
결과
0 PCM측정
300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600
2A 2A 2A
2000
예 1500
1000
PCM
500
0
0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600