| 초록 |
□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 도시가스그리드 이용 수소이송망의 지진대응형 벨로우즈 신축이음관 적용 저비용 내진성능 보강 연구 ◼ 전체 내용 ⦁ 도시가스 그리드 기반 수소이송망 연결부의 저비용 고효율 내진성능 확보를 위한 지진대응형 벨로우즈 신축이음관 적용 연구 ⦁ 수소이송망 지진 안정성 확보를 위한 신축이음관 내진성능 시험방법 및 변위순응 능력 평가기술 개발 ⦁ 실험 데이터 기반 수소 이송망 파이프라인의 저비용 고효율 내진성능 확보를 위한 지진대응형 신축이음관의 고충실도 해석적 모델기반 지진 안전성 평가 ◼ 1년차 ❏ 목표 도시가스 그리드 기반 수소 이송망 적용을 위한 지진대응형 벨로우즈 신축이음관 상세 설계 ❏ 내용 ⦁ 수소이송망 파이프라인 내진보강 적용 지진대응형 신축이음관 성능평가를 위한 정적 구조시험 ⦁ 국내외 지진대응형 신축이음관 관련 제품특성 조사 및 최적 형상 개발 ⦁ 지진대응형 신축이음관 고충실도 해석적 모델 구현 및 정적 실험 기반 해석모델의 개선과 해석적 성능 평가 ◼ 2년차 ❏ 목표 지진대응형 벨로우즈 신축이음관 적용 도시가스기반 수소이송망의 저비용 내진성능 보강 연구 ❏ 내용 ⦁ 동적 하중재하시험 기반 지진대응형 신축이음관의 구조성능 평가 / 수소이송을 고려한 내압가압 및 극저온 가스에 의한 지진대응형 벨로우즈 타입 신축이음관 내진 성능평가 ⦁ 지진대응형 벨로우즈 신축이음관 최적 설계에 대한 시제품 제작 ⦁ 지진대응형 벨로우즈 신축이음관의 지반-구조물(파이프라인) 상호작용을 고려한 해석적 내진 성능 평가 및 취약도 분석 □ 연구개발성과 ⦁ 본 연구는 다중적층 벨로우즈 배관 시스템의 단조 및 반복하중 실험 데이터를 기반으로 유한요소 모델을 구축하고 검증함. 일부 오차가 발생하였지만 단조 및 반복하중 실험에서 얻어진 하중-변위 관계의 전체적인 경향성과 최대하중, 초기강성, 누출변위, 에너지 소산량이 유사하기 때문에 구축된 유한요소 모델을 신뢰할 수 있을 것으로 판단됨. ⦁ 본 연구는 지진파의 불확실성을 고려하여 300m 길이의 매립 배관 시스템의 벨로 우즈 설치 조건에 따른 지진 취약도 평가를 수행함. 결과적으로 벨로우즈 신축이 음관 적용 시 매립 배관 시스템의 내진성능은 향상되는 것으로 나타났지만 1개의 벨로우즈 신축이음관을 적용하였을 때 효율적인 것으로 나타남. 따라서 벨로우즈 신축이음관을 적용하여 내진성능을 보강할 때 설치조건에 따라 보강 효과가 달라질 수 있으며 설치간격, 개수, 배관 시스템의 길이 등의 추가적인 매개변수를 고려한 분석이 필요함. ⦁ 본 연구의 점진증폭 반복하중재하시험에서 초기 진폭에 의한 15사이클은 지진이벤트 1회를 의미함. 따라서 이 단계에서 저주기 피로에 의한 누적소성변형이 최소화되어야 할 것으로 판단됨. 또한 본 연구에서 사용한 변위이력을 이용하여 내진성능을 평가할 경우, 점진증폭 반복하중재하시험의 초기 진폭의 크기는 단조하중재 하시험의 누출 변위의 25%이하 또는 누출변형각의 30%이하가 적절할 것으로 판단됨. ⦁ 이 연구는 3ply 금속 벨로우즈 신축이음관을 대상으로 상온조건과 저온조건을 고려하여 굽힘 점진증폭 반복가력시험을 수행하고 그 결과를 비교하였음. 저온조건은 배관의 설계최저온도와 한반도 기후조건을 고려하여 –20°C로 정의하였음. 한계 상태평가에서 벨로우즈는 첫 번째 사이클에서부터 큰 변위로 라체팅을 동반하는 큰 소성변형이 발생하였으므로 벨로우즈의 라체팅의 영향을 고려할 필요가 있음. ⦁ 시험결과로부터–20°C 이하의 저온조건에서, 지진과 같이 반복되는 과도하중에 대한 변위와 변형각 성능은 상온조건과 비교하여 낮게 나타났음. 변위성능은 최대 10.4%, 변형각 성능은 최대 9.6% 낮음. ⦁ 상온조건과 저온조건의 평균소산에너지의 차이는 2.7%로 크지 않음. 따라서 소산 에너지를 이용하면 금속 벨로우즈의 손상을 정량적으로 평가할 수 있을 것으로 예상함. ⦁ EJMA Code를 기반으로 설계된 2ply 및 3ply 벨로우즈 신축이음관의 내압 및 내구성 실험을 수행하였으며 실험 결과를 바탕으로 최적설계 및 시제품을 제작함. ⦁ 내압 및 내구성 평가를 위한 실험에서 내압은 2.35MPa, 내구성은 4000회를 달성 하여 기존 벨로우즈 보다 내압은 56%, 내구성은 33% 가량 증가된 것을 확인함. □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ⦁ 도시가스기반 수소에너지 파이프라인 공급망의 안전성확보를 위한 데이터베이스 구축과 평가시스템 도입, 국내 기술의 국제 표준 전략적 선점을 통한 국가 기술 경쟁력 확보 ⦁ 도시가스 기반 수소파이프라인의 장수명화를 위한 인공지능, 빅데이터 및 네트워크 기술을 융합하여 운영효율 향상을 위한 통합관리 선진기술을 확보 ⦁ 결함인지부터 조치방안 결정까지 도시가스-수소 파이프라인 시스템의 점검을 위한 인력 투입의 장시간 소요 비용을 절감 할 수 있는 D.N.A.기반 손상예측-손상인지-솔루션 시스템 구축을 위한 지능화 운영기술 선진화 활용 ⦁ 지능형 유지관리기술의 향상과 함께 재난·재해 등 외부사건에 대한 대응융합체계를 고도화하여 자연재해·사회재난 대응력 향상을 위한 기반 기술 확보 ⦁ 스마트 유지관리 선진기술 확보를 통하여 수소에너지 기반시설 분야의 해외 시장 선점을 위한 안전관련 기술의 지원 활용 및 수소 에너지에 대한 국민 수용성 증대 (출처 : 요약문 3p) |
