산업설비 부식공학

Steel-Cased Pipeline에서 Cathodic Protection Current Shielding이 발생하는 원리 “배관에 CP를 충분히 공급하고 있는데 왜 Casing 내부는 보호되지 않을까?” 도로, 철도, 하천 등을 횡단하는 매설배관에서는 Steel Casing 을 사용하는 경우가 있다. 구조는 비교적 단순하다. 외부의 큰 강관 = Casing 내부의 운송배관 = Carrier Pipe 즉, 말 그대로 “Pipe inside a Pipe” 구조다. PHMSA도 Cased Crossing을 이러한 이중관 구조로 설명하며, 중앙정렬을 위해 Centralizer를 사용하는 것이 일반적이라고 설명한다. 그런데 이 구조에는 일반적인 매설배관에서는 잘 나타나지 않는 중요한 문제가 있다. 바로 Cathodic Protection Current Shielding 이다. CP 시스템이 정상적으로 작동하고 있어도 Casing이 Carrier Pipe 주변에서 전기적인 장벽처럼 작용하면 CP 전류가 배관 표면까지 충분히 도달하지 못할 수 있다. 특히 Carrier Pipe와 Steel Casing이 전기적으로 접촉(Short)된 경우 문제가 더욱 심각해질 수 있다. PHMSA는 Casing이 Carrier Pipe와 전기적으로 단락되면 Casing이 CP 전류를 소비하면서 Carrier Pipe 내부 구간에 대한 CP 효과를 떨어뜨릴 수 있다고 설명한다. 1. 먼저 Steel-Cased Pipeline의 구조부터 이해하기 일반적인 Cased Pipeline은 다음과 같은 구조다. 토양 ↓ Steel Casing ↓ Annular Space ↓ Carrier Pipe ↓ 운송 유체 여기서 중요한 것은 Casing과 Carrier Pipe가 직접 접촉하지 않아야 한다는 것 이다. 그래서 일반적으로 두 배관 사이에 Electrical Isolation 을 확보하기 위한 비금속성 Centralizer 또는 Space...

AC Corrosion에서 전력선과 매설배관 사이의 유도·전도·정전용량 결합 전력선 옆에 묻힌 배관은 어떻게 교류전압을 갖게 될까? 고압 송전선로와 가스·석유·용수 배관이 같은 지중 통로를 따라 설치되는 경우가 있다. 겉으로 보면 두 시설은 서로 연결되어 있지 않다. 그런데도 송전선로에 흐르는 50~60 Hz 교류전류 때문에 매설배관에 AC 전압과 전류가 발생할 수 있다. 이 현상을 AC Interference(교류 간섭) 라고 한다. 특히 배관과 송전선로가 장거리로 나란히 설치된 경우에는 유도 결합(Inductive Coupling) 이 중요한 역할을 한다. 반면 전력선의 지락사고가 발생하면 토양으로 흘러들어간 큰 고장전류에 의해 전도 결합(Conductive/Resistive Coupling) 이 문제가 될 수 있다. 정전용량 결합(Capacitive Coupling)은 이론적으로 존재하지만, 매설배관에서는 토양의 차폐효과 때문에 정상상태에서 영향이 상대적으로 작다. 즉 매설배관과 전력선 사이에는 직접적인 전선 연결이 없어도 전자기적으로 서로 영향을 주고받을 수 있다. 1. AC Interference의 세 가지 결합 전력선과 매설배관 사이의 AC 간섭은 크게 세 가지 메커니즘으로 구분할 수 있다. ① 유도 결합 Inductive Coupling ② 전도 결합 Conductive 또는 Resistive Coupling ③ 정전용량 결합 Capacitive Coupling 이 세 가지는 발생 원리와 위험 상황이 서로 다르다. 특히 정상적인 송전선로 운전상태에서 장거리 병행하는 매설배관 에서는 유도 결합이 가장 중요한 경우가 많다. 2. 먼저 알아야 할 것 — 전력선 주변에는 전자기장이 존재한다 교류전류가 전력선에 흐르면 주변에 시간에 따라 변하는 전자기장이 형성된다. 쉽게 표현하면 전력선 ↓ 교류전류 흐름 ↓ 변화하는 자기장·전기장 형성 ↓ 주변 금속구조물에 영향 이라는 구조다. 매설된 금속배관도 이 ...