전기방식 이론 : 5-13 코팅 배관 시스템의 전기적 특성 및 음극방식 평가 기술

코팅된 배관 시스템의 전기적 특성 및 음극방식 평가 기술

1. 서론

코팅된 배관 시스템을 조사할 때, 코팅의 전기적 강도와 음극방식(CP)에 필요한 전류 요구량을 동시에 측정할 수 있습니다. 코팅 상태가 양호한 경우, 필요한 전류는 비코팅 배관에 비해 매우 적습니다. 이러한 특성으로 인해 modest한 전원 공급으로도 많은 마일의 배관을 테스트할 수 있으며, 일반적으로 배터리로도 충분합니다.

1.1 코팅 품질의 변동성

동일한 코팅 사양이 배관 전체 길이에 적용되더라도, 코팅의 유효 전기적 강도(전류 흐름에 대한 저항 능력)는 경로를 따라 상당히 다를 수 있습니다. 이러한 변동은 다음과 같은 요인들에 의해 발생할 수 있습니다:

• 지형의 종류
• 시공상의 어려움 (예: 암반 지역에서의 배관 설치로 인한 손상 증가)
• 평균 토양 비저항의 변화
• 배관 시공 품질 및 검사 수준의 차이

2. 시험 방법론

2.1 기본 설정

시험 장치는 그림과  같이 구성되며, 다음 요소들을 포함합니다:

• 임시 접지극(ground bed)
• DC 전원 공급장치
• 전위 인터럽터
• 전위 및 전류 측정 장비
• 원격 기준전극

2.2 측정 절차

1. 테스트 배터리 위치에서 전류 인터럽터를 사용하여 자동으로 전류를 on/off 합니다 (예: 10초 on, 5초 off).
2. 일반적으로 3-5마일 간격으로 테스트 데이터를 수집합니다.
3. 각 섹션별로 테스트를 진행하며, 관찰된 전류와 전위의 변화가 정확한 데이터를 얻기에 충분히 크지 않을 때까지 계속합니다.

2.3 데이터 수집

코팅 저항 계산을 위한 데이터를 얻기 위해 다음 측정을 수행합니다:

1. 인터럽터 on/off 상태에서의 배관-황산동 기준전극간 전위
2. 각 라인 섹션 끝단에서의 인터럽터 on/off 상태 전류

3. 계산 방법

3.1 기본 계산식

1. 전위 변화(ΔV) = ON 전위 - OFF 전위
2. 전류 변화(ΔI) = ON 전류 - OFF 전류
3. 접지 저항(Ω) = 평균ΔV(mV) / 수집전류(mA)
4. 유효 코팅 저항(Ω·ft²) = 접지 저항 × 배관 표면적(ft²)

3.2 실제 예시 계산

15,000ft 길이, 외부 표면적 50,070ft²의 코팅된 배관에 대한 테스트 데이터:

테스트 포인트 1:
- Pipe to CuSO₄ = -1.75V (ON), -0.89V (OFF)
- ΔV = -0.86V
- 전류 = 2.25A (ON), 0.09A (OFF)
- ΔI = 2.16A

테스트 포인트 2:
- Pipe to CuSO₄ = -1.70V (ON), -0.88V (OFF)
- ΔV = -0.82V
- 전류 = 2.03A (ON), -0.05A (OFF)
- ΔI = 2.08A

4. 결과 분석

4.1 코팅 저항 계산

1. 평균 ΔV = (-0.86 + -0.82)/2 = -0.84V
2. 수집 전류 = 2.16 - 2.08 = 0.08A
3. 배관-접지 저항 = 0.84V/0.08A = 10.5Ω
4. 유효 코팅 저항 = 10.5Ω × 50,070ft² = 526,000Ω·ft²

4.2 토양 비저항의 영향

토양 비저항은 측정된 유효 코팅 저항에 영향을 미칩니다:

• 1,000Ω·cm 토양: 나도체 배관 접지 저항 ≈ 0.0062Ω
• 100,000Ω·cm 토양: 나도체 배관 접지 저항 ≈ 0.62Ω

5. 장기 모니터링

5.1 초기 프로파일 작성

신규 배관의 초기 코팅 저항 프로파일은 향후 비교를 위한 기준점으로 사용됩니다.

5.2 모니터링 항목

• 고온 운전의 영향
• 비정상적 토양 응력 영향
• 박테리아 활성도가 높은 구역
• 코팅에 영향을 미칠 수 있는 기타 조건들

참고문헌

1. NACE International. (2013). Control of External Corrosion on Underground or Submerged Metallic Piping Systems. SP0169-2013.
2. Peabody's Control of Pipeline Corrosion, Second Edition. (2001). NACE International.
3. Pipeline Coatings. (2007). NACE International Publication 35108.
4. Von Baeckmann, W., Schwenk, W., & Prinz, W. (1997). Handbook of Cathodic Corrosion Protection.