전기방식 이야기
저자: 피터 니콜슨 Cathodic Technology Limited 캐나다 온타리오
ECDA관련 좋은 자료를 우리나라 전기방식에서 사용하는 용어로 번역 소개하니 참고하시기 바랍니다.
모든 지하/수중 배관은 코팅이 손상되고 음극방식이 안되어 있는 곳은 부식되기 쉽습니다. 음극방식(이하 전기방식) 은 지하/수중 배관의 외부부식을 줄이거나 중단시키는 유일한 방법입니다.
ECDA 는 다음 5단계 과정으로 이루어진다.
1. 사전평가(수집시스템 정보)
2. 간접조사(시스템에 데이터 수집)
3. 직접심사(우선지역 발굴)
4. 개선(수리 또는 교체)
5. 사후평가(개선효과)
사전 평가에는 배관라인, 그 부속품, 테스 트 시설, 밸브, 펌프 스테이션, 테스트 스
테이션, 본드, 정류기 등의 물리적 위치 매핑이 포함될 수 있습니다.
간접 조사에는 배관라인 시스템의 수명에 영향을 미칠 수 있는 운영 및 유지 관리, 수리, 손상 및
기타 요인에 대한 이력 정보가 포함될 수 있습니다. 간접적인 검사에는 파이프라인 시스템의 작동 압
력(응력)과 수소 황화 및 응력 부식 균열에 대한 민감성도 포함될 수 있습니다.
직접 검사에는 전기방식 시스템의 효율성, 코팅 상태 및 음극 보호 수준이 부적절한 지역의 굴착이 필요한 경우를 결정하기 위한 ECDA 도구의 사용이 포함될 수 있습니다.
개선 및 수리에는 전기방식 수준을 높이기 위한 전기방식 시스템 개선뿐만 아니라 코팅 결함 수리, 코팅 보수, 배관의 부분 교체가 포함될 수 있습니다.
사후 평가에는 코팅 수리, 배관 교체 또는 전기방식 시스템 개선의 효과를 확인하기 위한 조사가 포함됩니다.
ECDA 도구
CIPS(Close Interval Potential Survey)
DCVG
전류감쇠
피어슨 조사
PCM
CIPS(Close Interval Potential Survey)는 지하/수중 파이프라인의 음극 방식 수준을 결정하는 유일하고 효과적인 방법입니다. 다른 모든 조사 방법은 코팅 무결성을 나타내지만, 이는 음극 방식 수준을 나타내지는 않습니다.
CIPS 조사는 전류 음극 보호시스템에 의해 음극으로 보호되는 파이프라인을 따라 정류기 ON 및 순간 OFF 전위(IR Free)를 측정하거나, 희생양극 방식으로 보호되는 배관인 경우 배관의 분극 전위를 측정하는 것입니다.
잠재적 판독값은 거리 및 GPS 좌표와 연관되어 있으며 일반적으로 배관 직상부에서 1~3미터 간격으로 기록됩니다.
시험.
조사 지역에 동기적으로 작동하는 모든 정류기로 수행되는 CIPS 전위 조사
그림 5는 30년 된 배관의 대한 전기방식 상태를 보여줍니다. 현재 현재 희생양극 방식으로 방식 되고 있는 지역으로 T/B에서만 -850mV이상이 나오고 다른 지점은 기준에 미달되는 상태임.
DCVG(직류전압 구배 조사)는 음극방식용 정류기를 on-off 하여 측정한다. 전압 구배는 배관을 따라 측정하며. 일반 적으로 전압 구배가 클수록 코팅 결함이 커지지만, 전압 구배의 크기를 해석할 때는 토양 비저항과 전류 감쇠를 고려해야 합니다.
교류 전압 구배 조사(ACVG)는 전압 구배 측정을 위해 배관에 전류를 공급하는데 AC 전원이 사용된다는 점만 제외하면 DCVG와 동일합니다. AC 전압 구배 조사는 파이프라인의 음극 보호 수준을 나타내지 않습니다. DCVG 조사는 배관 음극방식 수준을 나타내지 않고 결함의 상태를 나타 낸다.
전류 감쇠는 전원으로부터 거리가 있는 배관의의 전류 감쇠를 측정한 것입니다. 현재 감쇠는 코팅 품질과 무결성을 나타냅니다. 전류 감쇠는 음극방식 수준이나 CP 시스템의 효율성을 나타내지 않습니다.
Pearson 조사는 파이프라인에 AC 신호를 적용하고 금속 클리트를 착용하고 Pearson 수신기에 연결된 두 명의 조사원이 신호를 수신하여 파이프라인 코팅에서 결함을 찾는 전기적 방법입니다.
배관 전류 매핑(PCM)은 전류를 측정하는 전기적 방법입니다.
소스로부터 배관을 따라 전류가 감쇠되는 원리를 이용합니다. 손상부가 있는 부분으로 전류가 많이 유입됨으로 이지점을 조사하여 손상부 위치와 크기를 유추합니다. PCM은 코팅 무결성과 품질을 나타내는 지표이지만 배관의 음극 방식 수준을 나타내지는 않습니다.
전통적인 조사 방법
테스트 박스 조사는 전통적으로 배관의 음극 방식 수준을 나타내는 데 사용되어 왔습니다. 그림 5와 8은 테스트 박스 조사에 대한 의존이 어떻게 부식 및 배관의 손상으로 이어질 수 있는지를 그래픽으로 보여줍니다.
CIPS(Close Interval Potential Survey)는 지하/수중 파이프라인의 음극 방식 수준을 결정하는 테스트 박스 조사를 보완하기 위해 활용되었습니다.
그림 7은 음극 방식 배관의 일반적인 잠재적 상태를 보여줍니다. 정류기 ON 전위가 모두 –1400mV를 초과하더라 도 Instance OFF(IR Free) 전위는 분극 전위가 – 850mV 기준보다 낮고 부식될 수 있는 중요한 영역을 나타냅니다.
Instans off전위는 실직적으로 방식에 관여한 전위가 아니기 때문에 허전위하고 보면 됩니다. 이 값을 제외한 값이 실제 방식전위라 보면 됩니다. 테스트 박스의 전위 조사만 으로는 음극 방식 시스템의 효율성에 대해 잘못된 내용을 제공합니다. 종종 음극 방식 수준을 향상 시 키기 위해 테스트 박스에 희생 양극을 추가하기도 합니다.
그림과 5,7,8에서 같이 테스트 박스에서 멀리 떨어진 지점에서는 방식전위에 미치지 못하는 상황이 발생할 수 있다.
그림 8은 산악 지형에서 코팅된 배관이 암석 및 고저항 토양 위에서 P/S 전위에 미치는 영향을 보여줍니다. 적절한 수준의 음극 방식을 달성하기에 불충분한 전류가 배관에 도달하는 영역에서는 정류기 ON 및 Istance OFF(IR Free) 전위가 모두 기준치 이하이며 활성화 부식이 발생할 수 있습니다.
CIPS 조사를 통해 일반적으로 1~3미터 간격의 배관에서 P/S 전위를 신속하게 수 집할 수 있으므로 음극 방식 수준이 조사 영역 전체에서 측정되고 기록됩니다. 방식 기술자는 시정 조치가 필요한지 또는 음극 보호 시스템의 개선이 필요한지를 결정하는 데 충분한 데이터를 갖게 됩니다. 각 판독값은 측정과 GPS 좌표를 통해 배관에서 정확하게 찾을 수 있습니다. 그림 9의 측량사는 위치 분해능력 이 200mm(8인치) GPS 장 비을 사용하고 있습니다.
전통적으로 DCVG 조사는 접지와 접촉하는 두 개의 반쪽셀(Half-cell) 사이의 DC 전압을 증폭하고 아날로그 미터에 전압 변화도 밀리볼트 값으로 표시되는 장비를 사용하여 수행합니다.
대부분의 아날로그 DCVG 조사 장비는 측정된 전압 구배 또는 배관 코팅의 결함을 나타내는 전압 구배의 위치를 저장하여 지 않습니다. 결함은 그림 10과 같이 말뚝이 나 깃발로 표시되며 결함의 위치와 크기를 나타내오 표를 만듭니다.
DCVG 조사에 따라 전통적으로 코팅 결함을 발굴하고 코팅을 수리했습니다.
음극 방식으로 적절하게 보호하지 않으면 배관의 작은 부식 결함에서도 부식이 가속화될 수 있습니다.
그림 11과 같이 최신 DCVG 측량 장비에는 데이터 로깅 시설과 좌표를 저장하는 GPS 엔진이 장착되어 있습니다. 전압 기울기 값을 저장하고 위도와 경도를 스탬프 처리하면 각 전압 기울기를 연결할 필요가 없으며 모든 스프레드시 트 소프트웨어에서 정확한 데이터 그래프를 생성할 수 있습니다.
향상된 조사 방법
CIPS 조사와 DCVG 조사를 결합하면 그림 12와 같이 음극 방식 전위기준과 코팅 결함의 위치 및 영향을 동시에 측정하고 기록할 수 있습니다.
전통적으로 CIPS 및 DCVG 조사는 서로 다른 장비와 운영자를 사용하여 별도로 수행되었습니다. 최신 전자 데이터 수집 장비를 사용하면 정류기 ON, Istance OFF 및 1피트(300mm)에 가까운 간격으로 배관을 따라 전압 변화도를 동시에 측정할 수 있습니다. CIPS 조사와 DCVG 조사를 결합하면 시간과 인력을 절약할 수 있습니다. 또한, 결합조사는 그림 12와 같이 두 측정을 동시에 수행할 때 조사조건이 동일하므로 상관관계가 향상된다.
CIPS와 DCVG 조사를 결합하면 배관인 상태와 음극 보호 시스템에 대한 상당한 정보를 얻을 수 있습니다. 그림 13은 CIPS + DCVG 결합 조사 결과를 보여줍니다.
그림 13의 Instance OFF 전위는 허용된 보호 기준인 –850mV보다 더 음수이지만 코팅 결함을 나타내는 상당한 전압 구배가 있습니다. 결함 중 하나가 발굴되었으며 그림 14는 발견된 코팅 결함을 보여줍니다.
DCVG 공급업체는 P/S 전위를 참조하지 않고 수학적 모델을 사용하여 어떤 코팅 결함을 발굴하고 수리해야 하는지 결정할 수 있다고 제안합니다. "적절 한 수준의 음극 보호 수준이 있는 경우 결함을 발굴하여 더 많 코팅 손상을 야기하는 것보다 CIPS 조사를 통해 음극 보호 수준을 계속 모니터링하는 것이 더 나을 수 있습니다."
그림 15는 30인치 가스 배관에 대한 DCVG/CIPS 통합 조사입니다.
위에 표시된 결함은 발굴되었으며, 그림 16은 결함 위치에서 코팅이 손상된 것을 보여줍니다.
일부 파이프라인에서는 코팅이 너무 심하게 손상되어 있어 유일한 해결책은 배관을 수리하거나 교체하는 것입니다. 그림 17은 텍사스의 오래된 18인치 저압 가스 라인에 대한 CIPS + DCVG 조사 결과를 보여줍니다.
조사 결과에 따르면 배관은 음극 방식으로 보호되지 않으며 Chainage 10030에서 10400까지의 영역은 심각한 코팅 저하를 나타내 는 높은 전압 구배를 나타냅니다. 기록된 출력이 30 암페어인 음극 보호 정류기는 조사 지역에서 동쪽으로 약 200피트 떨어진 곳에 위치해 있었습니다.
그림 18은 중동 사막에서 CIPS + DCVG 결합 조사 결과를 보여줍니다. 이 통합 조사에 앞서 라인은 아날로그 DCVG 조사 세트와 발견된 각 결함에 배치된 플래그를 사용하여 조사되었습니다.
플래그 위치는 결합된 CIPS/DCVG 그래프에 표시됩니다. 조사. 상관관계는 쉽게 드러납니다.
GPS 위성 시스템에 의해 정류기 차단기에 동기화된 단일 패스에서 CIPS + DCVG 측량 기술을 결합한 최신 측량 장비를 사용하면 이제 배관 시스템의 외부 부식을 표시하고 위치를 찾는 정확한 측량을 생성할 수 있습니다. 그림 19는 최첨단 CIPS + DCVG 조사 세트를 보여주 고, 그림 20은 GPS 동기화 전류 차단기를 보여 줍니다. GPS 시스템의 타이밍 신호를 활용하여 365 나노초의 타이밍 정확도를 보관할 수 있습니다.
최첨단 GPS 동기화 측량 장비를 사용하면 배관의 극성 전위에서 IR 강하 구성 요소를 제거하여 정류 ON 및 순간 OFF 전위를 올바르게 측정하고 기록하고 있다는 확신을 가지고 CIPS 및 DCVG 측량을 수행할 수 있습니다.
그림 19에 표시된 것과 같은 최신 측량 장비는 측점, 날짜, 시간, 위도 및 경도는 물론 해발 고도 및 위치 좌표의 정확성에 영향을 미칠 수 있는 기타 요소를 사용하여 각 CIPS 및 DCVG 판독값을 스탬프 처리할 수 있습니다. 서브미터 엔진을 통합하여 즉시 200mm 위치 정확도를 제공할 수 있습니다. 그림 20에 표시된 것과 같 GPS 동기화 전류 차단기는 조사 시간 동안에만 정류기를 차단하고 조사가 없는 시간 동안 일정한 전류 출력을 유지하도록 프로그래밍할 수 있습니다. GPS 위성 시스템에서 매초 전송되는 타이밍 신호를 활용하여 테스트 중인 파이프라인의 정류기를 차단하는 모든 GPS 동기화 전류 차단기가 동기화되어 몇 마이크로초의 정확도로 정류기의 출력을 차단합니다.
표류 및 지구 전류는 모든 CIPS 조사에 잠재적 영향을 미칠 수 있습니다. 그림 21은 배관의 P/S 전위에 대한 텔루르 전류의 영향을 보여줍니다. GPS 시스템의 타이밍 신호를 활용하여 각 정류기가 중단될 때 배관의 전위가 매우 정확하게 기록되면 CIPS 조사에 영향을 미치는 표유 및 지구 전류를 수정할 수 있습니다. 각 판독값은 고정 데이터 로거(Smart Logger)와 CIPS 조사 장비 모두에 의해 타임스탬프가 찍혀야 합니다.
Excel 또는 Quattro Pro에서 간단한 조회 수식을 사용하여 데이터 수정을 쉽게 수행할 수 있습니다. 그림 22는 GPS 동기화 고정 데이터 로거를 보여줍니다.
결론적으로 DCVG, ACVG 및 저주파 AC 조사는 만병통치약이 아닙니다. 전압 구배 조사에서는 코팅 결함의 위치와 크기만 자세히 설명합니다. 이는 음극 보호 수준을 나타내지 않으며 파이프라인이 음극 보호되는 경우에도 마찬가지입니다. DCVG 조사 결과를 사용하여 정류기 ON 및 순간 기록을 기록하는 긴밀 한 간격 전위 조사에 자세히 설명된 대로 적절 한 수준의 음극 보호 없이 파이프라인 코팅을 수리합니다.
OFF 값은 파이프라인의 급격한 부식 실패를 초대할 수 있습니다. 실사를 위해서는 음극 보호 시스템을 검사하고
배관의 모든 밀리미터에 IR 강하 구성 요소를 제거한 상태에서 ‑850밀리 볼트의 음극 보호에 대한 NACE
International RP0169‑200 기준의 요구 사항을 충족하거나 초과하는 적절한 음극 보호 전 류가 있는지 확인해야 합니다.
결론
배관의 모든 표면에서 적절한 수준의 음극 보호가 유지되면 파이프라인 무결성 이 보장될 수 있습니다. 이는 정기적으로 수행되는 GPS 동기화 CIPS 조사와 정기적으로 방식 기준을 충족하지 않는 영역의 음극 보호 시스템에 대한 조정 또는 업그레이 드를 통해서만 확인할 수 있습니다.
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