A Study on the Damage of PE Pipe under Sand blast Enviroment · A Study on the Damage of PE Pipe under Sand blast Enviroment 6 Fig. 21 이격거리 11cm 에서 PE 배관 손상상태(분출압력

A Study on the Damage of PE Pipe under Sand blast Enviroment

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공학석사학위청구논문공학석사학위청구논문공학석사학위청구논문공학석사학위청구논문

Sand Blast 환경에환경에환경에환경에 의한의한의한의한

PE배관손상에배관손상에배관손상에배관손상에 관한관한관한관한 연구연구연구연구

A Study on the Damage of polyethylene pipe under Sand Blast Environment

2007년년년년 2월월월월

인하대학교인하대학교인하대학교인하대학교 공학대학원공학대학원공학대학원공학대학원

기계공학과기계공학과기계공학과기계공학과(기계전공기계전공기계전공기계전공)

황황황황 장장장장 혁혁혁혁


2

감사의감사의감사의감사의 글글글글

이 논문을 작성하기까지 많은 분들이 저에게 큰 도움을 주신 것에

대해서 감사 인사를 드립니다. 우선, 예기치 않았던 저의 지도교수

요청에 흔쾌히 응해주시고 바쁘신 와중에서도 시간을 할애 해주신

공학대학장 이 억 섭 교수님께 진심으로 감사함을 드립니다.

그리고 대학원 진학에 눈을 뜨게 해준 정석이에게도 고마움을 표시

하고 싶습니다. 학교생활을 하면서 많은 보람도 있었고 힘든 것도

사실이지만 지금에 와서는 많은 것을 느끼게 합니다.

실험을 하면서 바쁜 업무 중이라도 성심껏 저를 도와준 회사동료

김용건, 이푸른 , 이장훈, 권춘섭, 한상운, 장찬휘, 유승준분들께 고

마움을 표시합니다.

마무리 작업에서도 지팡이 역할을 톡톡히 해준 김동혁군에게 깊은

감사를 드리고 힘든 상황에서도 적지않게 시간을 할애해준 이은범

군에게 이 자리를 빌어 감사를 드립니다. 마지막으로 여기까지 오도

록 뒷바라지를 하여주신 어머님께 깊은 감사를 드리며, 나에게 시간

적 배려를 아낌없이 해준 나의 아내와 나의 딸 황현정과 같이 이

기쁨을 나누고자 합니다.


3

목목목목 차차차차

표표표표 차례차례차례차례 4

그그그그림림림림 차례차례차례차례 5

Abstract 7

요약요약요약요약 8

ⅠⅠⅠⅠ. 서론서론서론서론 9

1-1 연구 배경 9

1-2 연구의 대상, 범위 및 방법 12

1-3 연구의 목적 14

ⅡⅡⅡⅡ. 관련이론관련이론관련이론관련이론 15

ⅢⅢⅢⅢ. 실험실험실험실험 19

3-1 실험방법 19

3-2 실험조건 22

ⅣⅣⅣⅣ. 실험결과실험결과실험결과실험결과 24

4-1 PE배관과 상수도 배관 사이의 거리에 의한 영향 24

4-2 PE배관 건전성에 영향을 끼치는 상수도손상배관의 분사면적

35

4-3 상수도 배관 파손에 의한 분사압력 40

ⅤⅤⅤⅤ. 결결결결론론론론 44

ⅥⅥⅥⅥ. 고찰고찰고찰고찰 48

ⅦⅦⅦⅦ. 참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌 49


4

표표표표 차례차례차례차례

Table 1. 가스용 PE관의 압력별 사용관종 (KSM 3514)

Table 2. KSM 3514 1호관 규격표


5

그림차례그림차례그림차례그림차례

Fig. 1 매설배관 단면도

Fig. 2 시간 0t 에서의 균열 선단위치

Fig. 3 시간 Ptt +0 에서의 균열선단 위치

Fig. 4 Sand Blast 형성 계통도

Fig. 5 차단막 미설치시

Fig. 6 차단막 설치시

Fig. 7 거리 1cm, 압력 0.5㎏/㎠, 분출직경 2.4mm

Fig. 8 거리 11cm, 압력 0.5㎏/㎠, 분사직경 2.4mm



Fig. 11 분사면적에 따른 이격거리 1cm에서의 손상도

Fig. 12 이격거리 1cm 에서 PE배관 손상상태(분사압력 2kg/cm2)

Fig. 13 분사압력 2kg/cm2의 배관축방향과 원둘레방향의 파괴길이

Fig. 14 분사면적에 따른 이격거리 4.5cm에서의 손상도

Fig. 15 이격거리 4.5cm에서 PE배관 손상상태

Fig. 16 이격거리4.5cm에서 배관축방향과 원둘레방향의 파괴길이


Fig. 18 이격거리 7cm에서 PE배관 손상상태

Fig. 19 이격거리 7cm에서 배관축방향과 원둘레방향의 파괴길이



6

Fig. 21 이격거리 11cm에서 PE배관 손상상태(분출압력 2kg/cm2)

Fig. 22 이격거리에 따른 분사면적 2.4mm의 배관손상도

Fig. 23 분사면적 2.4mm에서 PE배관 손상상태

Fig. 24 이격거리에 따른 분사면적 3.1mm의 배관손상도

Fig. 25 분사면적 3.1mm에서 PE배관 손상상태

Fig. 26 이격거리에 따른 분사면적 5mm의 배관손상도

Fig. 27 분사면적 5mm에서 PE배관 손상상태

Fig. 28 분사면적에 따른 분사압력 0.5kg/cm2의 배관 손상도

Fig. 29 분사면적에 따른 분사압력 1kg/cm2의 배관 손상도

Fig. 30 분사면적에 따른 분사압력 1.5kg/cm2의 배관 손상도

Fig. 31 분사면적에 따른 분사압력 2kg/cm2의 배관 손상도

Fig. 32 각 조건에서의 파손된 PE배관 손상순차도표

Fig. 33 각 조건에서의 파손되고 남은 PE배관 손상순차도표

Fig. 34 분사유량과 손실두께 산점도


7

AbstractAbstractAbstractAbstract

The many facilities are laid in underground, including waterworks and

sewerage which is called as social infrastructure. The leakage of water

from waterworks sometimes causes damage to other facilities. The

Sand Blast effect, the phenomenon which gets in because of the

bursting of tap-water pipe, do harm to Polyethylene (PE) pipes mainly

used in city gas transportation. In this paper, the effects of the Sand

Blast (by waterworks breakage) on Polyethylene (PE) city gas pipeline

are systematically investigated through the Sand Blast experiment. In

this experiment, the standing distance of Polyethylene (PE) city gas

pipe and the gushing pressure due to the waterworks explosion is set at

4 phases and this experiment is performed in same condition. In

addition, the experiment by the combination of each different gushing

area is also executed under the 3 types of experimental environment.

From the experiment results, it is found that the damage on

Polyethylene (PE) city gas pipe is increased when the distance between

waterworks pipe and Polyethylene (PE) city gas pipe is close and the

spouting pressure is the maximum. These experimental results,

however, are dependent on ejection areas. The damage on Polyethylene

city gas pipe becomes larger when the gushing area is smaller. On the

other hand, the damage on Polyethylene(PE) city gas pipe tends to

decrease from the pressure at 1.5kg/cm² when the spouting area

becomes larger. This is resulting from decreasing the Sand Blast effect

which sweep away from sticking sand on Polyethylene (PE) pipe in the

large ejection area.


8

요요요요 약약약약

지하 매설물에는 사회 기반시설인 상, 하수도를 비롯하여 여

러가지 시설물이 매설되어 있다. 이 매설물들이 상수도의 파열

로 인하여 누출되는 누수영향으로 타 시설물에 손상을 주는

경우가 있는데, 도시가스배관에 있어서도 가정용 도시가스 매

설배관에 주로 사용되는 PE배관이 상수도 배관파열에 의해서

생성되는 Sand Blast현상으로 누출되는 물의 압력과 파열면적,

이격거리로 생기는 경계조건의 변화에 의해서 손상을 입는 경

우가 발생된다. 이에 동일한 조건에서 4단계의 이격거리, 각각

의 상수도 공급에 의한 4종류의 분출압력, 서로 다른 분출면적

을 가진 3가지의 형태로 나누어서 서로의 조합을 이루어 실험

한 결과 이격거리는 가까울수록, 분출압력은 최대압력일 때

PE배관 손상이 컸다. 그러나 이러한 실험치들은 분출면적에

따라서 크게 달라졌으며 분출면적이 작을수록 PE배관에 끼치

는 영향은 증가하였으며 오히려 분출면적이 증가 할수록 분출

압력이 1.5kg/㎠부터 PE배관 손상이 감소하는 경향을 관찰할

수 있었는데 이는 주변 모래의 유실로 Sand blast 현상이 축소

되는 것을 보여준다.


9

ⅠⅠⅠⅠ. 서서서서 론론론론

1-1. 연구연구연구연구 배경배경배경배경

사회생활 속의 기반시설인 상.하수도를 비롯하여 수 많은 시

설들이 지하 땅속에 묻혀 생활에 필요한 요소들을 지속적으로

공급해줌으로써 우리 생활을 윤택하게 해 주고 있다. 그 중에

서도 도시가스는 없어서는 안 될 중요한 에너지원으로서

PE(Polyethylene)배관을 통해서 각 가정집으로 공급을 하고 있

다. 우리나라는 대원군의 쇄국 정책 이후, 고종 13년 (1876년)

에 일본과 조일 수호 통상조약 체결로 국교가 체결되어, 1876

년 5월 22일 파견된 수신사 일행에 의해 일본이 사용하는 가

스를 보고 그 내용을 최초로 기록에 남기게 되었다. 그 이후

실제로 가스산업이 시작된 것은 미국인들에 의해 경복궁에 전

기가 최초로 공급된 1887년 3월보다 10년이 뒤진 1907년 6월

27일로 일본의 자본으로 시작된 일한와사 주식회사의 설립으

로 시작되었다. 1970년대 이후 LPG의 대량 생산체제가 구축되

면서 정부는 도시연료의 현대화를 목표로 도시가스 사업을 추

진하였다. 1970년 10월 1일에 시범적으로 동부이촌동의 3,000가

구를 대상으로 LPG/AIR 혼합방식의 도시가스를 공급하기 시

작하였으며, 시영도시가스 공장의 준공(1972년 11월 14일)과

함께 영등포와 마포구의 6,000여 가구를 대상으로 나프타 분해

방식의 취사용 가스를 공급하였다. 1986년 10월에는 인도네시


10

아에서 LNG를 최초로 수입하여 도시가스용으로 사용하기 시

작하였으며, 배관자재로 PE(Polyethylene)배관은 1933년 영국에

서 최초로 개발되어 1939년 상용화에 성공하였다. 미국에서는

1940년대 초부터 가스용 배관자재로서 플라스틱관을 검토하기

시작하여 1940년대 중반부터 1950년대 말에 걸쳐 CAB(셀룰로

오즈 아세테이트 브틸에이트), ABS (아크릴로니트릴 부타디엔

스티렌), PVC (폴리염화비닐), FRP (강화프리스틱),

PE(Polyethylene)등의 플라스틱관이 검토되어 사용되어 왔다. 네

델란드에서는 1967년부터, 독일에서는 1974년부터

PE(Polyethylene)을 채용하게 되었으며 일본도 1982년 이후 종

래의 강관, 주철관에다 가스용 PE(Polyethylene)관을 일반적인

배관재료로서 사용하여 왔다. 국내에서는 1980년대 중반부터

중밀도 폴리에틸렌 가스 파이프가 생산되기 시작하였다. 또한

PE(Polyethylene)은 내부식성, 내화학성이 우수하여 기존에 사용

되었던 강관의 문제점을 해결할 수 있었다. 단 PE(Polyethylene)

관의 외압강도는 허용외압강도를 벗어날 경우 직접 외압에 미

치지 않도록 보호관을 씌우거나 외압보강 조치를 하여야만 하

는 단점을 지니고 있어 시공상이나 관리면에서도 특히 주의를

요하고 있다. 그러나 현장에서는 이러한 PE(Polyethylene)배관의

문제점으로 인해 예상치 못한 환경에 의해서도 많은 손상이

범해지고 있다.

그 이유는 상수도 파열에 의한 Sand Blast이 현재 사용되고


11

있는 PE(Polyethylene)배관에 치명적인 손상을 끼치고 있기 때

문이다.

도시가스 배관은 도시가스 안전관리기준 통합고시 제2절 제

1관 제3-2-4조 배관의 지하매설 가항에 의해서 배관주위에 모

래를 30cm를 의무적으로 부설하게 되어 있는데 타 시설물의

간섭으로 인해 도시가스배관에 손상을 입히는 경우가 간혹 있

는데 그 중에서도 상수도의 파열로 Sand Blast 환경이 조성되는

것이 PE(Polyethylene)배관에 가장 치명적이다. 보통 지상에서

도시가스 누출이 발견되는 경우는 부취제에 의한 경우가 대부

분인데 1.2미터의 지하에 매설된 가스배관에서 누출이 발견되

었을 경우, 지표면 근처에서 가스 농도가 거의 일정한 값(정상

상태의 90%)을 나타내면 가스누출은 최소 약 10시간 이전부터

시작되었음을 알려주는 연구결과가 발표된 바가 있다. 물론 다

Fig. 1 매설배관매설배관매설배관매설배관 단면도단면도단면도단면도

GL

모래 30cm


12

짐의 상태나 주변의 환경에 의해서 다소 차이가 있을 수는 있

다. 따라서 본 연구에서는 Sand Blast에 의한 PE(Polyethylene)

배관 손상이 최대가 되는 조건을 실험을 통해 규명하고 배관

손상을 줄일 수 있는 방법을 강구하고자 한다.

1-2. 연구의연구의연구의연구의 대상대상대상대상, 범위범위범위범위 및및및및 방법방법방법방법

현장에서 발생되는 Sand Blast에 의한 파손은 다양한 배관 직

경에 대해서 이루어지고 있다. 특히 발생율이 높은 조건은 대

형공사보다는 빈번적으로 발생되는 소규모공사에 국한되어 있

다고 해도 과언이 아니다. 이는 굴착공사 감독이 어려울 뿐만

아니라 단시간내에 작업이 이루어져 실제로 현장에 도시가스

직원이 입회하기란 쉬운 일이 아니므로 도시가스 배관과 이격

거리에 따라 상수도배관의 노후로 파손이 되어 누수가 발생되

었을 경우가 많다. 소규모 공사는 가정용에 도시가스를 공급하

는 PE(Polyethylene) 배관과 많은 관계가 있다.

Table 1. 가스용가스용가스용가스용 PE관의관의관의관의 압력별압력별압력별압력별 사용관종사용관종사용관종사용관종 (KSM 3514)

구구구구 분분분분 사사사사 용용용용 압압압압 력력력력 호호호호 칭칭칭칭 경경경경

1호관 4.0 kg/㎠ 20A~200A

2호관 2.5 kg/㎠ 100A~250A

3호관 2.0 kg/㎠ 150A~400A


13

이에 가정용 배관에 많이 사용되고 있는 PE(Polyethylene) 배

관은 1호관에서 3호관까지 나뉘어 지는데 그중에서 50A ~

200A까지 생산하고 있는 1호관을 많이 사용하고 있는데 그 이

유는 배관의 관경과 밀접한 관계가 있다고 볼 수 있다. 도시가

스 관경 계산식에는 중압에 적용되는 콕스식과 주로 저압에

많이 사용되는 폴식이 있다. 여기에서는 폴식에 의하여 계산하

면 주로 가정용에 한해서는 50A 미만의 관경으로도 공급상에

생기는 압력손실 영향이 적으므로 50A이하 PE (Polyethylene)

배관을 생산하는 1호관을 많이 사용한다. 폴식은 아래와 같이

표현할 수 있다.

SLHDkQ /5= (1)

Q : 가스유량 ( ㎥ / h )

k : 폴의 상수 ( 0.707 )

H : 압력손실 ( mmH2O )

D : 배관의 내경 ( cm )

S : 가스비중 (공기는 1로 한다)

L : 배관의 길이 ( m )

또한 Sand Blast가 발생하는 장소도 소비자의 부지 경계내가

아닌 지역에서 인입되는 지점, 2차선 미만의 도로상에서 발생

되는 경우의 가능성이 많다. 주로 사용되고 있는 배관은 50A

미만의 배관이 거의 주종을 이루고 있다. 따라서 본 연구에서

는 보편적으로 많이 사용되고 있는 PE(Polyethylene) 배관 1호


14

관 50A를 시편으로 하여 Sand Blast 현상이 배관에 미치는 영

향을 검증하고자 한다.

Table 2. KSM 3514 1호관호관호관호관 규격표규격표규격표규격표

Outside diameter Thickness 호칭

SIZE size Tolerance size Tolerance I.D Kg/m

20 27.0 3.0 +0.5 20.5 0.229

25 34.0 3.4 26.6 0.332

30 42.0 3.9 +0.6

33.6 0.47

40 48.0

4.4 +0.7 38.6 0.609

50 60.0 0.2 5.5 +0.8 48.2 0.946

75 89.0 0.3 8.1 +1.1 71.7 2.06

1-3 연구의연구의연구의연구의 목적목적목적목적

Sand Blast에 의한 PE(Polyethylene)배관 손상은 상수도의 누

수로 인한 도시가스 배관내 유입현상이나 도시가스 누출로 이

어지고 있는 실정이다. 하지만 실제 Sand Blast에 의하여 파손

되는 경과시간은 알 수 없다. 이에 본 연구에서는 파손 시점에

따른 상수도 공급압력, PE배관과의 분사거리, 분출면적, 분출유

량 등을 종합적으로 고려하여 실험을 실시하고, Sand Blast에 의

한 PE(Polyethylene) 배관 손상이 최대가 되는 조건을 규명하고

자 한다.

土 0.15


15

ⅡⅡⅡⅡ. 관련이론관련이론관련이론관련이론

플라스틱의 파괴인성을 측정하기 위하여 노력해왔던 기술자

와 연구자들은 거의 금속에 대한 시험기법에만 의존해왔다. 현

재 사용하고 있는 시험적 접근법들은 시간의존적인 변형에 대

한 가능성도 인정하고 있지만, 대분분의 경우 점탄성 거동을

명확히 다루지는 않는다. 모드Ⅰ 응력확대계수인 IK 과 (일반

적인) J 적분은 근본적으로 시간 독립적인 재료에 대해 개발

되었지만, 어떤 경우에는 점탄성 재료에 대해서도 적합할 것이

다. 선형 점탄성 재료에서 작용하중과 국부응력들은 선형 탄성

의 경우와 동일한 관계를 따른다. 결과적으로 균열선단 근처의

응력은 r/1 특이성을 보인다.

)()2/( θπσ ijIij frK= (2)

그리고 IK 은 일반적인 선형 탄성 파괴역학 방정식을 통하

여 작용하중과 형상함수로 나타낸다. 그러나 변형률과 변위는

점탄성적 특성에 의존한다. 그러므로 점탄성 재료에 대한 임계

응력확대계수는 속도의존적이 될 수 있다. 실험실에서 사용하

는 시험편으로부터 얻은 ICK 값은 단지 시험편과 구조물의 국

부 균열선단 변형률 이력들이 유사할 경우에만 구조물에 적용

될 수 있다. 즉, 식(2)는 단지 항복과 비선형 점탄성이 균열선


16

단을 둘러싸고 있는 작은 영역에 국한될 때만 적용될 수 있다.

평면변형률 선형 점탄성 조건하에서 IK 은 다음과 같이 점탄

성 J 적분, υJ 와 관련된다.

RI EKJ /)1( 22 υυ −= (3)

여기에서 RE 은 기준 탄성계수이고, 이것은 때때로 단시간 완

화계수로 정의된다. Figs. 2, 3은 시간 0t 와 Ptt +0 에서 성장하

는 균열을 설명한 것이다. 선형 점탄성 재료가 시험편 치수에

비하여 작은 Dugdale 스트립 항복영역을 둘러싸고 있다. 0t 에

서는 항복영역의 선단을, 그리고 Ptt +0 에서는 후방 선단의 위

치 A점을 고려하고 항복영역과 균열선단 개구변위 (CTOD) 의

크기는 다음과 같이 근사화될 수 있다.

2)/(8/ crICc K σπρ = (4)

)(/2 ρσδ tEK crICc ≈ (5)

at c &/ρρ = (6)

여기서 crσ 은 임계응력, a& 는 균열속도로 표현된다. 대부분


17

의 폴리머에 대해 완화계수의 시간의존성은 간단한 멱함수로

표현할 수 있다.

Fig. 2 시간시간시간시간 0t 에서의에서의에서의에서의 균열균열균열균열 선단위치선단위치선단위치선단위치

Fig. 3 시간시간시간시간 Ptt +0 에서의에서의에서의에서의 균열선단균열선단균열선단균열선단 위치위치위치위치

ntEtE −= 1)( (7)

여기서 1E 과 n은 온도에 의존하는 재료상수이다.

임계응력이 시간독립적인 임계변형률에서 발생한다고 가정

하면 임계응력을 다음과 같이 표현할 수 있다.

AAAA

손상영역손상영역손상영역손상영역

AAAA

δδδδ cccc

ρρρρ cccc


18

crcr tE εσ )(= (8)

식(6), (7), (8)을 식(5)에 대입하면,

nccrc

ncrcIC aEtEK 22

122

12 )/( −− == &ρεδεδ (9)

cρ 에 대해 풀고 식(8)에 대입하면 다음과 같이 나타낼 수

있다.

nnccrcrcIC aEK &1)/8( πδεεδ= (10)

파괴인성은 na& 에 비례하고 균열속도는 nIK /1 으로 변한다. 멱

함수 형태는 장시간 거동을 단시간 시험으로부터 예측할 수

있도록 해준다.


19

ⅢⅢⅢⅢ. 실실실실 험험험험

3-1. 실험방법실험방법실험방법실험방법

도시가스 배관은 도시가스 사업법 시행규칙 별표6에 의거

폭 8m이상의 도로에서는 1.2m이상, 다만, 도로에 매설된 최고

사용압력이 저압인 배관에서 횡으로 분기하여 수요자에게 직

접 연결되는 배관의 경우에는 1m이상의 심도를 유지하게끔 되

어 있다. 그래서 Sand Blast의 영향 범위내에서는 토양의 하중,

지면속의 온도변화, 모래의 종류, 토양의 재질 등 여러 가지의

요소들이 영향 범위내에 있다고 볼 수 있다. 하지만 본 연구에

서는 위의 요소들이 PE(Polyethylene)배관 손상에 주는 영향은

극히 미비한 것으로 간주하여 단지 Sand Blast의 효과에 의한

영향만 적용하기로 한다.

우선 펌프용량을 선정하기 위해 노즐에서 분사되는 최대유량

을 산출하여야 한다. 노즐 최대관경을 25mm로 정하고 노즐 분

출유량을 계산하기 위해서 식(11)과 같은 베르누이 방정식을

이용할 수 있다. 베르누이방정식에서 속도를 산출하여 식(12)

와 같은 연속방정식을 통해 노즐의 분출유량을 산출 할 수 있

다. 이와 같이 산출한 결과 노즐에서 분출하는 유량은 0.015㎥

/sec이었으며 펌프용량은 추가유량을 감안하여 0.020㎥/sec으로

선정하였다.


20

22

2212

11 2//2// ZgVrPZgVrP ××=×× (11)

1P : 노즐통과전의 임의의 정압 ( kg/㎡ )

2P : 노즐통과시 ( kg/㎡ )

r : 물의 비중량 ( kgf /㎥ )

1V : 노즐통과전의 임의의 속도 ( m/sec )

2V : 노즐통과시 ( m/sec )

g : 중력가속도 ( m /sec2 )

1Z : 노즐통과전의 임의의 지점 ( m )

2Z : 노즐통과시 지점 ( m )

AVQ = (12)

Q : 유량 ( ㎥ / h )

A : 노즐 면적 ( ㎡ )

V : 분출 속도 ( m / sec )

Fig. 4 Sand Blast 형성형성형성형성 계통도계통도계통도계통도


21

Fig. 4는 본 실험에서 사용한 실험장치를 도시한 그림으로서 순환

회로는 Sand Blast현상이 발생될 수 있도록 설계, 제작하였다.

액상의 순환회로는 저장탱크내의 물을 2 마력인 펌프로 순환

시키면서 By-pass Valve로 전체적인 압력을 조절하고 무리한 압

력이 펌프에 전달되지 않도록 물을 탱크로 순환시켜주면서

Control Valve에 일정한 압력을 전달해준다. 유량계량기를 통과

한 일정한 압력을 가진 유량은 모래로 채워진 Visual Inspection

에서 PE(Polyethylene)배관에 Sand Blast현상을 일으키며 모래를

제거 할 수 있도록 배수구에 굴곡을 두어 모래가 침전이 되도

록 하여 물탱크로 통하도록 하였고 물탱크에 도달하여서도 다

시 한번 Sump를 설치하여 혹시라도 일부분의 모래가 넘어오

는 것을 방지하도록 설계하였다.

Fig. 5 차단막차단막차단막차단막 미설치시미설치시미설치시미설치시 Fig. 6 차단막차단막차단막차단막 설치시설치시설치시설치시

동시에 3가지의 조건을 노즐로 분출시킬 수 있도록 설계를


22

하여 다양한 data를 얻을 수 있도록 하였다. 모래는 항상 노즐

이 잠겨 있도록 하기 위해서 차단막을 설치하여 모래의 순환

이 노즐 주위에서 이루어지도록 하였다. 측정시간은 72시간으

로 한정하도록 하여 파손상태를 점검하였다.

본 연구에 사용할 시편은 25cm정도 길이의 PE배관을 밀폐

시킨 후 내부를 대기압상태에서 한 쪽에 압력기록계를 연결하

여 PE배관이 파손 될 경우 일시적인 내부의 압력변화를 감지

하도록 하여 파손시점을 파악하였다.

3-2. 실험실험실험실험조건조건조건조건

본 연구에서는 Sand Blast 현상이 PE배관에 끼치는 영향을

검증하기 위해서 상수도 배관과 PE배관 사이 이격거리 정도에

따른 PE배관의 손상도, 상수도 배관이 파열되어 분출되는 각

각의 파손면적에 따른 PE배관의 손상도, 상수도 공급압력에

따른 각 분출압력에 의한 PE배관의 손상도 등 이러한 요소들

이 Sand Blast 현상이 PE 배관의 손상 발생에 있어서 가장 중

요한 요소라는 가정하에 서로 조합을 이루어 실험을 실시하였

다. 우선 이격거리는 다양한 한계를 지점으로 선정하여 4단계

로 구성하였다. 최단거리인 1cm, 4.5cm, 7cm, 그리고 최장거리

인 11cm로 일정한 간격을 유지하면서 실험을 실시하였다. 그

이상의 거리에서는 특이한 점이 발견되지 아니하였다. 그 다음

으로 파손면적은 실측하기에는 어려움이 많아 단순하게 원의


23

직경으로 구분을 지었다. 원의 직경이 2.4mm, 3.1mm, 5mm로

다소 불규칙하지만 폭 넓은 자료를 얻을 것으로 고려하였다.

마지막으로 분출압력은 현 상황을 고려하여 0.5kg/c㎡, 1kg/c㎡,

1.5kg/c㎡, 2kg/c㎡으로 현장에서 예상되는 압력으로 선정하였다.

이 밖에도 여러가지 요소들이 있겠으나 Sand Blast에 끼치는

영향은 미비하다는 가정하에 제외시킨 상태에서 실시하였다.


24

ⅣⅣⅣⅣ. 실험결과실험결과실험결과실험결과

4-1. PE배관과배관과배관과배관과 상수도상수도상수도상수도 배관배관배관배관 사이의사이의사이의사이의 거리에거리에거리에거리에 의한의한의한의한 영향영향영향영향

상수도 파열로 분사되는 물줄기는 도시가스 배관의 근접거

리에 따라 파손영향이 다를 것이라는 가정하에 가장 근접한

위치에서부터 실험을 실시하였다. 도시가스 배관과 상수도 배

관이 일부 파손되어 분출되는 상태를 재현한 배관분사 노즐과

의 거리를 4단계로 나뉘어 관찰하였다.

Fig. 7 거리거리거리거리 1cm, 압력압력압력압력 0.5㎏㎏㎏㎏/㎠㎠㎠㎠, 분출직경분출직경분출직경분출직경 2.4mm

Fig. 8 거리거리거리거리 11cm, 압력압력압력압력 0.5㎏㎏㎏㎏/㎠㎠㎠㎠, 분사직경분사직경분사직경분사직경 2.4mm


25

우선 이격거리에 따라 주변 모래영향은 Fig. 7와 Fig. 8에서

볼 수 있듯이 모래의 난류형성에 있어서는 큰 차이를 보여준

다. Fig. 7은 소극적인 흐름을 형성하여 주변으로는 큰 영향을

미치고 있지 않으며, Fig. 8은 주변에 폭 넓은 흐름의 영향으로

활발한 흐름을 유지하고 있다. 이것은 분사되는 시점에서부터

주변의 모래에 영향이 많다는 것은 에너지의 손실이 PE배관

도달하기전까지 손실이 크다는 것을 의미한다. 이 같은 결론은

PE배관의 손상여부를 관찰함으로써 알 수가 있었다.

Fig. 9 거리거리거리거리 1cm, 압력압력압력압력 0.5㎏㎏㎏㎏/㎠㎠㎠㎠, Fig. 10 거리거리거리거리 11cm, 압력압력압력압력 0.5㎏㎏㎏㎏/㎠㎠㎠㎠,

분사직경분사직경분사직경분사직경 2.4mm 분사직경분사직경분사직경분사직경 2.4mm

Fig. 9에서는 집중적인 배관손상이 있는 반면 Fig. 10에서는

배관표면이 매끄러운 면을 보여주고 있다. 이것은 주변 모래에

미치는 영향이 크다고 PE배관 손상에 끼치는 에너지도 크다고

는 볼 수는 없었다. 그것은 최초에 분출되는 에너지가 주변모

래를 분산시킴으로써 에너지가 감소되었기 때문이다. 그렇다면

각기 다른 압력과 분출직경에서도 이와 같은 현상이 나타나는


26

지를 검증하기 위해 조건을 달리하여 실험하여 보았다.

0

1

2

3

4

5

6

7

0.5 1 1.5 2

분사압력 kg/cm2

파괴

길이

mm

2.4

3.1

5

Fig. 11 분사면적에분사면적에분사면적에분사면적에 따른따른따른따른 이격거리이격거리이격거리이격거리 1cm에서의에서의에서의에서의 손상도손상도손상도손상도

Fig. 11에서 보는것과 같이 분사직경 2.4mm나 3.1mm인 경우

에는 분사압력 1.5kg/cm2 ~ 2kg/cm2 사이에서 파괴력이 한계에

이르고 있어 주변 모래를 이용한 Sand Blast 효과가 상실되고

있음을 관찰 할 수 있으며, 분사직경 5mm에서는 분사압력

2kg/cm2 에서 급격한 변화를 나타내고, Sand Blast 효과가 점점

발달되고 있어 주변모래가 활발하게 작용하고 있음을 알 수

있다.

Fig. 12는 분사압력 2kg/cm2 일 때 PE배관 표면의 손상된 상

태를 보여준다. 여기에서 배관표면 파괴면적의 축방향 길이와

원둘레방향 길이를 관찰함으로써 Sand Blast 파괴범위를 알 수

가 있었다.


27

분사직경2.4mm 분사직경3.1mm 분사직경5mm

Fig. 12 이격거리이격거리이격거리이격거리 1cm 에서에서에서에서 PE배관배관배관배관 손상상태손상상태손상상태손상상태(분사압력분사압력분사압력분사압력 2kg/cm2)

12.83

12.75

14.8

9.7

10.5

11.93

0 5 10 15 20 25 30

2.4

3.1

5

분출직경

mm

파괴길이 mm

축 방향 원둘레 방향

Fig. 13 분사압력분사압력분사압력분사압력 2kg/cm2의의의의 배관축방향과배관축방향과배관축방향과배관축방향과 원둘레방향의원둘레방향의원둘레방향의원둘레방향의 파괴길이파괴길이파괴길이파괴길이

Fig. 13에서 보는것과 같이 분사직경 5mm인 경우가 다른 분

출직경보다도 10%정도 많은 파괴면적을 나타내고 있어 폭넓

은 Sand Blast 효과를 보여주고 있으며, 나머지 분출직경에서는

집중적인 Sand Blast 효과를 나타내는 것을 알 수 있다.


28

0

1

2

3

4

5

6

0.5 1 1.5 2

분사압력 kg/cm2

파괴

깊이

mm

2.4

3.1

5

Fig. 14 분사면적에분사면적에분사면적에분사면적에 따른따른따른따른 이격거리이격거리이격거리이격거리 4.5cm에서의에서의에서의에서의 손상도손상도손상도손상도

Fig. 14에서 보는것과 같이 분사직경 5mm에서는 지속적으로

증가되는 파괴력이 분사압력 1kg/cm2 에서 감소되어 다른 분

출직경과는 상반된 경향을 보여준다. 이는 분사압력 1kg/cm2

이후에 보다 많은 Sand Blast 효과를 나타내려고 동반된 모래

의 분산효과로 파괴력이 상실되는 것으로 고려된다. 반면 다

른 분사직경에서는 파괴력이 서서히 증가되는 것을 관찰 할

수가 있었는데, 이러한 현상으로부터 Sand Blast 효과에 사용

되는 모래가 큰 손실없이 꾸준히 PE 배관의 손상에 영향을

미치는 것을 알 수 있다.

Figs. 15, 16에서 보는것과 같이 분사압력 1kg/cm2에서 분사

직경 5mm 일 경우에 가장 두드러진 Sand Blast 효과를 볼 수

있으며, 분사압력 2kg/cm2인 경우에는 상반된 결과를 관찰 할

수가 있었다. 즉, 분사압력과 분사직경이 클수록 Sand Blast 효

과에 이용되는 모래가 소극적으로 적용된다는 것을 짐작할 수


29

있었다.

분사압력 1kg/cm2 분사압력 2kg/cm2

(a) 분사직경분사직경분사직경분사직경 2.4mm


(b) 분사직경분사직경분사직경분사직경 3.1mm


(c) 분사직경분사직경분사직경분사직경 5mm

Fig. 15 이격거리이격거리이격거리이격거리 4.5cm 에서에서에서에서 PE배관배관배관배관 손상상태손상상태손상상태손상상태


30

12.43

14.99

16.94

21.33

23.44

18.25

9.8

14.91

20.75

13.22

20.47

15.43

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

2.4

2.4

3.1

3.1

5

5분출직경

mm

파괴길이 mm


Fig. 16 이격거리이격거리이격거리이격거리4.5cm에서에서에서에서 배관축방향과배관축방향과배관축방향과배관축방향과 원둘레방향의원둘레방향의원둘레방향의원둘레방향의 파괴길이파괴길이파괴길이파괴길이

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.5 1 1.5 2

분사압력 kg/cm2

파괴

길이

mm 2.4

3.1

5

Fig. 17 분사면적에분사면적에분사면적에분사면적에 따른따른따른따른 이격거리이격거리이격거리이격거리 7cm에서의에서의에서의에서의 손상도손상도손상도손상도

Fig. 17에서 보는 것과 같이 이격거리 7cm에서는 분사직경

에 따라 서로가 상이한 결과를 보여준다. 우선 분사압력이

1kg/cm2

1kg/cm2

1kg/cm2

2kg/cm2

2kg/cm2

2kg/cm2


31

1.5kg/cm2에서 분사직경이 5mm인 경우 최고의 PE배관 표면

손상을 입힌 반면, 분사직경 3.1mm인 경우에는 오히려 감소

하는 결과를 관찰 할 수가 있었으나, 그 차이가 분사직경

2.4mm인 경우의 파괴길이와는 0.1mm 정도의 차이를 보이지

만 이것은 실제 큰 차이라고는 볼 수 없고 주변환경에 의하

여 변할 수 있는 조건이라는 차원에서 거의 동등한 상황이

라고 할 수 있겠다. 단 2kg/cm2에서는 그 반대로 3.1mm에서

만 PE배관 손상이 크다는 것을 볼 수가 있었는데, 이로부터

이격거리 7cm인 경우에는 분사직경 3.1mm, 분사압력

2kg/cm2 인 경우가 PE배관에 가장 큰 손실을 입히는 조건임

을 알 수 있다.

이격거리 7cm인 경우 분사압력 1kg/cm2 , 2kg/cm2 에서 관

찰된 파괴길이 감소는 주변 모래가 Sand Blast 효과에 사용되

기 보다는 유실되는 경향이 많다는 것을 의미한다.

Fig. 18에서 보듯이 이격거리 7cm인 경우에는 PE배관 손상도

가 각 분사직경에서 큰 변화를 관찰 할 수가 없었다. 최대압력

2kg/cm2 에서도 이격거리 7cm에서는 PE배관에 손상을 주기 위

해서는 상당한 시간이 필요하다는 것을 추측 할 수가 있었다.


32

분사압력 1 kg/cm2 분사압력 2 kg/cm2

(a) 분사직경분사직경분사직경분사직경 2.4mm


(b) 분사직경분사직경분사직경분사직경 3.1mm


(c) 분사직경분사직경분사직경분사직경 5mm

Fig. 18 이격거리이격거리이격거리이격거리 7cm 에서에서에서에서 PE배관배관배관배관 손상상태손상상태손상상태손상상태

Fig. 19에서 분사직경에 따른 배관 손상도 면적을 보면 분사압

력 2kg/cm2 보다 분사압력 1.5kg/cm2 에서 PE배관 손상면적이


33

넓어짐을 알 수가 있었다. 이는 분사압력이 높을수록 주변에

있는 모래가 Sand Blast 효과에 동반되기 보다는 이탈하는 경향

이 있음을 의미한다.

14.21

0

17.68

16.3

27.74

23.04

11.14

0

14.18

14.66

14.23

15.06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

2.4

2.4

3.1

3.1

5

5

분출

직경

mm

파괴길이 mm


Fig. 19 이격거리이격거리이격거리이격거리 7cm에서에서에서에서 배관축방향과배관축방향과배관축방향과배관축방향과 원둘레방향의원둘레방향의원둘레방향의원둘레방향의 파괴길이파괴길이파괴길이파괴길이

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0.5 1 1.5

분사압력 kg/cm2

파괴

깊이

mm

2.4

3.1

5

Fig. 20 분사면적분사면적분사면적분사면적에에에에 따른따른따른따른 이격거리이격거리이격거리이격거리 11cm에서의에서의에서의에서의 손상도손상도손상도손상도

2kg/cm2

1.5kg/cm2

1.5kg/cm2

2kg/cm2

2kg/cm2

1.5kg/cm2


34

Fig. 20에는 이격거리 11cm일 경우 분사면적에 PE 배관

의 손상도를 나타내었다. 도시가스 안전관리기준에 따르면

상수도 배관과의 이격거리를 30cm이상 거리를 두게 되어

있는데 Fig. 20에서 보는 것과 같이 실험에 의하면 이격거

리가 11cm만 되어도 PE배관에는 큰 영향이 없다고는 할

수 있었으나 실험시간이 제한적이었고 배관표면도 아주

미세하게 마모된 것으로 보아 손상시간이 다소 지연된다

고 예상이 된다.

분사면적 2.4mm 분사면적 3.1mm 분사면적 5mm

Fig. 21 이격거리이격거리이격거리이격거리 11cm에서에서에서에서 PE배관배관배관배관 손상상태손상상태손상상태손상상태(분출압력 2kg/cm2)

Fig. 21에서 보는 것과 같이 이격거리 11cm에서는 PE배관

표피마모형태로 손상에도 영향이 있지만 광범위한 손상의

형태이므로 PE배관에는 큰 영향력이 있다고는 볼 수가 없었

다.


35

4-2PE배관배관배관배관 건전성에건전성에건전성에건전성에 영향을영향을영향을영향을 끼치는끼치는끼치는끼치는 상수도손상배관의상수도손상배관의상수도손상배관의상수도손상배관의 분사면적분사면적분사면적분사면적

상수도 배관의 파손으로 분사되는 유량은 각각의 면적에 대

해서 서로 다른 유량을 분사하고 PE배관에 Sand Blast를 형성

하여 도시가스 배관에 악영향을 미친다. 따라서 상수도 배관의

Sand Blast 분사면적이 PE 배관의 손상에 미치는 영향을 실험

을 통하여 검증한다.

0

1

2

3

4

5

6

7

0.5 1 1.5 2

분사압력 kg/cm2

파괴

길이

mm

1

4.5

7

11

Fig. 22 이격거리에이격거리에이격거리에이격거리에 따른따른따른따른 분사면적분사면적분사면적분사면적 2.4mm의의의의 배관손상도배관손상도배관손상도배관손상도

Fig. 22에서 보는것과 같이 최단거리에서는 분사압력 1.5

kg/cm2 를 정점으로 약간씩 감소되나 배관 파손상태는 별 차이

가 없다. 더구나 다른 이격거리에서는 Sand Blast 효과의 배관

손상정도가 미비한 수준으로 배관에 큰 영향을 미치지는 않았

다. Fig. 22로부터 근거리에서 배관 손상에 미치는 Sand Blast 효

과의 영향이 컸고 원거리로 갈수록 배관의 손상이 지연되는


36

것을 관찰할 수 있었다.

이격거리 1 cm 이격거리 4.5 cm

(a) 분사압력분사압력분사압력분사압력 1.5kg/cm2


(b) 분사압분사압분사압분사압력력력력 2kg/cm2

Fig. 23 분사면적분사면적분사면적분사면적 2.4mm 에서에서에서에서 PE배관배관배관배관 손상상태손상상태손상상태손상상태

Fig. 23에서 보는 바와 같이 분사면적이 2.4mm인 경우에는

분사압력 및 이격거리에 따라 배관 손상이 확연하게 차이가

남을 알 수가 있었다. 근거리 일수록 작은 원형을 이루고 원거

리 일수록 좀 더 큰 원형을 이루는 것처럼 Sand Blast 효과도

거리에 따라 배관 손상도에 미치는 영향이 차이가 남음을 관

찰 할 수가 있었다.


37

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

0.5 1 1.5 2

분사압력 kg/cm2

파괴

길이

mm

1

4.5

7

11

Fig. 24 이격거리에이격거리에이격거리에이격거리에 따른따른따른따른 분사면적분사면적분사면적분사면적 3.1mm 의의의의 배관손상도배관손상도배관손상도배관손상도

Fig. 24에는 분사면적이 3.1mm일 때 이격거리에 따른 배관

손상도를 나타냈었다. 분사압력이 증가함에 따라 각각의 이격

거리에서 PE배관 손상도가 증가함을 관찰 할 수가 있었다. 특

히 이격거리 7cm이상에서는 이격거리에 따라 큰 차이는 없었

으나 이격거리 1cm는 분사압력 1.5kg/cm2까지 배관 손상이 급

격히 증가하다가 그 이후에서는 완만한 상승세를 보여 압력이

증가에 따르는 PE배관 손상도도 더 이상 큰 효과를 나타내지

는 못 할 것으로 예상된다. 그러나 분사압력 2kg/cm2에서는 압

력 증가에 따라 지속적인 파괴력을 보여준다.


38


(a) 분사압력분사압력분사압력분사압력 1.5kg/cm2


(b) 분사압력분사압력분사압력분사압력 2kg/cm2

Fig. 25 분사면적분사면적분사면적분사면적 3.1mm 에서에서에서에서 PE배관배관배관배관 손상상태손상상태손상상태손상상태

Fig. 25에서 보는 것과 같이 분사면적 3.1mm일 경우 분사압

력과 이격거리가 증가할수록 PE배관 파괴면적도 넓어지는 것

을 알 수 있으며, PE배관 파괴력은 분사면적 2.4mm인 경우보

다 약해져 분사면적은 PE배관 파손에 영향력이 큰 것으로 사

료된다.


39

0

1

2

3

4

5

6

0.5 1 1.5 2

분사압력 kg/cm2

파괴

길이

mm

1

4.5

7

11

Fig. 26 이격거리에이격거리에이격거리에이격거리에 따른따른따른따른 분사분사분사분사면적면적면적면적 5mm 의의의의 배관손상도배관손상도배관손상도배관손상도

Fig. 26은 다른 분사면적과는 상이한 파괴력을 보여주는 도

표로서, 분사압력 1kg/cm2까지는 이격거리 4.5cm에서 손상도가

컸으며, 분사압력 1.5kg/cm2에서는 이격거리 1cm의 파괴력이

증가하였으나, 오히려 이격거리 4.5cm의 파괴력이 감소하는 현

상이 나타나고, 압력증가에 따라 주변 모래가 Sand Blast 효과

에 적용되는 경향이 감소되는 현상을 관찰할 수가 있었다.

Fig. 27에서 보는것과 같이 주변 모래의 Sand Blast 영향이 대

부분에 효력이 있지만 그 중에서도 분사압력이 1kg/cm2 인 경

우에 영향이 큰 것을 알 수 있다. 분사압력이 2kg/cm2에서 유

속이 커지면서 모래가 물 속에 흡수되기 보다는 경계층이 형

성되면서 일정량만 수용하는 형태를 띄어 실제로 PE배관 파손

에는 큰 영향력을 나타내지는 못하였다.


40


(a) 분사압력분사압력분사압력분사압력 1kg/cm2


(b) 분사압력분사압력분사압력분사압력 2kg/cm2

Fig. 27 분사분사분사분사면적면적면적면적 5mm 에서에서에서에서 PE배관배관배관배관 손상상태손상상태손상상태손상상태

4-3. 상수도상수도상수도상수도 배관배관배관배관 파손에파손에파손에파손에 의한의한의한의한 분사압력분사압력분사압력분사압력

상수도 배관의 파손에 의한 파손면적을 측정하기가 매우 어

려운 실정이다. 어떠한 형태로 파손 될 지는 주변여건에 따라

결정되어지기 때문이다. 배관노후로 파손되는 경우, 연결부위

이완으로 생기는 경우, 배관의 꺽임으로 생기는 경우 등 다양

한 형태로 발생되고 있다. 이에 실험시에는 균일한 조건에서

행하고자 원의 직경으로 면적의 크기를 동일화시켰다. 우선 4

단계로 나뉘어서 실시하였다.


41

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112

이격거리 cm

파괴

길이

mm

5

3.1

2.4

Fig. 28 분사면적에분사면적에분사면적에분사면적에 따른따른따른따른 분사압력분사압력분사압력분사압력 0.5kg/cm2 의의의의 배관배관배관배관 손상도손상도손상도손상도

Fig. 28에서 나타내듯이 원의 넓이는 유량의 양을 의미하고

원의 중심점이 파괴길이를 나타낸다. 각 분사직경에 대한 각

이격거리에서의 분사유량은 큰 차이가 없었고 유량의 양과 PE

배관 손상도의 영향력은 이격거리 1cm와 4.5cm에서 상이한 결

과를 보여준다. 이격거리 1cm에서는 분사직경 2.4mm가 높은

손상도를 보여주는 한편, 이격거리 4.5cm에서는 그 반대로 분

사직경 5mm가 높은 손상도를 보여준다.

Fig. 29는 Fig. 28과 큰 차이점은 없으나 이격거리 1cm 와

4.5cm에서만 모든 분사직경에서 PE 배관의 파괴길이가 증가되

었다. 이는 분사압력 증가에 따른 현상이라고 판단된다. 결국

분사압력 0.5kg/cm2 과 1kg/cm2에서는 상이한 조건이라고 볼 수


42

있다.

-1-0.5

00.51

1.52

2.53

3.54

4.55

5.56

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

이격거리 cm

파괴

길이

mm

5

3.1

2.4

Fig. 29 분사면적에분사면적에분사면적에분사면적에 따른따른따른따른 분사압력분사압력분사압력분사압력 1kg/cm2의의의의 배관배관배관배관 손상도손상도손상도손상도

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 12

이격거리 cm

파괴

길이

mm

5

3.1

2.4

Fig. 30 분사면적에분사면적에분사면적에분사면적에 따른따른따른따른 분사압력분사압력분사압력분사압력 1.5kg/cm2 의의의의 배관배관배관배관 손상도손상도손상도손상도

Fig. 30에서는 모든 분사직경에서 이격거리 증가에 따라 파

괴길이가 감소하는 현상을 관찰 할 수가 있었다. 특히 분사직


43

경 2.4mm에서 급격한 감소가 있을 뿐 다른 분사직경에서는 완

만한 감소를 나타내고 있어 파괴길이와 이격거리 간에는 반비

례관계가 있으며 분사유량과는 큰 상관이 없다는 것을 관찰

할 수가 있었다.

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8

이격거리 cm

파괴

길이

mm

5

3.1

2.4

Fig. 31 분사면적에분사면적에분사면적에분사면적에 따른따른따른따른 분사압력분사압력분사압력분사압력 2kg/cm2의의의의 배관배관배관배관 손상도손상도손상도손상도

Fig. 31에서는 분사직경 5mm와 2.4mm는 파괴길이가 감소하

는 경향이 있으나 분사직경 3.1mm는 이격거리 1cm와 4.5cm

에서 별 차이를 보이지 않다가, 이격거리 7cm 에서 급격히 감

소하는 현상을 관찰 할 수가 있었다. 이는 분사직경 3.1mm 에

서는 이격거리 1cm와 4.5cm가 동일한 영향권내에 있음을 암시

하는 근거라고 할 수 있겠다.


44

ⅤⅤⅤⅤ. 결결결결 론론론론

Sand Blast 효과는 이격거리 1cm, 4.5cm, 7cm, 11cm, 분사압력

0.5kg/cm2, 1kg/cm2, 1.5kg/cm2, 2kg/cm2, 분사면적 2.4mm, 3.1mm,

5mm 등 다양한 조합으로 실험을 실시하여 이격거리 1cm, 분

사압력 1.5 kg/cm2, 분사면적 2.4mm의 조건에서 배관 손상이

최대가 되는 것을 알 수 있었다. 그러나 배관에 있어서는 PE

배관두께의 오차를 고려하여야 하기 때문에 배관의 관통도 측

면에서는 이격거리 1cm, 분사압력 2kg/cm2, 분사면적 2.4mm에

서 PE배관의 손상속도가 가장 빠른 것으로 나타났다. 이는 배

관의 기존 두께에서 파손되고 남은 PE배관의 두께로 산정한

것이 아니라 손상된 PE배관 깊이로 측정한 결과이다.

이격거리

11

7

4.5

1

1

11

7

4.5

1

1

11

7

4.5

1

1

7

6

5

4

3

2

1

0

손상두께

압력

직경

Fig. 32 각각각각 조건에서의조건에서의조건에서의조건에서의 파손된파손된파손된파손된 PE배관배관배관배관 손상순차도표손상순차도표손상순차도표손상순차도표


45

이격거리

11

7

4.5

1

1

11

7

4.5

1

1

11

7

4.5

1

1

7

6

5

4

3

2

1

0

파괴

압력

직경

Fig. 33 각각각각 조건에서의조건에서의조건에서의조건에서의 파손되고파손되고파손되고파손되고 남은남은남은남은 PE배관배관배관배관 손상순차도표손상순차도표손상순차도표손상순차도표

Fig. 32에서 보는 것과 같이 이격거리 1cm에서는 PE배관

두께 6mm를 손상시켰으며, Fig. 33에서는 PE배관을 관통시킨

결과를 보여주고 있다. 즉 Fig. 32과 Fig. 33은 서로 상반된

결과를 보여주고 있다.

우선 파괴면적에 따른 파괴력은 이 실험에서 제시된 조건에

의하면 큰 면적보다는 작은 면적에 의한 PE배관의 손상이 컸

으며, PE배관 관통시간도 약 1.1일 정도 소요되는 것으로 관찰

되었다. 이격거리는 근거리 일수록 파괴력이 높았으나 약 1cm

이하로는 오히려 파괴력이 감소되는 것을 추측 할 수 있었다.

이는 최단거리에서 모래와 분사되는 유체와의 혼합공간이 충


46

분하지 않아 WATER JET형식으로 변형되는 것으로 사료된다.

마지막으로 상수도 배관의 파손으로 분출되는 압력은 파괴면

적이 작으면 지속적으로 파괴력이 커졌으며 그 반대로 파괴면

적이 크면 한정된 압력 이외에서 감소되는 것을 알 수가 있었

는데 분출되는 많은 유량이 주변 모래를 이동시키는 역할과

분출되는 곳으로 유입되는 모래의 양보다는 외부로 유출되는

양이 큼으로써 Sand Blast 효과도 떨어지는 것으로 추측된다.

손상두께

76543210-1

분사유량

100

80

60

40

20

0

Fig. 34 분사유량과분사유량과분사유량과분사유량과 손실두께손실두께손실두께손실두께 산점도산점도산점도산점도

Fig. 34에서 보는 바와 같이 분사압력과는 관계없이

분사유량과 손실두께는 서로의 상관성이 없어 보인다. 즉

분사유량이 많다고 해서 Sand Blast 영향이 크다고 할 수 없고,

분사유량이 적다고 해서 Sand Blast 영향이 적다고 할 수


47

없음을 알려주는 도표이다


48

ⅥⅥⅥⅥ. 고찰고찰고찰고찰

실험을 마치면서 실험장비 제작의 한계에 부딪혀 광범위한

실험을 시도해보지 못한점이 다소 아쉬움을 남겼다. 또한 Sand

Blast 효과를 내기 위한 모래와의 혼합은 실습장비에 무리를

주어 실험이 지속적으로 이루어지도록 하는데 많은 어려움이

있었고 이로 인해 실험장비 설계에 대한 중요성을 다시 한번

인식하게 되었다. 지속적인 관찰과 시간이 요구되는 실험과정

에서도 업무와 병행되는 과정은 철저한 시간관리가 필요함을

느꼈다.

앞으로 추가 과제로는 PLP배관과 PE배관의 다양한 관경에

대한 폭넓은 조건들을 가지고 실험을 통해서 얻은 자료를 활

용하여 Sand Blast에 의한 배관 손상조건표가 제작되면 현장에

서 그 이용성이 매우 높을 것으로 사료된다.


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ⅦⅦⅦⅦ. 참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

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[14] 앤더슨 지음, 이억섭, 김정규 옮김, “파괴역학 기초와

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Documents

A Study on the Damage of PE Pipe under Sand blast Enviroment · A Study on the Damage of PE Pipe under Sand blast Enviroment 6 Fig. 21 이격거리 11cm 에서 PE 배관 손상상태(분출압력