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제품의 개요
DRM기술 (Differential Reflectometry Mapping)

1. 미국 Con Edison 에너지공급업체로부터 기존보다 향상된 기술로의 개발요청

2. 위키피디아 2022년기준, Con Edison은 뉴욕주, 뉴저지주 거점의 에너지공급업체로서 전기배관(150,000km), 가스배관 (11,600km), 스팀배관(엠파이어 스테이트빌딩 외 17,000개 이상의 건물)

3. 30여년 전에 최초로 개발된 DCVG 진단기술은 도심환경에서 진단하기 어려운 구간이 존재하고, 측정하는 동안 음극방식장치의 잦은 on/off 작동과 진단감도에 대한 개선내용이 포함되었다.

4. 기존보다 향상된 기술로의 개발방향은 지상에서 측정하는 방법이 아니고 매설배관에서 직접 측정하는 방법으로 진단기술에 대한 패러다임 전환을 가져왔으며 이를 뒷받침하는 이론적인 배경으로 레이더장치의 반사측정법이 선택되었다.

5. 반사측정법을 이용한 최초의 배관진단기술에 대해서 미국특허등록(2020년) 그리고 한국 등 국제특허등록, 미국 Texas A&M university 국립부식연구소

6. 패러다임 전환의 새로운 진단기술과 이를 적용한 현장사례로부터 기존진단기술 대비 개선사항이 인정되어 AMPP (과거 NACE 미국부식방식학회)로부터 올해의 부식혁신상(2021년)에 선정되었다.

7. 한국지역난방공사(KDHC) 기술심의위원회로부터 'DRM진단기술'에 대해 열 수송관에 적용이 가능한 진단기술로 승인 (2024년)을 받았다.
장치의 구성
신호발생기 오실로스코프
신호발생기.png 오실로스코프.png
배터리 장치로부터 배관과의 전기적인 연결
배터리.jpg 전기적인배선연결.png
작동원리
1. 작동원리는 열 수송관의 감시시스템 나동선 진단방식(임펄스 신호)과 동일하다.
   나동선은 별도로 제작된 전용선에서 운영되는데 반하여, DRM은 일반적인 배관강관에서 운영되기때문에 구간마다 배관크기가 다를수 있고 배관접합부위의 용접 등 재료의 불규칙구간이 존재하기 때문에 이론적인 배경이 필요하게 되었다.

나동선의 측정원리.png

그림31.png

2. 이론적인 배경으로 반사측정기술이 선택되었다. 반사측정기술은 배관강관과 같은 전송선로 내의 공간적인 불균형을 파악하기 위해 전송선로로 전송된 전자신호의 반사를 연구하는 것이다. 응용분야로는 대기에서 전자신호의 반사를 이용하는 RADAR (Radio Navigation And Ranging)장치가 있다.

   DRM 진단기술의 근간을 이루는 반사측정기술은 진단하고자 하는 배관강관으로 진단신호 즉 에너지를 가하면 배관내부의 결함과 같은 공간적인 불균형 부위에서 에너지의 일부는 반사되어 되돌아오며 그 반사파는 진행파와 같은 속도로 이동하기 때문에 속도와 소요시간으로부터 진단위치에서 결함위치까지의 거리를 게산할 수 있으며 반사되는 에너지의 양은 배관내부 공간적인 뷸균형 부위의 변화량에 비례하기 때문에 반사파로부터 결함손상크기를 정량적인 수치로 나타낼 수 있는 진단방법이다.

   이를 도식화한 그림과 정량화하기 위해 회로요소로 구성한 모형화한 내용을 함께 나타내었다.

그림32.png
결함배관의 등가회로.png

3. 반사파의 작동원리는 임펄스 신호를 배관강관에 인가하면 신호가 배관 내로 전파되다가 물리적인 공간차이 (예를 들면 결함손상)에 의해 반사파가 발생하며 그 신호의 크기 및 시간차를 분석하여 배관 절연체의 결함크기 및 위치를 진단하는 기술이다.

반사측정기술.png

4. 결함의 위치
   A. 위치계산 = 1/2 (되돌아오는 시간(1) x 전파속도)
   A. 전파속도는 별도로 구한다.


5. 결함의 크기
   A. 크기계산 = 반사파의 진폭 (2) / 입사파의 진폭
6. DRM 진단기술은 배관으로부터 직접 신호를 전달받기 때문에 진단감도가 뛰어나 부식초기상태 진단이 가능하며, 도로 또는 수로와 같은 도심지역 다양한 환경에 대해 진단이 가능하며, 반사측정법에 의해 결함손상의 크기를 구분하여 나타낼 있다.  

제품의 기능
보온재 및 인근 토양의 수분함량 진단    배관을 둘러싸고 있는 절연체와 토양은 전자신호 관점에서 모두 유전체에 해당하고 그 유전체의 고유 값을 유전상수라고 한다.
   유전상수는 신호의 전파속도와 반비례 관계에 있다.

유전상수 = (진공에서 전파속도)2 / (매질에서 전파속도)2

   실제사례에서 유전상수는 유전체의 수분함량에 의해 지배되기 때문에 유전체의 수분함량이 높아지면 유전상수는 커지고 신호의 전파속도는 느려지게 된다. 배관파열 또는 외부 누수 등의 이유로 인하여 유전체 수분함량이 구간별로 달라질 수 있기 때문에 측정구간 별로 전파속도를 구하고 그 값을 비교하여 상대적으로 느린 구간은 유전체에 해당하는 절연체 또는 토양의 수분함량이 높은 구간으로 판단할 수 있다.

수분함량진단.png
결함크기를 구분하는 수치 정량화 결함임피던스는 대개 10 ~ 300옴 범위 내에 있으며 그 값이 낮으면 결함손상 면적이 넓어진다는 의이며 39옴 이하를 '즉시보수시점'으로 제시.

결함임피던스의 도식화.png
배관의 건전성과 안정성 평가 지표 DRM은 아래그림의 2 ~ 3단계의 결함 정도를 구분하며, 열 수송관의 감시시스템은 2단계의 결함 정도를 구분하고 열화상 진단은 3단계의 결함을 찾아내는 진단기술이다.

배관의건전성과언정성에대한도식화.png
배관손상 변화에 대한 추적관리 DRM 측정신호는 반복성과 재현성이 우수하며, 일정기간 동안의 반복측정을 통하여 결함손상변화에 대한 추적관리가 가능.

배관손상변화에대한관리.png

진단결과고찰
1. DRM 진단사례 #1
   - 진단배관에서 누수된 지점진단

DRM진단사례#1.png
2. DRM 진단사례 #2
   - 외부에서 누수된 지점진단

DRM진단사례#2.png
3. 결함크기를 정량화하여 결함임피던스 수치로 나타내고, 누수와 같은 절연저하지점은 전파속도로 수치화하여 진단함.