KR102419223B1 - 수소유기균열 방지를 위한 초고압 배관 - Google Patents

수소유기균열 방지를 위한 초고압 배관 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초고압 배관에 관한 것으로서, 초고압 수소를 이송 및 저장할 수 있고 수소유기균열을 예방할 수 있도록 메인파이프부(100); 및 결합부(200);를 포함하되, 메인파이프부(100)에 결합부(200)가 체결된 단면의 형상은 구형이고, 상기 메인파이프부(100)는 제1파이프(110)과 제2파이프(120)를 포함하고 제1파이프(110)와 제2파이프(120)의 조립부(300) 형상은 상호 테이퍼(Taper)구조로 교합되되, 조립부(300)의 내경은 말단부가 소정의 이격거리를 두어 교합된 상태에서 제1구역과 제2구역 사이에 공간부(s)를 형성하고, 조립부(300)의 외경은 파이프 외경과 다단구조로서 원주방향으로 등간격으로 배치된 복수개의 결합부(200)에 의해 가압체결되며 복수개의 결합부(200)는 가스켓에 의해 실링되고, 상기 제1파이프(110)와 제2파이프(120)의 말단부 내경은 홀이 형성된 돔 형상이며, 상기 메인파이프부(100)의 내경과 외경은 PE(polyethylene)수지가 코팅된 것을 특징으로 한다.

Description

수소유기균열 방지를 위한 초고압 배관{ULTRA-HIGH PRESSURE PIPING TO PREVENT HYDROGEN-INDUCED CRACKING}
본 발명은 수소유기균열 방지를 위한 초고압 배관에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고압 수소가스의 압력을 수용하고, 고압 수소가스에 의해 형성되는 파이프의 미세균열을 방지할 수 있는 초고압 배관에 관한 것이다.
수소 유기균열(Hydrogen Induced Cracking, HIC)은 파이프라인, 특히 비 HIC 내성강 및 서비스산성가스 또는 천연가스로 구성된 파이프라인에 대한 지속적인 문제점이다. 일반적으로 HIC는 금속에 용해된 원자 수소의 결과로서 금속파이프, 압력 용기 및 다른 배관 시스템에서 발생할 수 있는 내부 균열을 지칭한다. 보다 구체적으로, 수소 원자는 금속 내의 격자 간극을 통해 확산될 수 있고, 재결합하여 금속 내에서 고압 수소가스를 형성할 수 있다. 수소가스의 압력이 증가함에 따라, 기포와 미세 균열이 금속 파이프에 형성될 수 있고, 성장할 수 있으며, 이 기포와 균열은 계속해서 커지면서 금속파이프 라인의 고장을 초래할 수 있다.
이러한 고장의 발생은 수소가스의 고압특성에 의해 필연적이며 고장을 예측하기 위해 특수장비를 도입하여 표준검사 및 검사주기와 병행하여 특별 모니터링을 진행하기는 하지만, 이러한 검사장비와 검사비용은 매우 고가이며 특히 지면에 매장되어 있는 경우에는 검사가 불가능해 고압 수소가스를 이송하는 금속 파이프의 수소취성을 예방하거나 예견하는 것이 현실적으로 불가능한 문제점이 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1438398호(2014.09.01. 등록) 및 제10-2141794호에 개시되어 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 테이퍼형 플랜지 결합구조의 금속 파이프를 체결함으로써 고압 수소가스의 저장 및 이송 압력을 수용하고, 파이프 외측면과 내측면을 특수코팅하여 금속 내 격자 간극을 통해 수소 가스가 확산되는 것을 방지함으로써 수소유기균열을 방지할 수 있는 수소유기균열 방지를 위한 초고압 배관을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 수소유기균열 방지를 위한 초고압 배관은, 메인파이프부(100); 및 결합부(200);를 포함하되, 메인파이프부(100)에 결합부(200)가 체결된 단면의 형상은 구형이고, 상기 메인파이프부(100)는 제1파이프(110)과 제2파이프(120)를 포함하고 제1파이프(110)와 제2파이프(120)의 조립부(300) 형상은 상호 테이퍼(Taper)구조로 교합되되, 조립부(300)의 내경은 말단부가 소정의 이격거리를 두어 교합된 상태에서 제1구역과 제2구역 사이에 공간부(s)를 형성하고, 조립부(300)의 외경은 파이프 외경과 다단구조로서 원주방향으로 등간격으로 배치된 복수개의 결합부(200)에 의해 가압체결되며 복수개의 결합부(200)는 가스켓에 의해 실링되고, 상기 제1파이프(110)와 제2파이프(120)의 말단부 내경은 홀이 형성된 돔 형상이며, 상기 메인파이프부(100)의 내경과 외경은 PE(polyethylene)수지가 코팅된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 메인파이프부(100)는 금속재료로서, 항복강도가 400~420MPa, 인장강도가 500~510MPa, 탄성계수가 190~210GPa, 포아송비가 0.25~0.35이고, 메인파이프부(100)의 내경 및 외경에 코팅된 PE(polyethylene)수지는 폴리에틸렌 96~98%, 카본블랙 1%, 첨가제 1~3%인 LDPE(low density polyethylene)이고, 도막두께는 1.3~1.6mm 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 제1파이프(110)와 제2파이프(120)의 테이퍼형 조립부(300) 형상의 플랜지(flange) 결합과 결합부(200)를 랩조인트 방식으로 구성하여, 금속 파이프 연결구조를 이용해 고압가스의 저장 및 이송압력을 수용할 수 있고, 금속 파이프 외측면과 내측면을 특수코팅처리하여 금속 표면을 통한 수소 가스의 간극확산을 방지하여 수소유기균열을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 일반 파이프의 플랜지 연결방식을 나타내는 도면이다.
도 2는 종래 수소 충전소용 튜브 연결방식을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소유기균열 방지를 위한 초고압 배관의 개략적인 전체도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초고압 배관의 제1파이프(110)와 제2파이프(120)의 말단부 형상을 나타내는 상세도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초고압 배관이 내압 1350Mpa에서 실험예 1(a) 및 실험예 2(b)의 응력 해석 시험 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 비교예에 따른 초고압 배관이 내압 1350Mpa에서 비교예 1(c), 비교예 2(d) 및 비교예 3(e)의 응력 해석 시험 결과를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 수소유기균열 방지를 위한 초고압 배관의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소유기균열 방지를 위한 초고압 배관의 개략적인 전체도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초고압 배관의 제1파이프(110)와 제2파이프(120)의 말단부 형상을 나타내는 상세도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초고압 배관이 내압 1350Mpa에서 실험예 1(a) 및 실험예 2(b)의 응력 해석 시험 결과를 나타내는 도면이고, 도 6은 비교예에 따른 초고압 배관이 내압 1350Mpa에서 비교예 1(c), 비교예 2(d) 및 비교예 3(e)의 응력 해석 시험 결과를 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 수소유기규열 방지를 위한 초고압 배관은 메인파이프부(100) 및 결합부(200)를 포함한다.
메인파이프부(100)는 제1파이프(110)와 제2파이프(120)를 포함하고, 제1파이프(110)와 제2파이프(120)가 결합부(200)를 통해 연결되어 최종적으로 단면이 구형인 초고압 배관을 형성할 수 있다.
상세하게는 상기 메인파이프부(100)는 제1파이프(110)와 제2파이프(120)를 포함하고 제1파이프(110)와 제2파이프(120)는 상호 대응하는 형상으로 맞물려 조립될 수 있다. 구체적으로 제1파이프(110)와 제2파이프(120)의 조립부(300) 형상은 상호 테이퍼(Taper)구조로 교합될 수 있고, 테이퍼 구조는 도 3과 같이 제1파이프(110)와 제2파이프(120)가 대응하는 형상으로 맞물려 체결되는 구조일 수 있다.
본 발명의 일 실시예와 같이 조립부(300) 형상을 테이퍼 형태로 교합시킨 구조는 복수개의 파이프의 동심을 정확하고 쉽고 신속하게 맞출 수 있을 뿐 아니라 도 1과 같은 종래 플랜지 타입의 결합방식에 비해 접촉면적이 상대적으로 증가해 고압의 유체로부터 견고한 실링이 가능한 장점이 있다.
일반적으로 수소가스를 저장하는 저장공간은 차압에 의해 약 700bar를 형성하는바, 최소한 900bar의 압력을 견뎌야할 뿐 아니라 수소가스의 경우 금속파이프의 유기균열을 발생시켜 파이프의 가압능력을 저하시키는바, 최소한 900bar의 5배 이상의 압력을 견딜 수 있어야 파이프의 고장을 방지하고 수명을 연장시킬 수 있으며 대한민국의 일반적인 허용압력기준에 부합한다.
따라서 이를 위해 본 발명의 금속파이프 구조는 고압 수소의 이송 및 저장을 견딜 수 있도록 도 3과 같이 제1파이프(110) 내경의 말단부 형상은 소정의 각도로 라운드가 형성되고, 제2파이프(120) 내경의 말단부는 내경방향으로 수직 절단되어 제1파이프(110)와 제2파이프(120)가 체결된 상태에서 소정의 이격거리가 형성될 수 있다. 따라서 제1파이프(110)와 제2파이브가 상호 교합된 상태에서 제1파이프(110)와 제2파이프(120) 사이에 소정의 공간부(s)를 형성할 수 있는 바, 제1파이프(110)와 제2파이프(120)의 내경이 후술할 결합부(200)에 의해 견고하고 강하게 체결되며 맞물려 결합될 수 있다. 이를 통해 수소가스와 같은 고압가스의 이송과 저장시 수소의 고압으로부터 금속파이프의 고압가스 누출을 방지할 수 있다.
이때 제1파이프(110)와 제2파이프(120)는 결합부(200)에 의해 체결되며, 결합부(200)는 복수개로서 조인트와 체결부재를 포함할 수 있고, 예를 들어 복수개의 랩조인트(lap joint)와 복수개의 커넥션피스(connection piece)로 이루어질 수 있다. 제1파이프(110)와 제2파이프(120)의 조립부(300)의 외경은 도 3과 같이 파이프 외경과 다단구조로서 원주방향으로 등간격으로 배치되고, 이에 대응하는 복수개의 결합부(200)에 의해 가압체결될 수 있다. 이때 복수개의 결합부(200)는 가스켓에 의해 실링되어 견고한 결합을 보조할 수 있다.
상술한 내용에 따라 본 발명의 일 실시예는 [시험예] 1. 항복강도 시험예에서 초고압 배관의 수압시험 압력을 1350kgf/cm²진행하여 배관의 내경에 미치는 내압에 따른 항복강도를 측정하였으며, 도 5 및 표 2를 통해 시험결과를 알 수 있다. 도 5와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 초고압 배관의 항복강도 시험을 하였으며, 초고압 배관에 수압 1350kgf/cm²의 물을 유체로 공급한 결과 조립부(300) 내경의 내압은 257.47~360.88Mpa 고, 제1파이프(110)와 제2파이프(120)의 공간부(s) 내경의 내압은 154.04Mpa 로 측정되었으며, 조립부(300) 외경의 압력은 50.637~154.05Mpa 로 측정되어 유체의 수압이 1350Mpa인 경우에도 최고 항복강도인 490Mpa에 비해 상대적으로 고압에 매우 안정한 구조임을 알 수 있다. 또한 일반적인 수소 고압가스 압력인 9000bar(약90MPa)에 비해 5배 이상의 항복강도를 나타냄을 알 수 있다.
아울러 상기 제1파이프(110)와 제2파이프(120)의 최말단부 내경은 고압가스가 유입 및 유출되는 플러그인 위치이며 홀이 형성된 돔 형상일 수 있고, 도 5를 통해 최말단부 내경 및 외경의 항복강도를 측정한 결과, 내경의 항복강도는 약 464.29Mpa, 외경의 항복강도는 약 417.56Mpa로 측정되어 최고 항복강도인 490Mpa에 비해 상대적으로 고압에 매우 안정한 구조임을 알 수 있다.
관련하여 일반적으로 고압의 유체가 유입 및 유출되는 파이프의 플러그인 부분은 고압의 유체가 공급되는 노즐과 대응되는 사이즈의 내경이며, 일반적으로 파이프의 내경 사이즈보다 상대적으로 작다. 따라서 고압유체에 의한 내압에 의해 항복강도 및 인장강도의 최고점에 도달할 수 있고, 이 부분 금속 파이프의 격자간극을 통해 수소가 간극확산될 수 있어 수소유기균열이 발생될 수 있는 바, 본 발명은 이에 매우 안정한 구조임을 알 수 있다.
상기 메인파이프부(100)의 내경과 외경은 PE(polyethylene)수지가 코팅될 수 있다. 즉 금속파이프인 제1파이프(110)와 제2파이프(120)의 외경 및 내경은 PE 수지가 코팅될 수 있고, 특히 제1파이프(110)와 제2파이프(120)의 내경에 PE 수지가 코팅됨으로써 수소 원자가 금속 내로 침투하여 격자 간극을 통해 확산되거나 재결합하여 금속 내에서 고압 수소가스를 형성하는 수소유기균열을 방지할 수 있다. 또한 수소가스의 압력이 증가함에 따라, 기포와 미세 균열이 금속 파이프에 형성될 수 있는데 이 기포와 미세균열이 성장하는 것을 미연에 차단할 수 있다.
바람직하게는 상기 메인파이프부(100)는 금속재료로서, 항복강도가 400~420MPa, 인장강도가 500~510MPa, 탄성계수가 190~210GPa 및 포아송비가 0.25~0.35인 것이 바람직하다. 상기 항복강도는 소성변형이 일어나기 시작하는 시점의 강도이고, 인장강도는 최대응력이며, 탄성계수는 응력이 발생한 경우의 변형률이고, 포아송비는 물체에 하중이 가해진 경우 변형하는 가로와 세로의 비율인 바, 금속재료로 이루어진 메인파이프부(100)는 고압의 수소가스의 이동 및/또는 저장 중 발생할 수 있는 파단으로부터 장기간 안정해야 한다. 따라서 상기 어느 하나의 범위 미만인 경우에는 고압의 수소가스 이송 및/또는 저장 중 발생할 수 있는 누적 압력에 의한 변형을 견디지 못해 파이프 내부에 크랙이 발생하고, 심한 경우 파단될 수 있어 가스 폭발의 위험을 방지할 수 없다. 또한 상기 어느 하나의 범위를 초과하는 경우, 재료에 고비용이 소비되고 효과상 차이가 미미한 바 비용적 측면에서 비경제적인 단점이 있다.
나아가, 메인파이프부(100)의 내경 및 외경에 코팅된 PE(polyethylene)수지는 폴리에틸렌 96~98%, 카본블랙 1%, 첨가제 1~3%인 LDPE(low density polyethylene)이고, 도막두께는 1.3~1.6mm 인 것이 바람직하다. LDPE 수지는 PE 수지 중 밀도가 낮고 유연성과 인성이 우수한 편인 바, 메인파이프부(100)의 내경에 코팅되는 경우 수소의 파이프 표면으로 간극 침투와 확산을 차단하여 내부 유기균열을 미연에 차단할 수 있을 뿐 아니라 특수 금속소재를 제조하지 않고도 저렴한 비용에 고압 가스를 이송 및/또는 저장할 수 있는 고압용 파이프, 저장용기를 제조할 수 있어 제조 기간, 비용을 줄일 수 있다. 이때 도막의 두께가 상기 범위 미만인 경우, 밀도가 낮은 LDPE 수지의 특성상 수소 유기균열로부터 취약할 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우 도막 건조시 장시간이 소요되며, 파이프 내경이 감소될 수 있어 고압 수소가스의 항복강도, 인장강도에 영향을 미치는 바 상술한 범위를 유지하는 것이 바람직하다.
[시험예]
1. 수소유기균열 저항성 시험 준비
(1)시험장비
수소유기균열의 정도를 시험하기 위해 가스공급장치, 반응용기, 중화조를 준비하였다. 가스공급장치에 공급되는 가스는 잔여공기를 제거하기 위한 질소가스와 유기균열 측정을 위한 황화수소가스이며 반응용기에 공급된다. 반응용기에는 시험용액과 시편이 공급되고 중화조에는 반응용기에서 배출되는 황화수소가스를 중화시켜 대기 중으로 방출시키기 위해 10% 염화나트륨 용액을 준비하였다.
(2)시험용액
수소유기균열 측정을 위해 부식용액이 사용되며, Ph가 2.6~2.8인 산성용액에 황화수소 가스를 포화시킨 용액a와 ph가 8/1~8.3인 염기성용액에 황화수소 가스를 포화시켜 ph가 약 5인 용액b를 준비한다.
(3) 시험방법
용액a 및 용액b에 길이 약 20cm, 직경 약 5cm인 시험편을 1개 넣고, 2.의 시험용액 용액a, 용액b를 주입한다. 그리고 용기 내 시험용액에 질소가스를 일정시간 주입하여 용존산소를 0.1ppm 이하로 제거한 후 시험용액에 황화수소를 포화시키고, 이 상태에서 황화수소가스를 지속적으로 주입시켜 시험기간동안 용액의 포화상태가 유지되도록 한다. 이때 황화수소 농도는 2300~3500ppm 범위를 유지한다. 이때 용액의 온도는 상온이며, 이 상태로 약 96시간 동안 방치한 후 시편을 절단하고, 절단면으로부터 균열 발생을 측정한다.
(4) 시편절단방법
채취한 시편은 균등하게 4등분하며, 절단된 3개면에서 균열 발생여부과 균열 발생율을 측정하도록 한다.
2. 항복강도 실험방법
상온 조건에서 외경 63mm, 두께 10mm인 금속 파이프에 물을 채우고, 수압시험 압력인 1350Mpa까지 서서히 승압한 후 5~20분간 유지하여 파이프의 내부 및 외부의 변형이 일어나기 시작하는 하중을 측정한다.
[실시예]
1. 실시예 1
본 발명의 일 실시예와 같이 금속소재로 이루어진 금속파이프의 외표면과 내표면을 PE수지로 코팅한 제1파이프(110)와 제2파이프(120)를 결합부(200)로 결합한 상술한 1. 시험준비 (3)시험방법에 따라 시편을 준비하고, 시험용기에 96시간 동안 방치한 후, 시편을 채취하였다. 이때 금속파이프 및 PE 수지는 시중에서 쉽게 구할 수 있는 강재로 이루어진 금속파이프와 폴리에틸렌이 약 98% 포함된 PE 수지를 사용하였다.
2. 실시예 2
항복강도가 400~420MPa, 인장강도가 500~510MPa, 탄성계수가 190~210GPa, 포아송비가 0.25~0.35인 금속소재로 이루어진 금속파이프의 외표면과 내표면을 폴리에틸렌 96~98%, 카본블랙 1%, 첨가제 1~3%인 LDPE(low density polyethylene)수지로 약 1.5mm로 코팅한 제1파이프(110)와 제2파이프(120)를 결합부(200)로 결합한 상술한 1. 시험준비 (3)의 시편사이즈를 준비하여 (3) 시험방법에 따라 시험용기에 96시간 동안 방치한 후, 시편을 채취하였다.
[비교예]
1. 비교예 1
시중에서 쉽게 구할 수 있는 강재소재의 금속파이프와 플랜지를 준비한 후, 금속파이프의 말단부를 상호 맞대어 플랜지로 결합부(200)위를 연결하되, 상술한 1. 시험준비 (3)의 시편사이즈를 준비하여 (3) 시험방법에 따라 시험용기에 96시간 동안 방치한 후, 시편을 채취하였다.
2. 비교예 2
시중에서 쉽게 구할 수 있는 강재소재의 튜브형태 금속파이프를 상호 연결하되, 상술한 1. 시험준비 (3)의 시편사이즈를 준비하여 (3) 시험방법에 따라 시험용기에 96시간 동안 방치한 후, 시편을 채취하였다.
3. 비교예 3
시중에서 쉽게 구할 수 있는 강재소재의 금속파이프와 플랜지를 준비한 후, 금속파이프의 말단부를 상호 맞대어 플랜지로 결합부(200)위를 연결하되, 금속파이프의 외표면을 PE 수지로 코팅하고, 상술한 1.(3)의 시험방법에 따라 시편을 준비하여 시험용기에 96시간 동안 방치한 후, 시편을 채취하였다. 이때 금속파이프 및 PE 수지는 시중에서 쉽게 구할 수 있는 강재로 이루어진 금속파이프와 폴리에틸렌 수지를 사용하였다.
[시험결과]
수소유기균열 저항성(%) 균열길이(mm) 균열개수
실시예 1 0.3 0.3 0.3
실시예 2 0.1 0.1 0.3
비교예 1 6.3 4.2 5.7
비교예 2 6.2 4.1 5.6
비교예 3 3.0 2.0 2.4
표 1은 NACE TM 0284에 따라 실험 후 초음파 탐상을 통해 측정한 수소유기균열 저항성 평가 결과를 나타내었다. 시험결과 실시예 2의 수소 유기균열 저항성(%)이 가장 우수하였고, 비교예 1~3의 경우 6.3%, 6.2%, 3.0%로 상대적으로 낮게 나타났다.
수소유기균열의 저항성은 수소유기균열의 발생과 전파를 나누어 분석할 수 있으며, 표 1에 나타난 바와 같이 수소 유기균열의 발생 개수와 평균 균열 길이는 수소유기균열의 개시와 전파를 나타내며 측정한 값이 작을수록 저항성이 높음을 의미한다. 실시예 1 및 2의 경우 균열의 길이가 각 0.3mm, 0.1mm, 균열개수가 각 0.3 인 반면, 비교예 1~3의 경우 균열의 길이가 각 4.2mm, 4.2mm, 2.0mm, 균열개수가 5.7, 5.6, 2.4 로 실시예 1 및 실시예 2에 비해 상대적으로 크게 측정되어 낮은 저항성으로 측정되었다.
내압 대상 위치 해석결과(Equivalent) 항복강도
1,350Mpa 시험예1 Pipe 307.6 490
Flange 101.4
시험예2 Pipe 420.6 490
Flange 136.5
*내압은 수압 시험 압력이며, 해석결과 및 항복강도는 Mpa
내압 대상 위치 해석결과(Equivalent) 항복강도
1,350Mpa 비교예1 Pipe 223.02 220
비교예2 Pipe 280.15 280
비교예3 Pipe 301.7 315
*내압은 수압 시험 압력이며, 해석결과 및 항복강도는 Mpa
표 2는 실시예 1 및 실시예 2의 배관에 수압 1350 Mpa의 물을 유체 공급한 결과 실시예 1의 경우, 조립부(300) 내경의 내압은 257.47~360.88Mpa이고(평균 내압 약 307Mpa), 제1파이프(110)와 제2파이프(120)의 공간부(s) 내경의 내압은 72.492Mpa 로 측정되었으며, 조립부(300) 외경의 압력은 50.637~154.05Mpa(평균외압 약 101Mpa)로 측정되어 유체의 수압이 1350Mpa인 경우에도 최고 항복강도인 490Mpa에 비해 상대적으로 고압에 매우 안정한 구조임을 알 수 있다. 실시예 2의 경우 조립부(300) 내경의 내압은 평균 내압 약 420Mpa, 제1파이프(110)와 제2파이프(120)의 공간부(s) 내경의 내압은 154.04Mpa로 측정되었으며, 조립부(300) 외경의 압력은 평균외압 약 136.5Mpa로 측정되어 유체의 수압이 1350Mpa인 경우에도 최고 항복강도인 490Mpa에 비해 상대적으로 고압에 매우 안정한 구조임을 알 수 있다.
반면 비교예 1의 경우, 평균 내압이 약 223.02Mpa로서 항복강도인 220Mpa를 초과해 파이프의 소성변형이 관찰되었고, 비교예 2의 경우 평균 내압이 약 280.15Mpa로서 항복강도인 280Mpa를 초과해 파이프의 소성변형이 관찰되었고, 평균 내압이 약 301.7Mpa로서 항복강도인 315Mpa를 초과하지는 않았으나 고압에 취약한 결과를 확인할 수 있었다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예인 수소유기균열 방지를 위한 초고압 배관은 메인파이프부(100)와 결합부(200)의 공간부(s)를 이용한 테이퍼 구조를 통해 고압 수소를 안전하게 이동 및 저장할 수 있는 공간을 제공할 수 있고, 파이프의 내표면 및 외표면에 수지를 코팅함으로써 수소의 간극확산을 통한 유기균열을 미연에 예방하여 파이프의 수명을 연장시킬 수 있다. 나아가 메인파이프부(100)와 결합부(200)의 결합방식을 통해 파이프의 지면 매장이 용이한 장점이 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 메인파이프부 200 결합부
110 제1파이프 120 제2파이프
300 조립부 310 조립부의 내경
320 조립부의 외경 S 공간부

Claims (2)

  1. 메인파이프부(100); 및
    결합부(200);를 포함하되, 메인파이프부(100)에 결합부(200)가 체결된 단면의 형상은 구형이고,
    상기 메인파이프부(100)는 제1파이프(110)과 제2파이프(120)를 포함하고 제1파이프(110)와 제2파이프(120)의 조립부(300) 형상은 상호 테이퍼(Taper)구조로 교합되되,
    제1파이프와 제2파이프가 테이퍼링 교합되어 형성된 메인파이프의 내부는 통로를 이루머, 제1파이프와 제2파이프가 테이퍼링 교합된 통로의 일부분에는 조립부 및 조립부로부터 반대방향으로 연장되는 제1파이프 및 제2파이프의 말단부로 구성되며,
    조립부(300)의 내경(310)은,
    조립부가 테이퍼링 결합되어 결합된 부위의 말단부가 소정의 이격거리를 두고 교합된 상태에서 제1구역과 제2구역 사이에 공간부(s)를 형성하고,
    조립부(300)의 외경(320)은,
    메인파이프 외경과 다단구조로 돌출되어 형성된 렙조인트 방식의 복수개의 결합부가 조립부 외경을 따라 원주방향으로 등간격으로 배치되고, 결합부재가 랩조인트의 내경에 삽입되어 결합부의 외경을 조이면 제1파이프와 제2파이프의 테이퍼링 결합부가 가압체결되며, 복수개의 결합부(200)는 가스켓에 의해 실링되고,
    메인파이프의 통로로서, 조립부로부터 반대방향으로 연장된 부분에 위치하는 제1파이프 및 제2파이프의 말단부 내경의 단면은 홀이 형성된 돔 형상이며
    상기 제1파이프와 제2파이프가 테이퍼링 교합되어 형성된 메인파이프의 내부는 통로를 이루머, 통로의 벽을 형성하는 내경과 메인파이프부의 외부인 외경은 PE(polyethylene)수지가 코팅된 것이고,
    상기 메인파이프부(100)는 금속재료로서, 항복강도가 400~420MPa, 인장강도가 500~510MPa, 탄성계수가 190~210GPa, 포아송비가 0.25~0.35이고,
    메인파이프부(100)의 내경 및 외경에 코팅된 PE(polyethylene)수지는 폴리에틸렌 96~98%, 카본블랙 1%, 첨가제 1~3%인 LDPE(low density polyethylene)이고, 도막두께는 1.3~1.6mm 인 것을 특징으로 하는 수소 유기균열 방지를 위한 초고압 배관.
  2. 삭제
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