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관로 (시설)

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목차

1. 개요

관로(시설)는 물을 수송하는 데 사용되는 시설로, 취수 시설에서 정수장까지의 도수관, 정수장에서 배수지까지의 송수관, 배수지에서 급수 구역까지의 배수관, 각 가정에 물을 공급하는 급수관으로 구분된다. 관로는 금속관, 수지관, 콘크리트관, 석면 시멘트관 등 다양한 재료로 제작되며, 재료에 따라 내구성과 시공성이 달라진다. 관로의 부식, 동파, 노후화는 주요 문제이며, 내진 설계를 통해 지진 피해를 줄이고, 자산 관리 시스템을 통해 효율적인 유지 보수를 수행한다. 또한 쓰나미나 집중호우와 같은 자연 재해로 인한 피해에도 대비해야 한다.

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관로 (시설)
개요
정의유체를 운반하는 데 사용되는 튜브 또는 파이프 시스템
종류강관
동관
PVC관
CPVC관
기타
용도산업 플랜트
건물 서비스
유체 운송
구성 요소
파이프유체 운반을 위한 주요 요소
파이프 피팅엘보
티
소켓
밸브
기타: 파이프라인 연결, 방향 변경, 유량 조절에 사용
설계 고려 사항
유체종류: 액체, 기체, 슬러리 등
특성: 점도, 밀도, 온도, 압력
재료종류: 강철, 스테인리스강, 구리, 플라스틱 등
선정 기준: 유체 특성, 작동 조건, 비용, 내구성
유속 및 압력 강하시스템 효율 및 안전 고려
열팽창 및 수축파이프 라인 설계 시 고려
산업별 응용
화학 산업부식성 유체 이송
석유 및 가스 산업원유 및 천연가스 운송
수도 및 하수 처리식수 공급 및 폐수 처리
식품 및 음료 산업위생적인 유체 이송
유지 보수 및 안전
정기 점검누출, 부식, 손상 여부 확인
누출 감지방법: 시각적 검사, 압력 모니터링, 음향 감지
중요성: 환경 오염 및 안전 사고 예방
안전 조치작업 전 안전 교육
개인 보호 장비 착용
비상 대응 계획 수립
추가 정보
관련 표준ASME B31.3
API 570
기타 산업별 표준
참고 문헌Perry's Chemical Engineers' Handbook
Piping Design Handbook

2. 용도

수도관은 다음과 같은 용도로 사용된다.


  • 도수관: 취수 시설에서 취수한 물(원수)을 정수장까지 보내는 관을 말한다. 관이 아닌 개거(開渠), 암거, 터널로 물을 흐르게 하는 경우도 있다.
  • 송수관: 정수장에서 처리된 물을 배수지까지 보내는 관을 말한다.
  • 배수관: 배수지에서 급수 구역까지 물을 보내는 관을 말하며, 간선 역할을 한다. 배수 본관과 배수 지관(배수 소관)으로 구성된다. 배수 본관은 200mm 이상의 중대 구경이 많고, 수압을 균등하게 유지하며, 관 내의 물이 정체되지 않도록 도로를 따라 망상 형태로 부설된다.
  • 급수관: 배수관에서 분기하여 각 가정 등 수요자에게 물을 공급하는 관을 말한다. 일본의 경우, 수도법에 근거하여 지정된 '''지정 급수 장치 공사 사업자'''가 수도 급수 장치의 신설 및 개수 공사를 수행한다.

2. 1. 도수관

2. 2. 송수관

2. 3. 배수관

2. 4. 급수관

3. 종류

관로(시설)에 사용되는 관의 종류는 다음과 같다:


  • 금속관
  • * 덕타일 주철관: 수도의 기간 관로에서 가장 많이 사용된다. 기존의 A형, K형에 비해 내진성이 우수한 NS형이 높은 평가를 받고 있으며, 차세대형인 GX형도 보급되고 있다. NS형, S형, SⅡ형 등 이음매 부분에 이탈 방지 기능이 있는 종류는 내진 관재로 분류된다.[16][17] K형은 "내진 관재"로 분류되지 않으며, 동일본 대지진으로 인해 피해가 확인되어 현재는 "지진동 증폭이 작은 지반"에서만 내진 적합성을 가지는 것으로 평가된다.

GX형 덕타일 주철관

  • * 수송용 피복 강관: 주로 대구경의 수도 본관에 사용된다. JIS G 3443으로 규격화되어 있다. 강도, 연성, 인성이 뛰어나 용접 이음매에 의해 높은 가공성, 내진성을 가진다.[16][17] 내진 관으로 분류되는 것은 용접 타입이며, 장수명형 수도용 강관이라는 분류도 소개되고 있다.
  • * 아연 도금 강관: 과거에 사용되었으나, 적수 발생 문제로 현재는 잘 사용되지 않는다.
  • * 스테인리스강: 녹이 슬지 않는 장점이 있으나, 가공성과 경제성이 떨어지는 단점이 있다.
  • * 납관: 납이 물에 녹아 나와 섭취자가 납 중독에 걸릴 위험이 있어 현재 신규 사용은 중단되었다.[24] 납관 교체가 진행되고 있지만, 비용 문제 등으로 공사가 진척되지 않아, 주택 내 배관에서는 여전히 사용되는 경우가 많다. 아직 납관을 사용하고 있는 경우, 아침에 처음 수도꼭지를 틀 때는 처음에는 어느 정도 물을 흘려보내 수도관 내에 축적된 용출된 납을 배출하는 것이 권장된다. 현재 시점에서 납관으로 인한 건강 피해는 확인되지 않았다.

고대 로마 제국에서는 납관을 사용했지만, 이를 제국 멸망의 원인으로 보는 설이 일부 존재했다. 하지만 고대 로마의 수도관에는 수도꼭지가 존재하지 않아(공사 시의 정수 밸브는 있었음), 물이 항상 흘렀으므로, 현대보다 오히려 용출된 납을 섭취할 위험은 적었고, 속설로 취급되고 있다.[24]

  • 수지관

플라스틱 파이프는 가볍고 유연하며, 부식에 강하다.

  • * 폴리에틸렌관(청색 폴리): HDPE 파이프의 일종으로 내진성, 내구성, 내열성, 내약품성이 뛰어나다. 유연하고 융착식 이음매를 통해 누수 걱정이 없다. PE100 제3세대 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 사용한다. 배수 및 급수용 매설관, 건축물 내 배관 등에 사용되며, 배수 소관에서 주류로 사용된다.[19] 수도 배수용 폴리에틸렌관은 수도 비전에서 "내진 관재"로 분류된다.[20]

  • * 폴리에틸렌관 (흑색 폴리): 경제성과 유연성이 우수하지만, 열에 약하다. 구형 폴리에틸렌관은 내구성이 떨어진다.
  • * 염화 비닐관: PVC는 내구성이 뛰어나고, 가공이 용이하며, 경제성이 우수하다. 그러나 내열성이 낮아 고온 환경에서는 사용이 제한되며, 특정 화학 물질에 의해 손상될 수 있다.
  • * 가교 폴리에틸렌관: 플라스틱 파이프의 일종인 PE-X 파이프는 내약품성과 내열성이 우수하여, 급수 및 급탕용으로 사용된다.
  • * 폴리부텐관: PP-R 파이프는 PE-X 파이프와 유사한 특성을 가진다.
  • * 강화 플라스틱 복합관 (FRPM): 강화 유리섬유 플라스틱(FRP)를 주원료로 하는 관은 내약품성이 우수하다.

  • 콘크리트관

콘크리트관은 내구성이 뛰어나지만, 시공이 어렵고 무겁다는 단점이 있다.

  • 석면 시멘트관

과거에는 석면 시멘트관이 사용되기도 하였다. 그러나 석면이 인체에 유해한 물질로 밝혀짐에 따라, 현재는 대한민국에서 석면 시멘트관의 사용이 금지되었다.

3. 1. 금속관

덕타일 주철관은 수도의 기간 관로에서 가장 많이 사용된다. 기존의 A형, K형에 비해 내진성이 우수한 NS형이 높은 평가를 받고 있으며, 차세대형인 GX형도 보급되고 있다. NS형, S형, SⅡ형 등 이음매 부분에 이탈 방지 기능이 있는 종류는 내진 관재로 분류된다.[16][17] K형은 "내진 관재"로 분류되지 않으며, 동일본 대지진으로 인해 피해가 확인되어 현재는 "지진동 증폭이 작은 지반"에서만 내진 적합성을 가지는 것으로 평가된다.

수송용 피복 강관은 주로 대구경의 수도 본관에 사용된다. JIS G 3443으로 규격화되어 있다. 강도, 연성, 인성이 뛰어나 용접 이음매에 의해 높은 가공성, 내진성을 가진다.[16][17] 내진 관으로 분류되는 것은 용접 타입이며, 장수명형 수도용 강관이라는 분류도 소개되고 있다.

아연 도금 강관은 과거에 사용되었으나, 적수 발생 문제로 현재는 잘 사용되지 않는다.

스테인리스강은 녹이 슬지 않는 장점이 있으나, 가공성과 경제성이 떨어지는 단점이 있다.

납관은 납이 물에 녹아 나와 섭취자가 납 중독에 걸릴 위험이 있어 현재 신규 사용은 중단되었다.[24] 납관 교체가 진행되고 있지만, 비용 문제 등으로 공사가 진척되지 않아, 주택 내 배관에서는 여전히 사용되는 경우가 많다. 아직 납관을 사용하고 있는 경우, 아침에 처음 수도꼭지를 틀 때는 처음에는 어느 정도 물을 흘려보내 수도관 내에 축적된 용출된 납을 배출하는 것이 권장된다. 현재 시점에서 납관으로 인한 건강 피해는 확인되지 않았다.

고대 로마 제국에서는 납관을 사용했지만, 이를 제국 멸망의 원인으로 보는 설이 일부 존재했다. 하지만 고대 로마의 수도관에는 수도꼭지가 존재하지 않아(공사 시의 정수 밸브는 있었음), 물이 항상 흘렀으므로, 현대보다 오히려 용출된 납을 섭취할 위험은 적었고, 속설로 취급되고 있다.[24]

3. 1. 1. 덕타일 주철관

덕타일 주철관은 수도의 기간 관로에서 가장 많이 사용된다. 기존의 A형, K형에 비해 내진성이 우수한 NS형이 높은 평가를 받고 있으며, 차세대형인 GX형도 보급되고 있다. NS형, S형, SⅡ형 등 이음매 부분에 이탈 방지 기능이 있는 종류는 내진 관재로 분류된다.[16][17] K형은 "내진 관재"로 분류되지 않으며, 동일본 대지진으로 인해 피해가 확인되어 현재는 "지진동 증폭이 작은 지반"에서만 내진 적합성을 가지는 것으로 평가된다.

3. 1. 2. 수송용 피복 강관

수송용 피복 강관은 주로 대구경의 수도 본관에 사용된다. JIS G 3443으로 규격화되어 있다. 강도, 연성, 인성이 뛰어나 용접 이음매에 의해 높은 가공성, 내진성을 가진다.[16][17] 내진 관으로 분류되는 것은 용접 타입이며, 장수명형 수도용 강관이라는 분류도 소개되고 있다.

3. 1. 3. 아연 도금 강관

아연 도금 강관은 과거에 사용되었으나, 적수 발생 문제로 현재는 잘 사용되지 않는다.

3. 1. 4. 염비 라이닝 강관, 폴리에틸렌 분체 라이닝 강관

주어진 `source`에는 "염비 라이닝 강관, 폴리에틸렌 분체 라이닝 강관"에 대한 내용이 전혀 없으며, `summary`의 내용("내구성이 우수하지만, 특정 환경에서 사용이 제한될 수 있다") 또한 찾을 수 없습니다. 따라서 주어진 정보만으로는 섹션 내용을 생성할 수 없습니다.

3. 1. 5. 스테인리스 강관

스테인리스강은 녹이 슬지 않는 장점이 있으나, 가공성과 경제성이 떨어지는 단점이 있다.

3. 1. 6. 파상 스테인리스 강관

주어진 원본 소스에는 "파상 스테인리스 강관"에 대한 직접적인 정보가 없습니다. 요약에서 언급된 "급수관에 사용되며, 유연성과 시공성이 우수하다"는 내용은 원본 소스에 포함되어 있지 않으므로, 해당 섹션을 생성할 수 없습니다.

3. 1. 7. 연관

납관은 납이 물에 녹아 나와 섭취자가 납 중독에 걸릴 위험이 있어 현재 신규 사용은 중단되었다.[24] 납관 교체가 진행되고 있지만, 비용 문제 등으로 공사가 진척되지 않아, 주택 내 배관에서는 여전히 사용되는 경우가 많다. 아직 납관을 사용하고 있는 경우, 아침에 처음 수도꼭지를 틀 때는 처음에는 어느 정도 물을 흘려보내 수도관 내에 축적된 용출된 납을 배출하는 것이 권장된다. 현재 시점에서 납관으로 인한 건강 피해는 확인되지 않았다.

고대 로마 제국에서는 납관을 사용했지만, 이를 제국 멸망의 원인으로 보는 설이 일부 존재했다. 하지만 고대 로마의 수도관에는 수도꼭지가 존재하지 않아(공사 시의 정수 밸브는 있었음), 물이 항상 흘렀으므로, 현대보다 오히려 용출된 납을 섭취할 위험은 적었고, 속설로 취급되고 있다.[24]

3. 1. 8. 동관

주어진 `summary`와 `source` 정보에는 '동관'에 대한 내용이 없습니다. 따라서, '동관' 섹션 내용을 작성할 수 없습니다. `source`에 동관에 대한 내용이 추가되어야 합니다.

3. 2. 수지관

플라스틱 파이프는 가볍고 유연하며, 부식에 강하다. 플라스틱 파이프의 종류는 다음과 같다.

  • 폴리에틸렌관(청색 폴리): HDPE 파이프의 일종으로 내진성, 내구성, 내열성, 내약품성이 뛰어나다. 유연하고 융착식 이음매를 통해 누수 걱정이 없다. PE100 제3세대 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 사용한다. 배수 및 급수용 매설관, 건축물 내 배관 등에 사용되며, 배수 소관에서 주류로 사용된다.[19] 수도 배수용 폴리에틸렌관은 수도 비전에서 "내진 관재"로 분류된다.[20]

  • 폴리에틸렌관 (흑색 폴리): 경제성과 유연성이 우수하지만, 열에 약하다. 구형 폴리에틸렌관은 내구성이 떨어진다.

  • 염화 비닐관: PVC는 내구성이 뛰어나고, 가공이 용이하며, 경제성이 우수하다. 그러나 내열성이 낮아 고온 환경에서는 사용이 제한되며, 특정 화학 물질에 의해 손상될 수 있다.

  • 가교 폴리에틸렌관: 플라스틱 파이프의 일종인 PE-X 파이프는 내약품성과 내열성이 우수하여, 급수 및 급탕용으로 사용된다.

  • 폴리부텐관: PP-R 파이프는 PE-X 파이프와 유사한 특성을 가진다.

  • 강화 플라스틱 복합관 (FRPM): 강화 유리섬유 플라스틱(FRP)를 주원료로 하는 관은 내약품성이 우수하다.

3. 2. 1. 폴리에틸렌관 (청색 폴리)

폴리에틸렌관(청색 폴리)은 내진성, 내구성, 내열성, 내약품성이 뛰어나다. 유연성이 있어 융착식 이음매를 통해 일체화하면 누수 걱정이 없다. 재질은 PE100의 제3세대 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 사용한다. 배수 및 급수용 매설관, 건축물 내 배관 등에 사용되며, 배수 소관에서 주류로 사용되고 있다.[19] 수도 배수용 폴리에틸렌관은 수도 비전에서 "내진 관재"로 분류된다.[20]

3. 2. 2. 폴리에틸렌관 (흑색 폴리)

폴리에틸렌관은 경제성과 유연성이 우수하지만, 열에 약하다는 단점이 있다. 구형 폴리에틸렌관은 내구성이 떨어지는 문제가 있었다.

3. 2. 3. 염화 비닐관

PVC는 내구성이 뛰어나고, 가공이 용이하며, 경제성이 우수하여 다양한 분야에서 널리 사용된다. 그러나 내열성이 낮아 고온 환경에서는 사용이 제한될 수 있으며, 특정 화학 물질에 의해 손상될 수 있다는 단점도 존재한다.

3. 2. 4. 가교 폴리에틸렌관

플라스틱 파이프의 일종인 PE-X 파이프는 내약품성과 내열성이 우수하여, 급수 및 급탕용으로 사용된다.

3. 2. 5. 폴리부텐관

PP-R 파이프는 PE-X 파이프와 유사한 특성을 가진다.

3. 2. 6. 강화 플라스틱 복합관 (FRPM)

강화 유리섬유 플라스틱(FRP)를 주원료로 하는 관은 내약품성이 우수하다.

3. 3. 콘크리트관

콘크리트관은 내구성이 뛰어나지만, 시공이 어렵고 무겁다는 단점이 있다.

=== 흄관 ===

주어진 자료만으로는 흄관 섹션을 작성할 수 없다.

=== 석면 시멘트관 ===

과거에는 석면 시멘트관이 사용되기도 하였다. 그러나 석면이 인체에 유해한 물질로 밝혀짐에 따라, 현재는 대한민국에서 석면 시멘트관의 사용이 금지되었다.

3. 3. 1. 흄관

요약(summary)과 원본소스(source)에 주어진 내용에 철근 콘크리트를 사용한 수도관, 즉 흄관에 대한 직접적인 언급이 없다. 따라서 주어진 자료만으로는 흄관 섹션을 작성할 수 없다.

3. 3. 2. 석면 시멘트관

주어진 원본 소스에는 '석면 시멘트관'에 대한 직접적인 언급이 없습니다. 요약에 따르면 석면 시멘트관은 과거에 사용되었으나 현재는 사용되지 않는다고 명시되어 있으므로, 이 내용을 바탕으로 작성하겠습니다.

과거에는 석면 시멘트관이 사용되기도 하였다. 그러나 석면이 인체에 유해한 물질로 밝혀짐에 따라, 현재는 대한민국에서 석면 시멘트관의 사용이 금지되었다.

3. 4. 기타

3. 4. 1. 목제 도랑 (목관)

초기의 나무 관로는 통나무 중앙을 따라 큰 구멍을 뚫어 제작되었다.[12] 이후 나무 관로는 나무 통 제작과 유사하게 판자(stave)와 띠(hoop)를 사용하여 제작되었다. 판자 관은 왜건에 부품을 압축하여 쉽게 운송할 수 있고, 현장에서 속이 빈 구조로 조립할 수 있다는 장점이 있다. 나무 관은 무거운 철 또는 콘크리트 관의 운송이 어려웠던 산악 지역에서 특히 인기가 있었다.

나무 관은 금속보다 유지 관리가 더 쉬웠는데, 나무는 금속만큼 온도 변화에 따라 팽창하거나 수축하지 않아 신축 이음매와 굴곡이 필요하지 않았다. 나무의 두께는 금속 관에 비해 동결을 방지하는 데 도움이 되는 절연성을 제공했다. 또한 물 관에 사용된 나무는 쉽게 부패하지 않는다. 전기 분해는 나무가 훨씬 더 나은 전기 절연체이므로 나무 관에 전혀 영향을 미치지 않았다.

미국 서부에서는 레드우드가 관 제작에 사용되었는데, 레드우드가 풍화, 산, 곤충 및 곰팡이의 성장으로부터 보호하는 "특이한 특성"을 가지고 있다는 것이 밝혀졌다. 레드우드 관은 철 관이 빠르게 스케일링되고 부식되어 결국 부식으로 자체적으로 막힐 수 있는 반면, 무한정 매끄럽고 깨끗하게 유지되었다.[13]

우크라이나, 올비아, 서기 연도 초의 수도관 요소. 미콜라이우 지역 박물관

4. 재료

관로를 제조하는 재료는 관로를 선택하는 기준이 되는 경우가 많다. 파이프 제조에 사용되는 재료는 다음과 같다.


  • 탄소강
  • ASTM A252 규격 1등급, 2등급, 3등급 강관 말뚝 파이프
  • 플라스틱, 예: HDPE 파이프, PE-X 파이프, PP-R 파이프 또는 LDPE 파이프.
  • 저온용 탄소강
  • 스테인리스강
  • 비철 금속, 예: 구리-니켈 합금, 탄탈럼 라이닝 등.
  • 비금속, 예: 강화 유리, 테플론 라이닝, PVC 등.

5. 역사

고대에는 나무나 돌, 점토 등을 이용하여 수도관을 만들었다. 초기의 나무 관로는 통나무 중앙을 따라 큰 구멍을 뚫어 제작되었다.[12] 이후 나무 관로는 나무 통 제작과 유사하게 판자(stave)와 띠(hoop)를 사용하여 제작되었다. 나무 관은 무거운 철 또는 콘크리트 관의 운송이 어려웠던 산악 지역에서 특히 인기가 있었다. 나무는 금속만큼 온도 변화에 따라 팽창하거나 수축하지 않아 신축 이음매와 굴곡이 필요하지 않았고, 두께는 금속 관에 비해 동결을 방지하는 데 도움이 되는 절연성을 제공했다. 또한 물 관에 사용된 나무는 쉽게 부패하지 않으며, 전기 분해는 나무가 훨씬 더 나은 전기 절연체이므로 나무 관에 전혀 영향을 미치지 않았다. 레드우드가 관 제작에 사용된 미국 서부에서는 레드우드가 풍화, 산, 곤충 및 곰팡이의 성장으로부터 보호하는 "특이한 특성"을 가지고 있다는 것이 밝혀졌다. 레드우드 관은 비교적 철 관이 빠르게 스케일링되고 부식되어 결국 부식으로 자체적으로 막힐 수 있는 반면, 무한정 매끄럽고 깨끗하게 유지되었다.[13]

5. 1. 고대

고대에는 나무나 돌, 점토 등을 이용하여 수도관을 만들었다. 초기의 나무 관로는 통나무 중앙을 따라 큰 구멍을 뚫어 제작되었다.[12] 이후 나무 관로는 나무 통 제작과 유사하게 판자(stave)와 띠(hoop)를 사용하여 제작되었다. 나무 관은 무거운 철 또는 콘크리트 관의 운송이 어려웠던 산악 지역에서 특히 인기가 있었다. 나무는 금속만큼 온도 변화에 따라 팽창하거나 수축하지 않아 신축 이음매와 굴곡이 필요하지 않았고, 두께는 금속 관에 비해 동결을 방지하는 데 도움이 되는 절연성을 제공했다. 또한 물 관에 사용된 나무는 쉽게 부패하지 않으며, 전기 분해는 나무가 훨씬 더 나은 전기 절연체이므로 나무 관에 전혀 영향을 미치지 않았다. 레드우드가 관 제작에 사용된 미국 서부에서는 레드우드가 풍화, 산, 곤충 및 곰팡이의 성장으로부터 보호하는 "특이한 특성"을 가지고 있다는 것이 밝혀졌다. 레드우드 관은 비교적 철 관이 빠르게 스케일링되고 부식되어 결국 부식으로 자체적으로 막힐 수 있는 반면, 무한정 매끄럽고 깨끗하게 유지되었다.[13]

5. 2. 중세 및 근대

중세 시대에는 통나무 중앙에 큰 구멍을 뚫어 만든 나무 관로가 주로 사용되었다.[12] 이후에는 나무 통 제작과 유사하게 판자와 띠를 사용하여 제작하는 방식으로 발전하였다. 판자 관은 부품을 압축하여 운송이 용이하고, 현장에서 조립할 수 있다는 장점이 있었다. 특히 무거운 금속관이나 콘크리트 관 운송이 어려운 산악 지역에서 나무 관이 많이 사용되었다.

나무 관은 금속 관보다 유지 관리가 용이했는데, 온도 변화에 따른 팽창이나 수축이 적어 신축 이음매나 굴곡이 불필요했다. 또한 나무의 두께는 금속 관에 비해 단열 효과가 있어 동결을 방지하는 데 유리했다. 물 관에 사용된 나무는 쉽게 부패하지 않았으며, 전기 분해의 영향도 받지 않았다.[12]

미국 서부에서는 레드우드가 관 제작에 사용되었는데, 레드우드는 풍화, 산, 곤충, 곰팡이로부터 보호하는 특성이 있었다. 레드우드 관은 철 관과 달리 부식으로 막히는 현상 없이 오랫동안 매끄러운 상태를 유지했다.[13]

5. 3. 현대

현대에는 다양한 재질의 수도관이 개발되어 사용되고 있으며, 내진성, 내구성, 시공성 등을 고려하여 적합한 관종을 선택한다.[12] 초기에는 나무 관로가 통나무 중앙에 큰 구멍을 뚫어 제작되었으며, 이후에는 판자와 띠를 사용한 판자 관이 사용되었다. 판자 관은 부품 운송이 용이하고 현장 조립이 가능하다는 장점이 있었다. 특히, 무거운 금속관 운송이 어려운 산악 지역에서 유용하게 사용되었다.[12]

나무 관은 금속 관보다 유지 관리가 용이했는데, 온도 변화에 따른 팽창 및 수축이 적어 신축 이음매와 굴곡이 불필요했다. 또한, 나무의 두께는 단열 효과를 제공하여 동결을 방지하고, 물에 의한 부패에도 강했다. 전기 분해 역시 나무 관에 영향을 미치지 않았다.[12]

미국 서부에서는 레드우드가 관 제작에 사용되었는데, 풍화, 산, 곤충, 곰팡이 등에 강한 특성을 지녔다. 레드우드 관은 철 관과 달리 부식으로 막힐 염려 없이 오랫동안 매끄럽고 깨끗하게 유지되었다.[13]

6. 배관 응력 해석

관로 및 동력 배관은 일반적으로 배관 응력 기술자에 의해 검사되어 배관 경로, 노즐 하중, 행거 및 지지대가 적절하게 배치되고 선택되었는지 확인한다. 이 검사는 ASME B31, EN 13480, GOST 32388, RD 10-249 또는 기타 관련 규정 및 표준에 따라 지속 하중, 작동 하중, 압력 테스트 하중 등과 같은 다양한 하중에서 허용 배관 응력을 초과하지 않도록 한다. 정기 하중(내부 압력 및 열 응력)뿐만 아니라 지진, 강풍 또는 특수 진동, 워터 해머와 같은 가끔씩 발생하는 간헐적 하중 조건에서도 배관의 기계적 거동을 평가해야 한다.[4][5] 이러한 평가는 일반적으로 AutoPIPE,[6] CAEPIPE,[7] CAESAR,[8] PASS/START-PROF,[9] 또는 ROHR2와 같은 전문적인 (유한 요소) 배관 응력 해석 컴퓨터 프로그램을 사용하여 수행된다.

극저온 배관 지지대에서 대부분의 강철은 정상 작동 조건에서 온도가 감소함에 따라 더욱 취약해지므로 극저온 조건에 대한 온도 분포를 아는 것이 필수적이다. 강철 구조물은 설계의 날카로운 모서리나 재료의 개재물로 인해 발생할 수 있는 높은 응력 영역을 갖게 된다.[10] 3D 배관 응력 해석 시, 3D 파이프는 양쪽에 지지대가 있는 3D 빔으로 간주된다. 또한, 3D 배관 응력은 파이프의 굽힘 모멘트를 결정한다. 석유 및 가스 산업에 허용되는 (ASME) 배관 등급은 다음과 같다: 탄소강 파이프 및 튜브(A53 등급 [A & B], A106 등급 [B & C]), 저합금 및 중간 합금강 파이프(A333 등급 [6], A335 등급 [P5, P9, P11, P12, P91]).

6. 1. 응력 해석의 목적

관로 및 동력 배관은 배관 경로, 노즐 하중, 행거 및 지지대가 적절하게 배치되고 선택되었는지 확인하기 위해 배관 응력 기술자에 의해 검사된다. 이 검사는 ASME B31, EN 13480, GOST 32388, RD 10-249 등 관련 규정 및 표준에 따라 지속 하중, 작동 하중, 압력 테스트 하중 등 다양한 하중에서 허용 배관 응력을 초과하지 않도록 한다.[4][5] 정기 하중(내부 압력 및 열 응력)뿐만 아니라 지진, 강풍 또는 특수 진동, 워터 해머와 같은 간헐적 하중 조건에서도 배관의 기계적 거동을 평가해야 한다.[4][5]

이러한 평가는 AutoPIPE,[6] CAEPIPE,[7] CAESAR,[8] PASS/START-PROF,[9] 또는 ROHR2와 같은 전문적인 (유한 요소) 배관 응력 해석 컴퓨터 프로그램을 사용하여 수행된다. 3D 배관 응력 해석 시, 3D 파이프는 양쪽에 지지대가 있는 3D 빔으로 간주되며, 파이프의 굽힘 모멘트를 결정한다.

극저온 배관 지지대에서 대부분의 강철은 정상 작동 조건에서 온도가 감소함에 따라 취약해지므로 극저온 조건에 대한 온도 분포를 아는 것이 필수적이다. 강철 구조물은 설계의 날카로운 모서리나 재료의 개재물로 인해 발생할 수 있는 높은 응력 영역을 갖게 된다.[10] 석유 및 가스 산업에 허용되는 (ASME) 배관 등급에는 탄소강 파이프 및 튜브(A53 등급 [A & B], A106 등급 [B & C]), 저합금 및 중간 합금강 파이프(A333 등급 [6], A335 등급 [P5, P9, P11, P12, P91])가 있다.

6. 2. 응력 해석 방법

관로 및 동력 배관은 배관 응력 기술자에 의해 검사되어 배관 경로, 노즐 하중, 행거 및 지지대가 적절하게 배치되고 선택되었는지 확인된다. 이 검사는 ASME B31, EN 13480, GOST 32388, RD 10-249 또는 기타 관련 규정 및 표준에 따라 지속 하중, 작동 하중, 압력 테스트 하중 등과 같은 다양한 하중에서 허용 배관 응력을 초과하지 않도록 보장한다.[4][5] 정기 하중(내부 압력 및 열 응력)뿐만 아니라 지진, 강풍 또는 특수 진동, 워터 해머와 같은 가끔씩 발생하는 간헐적 하중 조건에서도 배관의 기계적 거동을 평가해야 한다. 이러한 평가는 일반적으로 AutoPIPE,[6] CAEPIPE,[7] CAESAR,[8] PASS/START-PROF,[9] 또는 ROHR2와 같은 전문적인 (유한 요소) 배관 응력 해석 컴퓨터 프로그램을 사용하여 수행된다.

극저온 배관 지지대에서 대부분의 강철은 정상 작동 조건에서 온도가 감소함에 따라 더욱 취약해지므로 극저온 조건에 대한 온도 분포를 아는 것이 필수적이다. 강철 구조물은 설계의 날카로운 모서리나 재료의 개재물로 인해 발생할 수 있는 높은 응력 영역을 갖게 된다.[10] 3D 배관 응력 해석 시, 3D 파이프는 양쪽에 지지대가 있는 3D 빔으로 간주된다. 또한, 3D 배관 응력은 파이프의 굽힘 모멘트를 결정한다. 석유 및 가스 산업에 허용되는 (ASME) 배관 등급은 다음과 같다: 탄소강 파이프 및 튜브(A53 등급 [A & B], A106 등급 [B & C]), 저합금 및 중간 합금강 파이프(A333 등급 [6], A335 등급 [P5, P9, P11, P12, P91]).

6. 3. 극저온 배관

극저온 배관 지지대에서 대부분의 강철은 정상 작동 조건에서 온도가 감소함에 따라 더욱 취약해지므로 극저온 조건에 대한 온도 분포를 아는 것이 필수적이다. 강철 구조물은 설계의 날카로운 모서리나 재료의 개재물로 인해 발생할 수 있는 높은 응력 영역을 갖게 된다.[10] 3D 배관 응력 해석 시, 3D 파이프는 양쪽에 지지대가 있는 3D 빔으로 간주된다. 또한, 3D 배관 응력은 파이프의 굽힘 모멘트를 결정한다. 석유 및 가스 산업에 허용되는 (ASME) 배관 등급은 다음과 같다: 탄소강 파이프 및 튜브(A53 등급 [A & B], A106 등급 [B & C]), 저합금 및 중간 합금강 파이프(A333 등급 [6], A335 등급 [P5, P9, P11, P12, P91]).

관로 및 동력 배관은 일반적으로 배관 응력 기술자에 의해 검사되어 배관 경로, 노즐 하중, 행거 및 지지대가 적절하게 배치되고 선택되었는지 확인한다. 이 검사는 ASME B31, EN 13480, GOST 32388, RD 10-249 또는 기타 관련 규정 및 표준에 따라 지속 하중, 작동 하중, 압력 테스트 하중 등과 같은 다양한 하중에서 허용 배관 응력을 초과하지 않도록 한다. 정기 하중(내부 압력 및 열 응력)뿐만 아니라 지진, 강풍 또는 특수 진동, 워터 해머와 같은 가끔씩 발생하는 간헐적 하중 조건에서도 배관의 기계적 거동을 평가해야 한다.[4][5] 이러한 평가는 일반적으로 AutoPIPE,[6] CAEPIPE,[7] CAESAR,[8] PASS/START-PROF,[9] 또는 ROHR2와 같은 전문적인 (유한 요소) 배관 응력 해석 컴퓨터 프로그램을 사용하여 수행된다.

7. 관련 표준

배관 시스템을 설계하거나 제조할 때 따라야 하는 특정 표준 코드가 있다.[14][15] 배관 표준을 공포하는 기관은 다음과 같다.


  • ASME - 미국 기계 학회: B31 시리즈
  • * ASME B31.1 동력 배관
  • * ASME B31.3 공정 배관
  • * ASME B31.4 액체 탄화수소 및 기타 액체 및 석유 및 가스용 파이프라인 운송 시스템
  • * ASME B31.5 냉동 배관 및 열 전달 부품
  • * ASME B31.8 가스 전송 및 배포 배관 시스템
  • * ASME B31.9 건물 서비스 배관
  • * ASME B31.11 슬러리 운송 배관 시스템(철회, B31.4로 대체됨)
  • * ASME B31.12 수소 배관 및 파이프라인
  • ASTM - 미국 재료 시험 협회
  • * ASTM A252 용접 및 심리스 강관 말뚝의 표준 사양
  • API - 미국 석유 협회
  • * API 5L 석유 및 천연 가스 산업 - 파이프라인 운송 시스템용 강관
  • CWB - 캐나다 용접국
  • EN 13480 - 유럽 금속 산업 배관 코드
  • * EN 13480-1 금속 산업 배관 - 파트 1: 일반
  • * EN 13480-2 금속 산업 배관 - 파트 2: 재료
  • * EN 13480-3 금속 산업 배관 - 파트 3: 설계 및 계산
  • * EN 13480-4 금속 산업 배관 - 파트 4: 제작 및 설치
  • * EN 13480-5 금속 산업 배관 - 파트 5: 검사 및 테스트
  • * EN 13480-6 금속 산업 배관 - 파트 6: 매설 배관에 대한 추가 요구 사항
  • * PD TR 13480-7 금속 산업 배관 - 파트 7: 적합성 평가 절차 사용에 대한 지침
  • * EN 13480-8 금속 산업 배관 - 파트 8: 알루미늄 및 알루미늄 합금 배관에 대한 추가 요구 사항
  • * EN 13941 지역 난방 파이프
  • GOST, RD, SNiP, SP - 러시아 배관 코드
  • * RD 10-249 동력 배관
  • * GOST 32388 공정 배관, HDPE 배관
  • * SNiP 2.05.06-85 & SP 36.13330.2012 가스 및 오일 전송 배관 시스템
  • * GOST R 55990-2014 & SP 284.1325800.2016 현장 파이프라인
  • * SP 33.13330.2012 강관 파이프라인
  • * GOST R 55596-2013 지역 난방 네트워크
  • EN 1993-4-3 유로코드 3 - 강 구조 설계 - 파트 4-3: 파이프라인
  • AWS - 미국 용접 협회
  • AWWA - 미국 수도 사업 협회
  • MSS - 제조업체 표준 협회
  • ANSI - 미국 국립 표준 협회
  • NFPA - 미국 방화 협회
  • EJMA - 팽창 이음 제조업체 협회

오일 제품 운송을 위해 연결된 파이프라인의 스태킹

8. 수도관 관련 문제

수도관 내부나 이음매의 부식으로 인해 녹이 물에 녹아 나오는 현상이다.[55] 아연 도금 강관을 사용한 건물에서 많이 발생하는데, 이는 물 속의 산소, 염소의 작용으로 도금이 사라져 부식이 발생하기 때문이다.[55]

경수가 공급되는 지역에서는 수도관 내에서 칼슘이 석출되어 막을 형성하기 때문에, 철관을 사용하더라도 적수가 나오는 경우는 거의 없다.[55] 하지만, 다량의 칼슘 부착으로 인해 수도관이 막히는 경우가 발생할 수 있다.[55]

송수관, 배수관, 배수 본관의 경우, 덕타일 주철관은 내면 도장(모르타르 라이닝, 에폭시 분체 도장)으로 방청 처리를 하는 경우가 많다.[55] 그러나 관 공사 등으로 큰 충격을 가하면 관이 파손되지 않더라도 내면 도장이 손상되어 녹 덩어리나 적녹이 발생할 수 있다.[55]

수도관 보수 시 노후된 밸브를 개폐할 경우, 그곳에서 발생한 녹이 식수에 혼입되어 수도꼭지에서 흘러나오는 경우도 있다.[55] 방식 처리가 된 염화 비닐 라이닝 강관을 사용하는 경우에도, 관의 절단 단부나 접속 나사부의 코팅 손상이나 불비로 인해 금속이 노출되거나, 접속되는 밸브가 이종 금속이어서 녹이 발생하는 경우가 있다.[55]

최근에는 이러한 부식을 방지하기 위해, 이음매나 밸브 내부에 플라스틱제 코어를 부착하여 접속부 주변을 안쪽에서 완전히 덮는 방식 대책을 실시한 이음매나 밸브(코어 이음매, 코어 부착 밸브 등)가 제조, 판매되고 있다.[55]

==== 동파 ====

한랭지에서는 수도관 등의 장치가 동결되지 않도록 대책을 마련해야 한다.[56] 기온이 대략 4도 이하로 내려가면 수도관의 동결 및 파열이 발생할 우려가 있다.[57]

관로 동결 및 파열 방지 대책은 다음과 같다.


  • '''물 빼기 방법''': 관로에 설치된 물 빼기 밸브나 불동전을 사용하여 물 자체를 빼는 방법이다.[56][57]
  • '''가열 방법''': 관로에 전열 히터를 감아두는 방법이다.[56][57] 전기 요금, 점검, 부품 교체 등의 비용이 발생한다.[57]
  • '''보온 방법''': 관로에 보온재를 감아두는 방법이다.[57] 단시간 외출 등에는 유효하지만, 보온에는 한계가 있으며 기후 조건에도 좌우되므로 특히 혹한기 대책으로는 효과를 기대할 수 없는 경우가 있다.[56][57]
  • '''유동 방법''': 관로에 물이 고이지 않도록 물을 계속 흘려보내는 방법이다.[57] 수도 요금이 발생하는 방법이며, 특히 수압이 높은 지역에서는 수도 사용량이 많아지는 단점이 있다.[57] 기후 조건에도 좌우되므로 효과를 기대할 수 없는 경우가 있으며,[56] 혹한기에는 물을 흘려보낸 배수구가 동결되어 넘칠 우려도 있다.[57]


==== 노후화 ====

수도관에도 내용 연수가 있다. 2004년 6월에 제정된 "수도 비전"에서는 지속 가능한 수도를 목표로 노후 시설의 갱신, 재편·재구축의 방향이 제시되었다. 관로로서는 석면관과 노후 관로의 갱신을 계획적으로 추진하게 되었고, 기간 관로의 내진화가 진행되었다. 2013년 3월에 제정된 "신수도 비전"에서는 노후화된 시설의 계획적인 갱신을 추진하고 있으며, 관로의 내진화에 맞춰 노후 관로의 갱신을 추진해 나가는 방향성이 제시되어 있다.

노후화 문제로 인해 때때로 대규모 파열 사고가 발생한다. 미국 워싱턴 D.C.에서 2008년 12월 23일에 직경 약 170cm의 수도관이 파열되어 헬리콥터로 구조하는 사고가 발생했다.[58] 일본에서는 전국 수도관 총 연장 약 61만km 중, 약 3만 800km가 법정 내용 연수(40년)를 넘어섰다.[59] 부식성이 높은 토양에서는 누수 및 파열 사고가 발생하여 적수·탁수와 단수 외에, 차량이 손상되거나 유리창이 파손되는 등의 피해가 발생하고 있다.[60][61]

==== 불명관 ====

소유자가 불분명한 수도관은 일본 전국에 산재해 있으며, 각 자치단체는 그 전체 규모를 파악하지 못하고 있다.[62] 이러한 불명관은 유지 관리가 어렵고, 사고 발생 시 책임 소재가 불분명해지는 문제가 발생할 수 있다.

2017년부터 효고현 니시노미야시에 거주한 남성은 불명관으로 인해 고액의 수도 요금을 지불하고 있을 가능성이 있다며, 2019년 4월에 상하수도 관리자인 니시노미야시를 상대로 손해 배상 청구 소송을 고베 지방 법원에 제기하여 소송 중이다.[62]

8. 1. 적수

수도관 내부나 이음매의 부식으로 인해 녹이 물에 녹아 나오는 현상이다.[55] 아연 도금 강관을 사용한 건물에서 많이 발생하는데, 이는 물 속의 산소, 염소의 작용으로 도금이 사라져 부식이 발생하기 때문이다.[55]

경수가 공급되는 지역에서는 수도관 내에서 칼슘이 석출되어 막을 형성하기 때문에, 철관을 사용하더라도 적수가 나오는 경우는 거의 없다.[55] 하지만, 다량의 칼슘 부착으로 인해 수도관이 막히는 경우가 발생할 수 있다.[55]

송수관, 배수관, 배수 본관의 경우, 덕타일 주철관은 내면 도장(모르타르 라이닝, 에폭시 분체 도장)으로 방청 처리를 하는 경우가 많다.[55] 그러나 관 공사 등으로 큰 충격을 가하면 관이 파손되지 않더라도 내면 도장이 손상되어 녹 덩어리나 적녹이 발생할 수 있다.[55]

수도관 보수 시 노후된 밸브를 개폐할 경우, 그곳에서 발생한 녹이 식수에 혼입되어 수도꼭지에서 흘러나오는 경우도 있다.[55] 방식 처리가 된 염화 비닐 라이닝 강관을 사용하는 경우에도, 관의 절단 단부나 접속 나사부의 코팅 손상이나 불비로 인해 금속이 노출되거나, 접속되는 밸브가 이종 금속이어서 녹이 발생하는 경우가 있다.[55]

최근에는 이러한 부식을 방지하기 위해, 이음매나 밸브 내부에 플라스틱제 코어를 부착하여 접속부 주변을 안쪽에서 완전히 덮는 방식 대책을 실시한 이음매나 밸브(코어 이음매, 코어 부착 밸브 등)가 제조, 판매되고 있다.[55]

8. 2. 동파

한랭지에서는 수도관 등의 장치가 동결되지 않도록 대책을 마련해야 한다.[56] 기온이 대략 4도 이하로 내려가면 수도관의 동결 및 파열이 발생할 우려가 있다.[57]

관로 동결 및 파열 방지 대책은 다음과 같다.

  • 물 빼기 방법: 관로에 설치된 물 빼기 밸브나 불동전을 사용하여 물 자체를 빼는 방법이다.[56][57]
  • 가열 방법: 관로에 전열 히터를 감아두는 방법이다.[56][57] 전기 요금, 점검, 부품 교체 등의 비용이 발생한다.[57]
  • 보온 방법: 관로에 보온재를 감아두는 방법이다.[57] 단시간 외출 등에는 유효하지만, 보온에는 한계가 있으며 기후 조건에도 좌우되므로 특히 혹한기 대책으로는 효과를 기대할 수 없는 경우가 있다.[56][57]
  • 유동 방법: 관로에 물이 고이지 않도록 물을 계속 흘려보내는 방법이다.[57] 수도 요금이 발생하는 방법이며, 특히 수압이 높은 지역에서는 수도 사용량이 많아지는 단점이 있다.[57] 기후 조건에도 좌우되므로 효과를 기대할 수 없는 경우가 있으며,[56] 혹한기에는 물을 흘려보낸 배수구가 동결되어 넘칠 우려도 있다.[57]

8. 3. 노후화

수도관에도 내용 연수가 있다. 2004년 6월에 제정된 "수도 비전"에서는 지속 가능한 수도를 목표로 노후 시설의 갱신, 재편·재구축의 방향이 제시되었다. 관로로서는 석면관과 노후 관로의 갱신을 계획적으로 추진하게 되었고, 기간 관로의 내진화가 진행되었다. 2013년 3월에 제정된 "신수도 비전"에서는 노후화된 시설의 계획적인 갱신을 추진하고 있으며, 관로의 내진화에 맞춰 노후 관로의 갱신을 추진해 나가는 방향성이 제시되어 있다.

노후화 문제로 인해 때때로 대규모 파열 사고가 발생한다. 미국 워싱턴 D.C.에서 2008년 12월 23일에 직경 약 170cm의 수도관이 파열되어 헬리콥터로 구조하는 사고가 발생했다.[58] 일본에서는 전국 수도관 총 연장 약 61만km 중, 약 3만 800km가 법정 내용 연수(40년)를 넘어섰다.[59] 부식성이 높은 토양에서는 누수 및 파열 사고가 발생하여 적수·탁수와 단수 외에, 차량이 손상되거나 유리창이 파손되는 등의 피해가 발생하고 있다.[60][61]

8. 4. 불명관

소유자가 불분명한 수도관은 일본 전국에 산재해 있으며, 각 자치단체는 그 전체 규모를 파악하지 못하고 있다.[62] 이러한 불명관은 유지 관리가 어렵고, 사고 발생 시 책임 소재가 불분명해지는 문제가 발생할 수 있다.

2017년부터 효고현 니시노미야시에 거주한 남성은 불명관으로 인해 고액의 수도 요금을 지불하고 있을 가능성이 있다며, 2019년 4월에 상하수도 관리자인 니시노미야시를 상대로 손해 배상 청구 소송을 고베 지방 법원에 제기하여 소송 중이다.[62]

9. 내진화

기저 간선 관로에서는 덕타일 주철관(NS형, GX형), 배수용 폴리에틸렌관(융착 이음매), 용접 강관 등 "내진관"으로 정의되는 관종에 의해 갱신, 내진화가 진행되고 있지만,[29] 급수 관로에서는 대지진마다 큰 피해가 발생하고 있다. 그러나, 그 내진화와 구체적인 대책에 관해서는, 동일본 대지진 이후까지는, 그다지 언급되지 않았다.

급수관에서 현재 사용되고 있는, 염화비닐관(TS 이음매), 연관, 폴리에틸렌 이중관(냉간 이음매)은, 모두 배수관 분야에서는, H18년도 검토회의 보고서 및, "관로의 내진화에 관한 검토 보고서(안) 2014.3"에서 "내진 적합성은 없음"으로 평가되고 있다. 급수 분야에서 일부 채용되고 있는 관종으로는, 수도용 고밀도 폴리에틸렌관-융착 이음매-(청색 폴리)만이 "내진관" 취급을 받는다. 도쿄도 등 대도시부에서 채용되고 있는 급수용 스테인리스강관에 대해서도 도쿄도의 자료에서는 누수 개선이 확인되고 있으며(기존 관종과의 비교), 내진 적합성에도 우수하다고 말해지고 있지만, 내진관인 "용접 강관"은 아니다. ※ 스테인리스강관의 이음매는 프레스 이음매 등 내진성이 없는 것도 있으며, 신축 이음매도 빠짐 방지 구조가 아니다. 또한, 본 보고서에서는, 그다지 자세한 기재는 없다(데이터는 일부 강관에 포함되어 있다).

H18년도 검토회의 보고서에서는, 비교적 새로운 관종에 대한 취급에 고심하고 있으며, "피해 경험이 충분하지 않기 때문에, 충분히 내진 성능이 검증되기까지 아직 시간이 걸릴 것으로 생각된다" 등의 부기를 붙이는 경우가 있었다(전회 검증에서의 폴리에틸렌관(융착 이음매)의 경우)지만,


  • 동일본 대지진의 피해 지역에서는 "각 수도 사업자의 판단에 의해" 채용되었던 폴리에틸렌관(융착 이음매)의 채용 지구에서의 피해 사례가 다수 발생하여, 이번 지진에서는 사고가 발생하지 않았다.
  • 신수도 비전이나 H25년도 보고서 "관로의 기술 개발과 그 이용"에서는, 앞서 언급한 바와 같이 "높은 내진 성능 등을 갖는 새로운 관 제품"의 채용 검토를 촉구하고 있다.


또한 후생노동성에서는, "헤이세이 26년도 수도의 내진화 계획 등 책정 지침 검토회"에서, 신수도 비전·헤이세이 25년도 관로의 내진화에 관한 검토 보고서를 토대로, 수도의 내진화 계획 등 책정 지침의 개정 작업을 진행하여, "수도의 내진화 계획 등 책정 지침"(H27.6)[44]을 책정했다.

이 중에서 급수 장치의 내진화에 관해서는, 구 지침(헤이세이 20년 발행)과 비교하여 대폭적인 기재 사항의 수정이 이루어지고 있다. 신 지침에서는 배수 본관과 동일한 표기로 "관종, 이음매의 내진화"에 대해 기재하고 있으며,

  • "내진성이 낮은 관종·이음매"를 내진성이 높은 것으로 갱신한다
  • 공도 하 등의 급수 장치는 배수관 갱신 공사에 맞춰, 내진성이 높은 것으로 갱신한다(해설 문구)


것에 대해 검토하고 있다.

과거의 대지진에서 급수 장치는 매번 많은 피해가 확인되고 있으며, 공익 재단법인 급수 공사 기술 진흥 재단에서 "동일본 대지진 수도 시설 피해 상황 조사 최종 보고서 헤이세이 25년 3월"[34] 및, "구마모토 지진 급수 장치 피해 상황 조사 보고서 헤이세이 30년 8월"[45]에서는, 염화비닐관(TS 이음매), 연관, 오래된 타입의 저밀도 폴리에틸렌 일층관(흑색 폴리), 저밀도 폴리에틸렌 이층관의 냉간 이음매 부위 등에 많은 피해가 보고되고 있다. 또한, 흑색 폴리에는 연대별로 다양한 개량을 거치고 있지만 같은 "흑색"이기 때문에 피해 발생 시 신구 구별이 어렵다는 점을 문제시하고 있다.

새들 분수전의 피해도 극히 높으며, 구조상의 문제와 재료의 열화(부식)가 사고의 주요 요인으로 지적되고 있으며, 지진 시에는 부식된 부위에 응력이 집중되면서 파손이 발생하기 쉽다고 한다. 또한, 새들 분수전부는 "배수관"의 내진 성능에 관계없이 단독으로 사고가 발생하고 있다. 본관이 아무리 내진관이라도 "분기부"를 포함한 급수 관로까지 안심할 수 없다.

구마모토 지진의 지역에서는, 동일본 대지진의 조사 결과와 비교하면, 급수관부의 강관과 수도 계량기부의 피해 증가, 염화비닐관의 피해 건수 감소(염화비닐관의 사용 비율이 낮기 때문)가 언급되고 있다. 이에 대해서는 2021년 3월, "매설 급수용 폴리에틸렌관의 경시 변화와 건전성 평가에 관한 검토 보고서에 대해"가 동 재단에서 간행되었다. 여기서는 구마모토시의 급수관 굴착 시험 결과로부터, 누수된 관이 파손된 원인은, 아래의 2가지 복합 요인에 의한 것으로 추정하고 있다.

: ① 제조 시점의 수지 장기 성능 및 관 설계에 의해, 사용 한계에 가까운 관이 존재한다는 것.

: ② 매설 환경에 의해 사용 한계를 앞당기는 영향이 있다는 것.

더욱이 이를 토대로, "이번에 제공된 공시체를 시험한 결과에 따르면, 경년 급수 PE관의 갱신 대상으로는, PE관의 장기 성능 규정을 JIS에서 정한 1998년 이전의 규격으로 생산된 제품으로 하는 것이 바람직하다고 생각되었습니다."라고 하여, 1998년 이전의 PE 재료를 사용한 관로에 대해서는 갱신을 촉구하는 동시에, 이번 결과의 정밀도를 높이기 위한 추가 연구를 실시하며, 지속적인 조사 연구를 계속할 의향으로 보인다.

또한, 염화비닐관에 비해, 새로운 타입의 저밀도 폴리에틸렌 이층관의 비율이 높고, 이 이층관에도 피해(17건)가 확인되었으며, 관체 파손 피해(14건)도 확인된 것으로 보아, 피해 원인의 규명을 요구하고 있다.

염화비닐관의 피해에서는, 재료 열화에 의한 피해는 발생하지 않았으며, TS 이음매의 접속에 있어서 "시공의 확실성을 확인할 수 없는" 것과, "지진동에 따라가지 못했다"는 것, 특히 엘보 등 이형관부에 집중되는 응력과 변형에 대해, 염화비닐관의 가요성 부족이 피해 원인으로 여겨지고 있다.

후생노동성에 의한 "중요 급수 시설 관로의 내진화 계획 책정의 지침"(H29.5)[46]에서는, 중요 급수 장치에 있어서의 급수 장치 등에 대해, 이 수도의 내진화 계획 등 책정 지침에 따라 내진화 계획을 책정하도록 하고 있다.

또한, 급수 공사 기술 진흥 재단에서 H28년도에 발행된 "동일본 대지진 급수 장치 피해 상황 조사 보고서"[47]에 따르면, 동일본 지진에서의 사고의 대부분은 경질 염화비닐관의 TS 접합 방식이라고 한다. 이것은 앞서 언급한 수도의 내진화 계획 등 책정 지침의 개정에서도 이미 갱신 대상으로 되어 있다.

다음으로 새들 분기부의 사고에 대해, 각각의 보고서에서는 다음과 같이 보고하고 있다.

  • 볼트를 비롯한 본체부의 파손과 급수관 접속부의 피해를 보고.(동일본 대지진)
  • 금속부의 부식이 사고 원인의 대부분을 차지하며, 새들 분수전 본체의 손괴는, 이 부분에 응력과 변형이 집중되어 피해로 이어졌다.


이에 대해, "요구되는 성능"으로서 다음과 같은 제언이 이루어지고 있다.

  • 재료 열화 대책으로는, 볼트를 비롯한 본체 부식 대책이 중요 (동일본 대지진)
  • 새들 분수전을 새롭게 사용할 경우에는 내구성이 높은 구조·재질을 선택하는 것이 중요


또한, 지진 대책으로는,

  • 지진동에 따라갈 수 있는 유연한 관재의 채용
  • 급수관 접합부의 가요성 향상이 중요


이라고 하고 있다.

이러한 보고 내용을 토대로, 급수 장치의 내진성 향상과 바람직한 유지 관리로서, 다음과 같이 정리되어 있다.

수도 사업자에 있어서는, 지난번 동일본 대지진의 피해 조사 결과 및 이번 구마모토 지진의 피해 조사 결과를 토대로, 장기 수명, 고내진성, 시공의 확실성, 경제성 발휘의 관점에서 적절한 구조·재질을 선택하고, 또한, 새로운 기술 개발을 적극적으로 평가하며, 내진성의 향상과 누수 사고의 축소, 유수율의 향상을 목표로 해 주시기를 바란다고 생각한다.

"수도 배수용 폴리에틸렌관의 내진 설계의 지침" H30.8에서는 레벨 2 지진동에 대한 배수용 폴리에틸렌관의 높은 내진성을 보고하고 있을 뿐만 아니라, 이형관 및 급수 분기부를 포함한 관로 전체의 내진성을 검증하고 있다. 특히, 충분히 내진성이 현지 검증되면서도, 강인성이 있는 관종(덕타일 주철관)과 가요성이 있는 관종(배수용 폴리에틸렌관)이라는 "전혀 다른" 특성에 의해 지진에 견디는 것이 제시되고 있는 파이프라인의 거동을 각각 해석하고 있다. 배수용 폴리에틸렌관의 경우, 지반 변상 시에, 지반과 경계에서의 "미끄럼"이 발생하지 않는(지진 시의 지반의 변형을 직관부에서 담당)것에 의해, 이형관 및 부대 설비에 대한 응력 집중이 경감되고, 관로 전체로서 내진성을 갖게 된다는 것이 보고되고 있다.

또한, 아래 【참고】의 가스 분야에서는 택지 내까지의 일체 관로 구조가 지진, "액상화에 대한 설비 대책으로서 유효하다"는 것이 확인, 보고되고 있다.

이처럼, 앞으로는 본관의 내진성뿐만 아니라, 급수관 및 새들 분수전을 포함한 급수 장치 시스템 전체의 "내진성 향상"과 "더욱 장수명화"가 요구되는 시대가 될 것이다. 수도에서의 참고 사례는, 사이타마현, 사카도, 쓰루가시마 수도 기업단의 홍보에 소개되어 있는 사례가 있다.[48]

개정된 "수도 내진 공법 지침·해설 2022년판"에서, 참고 자료편에 "급수 장치의 내진화·장수명화"에 관한 최신 정보가 게재되어 있다. 급수 공사 기술 진흥 재단의 각종 자료에서 정리되어 있다.

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【참고】가스관의 경우(급수 장치 내진화의 참고가 되는 전례)

"동일본 대지진을 토대로 한 도시 가스 공급의 재해 대책 검토 보고서 H24.3"[49]에 따르면, 도시 가스의 관로에서도, 한신·아와지 대지진 이후, 내진화가 진행되고 있으며, 동일본 대지진에서는 그 "관로의 내진화 촉진 등"의 설비 투자 효과에 의해 과거의 지진 피해와 비교하여 "상당한 정도" 피해율이 낮아지고 있다는 것이 보고되고 있다. 한편, 동일본 대지진의 "액상화 지구"에서는, 중저압 가스 도관 내진 설계 지침에 규정하는 표준 설계 지반 변위의 5cm를 넘는 큰 지반 변위가 발생한 것으로 추정되어, 내진성이 높은 기계적 접합·빠짐 방지 있는 이음매에 상당수의 피해가 발생했다. "따라서, 앞으로, 액상화에 의한 현저한 지반 변위가 발생할 가능성이 높은 지구에 도관을 신설할 때에는, 이음매부에서 내진성이 높은 PE관 및 용접 강관을 사용하는 것이 액상화에 대한 설비 대책으로서 유효하다."라는 기재가 있다. 가스용 관재에 있어서, 수도에서의 급수관에 상당하는 "공급관"은, 새들 분기를 포함하여 폴리에틸렌관에 의한 일체화 구조에 의한 내진화를 실시하고 있으며, 일체 구조의 PE관 및 용접 강관은, 한신·아와지 대지진 이후의 지진에서, 제품 기인에 의한 피해는 발생하지 않았다.

덧붙여서, 본 보고서에서의 동일본 대지진에서, 공급 구역 내에 진도 5약 이상의 진도를 기록한 사업자의 저압 가스 도관(본지관)의 총 연장은 약 83,000km이지만, 지진에 의한 피해는 773곳이었다. 또한, 공급 내 관 본지관의 피해에서, 액상화를 제외한 지진에 의한 피해는 670곳이며, 이 중, 지반 변상에 의한 것이 45곳, 사면 붕괴에 의한 것이 7곳이었다. 액상화의 피해는 103곳이었다. PE관 및 용접 강관은, 제품 기인에 의한 피해는 발생하지 않았다. 또한, 구마모토 지진에서도 "헤이세이 28년 구마모토 지진을 토대로 한 도시 가스 공급의 지진 대책 검토 보고 H29.3"[50]에서 동일한 보고가 이루어지고 있다.

수도 비전 추진을 위한 로드맵(안)[51]에 따르면, 앞으로는 「내진 설계 지침」 제정 후, 수도 시설의 내진화에 관한 검토, 내진화 계획 책정 지침의 개정을 2014년도 중에 실시하고, 「수도 사업 가이드라인(JWWAQ100)-일본수도협회-」의 개정을 2015년도 말까지 실시하여 「신 수도 비전」과의 정합성을 도모할 예정이었다. 내진화 계획 책정 지침에 대해서는 2015년 6월에 개정[52]되었으며, 수도 사업 가이드라인은 2016년도에 개정[53]되었다.

또한, 「관로의 내진화에 관한 검토 보고서(안) 2014.3」에서, 관로의 내진화에 대한 (제언)으로서, 다음과 같이 기재되어 있다.

관로의 내진화(갱신·신규 정비) 계획 책정 시에는, 관로의 내진 성능 결과에 기초하여, 기간 관로의 내진화를 기본적으로 우선하여 관로 갱신의 우선 순위 설정 등을 실시한다. 또한 실시 시에는, 기간 관로는 내진관을 사용하여 갱신·신규 정비를 하는 것이 적절하다. 배수 지관도 내진관을 사용하는 것을 기본으로 하지만, 내진 적합관의 사용을 포함하여 수도 사업자 등의 종합적인 판단에 따라 사용할 관종·이음매를 선정한다.

본문은 「관로의 내진화에 관한 검토 보고서 2014.6」에서는, 관로의 재평가까지 실시하지 않았기 때문에 본 기술은 보이지 않지만, 이러한 생각은 각 사업체에서의 판단에 참고할 수 있다.

9. 1. 내진관 및 내진 적합관

후생노동성은 수도관 내진화 노력을 가시화하기 위해 내진관과 내진 적합관을 규정하고 있다.[25] 내진관은 레벨 2 지진동에서 관로 파손이나 이음쇠 이탈 등 피해가 경미한 관종으로, 이탈 방지 기능이 있는 이음쇠를 가진 덕타일 주철관, 강관(용접 이음), 수도 배수용 폴리에틸렌관(고밀도, 열융착 이음)이 해당된다.[25] 일본수도협회의 수도사업 가이드라인에 따르면 "관로의 내진화율"은 (내진관 연장/관로 총 연장) × 100 으로 정의된다. 한신·아와지 대지진의 피해 상황을 바탕으로 "수도 시설 내진 공법 지침"에서는 레벨 2 지진동을 기준으로 내진 성능을 규정하고 있으며, 동일본 대지진에서도 내진관은 지진동으로 인한 사고가 없었다고 보고되었다.[25]

내진 적합관은 레벨 2 지진동에서 "지반 조건에 따라 내진성을 가진다"는 관종으로, 내진관 외에 덕타일 주철관(K형 이음쇠), 경질 염화 비닐관 RR 롱 등이 포함된다. 그러나 "관로의 내진화에 관한 검토 보고서 2014.6"에서는 경질 염화 비닐관 RR 롱의 경우 추가 검증이 필요하다고 언급되었다.[25] 이 보고서에 따르면 덕타일 주철관 K형과 경질 염화 비닐관 RR은 액상화 가능성이 있는 지역을 제외하고 내진 적합성이 있는 것으로 평가되었다.

"관로의 내진화에 관한 검토 보고서 2014.6"[25]과 "관로의 내진화에 관한 검토 보고서(안) 2014.3"[33]의 주요 차이점 중 하나는 "내진관"의 정의이다. 새로운 정의는 액상화 등에 의한 지반 변동에 대해서도 레벨2 지진동에서 파손이나 이음매 탈락등 피해가 적은 관 혹은 그에 준하는 내진 성능을 가지는 관을 포함한다.

「관로의 내진화에 관한 검토 보고서 2014.6」에서는, 「H18년도 검토회의 보고서에서의 관로의 내진성 평가에 더해, 본 검토 결과를 참고하여, 향후, 관로의 내진화를 추진할 필요가 있다」라고 언급되었다. 또한 새로운 관종에 대한 견해로, 높은 내진 성능을 가진 새로운 관 제품이 공급되고 있으며, 수도 사업자가 도입의 적부를 적절하게 판단하여 채용하는 것이 바람직하다고 하였다.

헤이세이 25년도 관로의 내진화에 관한 검토회 보고서에서 확인된 사항은 다음과 같다.[25]

# 지반 구분에 대해 레벨 2 지진동 상당에서 지진동 폭이 작은 지반(좋은 지반)과 큰 지반(나쁜 지반)의 규정을 새로 만들었다.

# 덕타일 주철관(K형 이음매 등) 및 경질 염화 비닐관(RR 롱 이음매)의 내진 적합성은 지진동 증폭이 큰 지반에서 피해가 확인되어, H18년도 검토회 보고서 시점보다 엄격해졌다.

# 경질 염화 비닐관(RR 이음매), 덕타일 주철관(A형 이음매)의 내진 적합성은 레벨 1 지진동에서도 지반 조건에 따라 피해를 입어, H18년도 검토회 보고서 시점보다 엄격해졌다.

# 수도용 폴리에틸렌관(융착 이음매)은 동일본 대지진에서 피해가 없었다.

H26.6 「관로의 내진화에 관한 검토 보고서」에서는 모든 관종에 대해 재평가를 하지는 않았지만, 동일본 대지진에 의한 피해 상황의 충분한 검증 데이터를 명시하고, 3종류의 내진관(덕타일 주철관(NS형 이음매 등), 강관(용접 이음매), 배수용 폴리에틸렌관(융착 이음매))은 지진동에 의한 사고가 없었다는 것을 밝혔다. 앞으로는 액상화 등에 의한 지반 변동에 대한 내진성 검증이 필요하며, 특히 배수 지관을 포함한 수도 시설 전체의 내진성 향상이 요구된다.

9. 2. 내진화 추진 현황

일본의 경우, 동일본 대지진, 구마모토 지진 등을 거치면서 관로 내진화에 대한 중요성이 더욱 강조되고 있으며, 내진 관재 사용 및 관련 기술 개발이 활발하게 이루어지고 있다.[29][30] 후생노동성이 2013년 3월에 책정한 "신수도 비전"에서는 간선 관로를 우선시하면서도, 장래 모든 관로가 내진화되는 것을 목표로 하고 있다.[31] 50년에서 100년 후의 장래를 내다보며, 수도의 이상적인 모습을 명시하고 있으며, 위기 관리 대책 항목 중 "시설 내진화 대책"에서는 10년안에 우선적으로 실시할 필요성이 높은것을 실시하고, 그후 단수 지역, 단수일수의 영향이 큰 시설·관로를 우선하여 내진화를 추진하며, 최종적으로는 내진화가 필요한 시설 전부를 해결하여, 50년에서 100년 후에는 수도 시설 전체가 완전히 내진화될 수 있도록, 수도 사업의 내진화 계획 책정에 포함하도록 요구하고 있다.[31]

간선 관로에서는 덕타일 주철관(NS형, GX형), 배수용 폴리에틸렌관(융착 이음매), 용접 강관 등 "내진관"으로 정의되는 관종에 의해 갱신, 내진화가 진행되고 있지만,[29] 급수 관로에서는 대지진마다 큰 피해가 발생하고 있다. 급수관에서 현재 사용되고 있는, 염화비닐관(TS 이음매), 연관, 폴리에틸렌 이중관(냉간 이음매)은, 모두 배수관 분야에서는 내진 적합성이 없는것으로 평가되고 있다.[44]

구마모토 지진의 지역에서는, 동일본 대지진의 조사 결과와 비교하면, 급수관부의 강관과 수도 계량기부의 피해 증가, 염화비닐관의 피해 건수 감소(염화비닐관의 사용 비율이 낮기 때문)가 언급되고 있다.

"수도 내진 공법 지침·해설 2022년판"에서, 참고 자료편에 "급수 장치의 내진화·장수명화"에 관한 최신 정보가 게재되어 있다.

가스관의 경우에는 한신·아와지 대지진 이후, 내진화가 진행되고 있으며, 동일본 대지진에서는 그 "관로의 내진화 촉진 등"의 설비 투자 효과에 의해 과거의 지진 피해와 비교하여 피해율이 상당히 낮아지고 있다는 것이 보고되고 있다.[49]

10. 자산 관리

수도 시설의 효율적인 운영 및 관리를 위해 자산 관리(Asset Management) 개념이 도입되고 있다.[40] 중장기적인 관점에서 시설 갱신 및 유지 보수 계획을 수립하고 실행하는 것이 중요하며, 이를 통해 지속 가능한 수도 사업을 실현할 수 있다.[41]

「새로운 수도 비전」에서는 50년, 100년 후의 미래를 내다보며 수도의 이상적인 모습을 제시하고, 모든 수도 사업자가 자산 관리를 실시하여 미래의 갱신 계획 및 재정 수지를 밝히도록 하고 있다. 후생노동성은 2009년 7월에 「수도 사업에서의 자산 관리(자산 관리)에 관한 안내」를 공표하여 자산 관리 실천을 촉구하고 있으며,[40] 2019년 전국 수도 관계 담당자 회의 자료에서는 갱신비 증가 및 평준화 시뮬레이션을 통해 자산 관리 후 예산 편성을 시사하고 있다.[41]

후생노동성은 수도 시설의 계획적인 갱신을 위해 수도 사업자가 수도 시설 갱신에 필요한 비용을 포함한 수지 전망을 작성하고 공표하도록 지도하고 있으며, 자산 관리 실시율을 높이고 정밀도를 향상시키는 것을 목표로 하고 있다. 2020년 3월 자료에 따르면 자산 관리 결과 공표율은 약 19%로, 향후 공표율 향상이 필요하다.[41]

후생노동성은 이러한 노력을 지원하기 위해 「자산 관리「간이 지원 툴」」을 제공하고 있으며,[42] 2020년에는 리뉴얼 갱신되었다. 이 툴은 관로의 갱신 기준 설정에 대한 참고 자료를 제공하며, 특히 2020년 업데이트에서는 닥타일 주철관 GX형, 장수명형 수도 강관, 수도 배수용 폴리에틸렌관과 같은 내진관의 내용 연수를 100년으로 설정할 수 있도록 참고값을 제시하여 사업체의 자산 관리 설정을 지원하고 있다.

홋카이도 이시카리시의 수도 사업 자산 관리 사례에서는[43] 관로의 베스트 믹스(Best Mix) 시도 기법이 소개되기도 하였다.

11. 쓰나미 및 집중호우 피해

쓰나미나 집중호우로 인한 잔해물 충돌 등은 내진 설계된 수도관에도 피해를 줄 수 있다.[54] 이러한 피해는 지진동에 의한 피해와는 구분되며, 덕타일 주철관의 경우 이음부에 큰 응력이 가해지면 빠지거나 관이 휘어질 수 있고, 배수용 폴리에틸렌관의 경우에도 항복 응력을 초과하는 힘이 가해지면 파단될 수 있다.

동일본 대지진에서는 쓰나미로 인해 가옥 및 선박 등이 쓸려 내려가면서 교량 등에 부착된 관로에 피해를 입혔다.[http://politec.gr.jp/images/technical/201263pori-higai.pdf ] 또한, 폭우로 인한 하천 범람 시에도 큰 바위나 잔해물이 급류에 의해 관로에 부딪히거나, 매설된 관로가 지반 세굴로 노출되어 피해를 입는 경우가 있다. [https://drive.google.com/file/d/1wixDZWsjRa2RMnnILikdQbrTGkfbRYfo/view?usp=sharing 2018년 7월 호우 수도 시설 피해 상황 조사 보고서]에서도 이러한 관로 피해가 보고되었다. 2004년 니가타현 주에츠 지진에서는 부식으로 얇아진 관로에 과도한 응력이 집중되어 파단된 사례도 있다.[https://www.eslontimes.com/system/page/13/220/ 사례] 배수용 폴리에틸렌관은 일반적인 인장 시험에서 보이는 "늘어짐" 현상은 없지만, 지진동과는 다른 외력에 의해 순간적으로 늘어나 끊어질 수 있다.[54] [http://politec.gr.jp/ad/wordpress/wp-content/uploads/2022/05/令和2年7月豪雨による水道配水用ポリエチレン管の被災事例1.pdf 2020년 7월 호우]와 [https://drive.google.com/file/d/1RtIvVbeYve8yqNpdDxva1fZhGV1KYJJO/view?usp=sharing 2018년 7월 호우(서일본 호우)]의 피해 조사 보고서에서 이러한 사례를 확인할 수 있다.

이처럼 잔해물 등에 의한 피해는 관 재료의 종류와 관계없이 내진 관로에도 발생할 수 있는 "예상 이상"의 자연 재해이다. 피해가 예상되는 지역이나 지형에서는 지진동 이외의 자연 재해에 대한 방재 조치를 검토해야 한다. 실제 피해 상황은 "2017년 규슈 북부 호우에 의한 수도 시설·도로의 피해 사진집"(수도 산업 신문사)에 제시되어 있다.

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[62] 뉴스 不明水道管 「過大請求」　水流出の疑い、西宮の男性提訴 https://mainichi.jp/[...] 毎日新聞 2019-05-25


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