2020년 06월 5일, 금요일


국토와교통

2020년 6월호
(통권 431호)


물순환 경화장치 보일러 시스템 이용 하수관로 비굴착 전체보수공법


  김정현 기자     입력 2019-05-08 (수) 14:15



CIPP공법 응축수 문제 해결 악조건 현장에서도 적용 가능

스팀경화로 하수관로를 개·보수할 때 발생하는 응축수를 온수경화로 해결하는 신기술이 나왔다. 기존공법에서는 스팀경화로 하수관로를 보수할 경우 스팀경화로 인하여 수증기의 온도가 상승했다가 다시 하강하면서 응축수가 생성된다. 이러한 응축수는 배출과정을 거쳐야 하는데 경사가 불량한 현장에서는 응축수가 중간에 고이게 되면 인위적으로 배출하기가 어려워 결국 경화지연이나 미경화 되어 품질이 떨어지는 단점이 있다.

이러한 문제를 해결하고자 비알테크㈜와 ㈜지오테크가 개발한 물순환 경화장치가 적용된 보일러 시스템을 이용한 하수관로 비굴착 전체보수공법은 스팀경화 방식에서 버려지는 폐열을 재활용해 상온수를 가열하고 이렇게 가열된 상온수를 순환시켜 기존공법에서의 응축수로 인한 문제점을 해결했다. 약 80℃에 해당하는 고온의 순환수를 보강튜브 내에 공급하여 고인 응축수의 온도를 높여 시공성과 품질성을 향상시키는 것이다. 이 기술은 이러한 기술력을 바탕으로 건설신기술 제855호로 지정됐다.
 

■ 기술개발자
 · 비알테크㈜ (대표이사 박인식)
  경기도 포천시 영북면 운천로 48
  Tel. 031-532-8131
 · ㈜지오테크 (대표이사 채경석)
  경기도 연천군 전곡읍 전곡로 78
  Tel. 031-879-3491
■ 건설신기술 제855호
   보호기간 : 2018. 12. 28 ~ 2026. 12. 27 (8년)
 
20년 이상 노후 하수관 70% 달해
전국의 하수관 총 연장은 2016년 기준 14만 3168㎞이다. 이중 20년 이상 경과한 노후 하수관은 5만 4884㎞에 이르고 있다. 문제는 하수관은 도시 설계계획에 따라 도시가 형성되는 시점에서 지하에 매설된다는 점이다.
이에 따라 대도시인 서울시의 경우에는 총 연장 1만 682㎞ 중 20년 이상된 노후화된 하수관로가 70.6%인 7540㎞에 이르고 있다. 또한 부산시의 경우에는 20년 이상된 하수관로가 72.7%로 나타나 대도시일수록 하수관의 노후화가 심각한 것으로 나타났다.

노후된 하수관은 기본적인 기능을 상실하는 것 뿐만 아니라 도심의 지반이 가라앉는 싱크홀의 발생 원인이 된다. 하수관이 크랙이나 파손으로 인해 누수가 발생하게 되고 물길이 형성되면 지지력이 저하되어 토사가 유실되고 동공이 확대되어 싱크홀이 발생되는 것이다. 하수관이 파손된 경우에는 더욱 심각하다. 관 내부로 토사가 유입되어 이러한 토사 유실은 동공 확대의 원인이 된다.
 
기존 CIPP공법 응축수 문제 해결
이에 따라 노후 하수관거의 개·보수 등 정비의 필요성이 높아지고 있다. 하수관거를 정비하는 방법은 크게 도로를 굴착하고 하수관을 교체하는 굴착 보수공법과 도로를 굴착하지 않고 하수관을 보수하는 비굴착 보수공법이 있다.
과거에는 도로를 굴착하고 하수관을 교체하는 전통적인 방식으로 진행되었으나 교통 혼잡을 유발하고 소음과 진동, 먼지, 악취 등으로 인하여 최근에는 경제성과 환경성, 안전성을 고려한 비굴착 보수공법으로 시공되고 있다.

비굴착 전체 보수공법은 신관 삽입공법, 변경관 삽입공법, 제관 공법, 보강튜브 경화공법(CIPP) 등이 있다.
CIPP공법은 열경화성 수지가 함침된 보강튜브를 노후 하수관 안으로 삽입·밀착시킨 후 열을 공급해 튜브를 경화시키는 공법이다. 그러나 보강튜브를 경화시키는 과정에서 튜브에 공급되는 스팀과 튜브 내부의 온도 차이에 따라 발생되는 응축수로 인해 경화지연 및 미경화 문제가 발생하는 단점이 있다.
응축수는 보강튜브를 스팀열로 경화·양생시키는 과정에서 발생되며 초기에는 70℃ 내외의 온도를 유지하고 있지만 보강튜브 내부에 그대로 남아있을 경우 점점 온도가 떨어지게 되고 이러한 응축수가 고여있는 부분은 스팀열이 제대로 전달되지 않아 경화가 지연되는 문제가 발생된다.
 

 
물순환 경화장치 적용 AT&T 보일러 시스템
이에 따라 비알테크㈜와 ㈜지오테크는 물순환 경화장치가 적용된 보일러 시스템을 이용한 하수관로 비굴착 전체보수공법을 개발했다. 이 기술은 응축수의 온도를 높여 순환시키는 공법이다. 또한 보강튜브의 열순환을 위해 시공 관로의 끝부분에서 배출하는 스팀의 여열을 재이용하여 에너지를 절약할 수 있으며 응축수 문제를 해결하여 시공성과 품질성을 강화할 수 있다. 아울러 상온의 물을 고온의 순환수로 높이는 데 필요한 열은 스팀경화에서 버려지는 폐열을 재활용하기 때문에 친환경적이다.

신기술의 특징은 물순환 경화장치가 적용된 AT&T 보일러 시스템이라 할 수 있다. 이 장치는 경화·양생 공정에서 스팀을 주입한 후 하수관로의 끝부분에서 배출되는 스팀의 여열로 승온된 순환수와 스팀공급으로 발생되는 응축수를 함께 회수하여 승온시키는 장치다. 이렇게 승온 시킨 후 보강튜브에 공급과 회수를 반복적으로 진행하여 온수를 순환시키게 된다.

즉, 하수관로를 보수할 때 보강튜브를 삽입하여 공기압으로 밀착시킨 후 스팀열을 이용하여 보강튜브를 경화·양생시키는 과정에서 고온의 순환수를 공급하고 응축수와 함께 회수, 승온, 순환시키게 되는 것이다.

이 기술을 활용하면 응축수를 회수하면서 고온의 순환수를 공급하게 되어 보강튜브 중간에 응축수가 남아서 고여있다 하더라도 응축수 자체의 온도를 경화양생에 필요한 온도까지 끌어올려 경화지연 및 미경화 문제를 해결하고 품질성을 확보할 수 있다.
 
 

구배불량 등 악조건 현장에서도 적용 가능
물순환 경화장치에 적용된 판형 열교환기의 전열판은 양각형태의 스테인레스 강판으로 개발됐다. 또한 모든 전열판은 헤링본 패턴의 방향을 위아래로 엇갈리게 번갈아 배치되어 각 유체가 전열판에 고르게 분배될 수 있게 적용됐다.

경화방법을 살펴보면 먼저 보강튜브를 삽입한 후 보일러차를 통해 스팀을 공급하기 된다. 이어 회수한 스팀열을 가지고 물순환 경화장치에서 고온의 순환수를 만들어 공급하는 방식으로 진행된다. 순환수가 공급되기까지 10분 정도 스팀경화가 이루어지고, 이후에는 스팀경화와 온수경화가 동시에 진행된다. 보강튜브 상부는 스팀열로 하부는 온수열로 경화된다.

이에 따라 시공시간을 단축하여 보강튜브의 경화·양생반응을 촉진할 수 있다. 또한 구배불량, 관단차, 침입수 유입 등의 악조건 현장에서도 신속하게 경화반응 온도에 도달할 수 있어 다양한 현장에서 시공성과 적용성을 높였다.

한편 노후 하수관의 비율은 시간이 지남에 따라 더욱 증가하고 있다. 서울시와 부산시 등 대도시의 20년 이상 노후 하수관 비율은 70%에 이르고 있다. 이러한 노후 하수관은 싱크홀의 원인으로 작용하기도 하여 도로를 비롯한 지반 안정을 위협하고 있다.

이에 따라 비알테크㈜와 ㈜지오테크가 개발한 물순환 경화장치가 적용된 보일러 시스템을 이용한 하수관로 비굴착 전체보수공법은 이러한 기술력을 바탕으로 동해 무릉계곡 보도 및 하수관거 정비공사, 동두천 안창말로 일원 하수관거 정비공사 적용되었으며 앞으로 국내외 하수관거 정비공사 현장에서 활발히 적용될 것으로 기대된다.
 
김정현 기자 (ltmkjh@ltm.or.kr)
 
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