한국건설기술연구원, 극한지 자원이송 시설물 설계기술 확보

한국이 극한지(極寒地) 자원이송을 위한 시설물 설계기술 확보를 통해 고부가가치의 가스플랜트 시장진출을 꿈꿀 수 있게 되었다.

한국건설기술연구원(이하 건설연)은 영하 40℃이하의 극한지 온도조건을 반영한 2,000㎞급 장거리 자원이송망-기반구조물 설계 및 평가기술을 개발했다.

미공병단(U.S. Army Corps of Engineers)에 따르면, 영하 30℃이하의 극한지(極寒地)에는 전 세계 미발견 석유·가스의 약 22%가 매장되어 있다고 알려져 있다. 더욱이 화석연료는 점차 고갈되고, 탐사 및 시추기술이 발달함에 따라 극한지역의 자원에 대한 상업적 개발은 더욱 활발히 이루어지고 있는 상황이다.

극한지에서 개발된 자원은 파이프라인을 통해서 이송되는데, 극한지의 동토지반은 얼어붙고 녹는 동결과 융해, 그리고 침하를 반복하는 특성을 갖게 된다. 일반적인 환경과 동일하게 구조물을 건설하면, 파이프라인은 뒤틀리고 깨지게 된다. 극한지 건설은 대한민국 건설업계가 아직 경험해보지 못한 미지의 영역으로 남아있다.

건설연 백용 박사 연구팀은 극한지 영구동토에서 특정지역의 동토특성을 조사하는 장비 및 시험방법, 불연속적인 동토특성을 고려하여 최적의 가스배관 경로를 결정하는 S/W, 장거리 가스배관에 필수적인 부품인 볼밸브를 자체 개발하였다.

우선 극한지 동토지반 조사를 위한 지반조사 장비의 휴대성과 정확성을 개선하여 실제 현장에서 활용성을 높였다. 조사를 통해 나온 데이터는 해당지역의 흙이 얼어서 지표면을 들어 올리는 동상현상을 판정하게 해준다. 백용 박사 연구팀은 동상현상을 표준적으로 시험하는 시험법을 한국형 표준(KS)으로도 등록하였다.

장거리 가스배관의 성공적인 공사는 최적의 경로설정이 좌우한다. 이번에 개발된 S/W는 인공위성영상을 이용한 지형의 형태 및 특성은 물론 안정성, 경제성, 환경성, 시공성 등을 고려한 최적 경로 설계를 가능하게 해준다. 사업착수 전 공사비 예측은 물론 가스배관의 경제적인 유지보수도 가능하게 해준다.

몸통안에 볼(Ball)을 통해 유체를 차단하거나 방향을 전환하는 볼밸브는 장거리 가스 배관에 필수적으로 사용된다. 연구팀은 국제기준에 부합하는 극한지용 볼밸브 시제품을 설계하고 제작하였다. 추가적으로 러시아 가스배관 설계 및 운영 대부분을 담당하고 있는 국영기업 가스프롬(Gazprom) 인증을 통해 국내 기업의 현지 진출지원 역시 가능할 예정이다.

연구팀은 연구개발 성과에 대한 성능 및 실용화를 검증하기 위해 건설연 SOC실증연구센터에 실규모(20m(L)×13m(W)×4m(H))의 대형 냉동 챔버를 구축하였다. 챔버에 30 inch 가스배관을 직접 매설하고 온도와 지하수위를 제어하여 극한온도 조건(-40°C)의 동결현상을 재현하였다. 극한지 환경조건을 고려한 실대형 챔버를 구축함으로써 향후 다양한 조건에서 실험 및 기자재의 성능평가가 가능하리라 판단된다.

건설연 백용 박사는 “극한지 자원이송망 기반구조물 기술 개발로 우리나라 기업들의 미래 자원개발 및 건설 신시장 개척에 기여할 수 있게 되었다.”면서 “5년 내 예정된 프로젝트 규모만 100억 불 이상인 극한지 지역 대형프로젝트에서 우리 기업의 경쟁력을 강화할 수 있을 것”이라고 밝혔다.