파손된 배관 알아서 복구하는 똑똑한 밸브 국내 최초 개발

 

- ‘K-스마트 밸브’, 배관 파손 스스로 인지해 누출사고 자동 차단 -

- 골든타임 안에 배관 파손을 신속히 복구하여 대형사고 방지 -

□ 사고 등으로 인해 배관이 파손되면 알아서 복구해내는 똑똑한 밸브가 국내 최초로 개발됐다.

 

□ 과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원(원장 박상진, 이하 기계연)이 산업현장에서 예상치 못한 배관 파손으로 인한 누출사고가 발생했을 때 골든타임 안에 인공지능 기술을 이용하여 파손된 배관을 스스로 찾아 신속히 복구하여 대형 사고로의 확산을 방지하는 ‘K-스마트 밸브’의 국산화에 성공했다.

 

※ K-스마트 밸브: 기존에 알려진 ‘스마트 밸브’는 미 해군이 개발하여 고유명사처럼 널리 쓰이고 있는 바, 기계연 연구진이 완전히 새로운 작동 방식(알고리즘)을 적용하여 개발한 밸브를 ‘K-스마트 밸브’로 새로 명명함

 

□ 기계연 시스템다이나믹스연구실 정병창 책임연구원 연구팀은 기존의 밸브에 인공지능 기술을 적용해 작업자의 통제 없이 사고 상황을 스스로 인지하고 파손된 배관 위치를 정확히 찾아내 주변 밸브를 잠그는 K-스마트 밸브를 국내 최초로 개발했다. 이 밸브는 누출을 차단하고 배관계 본래 기능을 신속히 회복할 수 있다.

 

□ 군 함정은 물론 일반 선박, 육상 및 해양 플랜트 산업현장에 있는 대부분의 배관계는 작업자가 배관 내부의 압력, 유량, 온도 등을 상시 모니터링하면서 필요 시 원격에서 밸브를 개폐할 수 있는 밸브 원격 제어 시스템(Valve Remote Control System)이 설치돼 있다.

 

□ 그러나 배관 파손 등의 예상하지 못한 사고가 발생했을 경우 작업자가 상황을 침착하게 인지하고 대응하기는 쉽지 않다. 더구나 피해 복구에 필요한 골든타임을 놓쳤을 경우 더 큰 2차 피해로 이어질 수도 있다.

 

□ 이번에 개발한 K-스마트 밸브는 국내 해군 함정의 소화･냉각계통과 같은 배관계에 우선 적용할 목적으로 개발되었다. 전투 중 적의 피격에 의해 예상치 못한 배관 파손 발생 시 승조원의 통제 없이도 골든타임 안에 배관계의 원래 기능을 회복함으로써 소화용수나 냉각수 사용을 가능하도록 하여 화재가 확산되거나 무기체계의 과열에 의한 2차 피해를 최소화 할 수 있다.

 

K-스마트 밸브 10개가 구역별로 설치되어, 임의의 구역 배관이 파손되면 주변 밸브가 자율적으로 잠겨 누설을 차단한다.

□ 이 밸브는 밸브 본체, 압력 센서, 액추에이터와 제어 모듈로 구성되는데, 기존 원격 제어 밸브의 제어 모듈에 배관 파손을 인지하고 누출을 차단할 수 있는 머신러닝 알고리즘을 추가함으로써 간단히 K-스마트 밸브로의 개선이 가능하다.

 

□ 또한 이미 설치돼 있는 밸브 원격 제어 시스템을 크게 변경하지 않고서도 K-스마트 밸브가 적용된 사고대응 시스템을 쉽게 구축할 수 있어, 경제적인 비용으로 배관계의 안전사고에 대응할 수 있는 시스템 구축이 가능하다.

기계연 정병창 책임연구원(오른쪽)이 연구팀과 함께 K-스마트 밸브를 살펴보고 있다

□ 기계연 정병창 책임연구원은 “K-스마트 밸브는 배관의 파손 사고 시 신속한 복구로 다양한 산업 현장에서 인명과 재산 피해를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 센서 기반의 인공지능 기술을 활용하여 스스로 판단하고 작동할 수 있는 자율 기능을 갖고 있다”며 “향후 함정 등 군수 분야는 물론 선박, 육상·해양 플랜트 등 산업 현장에도 무인화 기술로서 폭 넓게 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

 

□ 한편, 이번 연구는 기계연 기본사업 ‘인공지능 기반 기계시스템 예측진단 및 사고대응 기술’ 과제를 통해 수행되었으며, 함정 소화계통 실제 적용을 목표로 ㈜비와이, 부산대학교와 공동으로 2023년부터 민군기술이전사업을 통해 실용화 개발에 착수할 계획이다. 이번 연구성과는 자동화 및 제어시스템 분야 저명 학술지 IEEE/ASME Transactions on Mechatronics 27호*에 발표되었다.

*게재명: Development of Autonomous Recovery System for Pipeline of Naval Ships by Using a Multistage Control Algorithm(2022.04.)