Development of a Failure Probability Model based on Operation Data of Thermal Piping Network in District Heating System

District heating was first introduced in Korea in 1985. As the service life of the underground thermal piping network has increased for more than 30 years, the maintenance of the underground thermal pipe has become an important issue. A variety of complex technologies are required for periodic inspection and operation management for the maintenance of the aged thermal piping network. Especially, it is required to develop a model that can be used for decision making in order to derive optimal maintenance and replacement point from the economic viewpoint in the field. In this study, the analysis was carried out based on the repair history and accident data at the operation of the thermal pipe network of five districts in the Korea District Heating Corporation. A failure probability model was developed by introducing statistical techniques of qualitative analysis and binomial logistic regression analysis. As a result of qualitative analysis of maintenance history and accident data, the most important cause of pipeline damage was construction erosion, corrosion of pipe and bad material accounted for about 82%. In the statistical model analysis, by setting the separation point of the classification to 0.25, the accuracy of the thermal pipe breakage and non-breakage classification improved to 73.5%. In order to establish the failure probability model, the fitness of the model was verified through the Hosmer and Lemeshow test, the independent test of the independent variables, and the Chi-Square test of the model. According to the results of analysis of the risk of thermal pipe network damage, the highest probability of failure was analyzed as the thermal pipeline constructed by the F construction company in the reducer pipe of less than 250mm, which is more than 10 years on the Seoul area motorway in winter. The results of this study can be used to prioritize maintenance, preventive inspection, and replacement of thermal piping systems. In addition, it will be possible to reduce the frequency of thermal pipeline damage and to use it more aggressively to manage thermal piping network by establishing and coping with accident prevention plan in advance such as inspection and maintenance.

지역난방 열배관망 운영데이터 기반의 파손확률 모델 개발

지역난방은 국내에 1985년 처음 도입되었다. 지하 열배관망의 사용연한이 30년 이상 증가함에 따라, 지하에 매설된 열수송 배관 특성상 유지관리가 중요한 문제로 대두되고 있다. 노후화가 진행된 열배관망 유지보수를 위한 정기적인 점검, 운영관리 시 다양한 복합 기술이 필요하다. 특히 현장에서 경제적 관점에서 최적 유지보수 및 교체시점을 도출하기 위하여 의사결정에 활용될 수 있는 모형개발이 요구되고 있다. 본 연구에서는 한국지역난방공사 수도권 5개 지사열 배관망 운영 시 보수이력과 사고성 데이터를 바탕으로 분석하였다. 정성적 분석과 이항 로지스틱 회귀분석의 통계적 기법을 도입하여 파손확률 모델을 개발하였다. 보수이력 및 사고성 자료의 정성적 분석 결과, 파이프라인 손상의 가장 중요한 원인으로 건설 시공불량, 배관의 부식과 자재 불량이 전체의 약 82%를 차지했다. 통계 모델 분석에서는 분류의 분리 점을 0.25로 설정함으로써 열배관 파손 및 비 파손 분류의 정확도가 73.5%로 향상 되었다. 파손확률 모델 수립을 위해 Hosmer와 Lemeshow 검정과 독립변수의 유의성 검정, 모델의 Chi-Square 검정을 통해 모델의 적합성을 검증 하였다. 열배관망 파손의 위험순위 분석결과에 따르면 파손확률을 가장 높이는 경우는 겨울철 서울지역 자동차 도로에 있는 10년 이상 된 250mm이하 배관 Reducer에서 F 건설회사가 시공했던 열배관망으로 분석되었다. 본 연구결과는 열배관망 시스템의 유지관리 및 예방점검, 교체 사업 우선순위를 정할 때 활용 가능하다. 또한 이를 통하여 점검 유지보수 등 사전에 사고예방 계획을 수립하여 대처함으로써 열배관 파손의 빈도를 감소시키고 보다 적극적인 열배관망 관리에 이용할 수 있을 것으로 사료된다.