1. 쿠웨이트 공항에서
쿠웨이트 공항에 첫발을 내디뎠을 때, 낯설고 이국적인 정취를 감상할 여유는 사치에 가까웠습니다. 붐비는 출국장을 서둘러 빠져나오자 마중 나와 한국인 사장님을 만날 수 있었습니다. 현지에게 게스트하우스를 운영하신다는 사장님과 차 안에서 "어떻게 이곳 쿠웨이트까지 흘러 들어와 살게 되셨는지", "고국인 한국이 그립지는 않으신지" 소소하고도 깊은 이야기를 나누며 이국땅에 대한 긴장을 덜어내었습니다.
숙소에 도착하자마자 현지 주재원 담당자와 현재의 태에 대해 간단히 협의를 마쳤습니다. 이어 숨 돌릴 틈도 없이 현장용 작업복으로 갈아입고, 문제의 현장으로 곧장 출발했습니다.
현지인 기사가 운전을 해주었는데, 마침 당시가 이슬람의 신성한 '라마단' 기간이었습니다. 낮 동안 철저히 금식하는 그들의 문화를 존중해, 운전석 옆에서 함부로 물이나 음료수를 마시는 것이 큰 실례가 될 수 있다는 귀띔을 들었습니다. 낮에는 철저히 굶고 저녁에야 첫 식사를 하는 그들의 낯설고도 신기한 전통을 마주하며, 내가 정말 중동의 한복판에 와있음을 실감했습니다.
2. G.O Tank A에서
뜨거운 열기가 피어오르는 "A" Tank 주변에 도착해 시각적인 점검부터 시작했습니다. 다행히 Expansion Joint에 연결된 배관과 Support는 외관상 이상이 없었고, 탱크 주변의 지반 침하(Settlement) 징후도 발견되지 않았습니다.
그러나 정작 눈길을 사로잡은 것은 따로 있었습니다. 바로 EXP. Joint의 벨로우즈(Bellows)가 마치 무언가에 부풀려진 듯 기묘하게 뒤틀려 있었던 것입니다. 외형적인 구조물은 멀쩡한데, 왜 가장 유연해야 할 부위만 이토록 상처를 입었을까. 직관적으로 단순한 기계적 변형이 아님을 직감했습니다.
의문을 풀기 위해서는 객관적인 수치와 증거가 필요했습니다. 우선 Support의 상태를 점검하고 Elevation을 측정했습니다. 그리고 벨로우즈가 자체적으로 흡수할 수 있는 설계상의 변위를 확인하기 위해, EXP. Joint의 시작 Start Flange와 End Flange 사이의 단차를 측정했습니다.
이와 함께 현장의 생생한 관찰 음성 녹음, 동영상 그리고 다양한 각도의 사진을 촬영하여 기록으로 남겼습니다.
현장에서 발로 뛰며 자료를 최대한 확보해 두는 것이 보고서를 작성하거나 기술적 원인을 규명할 때 엔지니어에게 가장 강력한 무기가 되기 때문입니다.
같이 저와 동행한 외국인 엔지니어가 저를 보고 꼭 의사 같다고 하더라고요. 정말 의사였다면 이런 고생은 하지 않을 텐데...... 가볍게 웃고 계속해서 기록을 남겼습니다. 다음 날, 의혹을 확신으로 바꾸기 위해 다른 탱크들의 EXP. Joint 상태를 확인하고자 Tank Farm으로 발걸음을 옮겼습니다. 예감은 틀리지 않았습니다. 다른 Tank에서도 유사한 벨로우즈 변형 문제가 연이어 나타났습니다.
3. 부르돈 효과
특정 가스오일(G.O) Tank 구역에서는, 배관 방향으로 강력한 힘에 밀려 강력하게 지지되는 Stopper가 처참하게 파손된 흔적까지 발견하게 되었습니다. 도대체 무슨 일이 벌어졌던 것일까요? 이 기묘한 파손 현상을 설명하기 위해서는 '부르돈 효과(Bourdon Effect)'라는 배관 역학적 개념을 이해해야 합니다. 우리가 흔히 보는 '부르돈관 압력계'의 원리를 떠올리면 이해가 쉽습니다.
나선형으로 말려 있는 밀폐된 부르돈관(단면은 타원형) 내부에 압력이 상승하면 어떤 일이 벌어질까요?
관 내부의 압력은 타원형 단면을 원래의 원형으로 부풀리려 하고, 동시에 나선형으로 말리기 전의 '직선 형태'로 되돌아가려는 성질을 갖게 됩니다. 이처럼 압력에 의해 관이 스스로 펴지려고 하는 힘의 현상을 바로 '부르돈 효과'라고 부르며, 압력계는 이 미세한 움직임을 바늘의 회전으로 변환해 압력을 측정합니다.
그렇다면 이 부르돈 효과와 EXP. Joint의 파손은 무슨 관계가 있을까요?
지난 글에서 다룬 설계 개념을 복기해 보면, EXP. Joint 전단에는 게이트 밸브(Gate Valve)가 위치합니다. 그리고 도면상 명시되진 않았지만 후단에도 밸브가 존재합니다. 운전 중 어떤 이유로든 이 양쪽 밸브가 모두 'Close'된 폐쇄 상태가 되었다고 가정해 봅시다.
이 밀폐된 배관 내부에서 Gas Oil의 압력이 급격히 상승하게 되면, 배관 전체에 부르돈 효과가 발생합니다. 물론 우리가 현장에서 다루는 배관은 압력계의 작은 관보다 훨씬 크고 두껍기 때문에 눈에 띌 정도로 직선으로 펴지지는 않습니다. 하지만 내부에서 치솟은 가공할 만한 힘은 배관 계통에서 상대적으로 가장 취약한 부위, 즉 유연한 'EXP. Joint의 벨로우즈'로 집중됩니다.
결국 압력을 견디지 못한 벨로우즈가 부풀어 오르며 뒤틀리게 된 것이며, 거대한 철제 스토퍼를 밀어내어 파손시킬 만큼의 거대한 물리적 에너지가 발생하게 된 것입니다. 여기서 꼬리를 무슨 본질적인 의문이 남습니다.
'대체 배관 내부의 압력을 이토록 무섭게 상승시킨 원인은 무엇인가?'
그 해답은 바로 중동 지방의 뜨거운 햇빛이었습니다. 실제로 한낮에 Insulation이 없는 Bare Pipe의 표면 온도를 측정해 보면 60도가 넘어갑니다. 거대하고 긴 Pipe가 뜨거운 태양 아래서 서서히 달구어지는 모습을 상상이 가시겠습니까? 저도 호기심이 조심스레 맨손을 대보았다가 화들짝 놀랄 만큼의 고열을 체감했습니다. 태양 아래 양단이 차단된 베어 파이프 내부의 가스오일은 밀폐된 공간에서 열팽창을 일으키고, 이는 곧 엄청난 내부 압력 상승으로 이어져 강력한 부르돈 효과를 발생시킨 것으로 추정할 수 있습니다. 이것이 자연현상이라면 참 엄청난 것인 거죠. 출장 복귀전 아래와 같이 Draft를 작성하였습니다만, Final Report에서는 책임소재 때문에 넣을 수 없었습니다.
"On regarding issue, the influence of thermal expansion of pipe and pipe dead weight in operating condition are normally distributed in pipe system and support configuration. however, It is refered that unanticipated situation like the oil pipe line closed without oil drain is lead to very high pressure at gas oil inside pipe line and it could effect to the EXP. joint that may be occur excessive lateral deflection without pipe or support faulure."
"Oil drain 없이 pipe가 close 되는 것과 같은 예상치 못한 상황에서는 Pipe 내부의 압력 상승으로 Pipe나 Support의 파손 없이 EXP. Joint의 과도한 lateral deflection이 발생할 수 있다."
현상을 진단했다면 해결책을 제시해야 합니다. 이 현상을 방지하기 위한 예방책은 다음과 같습니다. 밸브 양쪽을 항상 열어두어 유체의 흐름을 확보하거나, 만약 밸브를 닫아야 하는 상황이라면 반드시 내부의 오일을 완전히 드레인(Drain)하여 비워두어야 합니다. 그러나 현장 Operator의 숙련도나 실수가 개입될 여지가 있으므로, 근본적인 해결을 위해서는 배관 내 과압을 자동으로 배출해 줄 수 있는 온도 구동형 안전밸브(TSV / PSV)를 설치해야 합니다. 비록 시공 단계에서는 추가적인 비용과 자재가 소요되어 기피할 수 있지만, 플랜트의 장기적인 안녕과 안전을 위해서는 결코 타협할 수 없는 비용입니다.
눈에 보이지 않는 유체의 팽창과 중동의 뜨거운 태양이 만나 단단한 Stopper 파손 현장을 보며, 자연의 거대한 힘과 엔지니어링의 정밀함에 대해 다시금 생각하게 됩니다. 아무리 완벽한 설계라도 '자연의 변수' 그리고 '운전의 소홀함'이 맞물리면 가장 약한 고리부터 여지없이 무너져 내립니다.
우리네 삶과 직장 생활과 많이 닮았다는 것을 알 수 있습니다. 보이지 않는 곳에서 가해서는 스트레스를 제때 배출(Drain) 해주거나, PSV 같은 마음의 완충 장치를 두지 않는다면, 어느 순간 가장 약한 감정의 고리부터 부풀어 오르고 뒤틀려 버릴 테니까요.
선배님들의 경험치, 철저한 기록, 분석만이 현장의 문제를 해결하듯, 우리의 일상도 늘 깨어있는 시선으로 점검하고 다음 어가야 하겠습니다. 오늘도 뜨거운 태양, 치열한 사무실에서 자신의 길을 걸어가는 모든 직장인들의 땀방울을 응원합니다.
감사합니다.
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