KR100380966B1 - 화력 발전소 열응력 모니터링 장치 및 그 방법 - Google Patents

화력 발전소 열응력 모니터링 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화력 발전소 열응력 모니터링 장치 및 그 방법에 관한 것으로써, 본 발명의 구성은 보일러 주요 부품들의 온도를 측정하는 다수개의 온도 센서(100); 보일러 주요 부품들의 압력을 측정하는 다수개의 압력 센서(200); 아날로그 운전 데이터를 수집한 후 디지털 신호로 변환시켜 클라이언트 시스템(400)으로 전송하는 계측 장비(300); 상기 계측 장비(300)로부터 디지털 운전 데이터를 수신받으면 이를 실시간적으로 서버 시스템(500)으로 전송하는 클라이언트 시스템(400); 및 상기 클라이언트 시스템(400)으로부터 실시간 디지털 운전 데이터를 수신받은 후 그 데이터를 이용하여 보일러 주요 부품 각각의 응력 계산 및 수명 계산 결과값을 운용자에게 디스플레이시키는 서버 시스템(500)으로 이루어져 있으며, 본 발명에 의하면 운전자에게 발전 설비의 응력 상태와 잔여 수명을 실시간 그래픽으로 제공해 줌으로써, 운전자로 하여금 발전소 강제 정지, 불시 정지 등과 같은 사고 방지와 함께 설비의 검사 주기, 보수 및 교체 시기 결정을 원활하게 수행하도록 해준다는 뛰어난 효과가 있다.

Description

화력 발전소 열응력 모니터링 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MONITORING THERMAL STRESS IN FOSSIL POWER PLANT}
본 발명은 화력 발전소 열응력 모니터링 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화력 발전소의 운전 데이터(온도, 압력)를 실시간으로 측정하여 데이터 베이스(Data Base)에 저장 및 관리한 후, 설비의 응력 계산 및 수명 계산 결과를 발전소 운전자에게 실시간 그래픽으로 제공해 줌으로써, 발전소 강제 정지, 불시 정지 등과 같은 사고 방지 뿐만 아니라, 설비의 검사 주기, 보수 및 교체 시기를 제공해 주는 화력 발전소 열응력 모니터링 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
주지하다시피, 화력 발전소 고온/취약부의 열응력은 발전소 기동/정지시에 주로 발생하여 설비의 피로수명을 감소시키고, 시스템 응력은 설비 내부의 증기 압력과 자중에 의해 발생하는데 고온에서 가동되는 설비의 크리프 수명을 단축시킨다.
상술한 이유에 의해 국내에서 개발된 화력 발전소 열응력 모니터링 시스템은 보일러 분산 제어 시스템의 한 모듈로써 500MW 이상의 신규 발전소에 공급되어 운영되고 있다. 그러나, 상술한 종래 화력 발전소 열응력 모니터링 시스템은 500MW 이하의 노후 발전소에는 적합하지 않음으로 설치되어 있지 않은 실정이다.
종래 1990년대 이전에 개발된 화력 발전소 열응력 모니터링 시스템은 실시간으로 열응력, 피로 및 크립 손상을 계산하는 것이 아니라 보일러 분산 제어 시스템에 일정 기간 동안 저장된 발전소 운전 데이터를 다운로드(Download)받아 일괄처리(Batch processing) 방식으로 열응력, 피로 및 크립 수명을 계산하였다. 따라서, 1990년대 이전에 개발된 종래 화력 발전소 열응력 모니터링 시스템은 실시간으로 발전소 운전 상태에 따른 발전소 고온 고압부의 응력 상태나 잔여 수명을 발전소 운전자에게 제공할 수 없는 문제점이 있었다.
또한, 1990년대의 개인용 컴퓨터의 성능과 운영 시스템으로는 보일러 제어 시스템의 운영 시스템과 같은 유닛스 환경을 구축하는 것이 불가능 하였을 뿐만 아니라, 이로인해 보일러 설비의 열응력 해석과 손상 및 잔여수명 평가를 온라인(Online) 방식의 클라이언트/서버 시스템(Client/Server System)으로 개발하는 것이 불가능한 문제점이 있었다.
한편, 외국의 보일러 제어 시스템 납품 업체가 전량 공급해오고 있는 종래 보일러 열응력 모니터링 시스템은 수입에 의존함으로써 단가가 비싼 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 화력 발전소의 고온/취약부에 발생하는 열응력과 시스템 응력을 실시간으로 모니터링하여 발전소 설비의 안전성과 신뢰성 향상 및 수명 연장을 가능토록 해주기 위한 화력 발전소 열응력 모니터링 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
또다른 목적으로는 윈도우 환경하의 클라이언트/서버 시스템으로 개발하여 보일러 주요 설비의 응력 상태와 손상 정도를 발전소 운전자에게 실시간 그래픽으로 제공해주기 위한 화력 발전소 열응력 모니터링 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명 화력 발전소 열응력 모니터링 장치는, 보일러 주요 부품들에 각각 설치되어, 그 보일러 주요 부품들의 온도를 측정하는 다수개의 온도 센서;
보일러 주요 부품들에 각각 설치되어, 그 보일러 주요 부품들의 압력을 측정하는 다수개의 압력 센서;
상기 다수개의 온도 센서 및 다수개의 압력 센서를 통해 측정된 아날로그 운전 데이터를 수집한 후 디지털 신호로 변환시켜 전송하는 계측 장비;LAN상에서 TCP/IP 데이터 통신을 수행하며, 상기 계측 장비의 상태를 관리함과 동시에 상기 계측 장비로부터 디지털 운전 데이터를 수신받으면 이를 실시간적으로 중계 처리하는 클라이언트 시스템; 및
상기 클라이언트 시스템으로부터 실시간 디지털 운전 데이터를 수신받으면 이를 데이터 베이스에 저장한 후 그 데이터를 이용하여 보일러 주요 부품 각각의 피로 손상 및 크립 손상을 계산하고, 이후 그 피로 손상 및 크립 손상을 이용해 최종적인 선형 손상합을 계산함과 동시에 데이터 베이스에 저장한 후 운용자에게 디스플레이시키는 서버 시스템으로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명 화력 발전소 열응력 모니터링 방법은, 서버 시스템이 보일러 주요 부품 각각의 위치에서 측정한 운전 데이터를 클라이언트 시스템으로부터 실시간적으로 수신받은 후 모니터링 갯수 필드, 모니터링 날짜 필드, 및 온도 측정값 필드로 구성된 온도 모니터링 테이블과 모니터링 갯수 필드, 모니터링 날짜 필드, 및 압력 측정값 필드로 구성된 압력 모니터링 테이블을 구비한 운전 데이터 저장부에 저장하는 제 1 단계;
상기 서버 시스템이 그 운전 데이터를 이용하여 보일러 모니터링 위치의 열응력(σT(P,t)) 및 탄성 응력(σax,e,σh,e)을 계산함으로 피로 응력을 실시간적으로 계산한 후 응력 저장부에 저장하는 제 2 단계;
상기 서버 시스템이 그 운전 데이터를 이용하여 보일러 모니터링 위치의 크립 응력(σax,c,σh,c)을 실시간적으로 계산한 후 응력 저장부에 저장하는 제 3 단계;
상기 서버 시스템이 상기 응력 저장부에 저장된 일정 기간동안의 다수개의 피로 응력(σT(P,t),σax,e,σh,e) 및 크립 응력(σax,c,σh,c)을 이용하여 피로 수명(df) 및 크립 수명(dc)을 계산하는 제 4 단계;
상기 서버 시스템이 피로 수명(df) 및 크립 수명(dc)을 이용하여 현 시점에서의 최종적인 선형 손상합(D)을 계산한 후 손상 저장부에 저장하는 제 5 단계; 및
상기 서버 시스템이 보일러 주요 부품(모니터링 위치)으로부터 측정한 운전 데이터, 피로/크립 응력, 피로/크립 수명, 및 최종적인 선형 손상합(D)을 운전자에게 실시간적으로 출력하는 제 6 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화력 발전소 열응력 모니터링 장치의 하드웨어 구성을 나타낸 도면,
도 2는 도 1에 따른 화력 발전소 열응력 모니터링 장치의 구성을 나타낸 기능 블록도,
도 3은 도 2에 따른 화력 발전소 열응력 모니터링 장치에서 운전 데이터 저장부내 온도 모니터링 테이블의 모습 나타낸 도면,
도 4는 도 2에 따른 화력 발전소 열응력 모니터링 장치에서 운전 데이터 저장부내 압력 모니터링 테이블의 모습을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 화력 발전소 열응력 모니터링 방법을 나타낸 동작 플로우챠트,
도 6은 도 5에 따른 화력 발전소 열응력 모니터링 방법중 제 4 단계(S4)에 적용되는 ASME 코드의 피로 설계곡선을 나타낸 도면,
도 7은 도 5에 따른 화력 발전소 열응력 모니터링 방법중 제 4 단계(S4)에 적용되는 크립 파단 곡선을 나타낸 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 온도 센서 200 : 압력 센서
300 : 계측 장비 400 : 클라이언트 시스템
500 : 서버 시스템 510 : 데이터 베이스
511 : 운전 데이터 저장부 511a : 온도 모니터링 테이블
511aa : 모니터링 갯수 필드 511ab : 모니터링 날짜 필드
511ac : 온도 측정값 필드 511b : 압력 모니터링 테이블
511ba : 모니터링 갯수 필드 511bb : 모니터링 날짜 필드
511bc : 압력 측정값 필드 512 : 응력 저장부
513 : 손상 저장부
이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 화력 발전소 열응력 모니터링 장치 및 그 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 화력 발전소 열응력 모니터링 장치는 도 1, 도 2에 도시된 바와 같이, 다수개의 온도 센서(100), 다수개의 압력 센서(200), 계측 장비(Instrumentation Devices)(300), 클라이언트 시스템(Client System)(400), 및 서버 시스템(Server System)(500)으로 구성되어 있다.
상기 다수개의 온도 센서(100)는 보일러 주요 부품들에 각각 설치되어, 그보일러 주요 부품들의 온도를 측정하는 역할을 한다.
또한, 상기 다수개의 압력 센서(200)는 보일러 주요 부품들에 각각 설치되어, 그 보일러 주요 부품들의 압력을 측정하는 역할을 한다.
한편, 상기 계측 장비(300)는 상기 다수개의 온도 센서(100) 및 다수개의 압력 센서(200)를 통해 측정된 아날로그(Analog) 운전 데이터(온도, 압력)를 수집한 후 디지털(Digital) 신호로 변환시켜 상기 클라이언트 시스템(400)으로 전송하는 역할을 하며, 본 발명에 적용된 계측 장비(300)로는 "HP"사의 VXI(VME eXtension for Instrument)와 "SOLATRON"사의 IMP(Isolated Measurement Pods)가 사용되었다. 이들 계측 장비들은 제작사에 따라 통신 프로토콜(Protocol)과 제품 특성(성능 및 가격)이 결정된다.
또한, 상기 클라이언트 시스템(400)은 상기 서버 시스템(300)과 LAN(Local Area Network)상에서 TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol) 데이터 통신을 수행하며, 상기 계측 장비(300)의 상태를 관리함과 동시에 상기 계측 장비(300)로부터 디지털 운전 데이터(온도, 압력)를 수신받으면 이를 실시간적으로 상기 서버 시스템(500)으로 전송하는 역할을 한다.
한편, 상기 서버 시스템(500)은 상기 클라이언트 시스템(400)으로부터 실시간 디지털 운전 데이터를 수신받으면 그 데이터를 이용하여 보일러 주요 부품 각각의 피로 손상 및 크립 손상을 계산하고, 이후 그 피로 손상 및 크립 손상을 이용해 최종적인 선형 손상합을 계산함과 동시에 데이터 베이스(Database)(510)에 저장한 후 운용자에게 디스플레이(Display)시키는 역할을 한다.
이 때, 상기 서버 시스템(500)내에 장착된 데이터 베이스(510)는 MS(Microsoft)사에 의해서 개발된 관계형 데이터 베이스 관리 시스템인 "SQL Server 7.0"으로써, 발전소 운전 데이터중 보일러 주요 부품 각각에 대한 온도값 및 압력값을 저장하는 운전 데이터 저장부(511), 모니터링 위치의 피로 응력 및 크립 응력 계산값을 저장하는 응력 저장부(512), 및 피로 응력 및 크립 응력으로부터 계산된 최종적인 선형 손상합을 저장하는 손상 저장부(513)으로 구성되어 있다.
또한, 상기 운전 데이터 저장부(511)내 온도 모니터링 테이블(511a)은 도 3에 도시된 바와 같이, 모니터링 총 갯수가 저장된 모니터링 갯수 필드(511aa), 모니터링 시점에서의 날짜(예:1999.04.30 16:41:30)가 저장된 모니터링 날짜 필드(511ab), 및 채널 1(CH001)에서 채널 100(CH100)까지의 온도 측정값이 저장된 온도 측정값 필드(511ac)로 구성되어 있다. 여기서, 상기 온도 측정값 필드(511ac)내 채널 1(CH001)에서 채널 100(CH100)은 보일러 주요 부품(모니터링 위치)의 온도 태그(tag)와 연결되어 있다.
한편, 상기 운전 데이터 저장부(511)내 압력 모니터링 테이블(511b)은 도 4에 도시된 바와 같이, 모니터링 총 갯수가 저장된 모니터링 갯수 필드(511ba), 모니터링 시점에서의 날짜(예:1999.04.30 16:41:30)가 저장된 모니터링 날짜 필드(511bb), 및 채널 1(CH001)에서 채널 100(CH100)까지의 압력 측정값이 저장된 압력 측정값 필드(511bc)로 구성되어 있다. 여기서, 상기 압력 측정값 필드(511bc)내 채널 1(CH001)에서 채널 100(CH100)은 보일러 주요 부품(모니터링 위치)의 압력 태그(tag)와 연결되어 있다.
그러면, 상기와 같은 구성을 가지는 화력 발전소 열응력 모니터링 장치를 이용한 본 발명의 일 실시예에 의한 화력 발전소 열응력 모니터링 방법에 대해 도 5, 도 6, 도 7, 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.
최초로, 상기 서버 시스템(500)내에는 보일러 주요 부품 각각에 대한 모니터링 위치 정보, 형상 정보, 재질 정보, 그린 함수, 피로 물성, 및 크립 물성 등과 같은 데이터 및 계산값들이 저장되어 있다.
먼저, 상기 서버 시스템(500)은 상기 계측 장비(300)가 보일러 주요 부품 각각에서 측정한 운전 데이터를 상기 클라이언트 시스템(400)를 통해 실시간적으로 수신받으면 그 운전 데이터를 상기 운전 데이터 저장부(511)내 온도 모니터링 테이블(511a) 및 압력 모니터링 테이블(511b)에 저장한다(S1). 여기서, 상술한 보일러 주요 부품(부분)이란 운용자가 보일러의 고온 취약부를 선정하여 모니터링 위치를 결정한 부분을 의미하며, 그 예로써 하기 [표 1]에 도시된 바와 같은 설비들이 존재한다. 이 때, 상술한 모니터링 위치는 신규 발전소와 노후 발전소로 구분하여 결정되는데, 신규 발전소는 발전소 공급 계약서상에 명시된 위치, 즉 고온 고압의 헤더와 파이핑의 후육부(thick-wall parts), 설계 자료를 바탕으로 결정된다. 한편, 노후 발전소의 모니터링 위치는 센서 설치부, 균열 탐지부, 보수 용접부, 과도한 변형 발생부를 기초로 하여 결정된다. 또한, 모니터링을 수행하는 발전소 운전 데이터의 개수도 모니터링 위치와 함께 결정되면, 모니터링 위치와 개수는 열응력 모니터링 시스템의 기초 자료로 활용된다.
그런후, 상기 서버 시스템(500)은 상기 운전 데이터 저장부(511)에 저장된 운전 데이터(온도, 압력)를 이용하여 보일러 모니터링 위치의 피로 응력중 열응력(σT(P,t))을 하기 [수학식 1]을 이용하여 실시간적으로 계산한 후 상기 응력 저장부(512)에 저장한다.
여기서, "G0(P)"는 감쇠 기간이 지난후 일정한 시점에서의 그린 함수를 나타내고, "Ф(t)"는 시간에 따라 변화하는 모니터링 위치의 실제 온도 측정값을 나타내며, ""는 감쇠 기간 동안의 그린 함수를 나타내고, "ΔФ(τ)"는 감쇠 기간 동안의 일정 간격에서의 온도 변화값을 나타낸다.
따라서, "G0(P)", ""는 이미 결정된 값임으로 열응력(σT(P,t))은 시간에 따라 변화하는 모니터링 위치의 실제 온도 측정값인 "Ф(t)"값과 "ΔФ(τ)"값에 의해 결정된다.
참고로, 상기 [수학식 1]에 의해 계산된 그린 함수()는 수치해석 상용 프로그램 ANSYS나 열응력 해석 전용 프로그램을 사용하여 계산된다. 보일러 기기의 열응력 개석에는 열전달 함수가 중요한 변수이며 정확한 그린 함수 계산을수행하기 위해서는 보일러 기기 내부를 흐르는 유체의 열전달 계수를 기하학적 형상과 온도에 따라 산출하여야 한다. 그러나, 열전달 계수의 계산은 실험에 의해서 측정되어야 함으로 정확한 열전달 계수를 그린 함수 계산에 적용하는 것은 어려움이 있다. 따라서, 보일러 기기에 발생하는 열응력 계산에는 부정확한 열전달 계수의 사용으로 인한 보수성이 존재하게 된다. 그러나, 실제 보일러 기기가 사용되는 온도에서의 열전달 계수값은 알려져 있으므로 이 값을 사용하여 그린 함수를 계산하게 된다.
그런후, 상기 서버 시스템(500)은 상기 운전 데이터 저장부(511)에 저장된 운전 데이터(온도, 압력)를 이용하여 보일러 모니터링 위치의 피로 응력중 탄성 응력(σax,e,σh,e)을 하기 [수학식 2]를 이용하여 실시간적으로 계산한 후 상기 응력 저장부(512)에 저장한다(S2).
여기서, "σax,e"는 축방향의 탄성 응력을 나타내고, "σh,e"는 원주방향의 탄성 응력을 나타내며, r은 보일러 주요 설비의 반경을 나타내고, R0는 보일러 주요 설비의 외부 반경을 나타내며, RI는 보일러 주요 설비의 내부 반경을 나타내고, P는 보일러 주요 설비의 증기 압력 측정값을 나타낸다.
따라서, r, R0, RI값은 이미 결정된 값임으로 탄성 응력(σax,e,σh,e)은 보일러 주요 설비의 증기 압력 측정값인 P값에 의해 결정된다.
이어서, 상기 서버 시스템(500)은 하기 [수학식 3]을 이용하여 보일러 모니터링 위치의 크립 응력(σax,c,σh,c)을 실시간적으로 계산한 후 상기 응력 저장부(512)에 저장한다(S3). 여기서, 크립 손상을 일으키는 응력은 크립에 의해 재분포되는 응력에 의해서 계산된다.
여기서, "σax,c"는 축방향의 크립 응력을 나타내고, "σh,c"는 원주방향의 크립 응력을 나타내며, r은 보일러 주요 설비의 반경을 나타내고, R0는 보일러 주요 설비의 외부 반경을 나타내며, RI는 보일러 주요 설비의 내부 반경을 나타내고, P는 보일러 주요 설비의 증기 압력 측정값을 나타내며, n은 보일러 주요 설비의 크립 지수를 나타낸다.
그런후, 상기 서버 시스템(500)은 상기 응력 저장부(512)에 저장된 일정 기간동안의 다수개의 피로 응력(σT(P,t),σax,e,σh,e) 및 크립 응력(σax,c,σh,c)을 이용하여 피로 수명(df) 및 크립 수명(dc)을 계산한다(S4).
이 때, 상술한 피로 수명(df)은 하기 [수학식 4]와 같은 하중 사이클 관계식을 이용하여 산출 가능하며, 피로 수명(df)을 평가하기 위한 응력과 하중 사이클과의 관계식은 도 6에 도시된 바와 같은 ASME 코드의 피로 설계곡선을 사용하였다.
여기서, Ni는 보일러 주요 설비(모니터링 위치)의 일정 기간동안(1∼k)의 하중 싸이클을 나타내고, Nfi는 응력이 싸이클을 이룰 때의 수명을 나타낸다. 이때, 상기 Nfi는 도 6에 도시된 ASME 코드의 피로 설계곡선을 이용하여 산출 가능한데, 상기 ASME 코드의 피로 설계곡선의 Y축은 피로 응력(LOG(Sa,ksi))을 나타내고 X축은 응력이 싸이클을 이룰 때의 수명인 Nfi(LOG(N))를 나타낸다. 따라서, 산출한 피로 응력을 상기 ASME 코드의 피로 설계곡선에 매칭시키면 응력이 싸이클을 이룰 때의 수명(Nfi)을 산출할 수 있게 되는 것이다.
한편, 상술한 크립 수명(dc)은 하기 [수학식 5]와 같은 LMP(Larson-Millar Parameter) 관계식을 이용하여 산출 가능하며, 크립 수명(dc)을 평가하기 위한 응력과 LMP 관계식은 도 7에 도시된 바와 같은 크립 파단 곡선을 사용하였다.
여기서, ti는 보일러 주요 설비(모니터링 위치)의 일정 기간동안(1∼k)의 모니터링 시간을 나타내고, tRi는 LMP의 관계식에 의해 계산된 주요 설비의 재질에 따른 수명을 나타낸다. 이 때, 상기 tRi는 도 7에 도시된 크립 파단 곡선을 이용하여 산출 가능한데, 상기 크립 파단 곡선의 Y축은 크립 응력(Stress(ksi))을 나타내고 X축은 주요 설비의 재질에 대한 파단 수명(tRi)과 온도를 LMP로 나타낸 것이다. 따라서, 산출한 크립 응력을 상기 크립 파단 곡선에 매칭시키면 LMP의 관계식에 의해 계산된 주요 설비의 재질에 따른 수명(tRi)을 산출할 수 있게 되는 것이다.
그런후, 상기 서버 시스템(500)은 상기 제 4 단계(S4)를 통해 산출한 피로 수명(df) 및 크립 수명(dc)을 이용하여 현 시점에서의 최종적인 선형 손상합(D)을 계산한 후 상기 손상 저장부(513)에 저장한다(S5). 여기서, 최종적인 선형 손상합(D)이란 보일러 주요 부품이 피로와 크립 손상을 동시에 받을 때 이들의 합을 의미하며, 그 합이 어느 임계치에 도달하면 재료가 파괴됨으로 운용자로 하여금 재료 손상에 대한 평가 기준이 된다. 따라서, 운용자는 상술한 데이터를 통해 보일러 주요 부품의 위치에 대한 잔여 수명을 확인하게 된다.
이 때, 상술한 현 시점에서의 최종적인 선형 손상합(D)은 하기 [수학식 6]을 이용하여 산출 가능하다.
여기서, 상기 df는 피로 수명을 나타내고, dc는 크립 수명을 나타낸다.
이어서, 상기 서버 시스템(500)은 상기 데이터 베이스(510)에 저장되어 있는 운전 데이터, 피로/크립 응력, 피로/크립 수명, 최종적인 선형 손상합(D), 및 잔여 수명을 운전자에게 실시간적으로 출력한다(S6). 이 때, 상기 서버 시스템(500)은 상술한 데이터들을 그래픽 처리한 후 운용자에게 제공한다.
따라서, 운용자는 모니터를 통해 출력되는 화면을 보면서 화력 발전소의 강제 정지, 불시 정지, 등과 같은 사고 방지와 설비의 검사 주기, 보수 및 교체 시기 등을 확인하게 되는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 화력 발전소 열응력 모니터링 장치 및 그 방법에 의하면, 기본의 화력 발전소 열응력 모니터링 시스템이 갖고 있던 오프라인 방식의 보일러 설비의 열응력 해석과 손상 및 잔여 수명 평가를 온라인 방식의 클라이언트/서버 시스템으로 개발해 줌으로써, 운전자에게 발전 설비의 응력 상태와 잔여 수명을 실시간 그래픽으로 제공할 수 있게 되었을 뿐만 아니라, 이로인해 운전자로 하여금 발전소 강제 정지, 불시 정지 등과 같은 사고 방지와 설비의 검사 주기, 보수 및 교체 시기 결정을 원활하게 수행하도록 해준다는 뛰어난 효과가 있다.
본 발명의 또다른 효과로는 기존의 외국 보일러 제어 시스템 납품 업체가 전량 공급해오고 있던 고가의 보일러 열응력 모니터링 시스템을 수입 대체해 줌으로써, 설비 운영 비용이 감소된다는 것이다.

Claims (9)

  1. 보일러 주요 부품들에 각각 설치되어, 그 보일러 주요 부품들의 온도를 측정하는 다수개의 온도 센서;
    보일러 주요 부품들에 각각 설치되어, 그 보일러 주요 부품들의 압력을 측정하는 다수개의 압력 센서;
    상기 다수개의 온도 센서 및 다수개의 압력 센서를 통해 측정된 아날로그 운전 데이터를 수집한 후 디지털 신호로 변환시켜 전송하는 계측 장비;
    LAN상에서 TCP/IP 데이터 통신을 수행하며, 상기 계측 장비의 상태를 관리함과 동시에 상기 계측 장비로부터 디지털 운전 데이터를 수신받으면 이를 실시간적으로 중계 처리하는 클라이언트 시스템; 및
    상기 클라이언트 시스템으로부터 실시간 디지털 운전 데이터를 수신받으면 이를 데이터 베이스에 저장한 후 그 데이터를 이용하여 보일러 주요 부품 각각의 피로 손상 및 크립 손상을 계산하고, 이후 그 피로 손상 및 크립 손상을 이용해 최종적인 선형 손상합을 계산함과 동시에 데이터 베이스에 저장한 후 운용자에게 디스플레이시키는 서버 시스템으로 구성된 것을 특징으로 하는 화력 발전소 열응력 모니터링 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 서버 시스템내 데이터 베이스는, 모니터링 총 갯수가 저장된 모니터링 갯수 필드, 모니터링 시점에서의 날짜가 저장된 모니터링 날짜 필드, 및 채널 1에서 채널 100까지의 온도 측정값이 저장된 온도 측정값 필드로 구성되어 발전소 운전 데이터중 보일러 주요 부품 각각에 대한 온도값을 저장하는 온도 모니터링 테이블, 및 모니터링 총 갯수가 저장된 모니터링 갯수 필드, 모니터링 시점에서의 날짜가 저장된 모니터링 날짜 필드, 및 채널 1에서 채널 100까지의 압력 측정값이 저장된 압력 측정값 필드로 구성되어 보일러 주요 부품 각각에 대한 압력값을 저장하는 압력 모니터링 테이블로 구성된 운전 데이터 저장부;
    모니터링 위치의 피로 응력 및 크립 응력 계산값을 저장하는 응력 저장부; 및
    피로 응력 및 크립 응력으로부터 계산된 최종적인 선형 손상합을 저장하는 손상 저장부로 구성된 것을 특징으로 하는 화력 발전소 열응력 모니터링 장치.
  3. 서버 시스템이 보일러 주요 부품 각각의 위치에서 측정한 운전 데이터를 클라이언트 시스템으로부터 실시간적으로 수신받은 후 모니터링 갯수 필드, 모니터링 날짜 필드, 및 온도 측정값 필드로 구성된 온도 모니터링 테이블과 모니터링 갯수 필드, 모니터링 날짜 필드, 및 압력 측정값 필드로 구성된 압력 모니터링 테이블을 구비한 운전 데이터 저장부에 저장하는 제 1 단계;
    상기 서버 시스템이 그 운전 데이터를 이용하여 보일러 모니터링 위치의 열응력(σT(P,t)) 및 탄성 응력(σax,e,σh,e)을 계산함으로 피로 응력을 실시간적으로 계산한 후 응력 저장부에 저장하는 제 2 단계;
    상기 서버 시스템이 그 운전 데이터를 이용하여 보일러 모니터링 위치의 크립 응력(σax,c,σh,c)을 실시간적으로 계산한 후 응력 저장부에 저장하는 제 3 단계;
    상기 서버 시스템이 상기 응력 저장부에 저장된 일정 기간동안의 다수개의 피로 응력(σT(P,t),σax,e,σh,e) 및 크립 응력(σax,c,σh,c)을 이용하여 피로 수명(df) 및 크립 수명(dc)을 계산하는 제 4 단계;
    상기 서버 시스템이 피로 수명(df) 및 크립 수명(dc)을 이용하여 현 시점에서의 최종적인 선형 손상합(D)을 계산한 후 손상 저장부에 저장하는 제 5 단계; 및
    상기 서버 시스템이 보일러 주요 부품(모니터링 위치)으로부터 측정한 운전 데이터, 피로/크립 응력, 피로/크립 수명, 및 최종적인 선형 손상합(D)을 운전자에게 실시간적으로 출력하는 제 6 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 화력 발전소 열응력 모니터링 방법.
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