KR101174469B1 - 배관 수명 평가 방법 - Google Patents

Abstract

배관 수명 평가 방법을 개시한다. 배관 수명 평가 방법은 (a) 수명을 평가하기 위한 배관의 평가 위치를 선정하여 3축 변위를 측정하는 단계, (b) 측정된 변위의 데이터를 환산하여 배관의 온도 및 응력 각각을 계산하는 단계, (c) 배관의 온도 및 응력에 따라 정상 상태로 설정된 기준 변위 데이터와, 측정된 변위 데이터를 비교하여 변위 변화율을 검출하고, 검출된 변위 변화율을 미리 설정된 기준 변위 변화율과 비교하는 단계, (d) 비교 결과에 따라 배관의 크리프 손상과 피로 손상으로 분류하여 크리프 손상 및 피로 손상을 계산하는 단계 및 (e) 계산된 크리프 손상 및 피로 손상을 합산하여 배관의 수명을 계산하는 단계를 포함한다.

Description

배관 수명 평가 방법{Life assessment method for piping}

본 발명은 배관 수명 평가 방법에 관한 것이다.

발전소에서 보일러 등 증기를 발생시키는 설비로부터 터빈 등에 이르기까지 증기를 운송하는 배관은 설치시 배관 응력을 최소화하기 위해 복잡한 3차원 구조로 설치된다.

발전 운전을 하게 되면 배관에 고온의 증기가 흐르게 되고, 온도로 인한 열팽창이 발생되며, 배관에서는 3축 방향으로 복합적인 열팽창이 발생된다.

이러한 복잡한 3축 배관 변위는 배관 설계시 적절한 배관 응력을 고려하여 설계되나, 운전중 이상 현상에 의해 3축 열팽창 변위가 설계시 고려된 3축 설계 변위와 다르게 발생될 경우, 설계응력이 달라지고 운전중 발생되는 배관손상인 크리프(creep)나 피로(fatigue)손상이 달라져 실제 배관의 수명이 달라지게 된다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 3축 변위를 측정하여 온도 와 응력을 계산하고 측정된 변위 변화율에 따라 크리프 손상과 피로 손상으로 분류하여 배관의 수명 소비율을 평가하는 배관 수명 평가 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 배관 수명 평가 방법을 제공한다.

배관 수명 평가 방법은 (a) 수명을 평가하기 위한 배관의 평가 위치를 선정하여 3축 변위 측정 장치로 3축 변위를 측정하는 단계, (b) 측정된 변위의 데이터를 환산하여 배관의 온도 및 응력 각각을 계산하는 단계, (c) 배관의 온도 및 응력에 따라 정상 상태로 설정된 기준 변위 데이터와, 측정된 변위 데이터를 비교하여 변위 변화율을 검출하고, 검출된 변위 변화율을 미리 설정된 기준 변위 변화율과 비교하는 단계, (d) 비교 결과에 따라 배관의 크리프 손상과 피로 손상으로 분류하여 크리프 손상 및 피로 손상을 계산하는 단계 및 (e) 계산된 크리프 손상 및 피로 손상을 합산하여 배관의 수명을 계산하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, (a) 단계는 배관의 평가 위치를 선정하는 단계, 배관에 결합되는 행거 지지용 배관 크램프 지그를 마련하는 단계, 3축 변위 측정 장치를 평가 위치에 설치하여 가동하는 단계, 열팽창에 의한 배관의 3축 변위를 측정하는 단계 및 3축 변위의 합 백터값을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 온도에 따른 배관의 3축 변위와 응력을 분석하는 단계, 분석된 3축 변위의 합 벡터와 온도간 전달 함수의 제1 상수를 계산하는 단계, 분석된 3축 변위의 합 벡터와 응력간 전달 함수의 제2 상수를 계산하는 단계, 제1 상수 및 제2 상수 각각을 이용하여 3축 변위의 합 벡터와 온도 사이의 제1 전달 함수 및 3축 변위의 합 벡터와 응력 사이의 제2 전달 함수 각각을 생성하는 단계, 3축 변위 측정 장치로부터 실시간 취득되는 3축 변위의 합 벡터값을 제1 전달 함수 및 제2 전달 함수 각각에 대입하는 단계 및 제1 전달 함수 및 제2 전달 함수를 통해 변환된 3축 변위의 합 벡터값으로 평가 위치의 배관의 실시간 온도와 응력을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, (d) 단계에서 비교 결과, 변위 변화율이 30% 미만일 경우 크리프 손상으로 분류하고, 변위 변화율이 30% 이상일 경우 피로 손상으로 분류할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, (d) 단계에서 크리프 손상일 경우 라슨-미러 함수에 배관의 온도와 배관의 재료에 따른 상수를 적용하여 크리프 설계 수명을 계산하고, 3축 변위 측정 장치에서 측정된 누적 운전 시간과 크리프 설계 수명의 분율인 크리프 수명 소비율을 계산할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, (d) 단계에서 피로 손상일 경우 응력-피로 사이클 곡선을 사용하여 기동-정지 사이클에 따른 해당 사이클의 최대 응력과 피로 사이클을 계산하고, 피로 사이클의 누적에 따른 누적 사이클의 역수로 피로 수명 소비율을 계산할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 크리프 손상은 발전소의 정상 운정시 온도와 열팽창으로 인한 응력과 시간의 증가에 의해 발생되는 배관의 손상이고, 피로 손상은 발전소의 기동 정지시 배관의 수축과 팽창에 의해 발생되는 배관의 손상일 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 배관 수명 평가 방법은 고온 배관의 실시간 수명을 계산할 수 있어 배관의 균열 및 파열 등의 손상을 예방할 수 있으며, 배관의 이상 거동에 의한 수명 단축을 조기에 파악하여 배관의 건전성을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배관 수명 평가 방법을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 3축 변위 측정 단계를 상세하게 나타내는 도면이다.
도 3은 배관 열팽창에 따른 3축 변위 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 온도 및 응력 계산 단계를 나타내는 도면이다.
도 5는 변위 합 벡터와 온도 사이의 선형 함수 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 변위 합 벡터와 주 응력 사이의 지수 함수 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 크리프 손상 계산 방법을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 피로 손상 계산 방법을 나타내는 도면이다.
도 9는 응력 피로 사이클 곡선을 나타내는 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.

또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 따른 배관 수명 평가 방법에 관하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배관 수명 평가 방법을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배관 수명 평가 방법은 수명을 평가하기 위한 배관의 평가 위치를 선정하여 3축 변위를 측정하는 단계(S10), 측정된 변위의 데이터를 환산하여 배관의 온도 및 응력 각각을 계산하는 단계(S20), 배관의 온도 및 응력에 따라 정상 상태로 설정된 기준 변위 데이터와, 측정된 변위 데이터를 비교하여 변위 변화율을 검출하고, 검출된 변위 변화율을 정상 변위 변화 범위로 설정된 기준 변위 변화율과 비교하는 단계(S30), 비교 결과에 따라 상기 배관의 크리프 손상 및 피로 손상 각각을 계산하는 단계(S40) 및 계산된 크리프 손상 및 피로 손상을 합산하여 배관의 수명을 계산하는 단계(S50)를 포함한다.

단계 S10은 도 2 및 도 3을 더 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 도 1에 도시된 3축 변위 측정 단계를 상세하게 나타내는 도면이고, 도 3은 배관 열팽창에 따른 3축 변위 측정 결과를 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면 단계 S10은 배관의 평가 위치를 선정하는 단계(S110), 배관에 결합되는 행거 지지용 배관 크램프 지그를 마련하는 단계(S120), 3축 변위 측정 장치를 배관의 평가 위치에 설치하여 가동하는 단계(S130), 열팽창에 의한 배관의 3축 변위를 측정하는 단계(S140) 및 3축 변위의 합 백터값을 계산하는 단계(S150)를 포함한다.

단계 S110에서는 배관의 수명을 평가하기 위한 배관의 위치를 선정한다. 여기서 배관은 발전소에서 보일러 등의 증기를 발생시키는 설비로부터 터빈 등에 이르기까지 증기를 운송한다. 이때, 배관은 배관 응력을 최소화하기 위해 복잡한 3차원 구조로 설치된다. 이러한, 배관은 발전소 운전을 하게 되면 고온의 증기가 흐르게 되고 온도로 인해 3축 방향으로 복합적인 열팽창이 발생된다. 또한, 배관에는 하중과 열팽창을 지지하는 행거(hanger)가 미리 설정된 위치에 설치된다.

단계 S120에서는 선정된 위치의 배관에서 3축 변위 측정에 사용되는 3축 변위 측정 장치를 설치하기 위해 행거 지지용 배관 크램프 지그를 제작한다.

단계 S130에서는 3축 변위 측정 장치를 배관 크램프 지그에 결합한 후 배관에 설치한다.

단계 S140에서는 3축 변위 측정 장치를 이용하여 배관의 열팽창에 따른 3축 변위를 실시간으로 측정한다. 여기서 3축 변위 측정 장치는 변위 센서와 각도 센서를 구비하여 두 센서의 조합으로 발전소 운전 중 배관의 열팽창에 의해 발생되는 3축 변위를 측정하고, 각 축의 설계시 반영된 설계 변위와 비교할 수 있다. 또한, 3축 변위 측정 장치는 측정된 변위의 데이터를 환산하여 배관의 온도 및 응력 등을 계산할 수 있다.

단계 S150에서는 3축 변위 측정 장치가 측정된 X축, Y축, Z축 변위의 합 벡터값(D)을 계산한다. 여기서 3축 변위 측정 장치는 실시간 운전 시간을 인식하고, 합 벡터값과 운전 시간 각각에 대한 데이터를 생성한다. 여기서 3축 변위 측정 장치의 측정 결과는 도 3에 도시된 바와 같다.

예를 들면, 3축 변위 측정 장치는 도 3에 도시된 바와 같이 발전소의 기동 초반에 온도 상승에 따른 배관의 열팽창으로 인해 불규칙적인 X축 측정값(110), Y축 측정값(120), Z축 측정값(130)을 포함하는 3축 변위 측정 결과를 얻는다. 이후, 일정 시간이 경과하여 정상 기동 중일 때 3축 변위 측정 장치는 상대적으로 규칙적인 X축 측정값(110), Y축 측정값(120), Z축 측정값(130)을 포함하는 3축 변위 측정 결과를 얻는다.

이러한 3축 변위 측정 장치는 발전소 기동 중 배관의 열팽창에 따른 X축, Y축, Z축 변위를 측정하여 아래의 수학식 1을 이용하여 합 벡터를 계산한다.

수학식 1에서 D는 합 벡터이고, X는 X축 변위, Y는 Y축 변위, Z는 Z축 변위이다.

다음, 단계 S20은 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 4는 도 1에 도시된 온도 및 응력 계산 단계를 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 단계 S20은 온도에 따른 배관의 변위와 응력을 해석하는 단계(S210), 해석된 변위 합 벡터와 온도간 함수의 상수를 계산하는 단계(S220), 해석된 변위 합 벡터와 응력간 함수의 상수를 계산하는 단계(S230), 최종적으로 변위와 온도 사이의 제1 전달 함수 및 변위와 응력 사이의 제2 전달 함수 각각을 생성하는 단계(S240), 측정된 변위 합 벡터를 실시간으로 입력하는 단계(S250) 및 측정 위치의 실시간 온도 및 응력을 계산하는 단계(S260)를 포함한다.

단계 S210에서는 수명을 평가하고자 하는 측정 위치의 배관 내부 온도 및 압력에 따른 변위와 응력 사이의 관계를 해석한다. 이때, 변위와 응력을 해석하기 위해 널리 사용되는 상용 프로그램을 이용할 수 있다.

단계 S220에서는 변위 해석을 통해 운전 시간에 따른 3축 및 합 벡터를 계산한다. 여기서는 제1 전달 함수를 생성하기 위해 해석된 변위 합 벡터와 온도 사이의 관계를 분석하여 제1 전달 함수의 제1 상수를 계산한다.

이때, 변위 해석을 통해 발전소 기동시 배관 내부 온도 변화에 따른 변위 해석을 실시하므로 합 벡터값과 온도 변화를 그래프로 그리면 도 5와 같은 일차 함수 커브가 생성된다.

도 5는 변위 합 벡터와 온도 사이의 선형 함수 관계를 나타내는 도면이다.

도 5에서 선형 함수 커브(210)는 변위 합 벡터와 온도 사이의 선형 관계를 보여주며, 절편 a 및 기울기 b를 갖는다. 여기서 a 및 b는 배관의 재질 및 형상에 따른 상수값이다.

단계 S230에서는 응력 해석을 통해 측정 위치의 배관에 발생되는 후우프 응력, 원주 방향 응력, 주 응력 등을 계산한다. 여기서는 제2 전달 함수를 생성하기 위해 해석된 변위 합 벡터와 응력 사이의 함수를 분석하여 제2 전달 함수의 제2 상수를 계산한다.

여기서, 응력 해석을 통해 계산된 응력은 주 응력이 배관의 실세 응력이므로 주 응력과 변위 합 벡터간 그래프를 나타내면 도 6과 같은 지수 함수 커브가 생성된다.

도 6은 변위 합 벡터와 주 응력 사이의 지수 함수 관계를 나타내는 도면이다.

도 6에서 지수 함수 커브(250)는 변위 합 벡터와 주 응력 사이의 함수 관계를 보여주며, 밑 a와 지수 -x/t 및 절편 b를 갖는다. 여기서 a, t 및 b는 배관의 재질 및 형상에 따른 상수값이다.

단계 S240에서는 단계 S220 및 단계 S230에서 얻어진 제1 상수 및 제2 상수를 통해 최종적으로 제1 전달 함수와 제2 전달 함수를 생성한다.

여기서 제1 전달 함수는 아래의 수학식 2와 같은 일차 함수로 생성된다.

수학식 2에서 a 및 b는 배관의 재질 및 형상에 따른 상수값으로 도 5에서 커브 피팅을 통해 구할 수 있다.

또한, 제2 전달 함수는 아래의 수학식 3과 같은 지수 함수로 생성된다.

수학식 3에서 a, t 및 b는 배관의 재질 및 형상에 따른 상수값으로 도 6에서 커브 피팅을 통해 구할 수 있다.

단계 S250에서는 배관의 3축 변위 측정 장치로부터 실시간 취득되는 3축 변위의 합 벡터값을 제1 전달 함수 및 제2 전달 함수에 대입한다.

단계 S260에서는 제1 전달 함수 및 제2 전달 함수를 통해 변환된 3축 변위의 합 벡터값으로 측정 위치의 배관의 실시간 온도와 응력을 계산한다.

다음, 단계 S30에서는 배관에서 발생되는 손상을 크리프 손상과 피로 손상을 분류한다.

여기서 피로 손상은 발전소가 전력 수요 및 유지 정비를 위해 기동 정지되며, 기동 정지시에 배관내 증기 온도의 증가와 감소에 따라 배관이 수축과 팽창될 때 발생되는 손상이다.

또한, 크리프 손상은 기동 후 일정 시간이 지나면 일정한 출력하에서 거의 일정한 온도와 압력이 유지되는데 약 400℃ 이상의 고온과 열팽창으로 인한 일정 하중(응력)과 시간의 증가에 따라 발생되는 손상이다. 구체적으로 발전소가 정지후 기동시 배관 내부로 증기가 유입되면서 온도가 상승되고 출력을 조정하기 위해 온도 변화가 발생하면 변위 변화의 급격한 상승이나 급격한 저하가 발생된다. 이후 설계된 출력에 도달하면 배관 내부가 거의 일정한 온도와 압력이 유지되어 변위 변화는 거의 일정하게 유지된다.

배관의 수명 계산은 3축 변위 측정 장치로부터 취득되는 실시간 변위를 통해 크리프 손상과 피로 손상을 분류하여 각각의 수명을 계산하여야 한다. 이에 따라, 실험을 통해 확인할 결과 설계 출력에 도달되었을 때의 변위 변화가 최대 30% 미만이므로, 기준 변위 변화율을 약 30%로 설정한다. 예를 들면, 발전소 기동시 총 4일간의 변위 측정 결과, 기동시 배관내 온도 몇 유량 변화에 따라 변위가 변화하다가 정상 출력에 도달하면 약 5% 이내의 변위 변화를 유지한다. 또한, 발전소 기동시 총 5개월간의 변위 측정 결과, 정상 운전시 변위 변화가 최대 30% 이내에서 유지한다. 이에 따라, 장시간의 운전에도 정상 운전시 변위 변화가 최대 약 30% 이내임을 확인할 수 있다.

여기서, 3축 변위 측정 장치를 통해 실시간 변위와 운전 시간이 인식되므로 측정되는 변위 데이터와, 배관의 온도 및 응력에 따라 정상 상태로 설정된 기준 변위 데이터를 비교하여 변위 변화율을 검출한다. 이후, 검출된 변위 변화율을 실험치에 의해 미리 설정된 기준 변위 변화율과 비교한다. 여기서 검출된 변위 변화율과 기준 변위 변화율의 차이가 약 30% 미만이면 크리프 손상, 약 30% 이상이면 피로 손상으로 판단한다.

비교 결과, 검출된 변위 변화율과 기준 변위 변화율의 차이가 약 30% 미만이면 단계 S40으로 이동하여 크리프 손상을 계산한다. 또는, 검출된 변위 변화율과 기준 변위 변화율의 차이가 약 30% 이상이면 단계 S50으로 이동하여 피로 손상을 계산한다.

비교 결과에 의한 단계 S40는 도 7을 더 참조하여 설명한다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 크리프 손상 계산 방법을 나타내는 도면이다.

도 7을 더 참조하면, 측정되는 변위가 크리프 손상으로 분류되었을 때 단계 S40에서는 측정 위치에서 변위에 따른 실시간 온도 및 응력 데이터를 수집하는 단계(S310), 라슨-밀러 함수(Larson-Miller Parameter)에 실시간 온도 및 응력 데이터를 입력하는 단계(S320), 실시간 크리프 설계 수명을 계산하는 단계(S330) 및 실시간 감지되는 크리프 운전 시간과 크리프 설계 수명 시간 대비 현재 상태의 수명 소비율을 계산하는 단계(S340)를 포함한다.

구체적으로 단계 S40에서는 응력과 라슨-밀러 함수(LMP)에 의한 곡선으로부터 해당 응력에서 LMP가 계산되고, 아래의 수학식 4를 통해 크리프 설계 수명인 Lcr을 계산한다.

수학식 4에서 T는 배관의 온도이고, C는 배관의 재료에 따른 상수값이다. 여기서 T는 캘빈 온도를 기준으로 설정되며, C는 일반적인 배관 재질인 저크롬몰리브덴강으로 적용하여 20을 사용한다.

제2 전달 함수를 통해 실시간으로 입력받는 응력에 따라 LMP가 계산되며, 제1 전달 함수를 통해 실시간으로 입력받는 온도에 따라 크리프 설계 수명인 Lcr이 계산된다. 이때, 3축 변위 측정 장치에서 누적 운전 시간이 계속 측정되므로 누적 운전 시간과 크리프 설계 수명의 분율인 크리프 수명 소비율이 실시간으로 계산된다.

또한, 비교 결과에 의한 단계 S50는 도 8을 더 참조하여 설명한다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 피로 손상 계산 방법을 나타내는 도면이고, 도 9는 응력 피로 사이클 곡선을 나타내는 도면이다.

도 8 및 도 9를 더 참조하면, 측정되는 변위가 피로 손상으로 분류되었을 때 단계 S50에서는 측정 위치의 기동 정지시 변위에 따른 실시간 응력 데이터를 수집하는 단계(S410), 응력-피로 사이클 곡선으로부터 각 응력에 따른 피로 손상을 누적하는 단계(S420), 피로 손상 누적의 합에 따른 피로 사이클을 계산하는 단계(S430) 및 현재까지의 누적 피로 사이클 대비 설계 피로 사이클과의 피로 수명 소비율을 계산하는 단계(S440)를 포함한다.

구체적으로 단계 S50에서는 도 9에 도시된 바와 같이 피로 손상을 계산하기 위해 널리 사용되는 응력-피로 사이클 곡선(stress-fatigue cycle curve)을 사용한다. 3축 변위 측정 장치에서 실시간으로 기동-정지 사이클이 인식되므로 각 해당 사이클에서의 최대 응력이 계산되고, 응력-피로 사이클 곡선에서 각각의 피로 사이클이 계산된다. 이러한 피로 사이클은 각 사이클에 따라 누적되며, 누적 피로 손상이 1일 때 파손이 발생되므로 아래의 수학식 5를 이용하여 각 누적 사이클의 역수가 누적 피로 수명 소비율 Lfr로 계산된다.

수학식 5에서 Lfr은 누적 피로 수명 소비율이고, D는 누적 피로 손상이고, N은 인식되는 사이클이고, n은 해당 사이클의 최대 응력이다.

수학식 5를 통해 계산된 누적 피로 수명 소비율 Lfr은 배관의 잔여 피로 수명 소비율이다.

다음, 단계 S60에서는 크리프 손상과 피로 손상을 일대일로 합산하여 배관의 종합 수명을 계산한다. 구체적으로 크리프 손상은 단계 S40에서 크리프 수명 소비율로 계산되었고, 피로 손상은 단계 S50에서 피로 수명 소비율로 계산되었으므로, 단계 S60에서는 크리프 수명 소비율과 피로 수명 소비율을 합산하여 배관의 종합 수명인 총 수명 소비율을 실시간으로 계산한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 배관 수명 평가 방법은 고온 배관의 실시간 수명을 계산할 수 있어 배관의 균열 및 파열 등의 손상을 예방할 수 있으며, 배관의 이상 거동에 의한 수명 단축을 조기에 파악하여 배관의 건전성을 확보할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110: X축 측정값 120: Y축 측정값
130: Z축 측정값 210: 선형 함수 커브
250: 지수 함수 커브

Claims (7)

1. 발전소의 배관 수명을 평가하는 방법에 있어서,
   (a) 수명을 평가하기 위한 배관의 평가 위치를 선정하여 3축 변위 측정 장치로 3축 변위를 측정하는 단계;
   (b) 상기 측정된 3축 변위의 데이터를 환산하여 상기 배관의 온도 및 응력 각각을 계산하는 단계;
   (c) 상기 배관의 온도 및 응력에 따라 정상 상태로 설정된 기준 변위 데이터와, 상기 측정된 3축 변위의 데이터를 비교하여 변위 변화율을 검출하고, 검출된 상기 변위 변화율을 미리 설정된 기준 변위 변화율과 비교하는 단계;
   (d) 상기 비교 결과를 상기 배관의 크리프 손상과 피로 손상으로 분류하여 상기 크리프 손상 및 상기 피로 손상을 계산하는 단계; 및
   (e) 상기 계산된 크리프 손상 및 피로 손상을 합산하여 상기 배관의 수명을 계산하는 단계를 포함하는 배관 수명 평가 방법.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 (a) 단계는
   상기 배관의 평가 위치를 선정하는 단계;
   상기 배관에 결합되는 행거 지지용 배관 크램프 지그를 마련하는 단계;
   3축 변위 측정 장치를 상기 평가 위치에 설치하여 가동하는 단계;
   열팽창에 의한 상기 배관의 3축 변위를 측정하는 단계; 및
   상기 3축 변위의 합 백터값을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 수명 평가 방법.
   
3. 제1 항에 있어서,
   상기 (b) 단계는
   온도에 따른 상기 배관의 3축 변위와 응력을 분석하는 단계;
   상기 분석된 3축 변위의 합 벡터와 상기 온도간 전달 함수의 제1 상수를 계산하는 단계;
   상기 분석된 3축 변위의 합 벡터와 상기 응력간 전달 함수의 제2 상수를 계산하는 단계;
   상기 제1 상수 및 상기 제2 상수 각각을 이용하여 상기 분석된 3축 변위의 합 벡터와 상기 온도 사이의 제1 전달 함수 및 상기 분석된 3축 변위의 합 벡터와 상기 응력 사이의 제2 전달 함수 각각을 생성하는 단계;
   상기 3축 변위 측정 장치로부터 실시간 취득되는 상기 3축 변위의 합 벡터값을 상기 제1 전달 함수 및 상기 제2 전달 함수 각각에 대입하는 단계; 및
   상기 제1 전달 함수 및 상기 제2 전달 함수를 통해 변환된 상기 3축 변위의 합 벡터값으로 상기 평가 위치의 배관의 실시간 온도와 응력을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 수명 평가 방법.
   
4. 제1 항에 있어서,
   상기 (d) 단계에서
   비교 결과, 상기 변위 변화율이 30% 미만일 경우 크리프 손상으로 분류하고, 상기 변위 변화율이 30% 이상일 경우 피로 손상으로 분류하는 것을 특징으로 하는 배관 수명 평가 방법.
   
5. 제4 항에 있어서,
   상기 (d) 단계에서
   상기 크리프 손상일 경우 라슨-미러 함수에 상기 배관의 온도와 상기 배관의 재료에 따른 상수를 적용하여 크리프 설계 수명을 계산하고, 상기 3축 변위 측정 장치에서 측정된 누적 운전 시간과 크리프 설계 수명의 분율인 크리프 수명 소비율을 계산하는 것을 특징으로 하는 배관 수명 평가 방법.
   
6. 제4 항에 있어서,
   상기 (d) 단계에서
   상기 피로 손상일 경우 응력-피로 사이클 곡선을 사용하여 기동-정지 사이클에 따른 해당 사이클의 최대 응력과 피로 사이클을 계산하고, 상기 피로 사이클의 누적에 따른 누적 사이클의 역수로 피로 수명 소비율을 계산하는 것을 특징으로 하는 배관 수명 평가 방법.
   
7. 제1 항에 있어서,
   상기 크리프 손상은 상기 발전소의 정상 운정시 온도와 열팽창으로 인한 응력과 시간의 증가에 의해 발생되는 상기 배관의 손상이고,
   상기 피로 손상은 상기 발전소의 기동 정지시 상기 배관의 수축과 팽창에 의해 발생되는 상기 배관의 손상인 것을 특징으로 하는 배관 수명 평가 방법.

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