KR101196115B1 - 슬링로드 및 배관 지지장치 하중교정 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

다수의 슬링로드가 배치된 보일러 슬링로드에 슬링 로드간 하중이 불평형을 이루어 어느 특정부위에 하중이 집중될 경우 화력 발전소 보일러 내부에서 슬링로드를 지지하고 있는 지지철골이 변형되기도 한다. 이 경우 지지철골의 변형만이 문제가 되는 것이아니라 슬링로드에 지지되고 있는 상기 보일러 열교환 튜브류에도 영향을 미쳐 상기 보일러 열교환 튜브, 특히 수냉벽 튜브에 과도한 변형이나 균열이 발생하는 사고가 생기기도한다.
이에 설비의 건전성을 회복하기 위해서는 정기적으로 슬링로드에 걸리는 하중을 측정하여 비정상적인 범위에 있는 것을 정상적인 범위에 들도록 하중을 교정할 필요가 있다. 이에 보일러를 운영하는 기관에서는 상기 슬링로드의 하중을 측정하기 위하여 작용하중-변위의 관계를 나타낸 하중 평가선도를 얻을 수 있는 유압장치와 길이 변화 장치를 현장에 설치하여 하중 평가선도를 얻고, 이로부터 슬링로드에 걸려있는 하중을 결정하고 필요한 하중교정을 수행한다. 그러나, 종래의 기술은 아래와 같은 3가지의 문제점이 있어 이에 대한 대책을 수립하여 해결될 수 있도록 발명하였다.
단일 헤더(Header)에 걸리는 총하중 대비 설계하중을 기준으로 하중 보정율을 산출할 경우 헤더와 헤더간에 하중 불균형을 바로 잡을 수가 없는 종래의 기술의 튜브군간 하중전이 문제는 종래의 단일 헤더에서 하중보정율을 산출하던 것을 튜브군별 하중보정율을 산출하여 하중교정값을 산출하고, 하중 교정시는 하중값이 가장 높은 것을 먼저한 후 다음 하중값의 순서로 순차적으로 수행함으로서 해결하였다.
하중을 교정할 때 하중 평가선도에 나타난 하중-변위 선도로부터 하중 교정값과 교정목표치가 되도록 변위를 조정하는 종래의 방식은 이웃한 다수의 고온설비 지지장치 중 하나의 지지장치 하중을 교정하면 이웃한 많은 지지장치들의 하중에 동시 영향을 받는 종래 기술의 나타나는 지지장치간 하중전이는 하중값이 가장 높은 것을 먼저한 후 다음 하중값의 순서로 순차적으로 수행하고, 너트 좌면의 마찰값에 대응하는 너트 위치를 최종 제어함으로서 해결하였다.
하중을 교정할 때 하중교정목표치에 해당하는 유압을 측정장치에 인가하고, 상기 고온설비 지지장치의 높이를 조절할 수 있는 나사부의 너트를 회전시키되 너트의 정위치를 설정하는 것으로 종래의 기술이 갖고 있는 너트 교정량 설정문제는 하중측정을 위하여 유압을 인가하는 단계에서 너트의 토크값을 측정하여 하중 교정시 복원함으로서 해결하였다.

Description

슬링로드 및 배관 지지장치 하중교정 방법 및 장치{The Methods and Facilities for the Load Adjustment of the Sling Rods and Pipe Hangers}

본 발명은 보일러의 슬링로드 및 고온고압배관의 스프링 행거, 콘스탄트 행거, 리지드 행거 및 지지대의 지지점 하중을 교정하는 분야의 기술이다.

본 발명은 지지점의 하중을 측정하는 하중-변위관계인 하중평가선도를 바탕으로 작용하중을 측정하는 탄성변형과 보일러 및 배관의 구조해석 기술이 본 기술의 배경을 이루고 있다.

종래의 보일러 슬링로드 및 고온고압 배관의 지지장치의 하중 교정 기술은 다음과 같은 문제점이 있었다.

1. 단일 헤더(Header)에 걸리는 총하중 대비 설계하중을 기준으로 하중 보정율을 산출할 경우 헤더와 헤더간에 하중 불균형을 바로 잡을 수가 없다. 보일러의 헤더들은 다른 헤더와 구조상으로 일체화되어 있어 하나의 헤더 하중이 일체화된 헤더 하중에 영향을 미치고 있음(이하 “튜브군간 하중전이”라 한다)에도 불구하고 헤더와 헤더 또는 튜브 군과 튜브 군간의 하중전이를 평가할 방법이 없어 하중 교정 정확도가 떨어졌다.

2. 하중을 교정할 때 하중 평가선도에 나타난 하중-변위 선도로부터 하중 교정값과 교정목표치가 되도록 변위를 조정하는 종래의 방식은 이웃한 다수의 고온설비 지지장치 중 하나의 지지장치 하중을 교정하면 이웃한 많은 지지장치들의 하중에 동시 영향(이하 “지지장치간 하중전이”라 한다)을 주어 직전에 측정한 하중-변위 선도가 영향을 받은 만큼 정확도가 떨어져 전체 고온설비 지지장치 하중을 교정한 이후 이의 정확도를 높이기 위하여 다시 측정하고 교정을 반복하는 번거로움과 작업시간의 증가, 작업 노무비의 증가 및 정비기간의 증가를 불러왔다.

3. 하중을 교정할 때 하중교정목표치에 해당하는 유압을 측정장치에 인가하고, 상기 고온설비 지지장치의 높이를 조절할 수 있는 나사부의 너트를 회전시키되 너트의 정위치를 설정(이하 “너트 교정량 설정”이라 한다)함에 있어 작업자의 경험에 의존하여 정확도가 낮아, 상기 2항(지지장치간 하중전이 문제로 교정과 측정을 반복)처럼 하중교정후 다시 확인 측정하고 교정하는 작업의 반복을 초래하여 시간과 비용의 증가를 유발한다.

이에 본 발명은 고온 설비 지지장치의 하중 교정시 상기와 같은 문제점인 튜브군간 하중전이와 지지장치간 하중전이에 의한 하중 교정의 부정확성과 너트 교정량 설정시 작업자간의 경험차이에 의한 부정확성을 배제할 수 있는 방법과 장치를 개발하여 하중교정의 정확도를 높이고 반복적인 하중교정 과정을 없앰으로서 설비운영의 경제성을 제고하고자 하였다.

단일 헤더(Header)에 걸리는 총하중 대비 설계하중을 기준으로 하중 보정율을 산출할 경우 헤더와 헤더간에 하중 불균형을 바로 잡을 수가 없는 종래의 기술의 튜브군간 하중전이 문제는 종래의 단일 헤더에서 하중보정율을 산출하던 것을 튜브군별 하중보정율을 산출하여 하중교정값을 산출하고, 하중 교정시는 하중값이 가장 높은 것을 먼저한 후 다음 하중값의 순서로 순차적으로 수행함으로서 해결하였다.

하중을 교정할 때 하중 평가선도에 나타난 하중-변위 선도로부터 하중 교정값과 교정목표치가 되도록 변위를 조정하는 종래의 방식은 이웃한 다수의 고온설비 지지장치 중 하나의 지지장치 하중을 교정하면 이웃한 많은 지지장치들의 하중에 동시 영향을 받는 종래 기술의 나타나는 지지장치간 하중전이는 하중값이 가장 높은 것을 먼저한 후 다음 하중값의 순서로 순차적으로 수행하고, 너트 좌면의 마찰값에 대응하는 너트 위치를 최종 제어함으로서 해결하였다.

하중을 교정할 때 하중교정목표치에 해당하는 유압을 측정장치에 인가하고, 상기 고온설비 지지장치의 높이를 조절할 수 있는 나사부의 너트를 회전시키되 너트의 정위치를 설정하는 것으로 종래의 기술이 갖고 있는 너트 교정량 설정문제는 하중측정을 위하여 유압을 인가하는 단계에서 너트의 토크값을 측정하여 하중 교정시 복원함으로서 해결하였다.

종래에는 하중 교정을 하고서 옆으로 전이되는 하중들을 고려한 하중교정 작업이 되지 못하여 하중교정한 것을 또 한번 측정하여 하중교정의 정확도를 확인하는 작업을 반복하던 것을 이상과 같이 가장 높은 하중치를 갖는 슬링로드를 맨 먼저 하중교정을 한 후 다음 높은 하중치를 갖는 슬링로드에 대하여 순차적으로 하중교정을 수행하고, 하중 교정시 너트좌면의 마찰을 고려한 최종 하중을 인가해 줌으로서 1회에 하중 교정을 완료할 수 있는 방법이 개발되게 되었다. 이를 통하여 작업시간의 절감과 작업 공기단축 및 작업비용을 획기적으로 단축할 수 있게 되었다.

도 1은 화력발전소 보일러 본체 및 지지 철골 구조 개념도
도 2는 화력발전소 보일러 본체와 상기 보일러 본체 하중을 지지하는 슬링로드 개념도
도 3은 화력발전소 보일러 펜트하우스 내부의 철골 변형사진
도 4는 화력발전소 고온고압 배관과 지지장치 개념도
도 5는 슬링로드의 하중 측정 결과도
도 6은 슬링로드의 실제 배치상태인 펜트하우스 평면에서의 하중상태
도 7은 슬링로드의 작용하중 평가 선도
도 8은 본 발명에 의한 슬링로드와 배관 지지장치의 유사성을 나타낸 그림
도 9는 본 발명에 의한 슬링로드 하중 교정장치의 일 실시예
도 10은 본 발명에 의한 슬링로드 하중 교정용 유압 공급시스템의 일 실시예
도 11은 본 발명에 의한 고온설비 지지장치의 하중 교정 방법의 일 실시예
도 12는 종래의 슬링로드 하중 교정 방법

본 발명은

발전소 보일러의 헤더(Header)와 같은 튜브군(Tube群)이나 배관을 다수의 슬링로드( Sling Rod)나 배관 행거(Hanger)가 로드(10, Rod)를 통하여 지지(支持)하고 있는 상태에서

상기 로드(10)에 통합하중 측정수단을 연결하는 단계와

상기 로드(10) 하나하나에 대하여 통상의 슬링로드 하중측정 방법을 통하여 하중-변위관계가 측정된 하중 평가 선도를 구하여 상기 로드에 인가되어 있는 하중을 산출하여 측정 하중을 결정하는 측정 하중 산출 단계와

튜브군에 속하는 모든 상기 로드의 상기 측정 하중을 합한 튜브군 별 측정 하중 합계를 구하고, 튜브군에 속하는 모든 상기 로드의 설계하중을 합한 튜브군 별 설계하중 합계를 구하여, 상기 튜브군별 측정하중 합계를 상기 튜브군별 설계하중 합계로 나눈 값인 튜브군 별 하중 보정율을 상기 로드 하나하나의 설계하중에 곱하여 교정 될 하중 값을 구하는 튜브군 별 하중 교정량 산출단계와

가장 높은 상기 측정 하중 값을 갖는 상기 로드에 대하여 상기 유압공급 장치(41)를 가동, 상기 유압실린더(21)에 압력을 가함으로서 상기 로드가 살짝 뜨게 하는 로드 인양단계와

상기 로드 인양단계에서 토크 측정자(30)를 이용하여 상기 너트를 풀면서 너트의 로드 축방향 이동량과 초기 토크 값을 측정하는 초기 토크 값 측정단계와

하나의 튜브군에 대하여 가장 높은 하중 값을 갖는 로드를 맨 먼저 하중조정을 한 후 그 다음 높은 하중 값을 갖는 로드에 대하여 순차적으로 하중교정을 수행하는 하중교정 작업 단계를 특징으로 하는 슬링로드 및 배관 지지장치 하중교정 방법과 이에 관련된 장치에 관한 것이다.

위에 적은 발명을 개괄적으로 설명하면 다음과 같다.

하나의 헤더(Header)와 같은 튜브군(Tube群)이나 배관을 다수의 슬링로드(Sling Rod)가 지지(支持)하고 있는 상태라 함은 본 발명의 적용대상이 [도 1]과 같은 보일러에 있어 다수의 직경이 작은 튜브가 하나의 직경이 큰 파이프에 연결된 헤더와 같은 것이나 직경이 큰 파이프를 [도 3]과 같은 슬링로드나 스프링 행거(Spring Hanger), 리지드 행거(Rigid Hanger)가 지지하고 있는 것임을 말한다. 슬링로드는 통상의 보일러 상부에 사용되는 슬링로드와 통상의 배관에 사용되는 스프링 행거, 리지드 행거를 총칭하는데 이들은 개별적으로는 동일한 기능과 동일한 생김새이지만 단지 사용처가 다른 이유로 이름이 다르므로 본 발명에서는 슬링로드와 리지드 행거 또는 스프링 행거등의 지지 막대인 로드(Rod)를 로드(Rod)라는 하나의 통일된 용어로 통일한다. 그러므로 본 발명에서는 슬링로드, 행거로드, 리지드 행거 로드, 스프링 행거의 로드, 리지드 행거의 로드나 로드가 하중 측정 및 교정을 위한 본 발명의 용도에서는 동일하게 사용된다.

상기 로드(10)에 유압실린더(21)와 어댑터(22, Adaptor)와 너트(23, Nut) 및 변위측정자(24)가 부설된 변위측정 수단을 연결하는 단계와
유압공급 장치(41), 유압밸브(42), 유압호스(43), 드레인 밸브(44, Drain Valve), 압력계(45, Pressure Gauge)가 조합된 유압인가 수단을 상기 모든 변위 측정 수단에 통합적으로 연결하는 단계는 다음과 같이 실시한다.

슬링로드(10)에 유압실린더(21)와 어댑터(22, Adaptor)와 너트(23, Nut) 및 변위측정자(24)가 부설된 변위측정 수단이라 함은 [도 9]와 같은 통상의 슬링로드 하중 측정 장비를 의미한다.
유압공급 장치(41), 유압밸브(42), 유압호스(43), 드레인 밸브(44, Drain Valve), 압력계(45, Pressure Gauge)가 조합된 유압인가 수단이라 함은 [도 10]과 같은 유압 공급 및 회수 장치를 의미한다.
그러므로 [도 10]과 같은 유압 공급 및 회수장치를 [도 9]와 같은 슬링로드 하중측정 장치 각각에 전체적으로 연결하는 것을 통합적으로 연결하는 단계라 표현한다.

하나의 튜브군에 있는 전체 상기 슬링로드의 하나하나에 상기 변위측정 수단이 각각 연결되고, 상기 각각의 변위측정 수단은 상기 유압인가 수단에 연결된 통합 하중측정 수단이라 함은 [도 10]의 (1)과 같이 하나의 유압 공급 설비에 각각의 배관이 연결되어 있는 장치를 의미한다. 연결되는 방법은 유압은 기름을 수송하는 호스로, 제어 및 통신수단은 전선 및 무선으로 연결된다.

상기 슬링로드(10) 하나하나에 대하여 통상의 슬링로드 하중측정 방법을 통하여 하중-변위관계가 측정된 하중 평가 선도를 구하여 상기 슬링로드에 인가되어 있는 하중을 산출하여 측정 하중을 결정하는 측정 하중 산출 단계는 [도 7]과 같은 통상의 슬링로드 하중측정 방법을 의미한다.

튜브군에 속하는 모든 상기 슬링로드의 상기 측정 하중을 합한 튜브군 별 측정 하중 합계를 구하고, 튜브군에 속하는 모든 상기 슬링로드의 설계하중을 합한 튜브군 별 설계하중 합계를 구하여, 상기 튜브군별 측정하중 합계를 상기 튜브군별 설계하중 합계로 나눈 값인 튜브군 별 하중 보정율을 상기 슬링로드 하나하나의 설계하중에 곱하여 교정 될 하중 값을 구하는 튜브군 별 하중 교정량 산출단계는 다음과 같이 실시한다.
여기서 측정하중이라 함은 하중을 측정하여 실측된 하중으로서 “측정하여 나타난 하중”이라는 의미이다. 실측하중을 바람직한 하중으로 교정하기 위하여 교정될 하중은 다음과 같다.

교정될 하중 = (튜브군별 측정하중 합계)/(튜브군별 설계하중 합계) x 설계하중

여기서 교정될 하중이나 설계하중은 슬링로드 하나하나에 대하여 교정될 하중이나 설계 시점에 계산된 하중 값을 의미한다. 여기서 설계하중은 설계자료에 의하여 파악이 될 경우에는 건설당시의 설계 값을 적용하고, 설계자료가 없을 경우에는 해당 설비에 대하여 구조해석을 실시하여 산출된 하중 값이어야 한다.

가장 높은 상기 측정 하중 값을 갖는 상기 슬링로드에 대하여 상기 유압공급 장치(41)를 가동, 상기 유압실린더(21)에 압력을 가함으로서 상기 슬링로드가 살짝 뜨게 하는 슬링로드 인양단계는 종래의 슬링로드 하중 측정 기술을 적용하여 실시할 수 있다.

상기 슬링로드 인양단계에서 토크 측정자(30)를 이용하여 상기 너트를 풀면서 너트의 슬링로드 축방향 이동량과 초기 토크 값을 측정하는 초기 토크 값 측정단계는 슬링로드가 살짝 들어지는 가운데 너트가 처음 회전을 할 때의 토크 값을 측정하는 것을 말한다.

튜브군에 속하는 모든 상기 슬링로드로 연결되는 모든 상기 유압밸브(42)를 열고, 가장 높은 상기 측정 하중 값을 갖는 상기 슬링로드에 상기 교정 될 하중보다 약간 높은 하중이 되도록 상기 유압실린더(21)에 유압을 인가하고, 상기 하중 평가 선도를 바탕으로 상기 너트(23)를 교정할 하중에 대응하는 위치로 회전시키면서, 상기 너트(23)에 상기 초기 토크 값이 작용하도록 상기 너트를 조여 주고 나서 상기 슬링로드로 연결된 상기 유압밸브(42)를 닫는 작업을 상기 측정 하중 값과 교정될 하중 값 중 큰 것의 순위로 순차적으로 수행하는 하중 교정 작업 단계는 다음과 같이 실시한다.

하나의 튜브군에 대하여 가장 높은 하중 값을 갖는 슬링로드를 맨 먼저 하중조정을 한 후 그 다음 높은 하중 값을 갖는 슬링로드에 대하여 순차적으로 하중교정을 수행하는 것이라 함은 다음과 같다. 모든 슬링로드에 대하여 측정 하중과 교정될 하중을 하중이 큰 순서로 배열하고, 측정하중이나 교정될 하중 중 가장 큰 것을 제일 먼저 교정하고, 그 다음 크기 순으로 하중을 교정하여 가는 방법을 순차적으로 하중교정을 수행하는 것이라 한다. 하중을 교정하는 방법은 하중 평가 선도에서 교정할 하중에 대응하는 너트의 위치로 너트의 높이를 조정하는 방법을 통하여 수행한다.
하나의 튜브군이라 함은 반드시 튜브군만을 의미하지는 않으며 발전소의 경우 주증기관이나 재열증기관과 같이 거대한 파이프가 절단되지 않고 설치되어 있는 경우를 말하기도 한다.

이렇게 함으로서 하나의 튜브군에 대하여 가장 높은 하중 값을 갖는 슬링로드를 맨 먼저 하중조정을 한 후 그 다음 높은 하중 값을 갖는 슬링로드에 대하여 순차적으로 하중교정을 수행하는 것을 특징으로 하는 슬링로드 및 배관 지지장치 하중교정 방법을 실시할 수 있다.

상기와 같이 설명된 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

화력발전소의 보일러는 [도 1]과 같이 보일러 본체와 지지 철골로 구성되어 있다. 보일러 본체는 [도 2]의 최 상부에 있는 화살표와 같이 다수의 슬링로드(Sling Rod)가 수평으로 배치된 에이취 빔(H-Beam)과 같은 철골에 지지되어 있다. 보일러 본체는 수냉벽 튜브(Water Wall Tube), 과열기(Superheater Tube), 재열기(Reheater Tube), 이코노마이저(Economizer Tube)등<이상 “보일러 열교환 튜브들”이라 한다>이 각기 군(群, Bank)<이하 “튜브 군”이라 한다>을 이루어 서로 다른 위치에 설치되어 있으며, 이 튜브들은 보일러 최 상부의 각기 헤더(Header)에서 모여 궁극적으로는 터빈으로 가는 배관 또는 터빈에서 오는 배관으로 연결되어 있다. 이러한 배관은 [도 4]와 같이 지지장치에 의하여 지지되고 있다. [도 4]의 A,B,C,D,E는 지지장치를 표시하는 것으로 스프링을 주요 구성원으로 하는 스프링 행거(Spring Hanger)만을 도시하였으나 실제 고온 고압 배관은 스프링 행거외에도 콘스탄트 행거(Constant Hanger)와 리지드 행거(Rigid Hanger) 및 지지대(Support)<이하 스프링 행거, 콘스탄트 행거, 리지드 행거, 지지대를 통틀어 “배관 지지장치”라 하고, 이 모든 지지장치가 고온고압 배관에 설치되어 있는 위치를 “배관 지지점”이라 한다>가 있으나 본 특허의 실시를 위한 핵심 개념에 해당하지 않아 도시하지도 않았고, 더 이상 상세히 설명하지도 않는다.

고온고압을 사용하는 상기 보일러 열교환 튜브류는 장기 운전의 결과 크립(Creep), 피로(Fatigue)를 받아 소성변형이 일어나면 상기 튜브군의 무게 중심의 변화가 발생하고, 상기 슬링로드에 걸리는 하중이 변화하게 된다. 또, 건설 당치 설치가 잘못 되었거나 상기 보일러 열교환 튜브류의 침식, 부식과 건설 후 설비개선에 의해서도 상기 슬링로드에 걸리는 하중이 변화하게 된다.

다수의 슬링로드가 배치된 보일러 슬링로드에 슬링 로드간 하중이 불평형을 이루어 어느 특정부위에 하중이 집중될 경우 [도 3]과 같이 화력 발전소 보일러 내부에서 슬링로드를 지지하고 있는 지지철골이 변형되기도 한다. 이 경우 지지철골의 변형만이 문제가 되는 것이아니라 슬링로드에 지지되고 있는 상기 보일러 열교환 튜브류에도 영향을 미쳐 상기 보일러 열교환 튜브, 특히 수냉벽 튜브에 과도한 변형이나 균열이 발생하는 사고가 생기기도한다.

이에 설비의 건전성을 회복하기 위해서는 정기적으로 슬링로드에 걸리는 하중을 측정하여 비정상적인 범위에 있는 것을 정상적인 범위에 들도록 하중을 교정할 필요가 있다. 이에 보일러를 운영하는 기관에서는 상기 슬링로드의 하중을 측정하기 위하여 [도 7]과 같은 작용하중-변위의 관계를 나타낸 하중 평가선도를 얻을 수 있는 유압장치와 길이 변화 장치를 현장에 설치하여 하중 평가선도를 얻고, 이로부터 슬링로드에 걸려있는 하중을 결정한다.

[도 5]는 발전소가 운전중이어서 보일러 및 관련설비가 뜨거워진 상태인 고온상태에서 슬링로드에 걸리는 하중을 측정한 고온 측정하중과 이 상태에서 이론적으로 되어야 할 고온 설계하중, 그리고 고온 측정하중과 고온 설계하중의 차이값을 조정하여 얻은 조정후 하중값을 나타낸 것으로 하중교정목표치를 산출하여 교정한 실례이다.

[도 6]은 보일러 상부의 펜트하우스에서 발전소 바닥과 동일한 평행한 평면에서 본 슬링로드의 하중상태를 나타낸 것으로 동일 보일러에서 이웃한 슬링로드간에 하중 분포가 매우 다름을 알 수 있다.

종래의 슬링로드 하중교정 방법은 하나의 헤더(Header)를 대상으로 측정된 총 하중을 구하고, 이에 해당하는 설계하중(설계하중을 모르는 경우에는 구조해석을 통하여 구함)의 총합을 구하여 측정하중의 총합과 설계하중의 총합이 차이가 있을 경우에는 이 총합량의 차이에 해당하는 만큼을 하중 보정율(=측정하중의 총합/설계하중의 총합)로 정하고 각 슬링로드에 대하여 설계하중에 하중 보정율을 곱한 량으로 하중 교정 목표치를 정하고, 측정하중과 하중교정목표치의 차이만큼을 교정<이하 “하중 교정값”이라 한다>해왔다. 그러나, 이러한 종래의 기술은 다음과 같은 문제점이 있다.

또한 발전소와 같은 중화학 설비에 설치된 고온고압 배관의 배관 지지장치는 [도 4]에 나타난 스프링 행거를 주종으로 하고 있으나 그 외 지지장치들도 다수 있어 상기 배관지지장치와 같은 구성을 보이고 있으나 배관에 하중을 지지하고 있다는 점에서는 지지장치별 차이가 없으며, 이는 배관과 별개로 분리된 고정점인 건축물의 철골과 같은 곳에 지지되어 있다는 점에서 [도 4]는 [도 8]과 같이 간략화 시킬 수 있으며, 이는 [도 8]의 (1)이 슬링로드를 나타내고 있고, [도 8]의 (2)가 고온고압 배관의 배관지지장치와 배관 지지점을 나타내고 있는 데 슬링로드와 배관 지지장치가 건축물의 철골에 지지되어 있고, 슬링로드가 지지하고 있는 보일러나 배관지지장치가 지지하고 있는 고온고압배관이나 이들이 일체화되어 있다는 점에서 같으며, 일련의 슬링로드에서 하나의 슬링로드의 하중을 조정하면 이 조정된 량은 이웃한 슬링로드의 하중을 동시에 변화시키고, 일련의 배관지지장치에서 하나의 지지장치의 하중을 조정하면 이웃한 지지장치의 하중이 동시에 변화한다는 점에서 하중교정 방법을 슬링로드와 배관 지지장치가 동일한 원칙을 적용할 수 있다. 특히, 본 발명에서 적용하고자 하는 슬링로드의 하중측정방식과 배관 지지장치의 하중 측정방식은 하중-변위 관계에 의한 하중평가선도를 기초로 하고, 하중 조정방법은 상기 하중 평가선도의 하중과 변위로부터 변위를 조정하는 방식을 채택하고 있어, 하중의 측정과 하중을 조정하는 수단은 각각 슬링로드 하중측정/조정장치와 배관지지장치 각각의 하중측정/조정장치를 사용하게 되어 본 발명은 슬링로드와 배관지지장치를 동일한 선상에서 두고 이들 모두에게 적용할 수 있는 하중조정 방법을 개발하였다. 그러므로, 지금부터는 슬링로드의 하중교정 방법이나 배관 지지장치의 하중 교정방법을 혼용하여도 실시에 차이가 없으므로 이들 용어를 복합적으로 사용한다. 다시한번 정리하면 본 발명에서는 슬링로드의 하중교정방법이라고 하면 배관지지장치의 하중교정방법이라는 의미이기도 하고, 그 역도 성립하므로 지금부터는 슬링로드와 배관지지장치를 통합하여 “고온설비 지지장치”라 하겠다. 고온설비 지지장치라 함은 상기한 발전소의 슬링로드, 발전소의 배관지지장치는 물론이고, 제철, 조선, 중화학 설비등 모든 산업설비에 사용되는 것으로 설비가 지장에 지지되어 있거나 지상물로부터 걸려있으면서 하나의 장치를 다수의 지지물이 지지하고 있으면 본 발명을 적용할 수가 있다. 특히, 고온 설비라 하여 고온 조건에서 운전되는 것만을 지칭하지는 않고, 온도의 범위가 어디에 있든 하나의 장치를 다수의 지지물이 지지하고 있으면 본 발명이 적용될 수 있으나 대부분의 산업설비는 고온을 사용하고 있고, 고온 조건이기에 변형이 유발되는 바 본 발명의 실시 필요성이 고온설비에서 증대되는 것이 사실이다.

1. 단일 헤더(Header)에 걸리는 총하중 대비 설계하중을 기준으로 하중 보정율을 산출할 경우 헤더와 헤더간에 하중 불균형을 바로 잡을 수가 없다. 보일러의 헤더들은 다른 헤더와 구조상으로 일체화되어 있어 하나의 헤더 하중이 일체화된 헤더 하중에 영향을 미치고 있음(이하 “튜브군간 하중전이”라 한다)에도 불구하고 헤더와 헤더 또는 튜브 군과 튜브 군간의 하중전이를 평가할 방법이 없어 하중 교정 정확도가 떨어졌다.

2. 하중을 교정할 때 하중 평가선도에 나타난 하중-변위 선도로부터 하중 교정값과 교정목표치가 되도록 변위를 조정하는 종래의 방식은 이웃한 다수의 고온설비 지지장치 중 하나의 지지장치 하중을 교정하면 이웃한 많은 지지장치들의 하중에 동시 영향(이하 “지지장치간 하중전이”라 한다)을 주어 직전에 측정한 하중-변위 선도가 영향을 받은 만큼 정확도가 떨어져 전체 고온설비 지지장치 하중을 교정한 이후 이의 정확도를 높이기 위하여 다시 측정하고 교정을 반복하는 번거로움과 작업시간의 증가, 작업 노무비의 증가 및 정비기간의 증가를 불러왔다.

3. 하중을 교정할 때 하중교정목표치에 해당하는 유압을 측정장치에 인가하고, 상기 고온설비 지지장치의 높이를 조절할 수 있는 나사부의 너트를 회전시키되 너트의 정위치를 설정(이하 “너트 교정량 설정”이라 한다)함에 있어 작업자의 경험에 의존하여 정확도가 낮아, 상기 2항(지지장치간 하중전이 문제로 교정과 측정을 반복)처럼 하중교정후 다시 확인 측정하고 교정하는 작업의 반복을 초래하여 시간과 비용의 증가를 유발한다.

이에 본 발명은 고온 설비 지지장치의 하중 교정시 상기와 같은 문제점인 튜브군간 하중전이와 지지장치간 하중전이에 의한 하중 교정의 부정확성과 너트 교정량 설정시 작업자간의 경험차이에 의한 부정확성을 배제할 수 있는 방법과 장치를 개발하여 하중교정의 정확도를 높이고 반복적인 하중교정 과정을 없앰으로서 설비운영의 경제성을 제고하였다.

상세한 설명에 앞서 본 발명은 발전소 보일러 및 배관등과 같은 고온 고압을 사용하는 플랜트 설비에 관한 기술이므로 이 분야 기술자가 이해할 수 있는 수준으로 작성하는 것을 원칙으로 하고, 또 본 분야 선행기술이 있어 현재 하중측정과 교정작업이 상업화 되어 있으나 이의 작업시간이 장기화 되고 하중교정 목표를 정확히 달성하는 과정이 복잡하고 과도한 노동이 투입되는 등 어려움이 있어 이를 해결하고자 하는 특허이므로 이러한 선행기술에 대하여는 통상 이 분야 기술자가 사용하는 용어와 기술을 표현하였다. 그러나, 본 분야 통상의 기술자가 아닌 경우에는 발전소 및 배관이라는 기술 자체가 수준 높은 분야의 기술이므로 본 특허를 곧바로 이해하기 어려울 것이므로 해당 플랜트 기술을 동시에 익히면서 보아야 함을 먼저 알려드린다.

본 발명에서 설명하는 용어중 교정과 조정은 같은 의미로 혼용되었으며, 총합과 종합도 같은 의미로 혼용되어 사용하였다. 본 특허에서는 인가되어 있는 하중이나 작용하중은 같은 의미이므로 혼용한다. 특히 슬링로드와 배관지지장치는 본 특허에서 하중교정하는 과정이 일치하므로 혼합 사용되었는 바 슬링로드의 하중 교정이라함은 배관지지장치의 하중교정과 동일한 절차로 수행할 수 있으되 단지 슬링로드와 배관지지장치의 하중측정단계는 각각 형태에 따라 다르지만 본 분야 선행기술을 알고 있는 기술자라면 이를 잘 실시할 수 있고, 하중측정단계는 본 특허에서는 별도의 신기술을 적용하지 않고 종래의 기술을 적용하여 사용하고 있으므로 이분야 상세히 설명하지 않았다. 그러므로 본 특허에서는 슬링로드의 하중측정이라 함은 배관지지장치의 하중측정도 의미한다 할 수 있으며, 슬링로드의 하중교정이라 함은 배관지지장치의 하중교정이라는 의미와도 정확히 일치한다. 또한, 배관지지장치는 통상적으로 본 특허가 적용될 수 있는 대상으로 고온고압 조건의 배관의 지지장치가 되므로 고온 고압배관 지지장치, 또는 고온설비 지지장치릍 통털어 동일한 의미로 사용하였다. 그러므로 고온 설비 지지장치는 슬링로드와 배관지지장치를 의미하고, 고온고압 배관의 지지장치는 통상 배관지지장치로서 온도의 영향을 고려할 경우와 아닌 경우로 나누어 표현하기도 하였다.

본 발명을 쉽게 실시할 수 있도록 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

하나의 헤더를 다수의 슬링로드가 지지하고 있는 상태의 보일러에서 슬링로드(10)와 유압실린더(21)와 어댑터(22), 너트(23) 및 변위측정자(24)를 구성원으로 하여 하중-변위관계가 측정된 하중평가선도를 구하여 상기 슬링로드에 인가되어 있는 하중을 산출하는 하중측정단계는 [도 9]와 같이 장치를 구성하고, [도 7]과 같이 하중-길이 선도를 구하면 된다. [도 7]에서 직선이 꺾인 후 나아가는 데 이 꺾인 곳의 연장선이 작용하는 하중으로 슬링로드에 인가되어 있는 하중이다. 여기서 길이는 변위와 같은 표현으로 상기 변위측정자(24)로서 다이알 게이지등을 이용하여 상기 유압실린더(21)에 인가되는 압력에 상기 유압실린더의 피스톤 단면적을 구하면 하중값이 되므로 쉽게 측정할 수 있다. 본 발명에서 변위와 길이는 같은 의미이므로 혼용한다.

상기 슬링로드별 측정된 하중을 바탕으로 튜브군별 측정하중 합계, 튜브군별 설계하중 합계, 튜브군별 하중보정율을 구하여 하중교정값을 구하는 튜브군별 하중교정량 산출단계는 다음과 같이 실시한다.
튜브 군이란 [도 10]에 도시된 바와 같이 헤더(B1)과 헤더(B2)를 하나도 연결하여 일체화 되어 있는 일련의 구조물로서 대형 보일러에서는 슈퍼히터 입구헤더와 슈퍼히터 출구헤더가 유(U) 튜브형태로 일체화 되어 있으므로 슈퍼히터 튜브군으로 정의할 수 있다. 튜브군별 측정하중이나 튜브군별 설계하중은 몇 개의 튜브군이 있을 때 이들 하나하나 튜브군의 측정하중이나 설계하중을 의미하는 것이므로 여기서 튜브군별이란 용어는 튜브군 하나하나에 대하여 각기 작업을 하여야 한다는 것을 의미한다. [도 10]에 예시된 바에 따르면 B3를 재열기 입구헤더, B4는 재열기 출구헤더로 하고, B3와 B4가 재열기 튜브군이라 할 수 있다. 이 경우 이 보일러는 슈퍼히터 튜브군과 재열기 튜브군을 갖는 것으로, 본 튜브군별 하중교정량 산출단계는 슈퍼히터 튜브군에 대하여 하중교정량을 산출하고, 재열기 튜브군에 대하여 하중교정량을 각기 한번씩 산출한다는 것을 의미한다.
이러한 튜브군에 속한 모든 슬링로드의 측정된 하중을 모두 합하면 튜브군별 측정하중 합계를 산출할 수 있고, 튜브군별 설계하중 합계는 하나의 튜브군에 속한 모든 슬링로드의 설계하중을 합한 결과이다. 하중 보정율은 특정 튜브군에 대하여 계산한 특정 튜브군의 슬링로드 측정하중 합계를 특정 튜브군에 대하여 계산한 특정 튜브군의 슬링로드 설계 하중합계로 나눈 값이다. 하중 교정값은 개별 슬링로드에 대하여 슬링로드의 설계하중값에 하중보정율을 곱하고 이를 측정하중값으로 빼면 교정해야할 하중량, 즉 측정한 하중이 설계하중과 차이가 있으므로 얼마만큼의 하중을 더하거나 빼면 보일러가 당초 설계조건으로 되는 것을 의미한다.
이를 식으로 표시하면 다음과 같다.

튜브군별 측정 하중 합계 -> 특정 튜브군에 속하는 측정하중 합계를 각각 산출

특정 튜브군의 측정하중 합계= (특정 튜브군에 해당하는 모든 슬링로드의 측정하중의 합)
특정 튜브군의 설계하중 합계= (특정 튜브군에 해당하는 모든 슬링로드의 설계하중의 합)
(특정 튜브군의) 하중보정율 = (특정 튜브군의 측정하중 합계)/(특정 튜브군의 설계하중 합계)
(특정 튜브군의 개별 슬링로드의) 하중 교정값 = (개별 슬링로드의) 측정하중 - (개별 슬링로드의) 설계하중 * 하중보정율

튜브군 전체 고온설비 지지장치에 유압공급장치(41), 유압밸브(42), 유압호스(43), 드레인 밸브(44, Drain Valve), 압력계(45, Pressure Gauge)를 구성원으로 하는 유압인가장치를 연결하는 단계는 작업을 하고자 하는 특정 튜브군에 대하여 [도 10]의 (1)과 같이 상기 장치들을 연결하는 것을 말한다.

특히, 본 발명에서는 종래의 기술과 달리 하중값이 가장 높은 것부터 하중을 교정하므로 튜브군 전 슬링로드에 대하여 연결된 모든 유압밸브(42)를 열고 유압을 공급하되 모든 슬링로드에 대하여 교정후 하중을 약간 넘는 하중에 이르도록 처음 유압을 인가면서 모든 유압밸브를 잠그면 작업을 효율적으로 수행할 수 있다. 이렇게 동시작업을 효율적으로 수행하기 위하여 본 발명에서는 [도 10]의 (2)와 같이 드레인밸브(44, Drain Valve)를 구비한다. [도 10]의 (2)는 모든 슬링로드에 대하여 [도 10]의 (1)에는 도시되지 않았지만 이와 같이 드레인 밸브(44)와 압력계(45), 유압밸브(42)를 구비하여야 함을 나타낸다.

가장 높은 하중치를 갖는 고온설비 지지장치에 대하여 상기 유압공급장치(42)를 가동, 상기 유압실린더(21)에 압력을 가함으로서 상기 슬링로드가 살짝 뜨게 하는 하중교정 인양단계는 작업을 하고자 하는 특정 튜브군에서 하중 교정을 하여야 하는 슬링로드로서 교정후 하중값이 가장 높은 슬링로드를 선정하여 해당 유압실린더(21)에 유압을 인가하되 슬링로드가 살짝 뜨기 시작하는 것을 해당 변위측정자(24)를 면민히, 주의깊게 관찰함으로서 실시할 수 있다. 살짝 뜨게한다는 것은 정지해 있던 슬링로드가 처음 움직이기 시작할 때는 처음부터 움직이지 않으며 걸려있는 하중을 유압이 이겨야만 슬링로드가 본격적으로 올라가기 시작하는데 이 슬링로드에 걸려있는 하중에 유압이 이르지 못하는 단계를 말하는 것으로 [도 7]에서 보면 직선이 꺾이기 전까지의 변위를 넘지 않도록 하는 범위에서 슬링로드가 뜨는 것을 말한다. 유압실린더(21)에 압력이 인가되면 상기 실린더 피스톤과 일체화 되어 있는 슬링로드는 축방향 상단으로 올라가게 된다.

상기 하중교정 인양단계에서 가장 높은 하중치를 갖는 슬링로드가 살짝 뜨게 한 다음 토크측정자(30)를 이용하여 상기 너트를 풀면서 너트의 슬링로드 축방향이동량과 토크값을 측정하는 초기토크값 측정단계는 상기와 같이 유압실린더에 유압이 인가되어 슬링로드가 살짝 뜨게되면 너트(23)를 플면 이론상으로는 풀려야 하나, 장기간 회전을 시키지 않고 고정된 너트와 너트 하부의 에이취 빔과 같이 너트를 지지하고 있는 구조물 사이에 녹과 같은 것들이 붙어 있어 이론과 같이 회전하지 않는다. 이는 너트 좌면(너트 최하단 표면과 너트 지지구조물이 접촉해 있는 면)의 특성에 의한 초기 마찰계수를 특성 짓는 것으로, 하중을 조정한 후 최종 너트를 조일 때 얼마만큼 조여주어야 정확한 하중을 인가하게 할 것인지를 결정짓는 중요인자가 된다. 그러므로, 최종 하중을 정확히 안착시키기 위하여 너트(23)를 풀면서 너트(23)의 상부에도 다이알게이지를 놓고, 너트의 높이에 따른 토크를 산출하면된다. 이때, 토크측정자(30)는 통상의 토크렌치등을 사용하면 된다.

상기 가장 높은 하중치를 갖는 슬링로드에 교정할 하중보다 약간 높은 하중이 되도록 상기 유압실린더(21)에 유압을 인가하고, 상기 하중평가선도를 바탕으로 상기 너트(23)를 교정할 하중에 대응하는 위치로 회전시키는 하중교정 압력인가단계는 교정작업이 진행중인 슬링로드의 하중평가선도를 보고, 이미 측정하중에서 하중교정값을 차감하면 교정후 하중값이 되므로, 하중평가선도상 교정후 하중값에 해당하는 변위에 보다 약간 높은 곳에 이르도록 한 유압실린더(21)에 유압을 조정하는 단계이다. 이때 유압의 조정은 유압밸브(42)가 닫힌 상태에서 드레인밸브(44)를 살짝 열어 유압을 보아가면서 조정한다. 이때 교정할 하중보다 약간 높은 하중이란 상기 하중평가선도상에 직선이 꺾이기 전의 하중범위이내를 의미한다.

상기 가장 높은 하중치를 갖는 슬링로드에 상기 하중교정압력 인가단계에서 너트(23)를 정해진 높이로 내려 놓을 때 너트의 조임량을 상기 초기 토크값까지만 조여주는 것으로 너트를 초기 토크값으로 조정하는 단계인 너트 초기 토크값 조정 단계는 교정중인 슬링로드의 너트 위치가 교정후 하중값에 거의 이르러 있으며 단지 하중평가선도상의 직선이 꺾이기 이전 하중인 작은 하중범위의 차이만 있을 뿐인바 너트 좌면의 상태에 따른 너트좌면의 마찰특성을 고려하여 당초의 상태로 복원하면 되는 단계이다.

이상과 같이 본 발명에서는 종래의 기술이 안고 있던 문제점을 다음과 같이 해결하였다.
단일 헤더(Header)에 걸리는 총하중 대비 설계하중을 기준으로 하중 보정율을 산출할 경우 헤더와 헤더간에 하중 불균형을 바로 잡을 수가 없는 종래의 기술의 튜브군간 하중전이 문제는 종래의 단일 헤더에서 하중보정율을 산출하던 것을 튜브군별 하중보정율을 산출하여 하중교정값을 산출하고, 하중 교정시는 하중값이 가장 높은 것을 먼저한 후 다음 하중값의 순서로 순차적으로 수행함으로서 해결하였다.
하중을 교정할 때 하중 평가선도에 나타난 하중-변위 선도로부터 하중 교정값과 교정목표치가 되도록 변위를 조정하는 종래의 방식은 이웃한 다수의 고온설비 지지장치 중 하나의 지지장치 하중을 교정하면 이웃한 많은 지지장치들의 하중에 동시 영향을 받는 종래 기술의 나타나는 지지장치간 하중전이는 하중값이 가장 높은 것을 먼저한 후 다음 하중값의 순서로 순차적으로 수행하고, 너트 좌면의 마찰값에 대응하는 너트 위치를 최종 제어함으로서 해결하였다.
하중을 교정할 때 하중교정목표치에 해당하는 유압을 측정장치에 인가하고, 상기 고온설비 지지장치의 높이를 조절할 수 있는 나사부의 너트를 회전시키되 너트의 정위치를 설정하는 것으로 종래의 기술이 갖고 있는 너트 교정량 설정문제는 하중측정을 위하여 유압을 인가하는 단계에서 너트의 토크값을 측정하여 하중 교정시 복원함으로서 해결하였다.

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10: 슬링로드(Sling Rod)
21 : 유압실린더
22 : 어댑터(Adaptor)
23 : 너크(Nut)
24 : 변위측정자
30 : 토크측정자
41 : 유압공급장치
42 : 유압밸브
43 : 유압호스
B1 : 헤더
B2 : 헤더
B3 : 헤더
B4 : 헤더
TB1 : 튜브군
TB2 : 튜브군

Claims (4)

1. 발전소 보일러의 헤더(Header)와 같은 튜브군(Tube群)이나 배관을 다수의 슬링로드( Sling Rod)나 배관 행거(Hanger)가 로드(10, Rod)를 통하여 지지(支持)하고 있는 상태에서 다수의 상기 로드(10)중 특정 상기 로드(10)를 택하여 변위측정 수단과 유압 인가수단을 통하여 상기 로드(10)의 하중을 측정하고 교정함에 있어서,
   
   튜브군 전체 지지장치의 상기 로드(10)에 통합하중 측정수단을 연결하는 단계와
   
   상기 로드(10) 하나하나에 대하여 통상의 슬링로드 하중측정 방법을 통하여 하중-변위관계가 측정된 하중 평가 선도를 구하여 상기 로드에 인가되어 있는 하중을 산출하여 측정 하중을 결정하는 측정 하중 산출 단계와
   
   튜브군에 속하는 모든 상기 로드의 상기 측정 하중을 합한 튜브군 별 측정 하중 합계를 구하고, 튜브군에 속하는 모든 상기 로드의 설계하중을 합한 튜브군 별 설계하중 합계를 구하여, 상기 튜브군 별 측정 하중 합계를 상기 튜브군 별 설계하중 합계로 나눈 값인 튜브군 별 하중 보정율을 상기 로드 하나하나의 설계하중에 곱하여 교정 될 하중 값을 구하는 튜브군 별 하중 교정량 산출단계와
   
   가장 높은 상기 측정 하중 값을 갖는 상기 로드에 대하여 유압공급 장치(41)를 가동, 유압실린더(21)에 압력을 가할 때 모든 상기 로드(10)에 대하여 상기 하중 교정량을 넘도록 유압밸브(42)를 열고 유압을 공급함으로서 모든 상기 로드가 위로 뜨게 하는 로드 인양단계와
   
   상기 로드 인양단계에서 토크 측정자(30)를 이용하여 너트를 풀면서 너트의 로드 축방향 이동량과 초기 토크 값을 측정하는 초기 토크 값 측정단계와
   
   하나의 튜브군에 대하여 모든 상기 로드(10)에 하중이 인가된 상태에서 하중교정을 수행하는 통합 하중교정 작업 단계를 특징으로 하는 슬링로드 및 배관 지지장치 하중교정 방법
   
2. 제 1 항에 있어서, 통합 하중 측정 수단을 연결하는 단계는
   
   상기 튜브군 전체 지지장치의 상기 로드(10)에 유압실린더(21)와 어댑터(22, Adaptor)와 너트(23, Nut) 및 변위측정자(24)가 부설된 상기 변위측정 수단을 연결하는 단계와
   유압공급 장치(41), 유압밸브(42), 유압호스(43), 드레인 밸브(44, Drain Valve), 압력계(45, Pressure Gauge)가 조합된 상기 유압인가 수단을 상기 모든 변위 측정 수단에 통합적으로 연결하는 단계를 특징으로 하는 슬링로드 및 배관 지지장치 하중교정 방법
3. 제 1 항에 있어서, 통합 하중 교정 작업 단계는
   
   하나의 상기 튜브군에 대하여 모든 상기 로드(10)에 상기 하중 교정량이 넘는 하중이 인가된 상태에서 가장 높은 하중 값을 갖는 로드에 대하여 상기 유압밸브(42)를 닫고, 드레인 밸브(44)를 열어 하중조정을 한 후, 그 다음 높은 하중 값을 갖는 로드에 대하여 순차적으로 하중교정을 수행하는 것을 특징으로 하는 슬링로드 및 배관 지지장치 하중교정 방법
4. 로드(10)에 유압실린더(21)와 어댑터(22, Adaptor)와 너트(23, Nut) 및 변위측정자(24)가 부설된 변위측정 수단과,
   유압공급 장치(41), 유압밸브(42), 유압호스(43), 드레인 밸브(44, Drain Valve), 압력계(45, Pressure Gauge)가 조합된 유압인가 수단이 상기 모든 변위 측정 수단에 통합적으로 연결되어 하중을 측정하고 순차적으로 하중을 교정하는 것을 특징으로 하는 슬링로드 및 배관 지지장치 하중교정 장치
   
   

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