KR101853485B1 - 부유식 천연가스 생산저장설비 예지보전 시스템 - Google Patents

부유식 천연가스 생산저장설비 예지보전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부유식 천연 가스 생산저장설비(LNG FPSO) 예지보전 시스템에 관한 것이다.
구체적으로는, 상기 LNG FPSO의 압축기에 부착된 센서의 데이터를 획득하고, 상기 정보를 기반으로, 상기 LNG FPSO의 예지보전을 수행하는, 부유식 천연가스 생산저장설비 예지보전 시스템에 관한 것이다.

Description

부유식 천연가스 생산저장설비 예지보전 시스템{CONDITION BASED MAINTENANCE SYSTEM FOR LNG FPSO}
본 발명은 부유식 천연 가스 생산저장설비(LNG FPSO) 예지보전 시스템에 관한 것이다.
구체적으로는, 상기 LNG FPSO의 압축기에 부착된 센서의 데이터를 획득하고, 상기 정보를 기반으로, 상기 LNG FPSO의 예지보전을 수행하는, 부유식 천연가스 생산저장설비 예지보전 시스템에 관한 것이다.
해양플랜트란, 해저에 매장된 석유, 가스 등을 탐사, 시추, 발굴, 생산하는 장비로서, 바다 깊숙이 묻혀있는 해양 자원을 대상으로 하기 때문에 해양생산설비라고 불리우는데, 바다에 부유되는 특수 선박으로 구현되며, 부유식 천연가스 생산저장설비(LNG FPSO, Liquefied Natural Gas-Floating Production Storage Offloading)가 이러한 해양플랜트의 하나이다.
이러한 해양플랜트는 복합·대형화 추세에 따라 사용 수명도 20~30년 이상 장기간 운영되고 있으며, 실제 건조비보다 많은 비용과 노력을 운영/유지보수에 투자하고 있다.
또한, 해양플랜트의 특성상 운영 및 유지보수(O&M, Operation and Maintenance) 기간 동안의 효율적인 설비 운영이 매우 중요하며, 특히 유지보수 시스템의 첨단화 및 최적화가 해양플랜트의 수주를 위한 비즈니스 경쟁력으로 중요하게 대두되고 있다.
한편, 최근의 IT의 적용에 힘입어, 기존의 예방보전 이상의 예측보전을 많이 적용하고 있지만, 상당히 많은 센서가 부착되어 있는 해양플랜트의 경우 다양한 센서 정보들을 지능적으로 통합/분석하는 상기 그림과 같은 예지보전 기술의 적용이 필요한 실정이다.
즉, 해양플랜트의 기자재 및 설비마다 사용 연한이 다르고, 환경이나 사용조건, 부하 등에 따라 열화내용이나 열화속도가 다르므로, 진단, 평가, 예지, 보전 등의 유지보수를 위한 정보들의 수집 및 통합을 기반으로 한 지속적인 지식화 기술 확보가 필수적으로 요구되는 것이다.
또한, 최적화된 해양플랜트의 운영 및 유지보수 관련 기술 개발이 이루어지고 있으나, 이를 지원하기 위한 엔지니어링 핵심기술들은 해외 기술 및 해외 솔루션에 의존하고 있는 실정이다.
즉, 엔지니어링 핵심기술의 미흡과 해양플랜트 운영 경험의 부족으로 해양플랜트 핵심기술로의 접근이 더욱 어려워지고 있기에, 국내의 경우 상기의 취약점을 만회할 수 있는 새로운 개념의 솔루션 확보가 필요하다.
다른 한편, 해양플랜트 관리 및 유지보수 인력의 실수와 점검 미숙으로 인한 피해 및 사고를 최소화하고 운용의 효율화를 도모하기 위해서는 해양플랜트 예지보전 체계 기술의 구축이 필수적이다.
즉, 인적 실수를 방지하기 위한 자동화/체계화를 통해 비전문가도 설비 고장을 분석하고 대응하는 것이 가능하다.
이를 위해 예방 차원을 넘는 적극적이고 공격적인 운영/유지보수를 위한 스마트 해양플랜트 예지보전 관련 전략이 요구되고 있으며, 본 출원인은 본 발명을 통해 이러한 전략을 달성하는 한편,
해양플랜트와 관련한 핵심 시스템인 예지보전 시스템을 개발함으로써 엔지니어링 핵심기술을 확보하며, 해양플랜트 운영 및 유지보수를 최적화함으로써 고부가가치 창출 및 수익성을 증대시킬 것으로 예상한다.
이를 기반으로 핵심 기술로 포장된 부유식 천연가스 생산저장설비 예지보전 시스템은 해양플랜트 및 관련 시스템의 수출을 주도하는 역할을 할 수 있다.
관련된 기술로서, 공개특허공보 제10-2011-0129276호의 부유식 구조물의 자동화된 유지 보수관리 시스템이 기재되어 있고, 공개특허공보 제10-2013-0114515호에 해양 구조물의 6자유도 운동의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 시스템 및 방법이 기재되어 있으며, 공개특허공보 제10-2012-0085223호에 부유식 구조물의 자동화된 유지 보수관리 시스템이 기재되어 있고, 공개특허공보 제10-2014-0025803호에 부유식 해양 구조물의 동적 위치 유지 시스템 및 방법이 기재되어 있다.
그러나 상기 기술들은 해양플랜트에 대하여 예지보전에 관련하고 있지 않는다.
공개특허공보 제10-2011-0129276호(2011.12.01.) 공개특허공보 제10-2013-0114515호(2013.10.18.) 공개특허공보 제10-2012-0085223호(2012.07.21.) 공개특허공보 제10-2014-0025803호(2014.03.05.)
본 발명의 목적은, 부유식 천연 가스 생산저장설비(LNG FPSO) 예지보전 시스템을 제공하되, 상기 LNG FPSO의 압축기에 부착된 센서를 통해 진동, 온도, 압력 및 스트레스에 따른 정보를 획득하고, 상기 정보를 기반으로, 상기 LNG FPSO의 예지보전을 수행하는, 부유식 천연가스 생산저장설비 예지보전 시스템에 관한 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 부유식 천연가스 생산저장설비 예지보전 시스템은, LNG FPSO(부유식 천연가스 생산저장설비)의 압축기에 부착된 센서의 데이터를 획득하고 상기 데이터를 기반으로 LNG FPSO 압축기를 진단하여 이의 수명을 예지하고, LNG FPSO 압축기의 수명이 다할 때까지 사용할 수 있도록 예지보전하는 부유식 천연가스 생산저장설비 예지보전 시스템에 관한 것으로서,
LNG FPSO 압축기에 부착된 센서들로부터 데이터를 획득하여 관리하는 센서 정보수집부; 및
상기 센서 정보수집부에서 획득된 데이터를 기반으로 LNG FPSO 압축기의 상태를 진단하고 잔여 수명을 예지하며 보전을 실시할 수 있도록 하는 LNG FPSO 예지보전부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 센서 정보 수집부는 분산 설치된 LNG FPSO 압축기에 부착된 복수 개의 센서를 네트워크를 통해 하나로 묶어 연동시키는 다중 분산제어 모듈; 및 상기 다중 분산제어 모듈이 획득한 상기 센서의 데이터를 취득하여 통합 관리하는 실시간 데이터 관리 및 모니터링 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 센서의 데이터는 센서로부터 감지된 LNG FPSO 압축기의 진동정보, 온도정보, 압력정보 및 스트레스정보와, 센서 자체의 상태정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 LNG FPSO 예지보전부는 센서의 데이터를 기반으로 LNG FPSO 압축기에 발생 가능한 고장을 진단하는 기본진단 모듈; LNG FPSO 압축기의 고장원인 및 고장률을 산출하는 원인진단 모듈; 상기 원인진단 모듈에서 산출된 고장원인을 기반으로 LNG FPSO 압축기의 잔여 수명을 예지하는 예지 모듈; 및 LNG FPSO 압축기의 보전활동을 수행하기 위해 필요한 정보를 설정하고, 고장 분석 및 영향분석(FMECA), 고장을 일으키는 원인들에 대한 발생확률 계산(FTA) 및 고장에 따른 피해규모 계산(ETA)을 보전 활동으로 제공하는 보전 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기본진단 모듈은 LNG FPSO 운영 시의 정상상태 데이터를 수집/관리하고 학습함으로써 정상유형 데이터를 저장하고, 상기 정상유형 데이터를 기반으로 고장상태 데이터를 수집/관리하고 학습함으로써 고장유형 데이터를 저장한 후, 상기 정상유형 데이터와 고장유형 데이터를 기반으로 센서의 상태를 진단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 부유식 천연가스 생산저장설비 예지보전 시스템에 의하면, LNG FPSO 압축기의 상태를 실시간으로 감시하고 발생 가능한 고장에 대한 진단이 가능하다.
또한, 열화 상태정보를 기반으로 LNG FPSO 압축기의 잔여수명 및 고장확률을 예지할 수 있고, 이를 기반으로 최적 유지보수 방법, 절차 및 주기 등의 보전 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 부유식 천연가스 생산저장설비 예지보전 시스템의 구성을 블록도로 나타낸 것이다.
도 2 내지 도 7은 본 발명에 따른 부유식 천연가스 생산저장설비 예지보전 시스템에 의해 화면이 구동되는 일예를 나타낸 것이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.
본 발명은 부유식 천연 가스 생산저장설비(LNG FPSO) 예지보전 시스템에 관한 것이다.
구체적으로는, 상기 LNG FPSO의 압축기에 부착된 센서의 데이터를 획득하고, 상기 정보를 기반으로, 상기 LNG FPSO의 예지보전을 수행하는, 부유식 천연가스 생산저장설비 예지보전 시스템에 관한 것이다.
구체적으로는 첨부된 도면을 통해 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 부유식 천연가스 생산저장설비 예지보전 시스템의 구성을 블록도로 나타낸 것이다.
첨부된 도면의 도 1에 따른 본 발명은, 주요하게 센서 정보수집부; 및 LNG FPSO 예지보전부;를 포함한다.
먼저, 센서 정보수집부에 대해 설명하면, 다중 분산제어 모듈을 통해 수집된 LNG FPSO의 대용량 데이터를 실시간 데이터 관리 및 모니터링 모듈로 전송한다.
구체적으로, 센서 정보수집부의 상기 다중 분산제어 모듈은, 분산 설치된 다수의 센서들을 네트워크를 통해 하나로 묶어 연동시키며, 모니터링과 제어에 필요한 정보를 통합 관리하는 기능을 한다.
즉, 다중 분산제어 모듈은 분산 설치된 각 단위의 복수 센서를 네트워크를 통해 연결시키고, 이들의 입출력 데이터들을 모니터링하고 저장한다.
이때, 센서란 LNG FPSO의 진동, 온도, 압력 및 스트레스를 측정할 수 있는 모든 센서를 의미한다.
이와 같이, 다중 분산제어 모듈을 통해 수집되는 LNG FPSO의 복수 개의 센서들은 설계 조건에 따라서, 다중 분산제어 모듈과, 복수 개의 센서들이 그물망 형태로 연결된 메쉬 네트워크로 구성될 수도 있다.
즉, 인접한 센서와 다중 분산제어 모듈 또는 센서와 다른 센서들이 상호 연결되어, 최종적으로 네트워크 망의 종착지가 다중 분산제어 모듈이 되도록 하는 것이다.
이러한 네트워크 망에 의해 어느 하나의 센서의 네트워크 망에 오류가 발생되더라도, 인접한 다른 센서로 우회되어 데이터 수집이 가능하도록 할 수 있다.
이러한 설계 조건에 대하여, 본 발명의 경우 네트워크 망 오류 감시를 수행할 수 있는데, 이를 위해 다중 분산제어 모듈은 신호입/출력수단을 포함하고, 오류 감시용 신호를 출력하고, 수신하여 입력할 수 있다.
이때, 오류 감시용 신호는 센서들로부터 수신되는 데이터(센서값 또는 상태정보)와 비교될 수 있는 신호 형태로 이루어진다.
그리고 각각의 센서에 오류 감시용 신호를 수신하는 수신수단과 자신(센서)의 식별정보와 수신된 오류 감시용 신호를 같이 출력하는 출력수단이 포함되며, 오류 감시용 신호를 수신한 센서는 상기 오류 감시용 신호 + 자신의 식별정보를 방사 형태로 출력한다.
이에 따라, 상기 센서에 인접한 다른 센서가 오류 감시용 신호 + 이전 센서의 식별정보를 수신하고, 오류 감시용 신호 + 이전 센서의 식별정보 + 자신의 식별정보를 출력한다.
이러한 신호 전달 체계의 반복에 의해 최종적으로 다중 분산제어 모듈에 가장 인접한 센서가 신호를 수신하여 출력하면, 다중 분산제어 모듈로 오류 감시용 신호 + n개(n>1, n은 자연수)의 식별정보를 수신하게 된다.
아울러, 다중 분산제어 모듈은 오류 네트워크 판단수단을 더 포함할 수 있으며, 이 오류 네트워크 판단수단은 n개의 식별정보를 기반으로, 식별정보가 포함되지 않은 센서를 파악하고, 네트워크 망의 고장을 예지/보수하도록 할 수 있다. 이때 예지/보수는 본 명세서에 기재된 사항을 따른다.
그리고 센서 정보수집부의 실시간 데이터 관리 및 모니터링 모듈은, 상기 다중 분산제어 모듈로부터 센서의 데이터를 취득하여 센서의 실시간 운전 현황 및 성능 등을 통합 모니터링 하고, 상기 센서의 데이터를 후술될 예지보전 통합모듈에 제공하는 기능을 한다.
LNG FPSO 예지보전부는, 센서 정보수집부로부터 수집되는 데이터들을 기반으로 LNG FPSO 압축기의 상태를 진단하고 열화를 측정함으로써, LNG FPSO 압축기의 잔여 수명을 정확히 예측하여 고장이 일어나기 직전에 보전을 실시할 수 있도록 한다.
이를 위해 LNG FPSO 예지보전부는 기본진단 모듈을 포함할 수 있는데, 상기 기본진단 모듈은, 센서의 데이터를 기반으로 LNG FPSO 압축기의 상태를 실시간으로 감지하여 발생 가능한 고장을 미리 예측하여 진단하는 기능을 한다.
이때, 상기 센서의 데이터는 다중 분산제어 모듈로부터 상태정보를 직접 수신할 수도 있고, 상태정보를 다중 분산제어 모듈로부터 수신한 실시간 데이터 관리 및 모니터링 모듈로부터 수신할 수도 있으며, 상기 실시간 데이터 관리 및 모니터링 모듈로부터 데이터를 수신받은 예지보전 통합모듈로부터 수신받을 수도 있다.
기본진단 모듈은 진단을 위한 신호처리와 처리된 신호를 기반으로 LNG FPSO 압축기의 상태를 진단할 수 있는데, 이를 위해 기본진단 모듈은 LNG FPSO 운영 시의 정상상태 데이터를 수집/관리하고 학습함으로써 정상유형 데이터를 저장한다.
그리고 기본진단 모듈은, 상기 정상유형 데이터를 기반으로 고장상태 데이터를 수집/관리하고 학습함으로써 고장유형 데이터를 저장할 수 있다.
따라서, 저장된 정상유형 데이터와 고장유형 데이터를 기반으로, LNG FPSO의 센서의 상태를 실시간으로 진단할 수 있게 된다.
이때, LNG FPSO 운영 시의 데이터를 수집/관리하는 것은 LNG FPSO 압축기의 센서에 따른 진동정보, 온도정보, 압력정보 및 스트레스정보와, 센서 자체의 동작 상태정보를 수집/관리하는 것이다.
이러한 기본진단 모듈에 따른 화면의 일예를 첨부된 도면의 도 2를 통해 설명한다.
도 2 내지 도 7은 본 발명에 따른 부유식 천연가스 생산저장설비 예지보전 시스템에 의해 화면이 구동되는 일예를 나타낸 것이다.
첨부된 도면의 도 2에 따르면, 좌측 상단에 선택된 Equipment의 명칭과 Equipment가 가지고 있는 Sensor TAG 목록이 표시된다. 그리고 TAG 목록에서 TAG 항목을 선택하면 해당 TAG의 데이터를 우측상단에 그래프로 표시되며, 데이터의 기간을 조정하여 볼 수 있다. 데이터 그래프는 마우스 휠 버튼의 상/하 조정으로 확대/축소 기능을 제공할 수도 있다.
하단의 "Diagnosis History"는 이전에 수행된 Diagnosis 이력정보가 표시된다. 그리고 "Diagnosis Execute"는 Diagnosis 알고리즘을 선택할 수 있으면 선택된 알고리즘에 대한 설명이 간략히 표시되며, Diagnosis Execute 버튼을 클릭하여 수행한다. 또한, "Diagnosis Result"는 Diagnosis를 수행한 결과가 표시한다.
즉, 알고리즘 수행이 완료되면 화면 좌측 상단의 Summary Information화면에 Equipment Status 정보가 알고리즘 수행 결과로 업데이트 된다.
LNG FPSO 예지보전부는, 원인진단 모듈을 더 포함할 수 있는데, 상기 원인진단 모듈은 패턴인식 알고리즘으로 진동 계측 신호를 분석하여 고장메커니즘을 파악하고, 고장원인 및 고장률을 산출한다.
이때, 고장률 산출은 후술된다.
LNG FPSO 예지보전부는 예지 모듈을 더 포함할 수 있는데, 상기 예지 모듈은 원인진단 모듈에서 산출된 고장원인을 기반으로 회귀분석 알고리즘을 이용하여 LNG FPSO 압축기의 잔여 수명을 산출한다.
이때 예지 모듈의 예지기법은 신뢰성 접근법(reliability approach), 확률론적 접근법(stochastic approach) 및 인공지능 접근법(neural network approach)이 결합된 형태의 접근법을 이용할 수 있는데,
구체적으로는, 확률에 의한 통계, 신뢰성 이론 및 인공지능을 기반으로 하여 성능의 보전을 예지하는 것이다.
이러한 예지 모듈에 의한 화면 표시의 일예는 첨부된 도면의 도 3을 참조할 수 있다.
첨부된 도면의 도 3을 참조하면, Prognosis 이력정보가 표시된다.
하단의 "Prognosis Execute"는 Prognosis 알고리즘을 선택할 수 있으면 선택된 알고리즘에 대한 설명이 간략히 표시되며, Prognosis Execute 버튼을 클릭하여 수행된다. 그리고 "Prognosis Result"에는 수행 결과가 표시된다.
또한, LNG FPSO 예지보전부는 보전 모듈을 더 포함할 수 있는데, 상기 보전 모듈은 LNG FPSO 압축기의 보전활동을 수행하기 위해 필요한 정보를 설정하고, 고장 분석 및 영향분석(FMECA), 고장을 일으키는 원인들에 대한 발생확률 계산(FTA), 고장에 따른 피해규모 계산(ETA), 유지보수 시기 및 절차 결정, 피해규모를 최소화하기 위한 방안들에 대한 경제성 평가, 신뢰도 예측, 진행된 보전 프로세스에 대한 리포트 기능을 통하여 최적의 이점을 갖는 보전 활동을 제공한다.
이러한 제공은, 알람의 출력과 더불어 보고서로 보전 활동의 정보를 제공할 수 있는데, 이를 위해 보고서 생성 유닛, 알람 유닛을 포함할 수 있다.
보고서 생성 유닛은, 보고서 생성부터 프린터 출력까지 가능하게 하고, 알람 유닛은 알람의 관리 및 모니터를 가능하게 하고, 알람이 울린 주기를 학습하여 알람 스케쥴을 생성할 수 있다.
특히, 알람 스케쥴이 생성되는 경우, 해당 센서의 수명을 예지할 수 있는 주요 근거가 될 수도 있으며, 한편 센서의 수명이 예지될 시기의 관리가 쉬워질 수 있다.
참고로, 보전에 대하여 아래 [표 1]을 참조하여 부가 설명한다.
Figure 112017036157150-pat00001
기존의 예방보전(Preventive Maintenance)은 장비의 성능을 최상으로 유지할 수 있는 좋은 방식이다. 예를 들면 예방보전은 장비의 사용 중 고장 및 정지와 같은 사고를 미리 방지하고자 부품을 사용 가능한 상태로 유지하기 위해 계획적으로 하는 유지보수로써, 예를 들면 5,000km 마다 자동차 엔진오일의 정기적 교환과 같은 것이 있다.
하지만, 고가의 장비를 경제적으로 사용해야 하는 해양플랜트의 특수성(운영환경, 고장 시 손실비용)으로 인해, 전문가적 진단 및 예지를 지원하는 예지보전 방식이 효과적이다.
예지보전(Condition Based Maintenance, CBM)은 LNG FPSO 압축기의 상태에 대한 전문가적 진단을 통해 미리 수명을 예지하고, 센서의 수명이 다할 때까지 원활하게 사용할 수 있도록 하는 유지보수이다.
위 [표 1]과 같이 양한 보전 방식이 발전해 왔으나, 종래의 정기보전이나 사후보전 체계는 최적화의 한계를 나타내었으며, 이에 진보된 지능화를 통한 보전 활동을 전략으로 삼는 기술이 예지보전 기술이다.
LNG FPSO와 같이 열악한 환경에서 운영되는 설비의 중요성 및 열화 특성을 반영하기에 적합한 보전 방식이며, 특히 경제적인 환경을 고려할 때는 반드시 선택해야 하는 최적의 보전 방식이다.
즉, 전문가적 진단 및 시스템적인 학습 기능의 부여를 통한 진화(Evolution)가 다양한 해양플랜트에 적용할 수 있는 핵심이다.
이러한 예지보전 방식을 적용하는 경우, 시스템을 통한 진단, 예지, 보전과 관련된 의사결정을 지원하므로, 인적 실수로 인한 오류를 미연에 방지하고, 비전문가도 설비 관련 고장을 분석하고 대응할 수 있게 된다.
이러한 보전 모듈은 첨부된 도면의 도 4를 참조한다.
도 4는 Maintenance(보전)을 수행하는데 있어서 필요한 정보들을 설정하는 화면을 나타낸 것이다.
첨부된 도면의 도 4에서 ① 화면은 장비들의 고장모드, 고장원인, 고장 심각도에 따른 고장율을 저장하는 화면이고, ② 화면은 장비들을 운영하기 위한 외부 환경정보들을 입력, 저장하는 화면이며, ③ 화면은 장비들을 운영하기 위한 정보들을 입력, 저장하는 화면이고, ④ 화면은 장비들의 고장발생 빈도범위를 사용자가 정의하는 화면이다.
또한, ⑤ 화면은 장비들의 고장발생에 따른 심각도 범위를 사용자가 정의하는 화면이고, ⑥ 화면은 장비들에 대한 고장발생빈도와 심각도를 이용하여 고장위험지수를 사용자가 설정하는 화면이며, ⑦ 버튼은 ①~⑥화면에 입력한 값을 DB에 저장하는 화면으로, '저장되었습니다.' 등의 메시지가 출력된다.
한편, 보전 모듈에 의해 제공되는 보전 활동에는 고장 분석 및 영향 분석 기능(FMECA)가 포함될 수 있는데, 이는 도 5를 참조한다.
도 5에서, ① 화면은 장비들의 고장모드에 대한 고장원인을 사용자가 정의하는 화면이고, ② 화면은 장비들에 발생한 고장원인 별 피해형태 및 규모를 정의하는 화면이며, ③ 화면은 장비들의 고장원인 별 고장위험지수를 나타내는 화면. 빨강색인 경우에는 매우 위험하다는 의미이다.
또한, ④ 화면은 현재 장비들의 고장을 예방을 하기 위해 처방한 방안들을 정의하는 화면이고, ⑤ 화면은 장비들의 고장위험지수를 저감하기 위한 방안을 정의하는 화면이며, ⑥ 버튼은 고장모드에 대한 또 다른 고장원인 별 분석항목을 추가하고, ⑦ 버튼은 고장모드에 대한 저장된 고장원인 별 분석항목을 삭제하며, ⑧ 버튼은 ①~ ⑤ 화면에 입력한 값을 저장한다.
다른 한편, 보전 모듈에 의해 제공되는 보전 활동에서는 고장을 발생시키는 원인들에 대한 발생확률을 계산하여 보전 활동이 가능(FTA)하도록 할 수 있는데, 이는 첨부된 도면의 도 6을 참조할 수 있다.
도 6에서, ① 화면은 장비들에 대한 고장발생 확률을 계산하기 위한 데이터를 입력하고 고장발생확률을 계산하는 화면이고, ② 버튼은 ①에서 입력된 데이터를 이용하여 고장발생확률을 계산하며, ③ 버튼은 신뢰성공학에 따른 고장률 계산하고, ④ 화면은 장비들에 고장횟수와 고장간 장비운영 시간을 입력하는 화면이다.
또한, ⑤ 화면은 ⑥ 버튼을 실행시켜 계산된 장비들의 고장율을 가시화하는 화면이고, ⑥ 버튼은 ④ 화면에서 입력한 데이터를 이용하여 고장율을 계산하며, ⑦ 버튼은 입력한 데이터를 저장하지 않고 계산도 않고 이전의 화면으로 되돌아 가도록 한다.
또 다른 한편, 보정 모듈에 의한 보정 활동에는 고장에 따른 피해규모를 계산하기 위한 관리가 가능(ETA)할 수 있다. 이는 첨부된 도면의 도 7을 참조한다.
도 7에서는, ① 화면은 장비들의 고장에 따른 고장결과의 심각도를 계산하기 위한 데이터를 입력하는 화면이고, ② 화면은 고장결과의 심각도 계산결과를 가시화한 화면(이때, 심각도는 인명, 환경, 선박, 화물 손상을 고려한 것)이며, ③ 버튼은 ① 화면에서 입력한 데이터를 이용하여 고장 결과의 심각도를 계산하는 것을 나타낸 것이다.
또한, LNG FPSO 예지보전부는 예지보전 통합모듈을 더 포함할 수 있는데, 상기 예지보전 통합모듈은 상술된 예지 모듈 및/또는 보전 모듈이 각 기능을 수행하기 위한 정보를 통합 관리하는 기능을 한다. 즉, 데이터베이스의 개념으로 활용될 수 있다.
또한, 센서 정보수집부에서 제공되는 데이터를 기본진단 모듈, 원인진단 모듈, 예지 모듈 및/또는 보전 모듈에 전달하는 기능을 하고, 각 모듈에서 수집 또는 저장되는 데이터를 통합적으로 관리하고 원격 모니터링 할 수 있도록 한다. 즉, 데이터베이스를 포함하는 운용기기로서 플랫폼으로 해석될 수도 있다.
이상과 같이 구성되는 본 발명에 따른 부유식 천연가스 생산저장설비 예지보전 시스템의 동작예를 살펴보면 다음과 같다.
실시간으로 수집되는 센서의 상태정보를 수집하다가, 기본진단 모듈을 통해 진단을 수행하며, 이상이 발생되면 원인진단모듈을 통해 LNG FPSO 압축기의 고장원인과 고장률을 산출한다.
구체적으로는, 기본진단 모듈이 정상유형 데이터와 고장유형 데이터를 기반하여 LNG FPSO 압축기의 고장발생을 진단하되, 예지 모듈과 연동되어 고장발생 여부를 확률적으로 제공(예지)하여 확률 값이 소정의 값 이상이면 고장이 발생된 것으로 판단한다.
이때, 확률적으로 제공되는 것은 고장진단 성공률에 기반하며, LNG FPSO 압축기의 고장이 진단된 개수 ÷ 고장진단이 가능한 LNG FPSO 압축기의 개수로 계산되며, 다음의 수학식을 이용한다.
Figure 112017036157150-pat00002
위의 [수학식 1]을 통해 고장으로 진단되면, 예지 모듈에 의해 해당 LNG FPSO 압축기의 잔여 수명을 판단한다.
그리고 보전 모듈이 예지 모듈에 의해 판단된 데이터를 기반으로 해당 LNG FPSO 압축기의 보전을 위한 활동(유지보수 등)을 사용자가 할 수 있도록 돕는다.
여기서, 돕는다는 의미는 예지 모듈에 의해 판단된 해당 LNG FPSO 압축기의 수명이나 고장여부를 근거로 어떤 유지보수를 수행해야 하는지 보전 활동 데이터를 제공하는 것이다.
한편, 상기에서 서술한 것은, 본 발명의 주요 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명이 상술된 기재에 한정되는 것이 아님은 자명하다.

Claims (5)

  1. LNG FPSO(부유식 천연가스 생산저장설비)의 압축기에 부착된 센서의 데이터를 획득하고 상기 데이터를 기반으로 LNG FPSO 압축기를 진단하여 이의 수명을 예지하고, LNG FPSO 압축기의 수명이 다할 때까지 사용할 수 있도록 예지보전하는 부유식 천연가스 생산저장설비 예지보전 시스템에 관한 것으로서,
    LNG FPSO 압축기에 부착된 센서들로부터 데이터를 획득하여 관리하는 센서 정보수집부; 및
    상기 센서 정보수집부에서 획득된 데이터를 기반으로 LNG FPSO 압축기의 상태를 진단하고 잔여 수명을 예지하며 보전을 실시할 수 있도록 하는 LNG FPSO 예지보전부를 포함하며;
    상기 LNG FPSO 예지보전부는,
    센서의 데이터를 기반으로 LNG FPSO 압축기에 발생 가능한 고장을 진단하는 기본진단 모듈;
    LNG FPSO 압축기의 고장원인 및 고장률을 산출하는 원인진단 모듈;
    상기 원인진단 모듈에서 산출된 고장원인을 기반으로 LNG FPSO 압축기의 잔여 수명을 예지하는 예지 모듈; 및
    LNG FPSO 압축기의 보전활동을 수행하기 위해 필요한 정보를 설정하고, 고장 분석 및 영향분석(FMECA), 고장을 일으키는 원인들에 대한 발생확률 계산(FTA) 및 고장에 따른 피해규모 계산(ETA)을 보전 활동으로 제공하는 보전 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 부유식 천연가스 생산저장설비 예지보전 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서 정보 수집부는,
    분산 설치된 LNG FPSO 압축기에 부착된 복수 개의 센서를 네트워크를 통해 하나로 묶어 연동시키는 다중 분산제어 모듈; 및
    상기 다중 분산제어 모듈이 획득한 상기 센서의 데이터를 취득하여 통합 관리하는 실시간 데이터 관리 및 모니터링 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 부유식 천연가스 생산저장설비 예지보전 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 센서의 데이터는,
    센서로부터 감지된 LNG FPSO 압축기의 진동정보, 온도정보, 압력정보 및 스트레스정보와, 센서 자체의 상태정보를 포함하는 것을 특징으로 하는, 부유식 천연가스 생산저장설비 예지보전 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 기본진단 모듈은,
    LNG FPSO 운영 시의 정상상태 데이터를 수집/관리하고 학습함으로써 정상유형 데이터를 저장하고, 상기 정상유형 데이터를 기반으로 고장상태 데이터를 수집/관리하고 학습함으로써 고장유형 데이터를 저장한 후,
    상기 정상유형 데이터와 고장유형 데이터를 기반으로 센서의 상태를 진단하는 것을 특징으로 하는, 부유식 천연가스 생산저장설비 예지보전 시스템.

  5. 삭제
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