KR102203730B1 - 고온 배관의 위험도 평가 방법 - Google Patents

고온 배관의 위험도 평가 방법 Download PDF

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KR102203730B1
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Abstract

본 발명은 고온 배관의 위험도 평가 방법에 관한 것이다. 본 발명은 검사이력 유무에 따라 배관의 평균 파손시간(MTTF: Mean Time To Failure)을 산출하는 단계; 상기 평균 파손시간으로부터 모수(Parameter)를 계산하고 상기 배관의 파손확률(Pf)을 상기 모수를 포함한 시간에 대한 함수로 산출하는 단계; 상기 배관의 파손피해(Cf)를 산출하는 단계; 상기 배관에 대한 위험도 목표치(Risktarget)를 결정하고 하기 [수학식 1]에 대입하여 최대 파손확률(Pf,max)을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 최대 파손확률을 기초로 하여 시간을 산출하고 상기 시간에 근거하여 검사시기를 도출하는 단계를 포함할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112018074382355-pat00032

Description

고온 배관의 위험도 평가 방법{A METHOD FOR RISK ASSESSMENT FOR HIGH TEMPERATURE PIPING}
본 발명은 위험도 평가 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 확률분포함수를 이용한 고온 배관의 위험도 평가 방법에 관한 것이다.
고온 환경에서 사용되는 화력발전설비는 다른 산업설비에 비하여 규모와 복잡성 그리고 국가 기간설비로서의 중요성이 매우 크다. 하지만, 전력산업의 구조개편으로 분리된 국내 발전자회사 간의 발전 수익성을 위한 경쟁이 치열해지고 있다.
이로 인해 발전사회사뿐만 아니라 민간 발전사마다 경제성 원리에 따라 계획예방정비공사 등급(A급, B급, C급 등) 및 계획예방정비 순환주기(Planned Inspection Interval)를 마련하여 각자 도생하고 있다. 또한, 일부 발전사는 파손확률과 파손피해 등급을 이용한 정성적(Qualitative) 또는 준정량적(Semi-quantitative) 위험도 기반 검사기법을 자체적으로 도입하여 적용하고 있다.
종래에는 일반적으로 사용 중인 고온 설비에 대하여 계획예방정비 순환주기에 맞춰 설비등급별로 경험적으로 결정된 주기로 검사하거나 문진을 이용한 정성적 위험도 위험도 평가방법을 이용해 검사 우선순위를 정하고 있다. 국내의 일부 기관을 통해서 준정량적 위험도 평가방법이 제시되고 있지만, 설비의 잔여수명/수명소진율 평가는 공학적 평가모델로 정량적으로 판단하거나 파손확률과 파손피해 결정에서는 비확률적 모델을 사용하고 있다. 또한, 검사주기 결정에 있어서도 수학적 모델을 바탕으로 하고 있지 않은 문제가 있었다.
대한민국 공개특허공보 제10-2018-0034071호(2018.04.04)
본 발명은 고온 배관의 위험도를 평가함에 있어 평가인자들의 배점의 산술 합에 의해서 평가하지 않고 예상되는 정량적인 파손확률, 정량적 파손피해 및 검사결과를 고려하여 평가하므로, 검사시기와 검사방법을 합리적으로 제시할 수 있는 고온 배관의 위험도 평가 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 배관의 위험 도 평가 방법은 검사이력 유무에 따라 배관의 평균 파손시간(MTTF: Mean Time To Failure)을 산출하는 단계; 상기 평균 파손시간으로부터 모수(Parameter)를 계산하고 상기 배관의 파손확률(Pf)을 상기 모수를 포함한 시간에 대한 함수로 산출하는 단계; 상기 배관의 파손피해(Cf)를 산출하는 단계; 상기 배관에 대한 위험도 목표치(Risktarget)를 결정하고 하기 [수학식 1]에 대입하여 최대 파손확률(Pf,max)을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 최대 파손확률을 기초로 하여 시간을 산출하고 상기 시간에 근거하여 검사시기를 도출하는 단계를 포함할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112018074382355-pat00001
상기 파손확률은 2-모수 와이블 분포(Two-parameter Weibull Distribution)를 사용하여 하기 [수학식 2] 및 [수학식 3]과 같이 산출될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112018074382355-pat00002
[수학식 3]
Figure 112018074382355-pat00003
(t: 시간, β: 형상모수(Shape Parameter), η: 척도모수(Scale Parameter))
상기 배관의 평균 파손시간은 하기 [수학식 4]에 의하여 산출될 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112018074382355-pat00004
(PLM: 라슨-밀러(Larson-Miller) 매개변수, T: 온도, C: 재료상수, Le: 기대수명(평균 파손시간))
상기 [수학식 3]의 η은 하기 [수학식 5]에 의해 산출될 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112018074382355-pat00005
(MTTF: 평균 파손시간, Γ: 감마함수)
상기 평균 파손시간은 검사이력이 없는 경우, 90%의 하한 신뢰구간(LBC: lower bound confidence)와 50%의 추가 불확실도(AU: Additional Uncertainty)를 상기 [수학식 3]에 반영하여 하기 [수학식 6]과 같이 산출할 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112018074382355-pat00006
상기 평균 파손시간은 검사이력이 있는 경우, 검사의 유효성 및 설비의 실제 상태를 반영하여 조정될 수 있다.
상기 평균 파손시간은 검사위치(Inspection Location) 특성에 맞게 보정될 수 있다.
상기 검사위치 특성은 용접 정정(Weld Correction), 용접 공정(Welding Process), 이종 용접(Dissimilar Welding), 이력 효과(History Effect), 지지대/행거 조건(Support/Hanger Condition)을 고려하여 상기 평균 파손시간에 하기 [수학식 10] 및 [수학식 11]과 같이 반영할 수 있다.
[수학식 10]
Figure 112018074382355-pat00007
(각 하위 인자는 0보다 크고, 1보다 작거나 같음)
[수학식 11]
Figure 112018074382355-pat00008
(SFwc: 용접 정정에 대한 하위 인자(Material Grade마다 상이), SFwp: 용접 공정에 대한 하위 인자 (0.9 또는 1의 값), SFdw: 이종 용접에 대한 하위 인자 (0.9 또는 1의 값), SFhe: 이력 효과에 대한 하위 인자, SFshc: 지지대/행거 조건에 대한 하위 인자)
상기 파손피해는 하기 [수학식 12]에 의해 산출될 수 있다.
[수학식 12]
Figure 112018074382355-pat00009
(Costprod: 생산중단 시간으로 인한 기회손실 비용, Costenv: 환경영향 비용, Costmaint: 설비의 유지보수 및 교체와 관련된 비용)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고온 배관의 위험도를 평가함에 있어 평가인자들의 배점의 산술 합에 의해서 평가하지 않고 예상되는 정량적인 파손확률, 정량적 파손피해 및 검사결과를 고려하여 평가하므로, 검사시기와 검사방법을 합리적으로 제시할 수 있다. 따라서, 정량적 위험도뿐만 아니라 회사의 위험 관리기준과 계획예방정비 순환주기를 고려하여 설비의 검사시점을 객관적으로 결정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 배관의 위험도 평가 방법을 보인 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 고안된 비대칭 위험도 행렬을 예시적으로 보인 도면.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 의한 고온 배관의 위험도 평가 방법의 일 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 배관의 위험도 평가 방법을 보인 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 고안된 비대칭 위험도 행렬을 예시적으로 보인 도면이다.
이에 도시된 바에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 배관의 위험도 평가 방법은 검사이력 유무에 따라 배관의 평균 파손시간(MTTF: Mean Time To Failure)을 산출하는 단계(S10); 상기 평균 파손시간으로부터 모수(Parameter)를 계산하고 상기 배관의 파손확률(Pf)을 상기 모수를 포함한 시간에 대한 함수로 산출하는 단계(S20); 상기 배관의 파손피해(Cf)를 화폐 단위로 산출하는 단계(S30); 상기 배관에 대한 위험도 목표치(Risktarget)를 결정하고 하기 [수학식 1]에 입하여 최대 파손확률(Pf,max)을 산출하는 단계(S40); 및 상기 산출된 최대 파손확률을 기초로 하여 시간을 산출하고 상기 시간에 근거하여 검사시기를 도출하는 단계(S50)를 포함할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112018074382355-pat00010
배관의 손상기구가 전면부식(General Corrosion 또는 Uniform Corrosion)인 경우, 배관의 현재 상태 또는 남은 수명은 일반적으로 정량화하거나 원래 벽 두께의 백분율로 표시할 수 있다. 검사 기록에 평균 잔여 벽 두께가 기록되는 경우에는 이 데이터를 사용하여 파손이 발생할 수 있는 시기와 파손이 발생할 가능성을 예측할 수 있다.
국부부식(Local Corrosion), 침식(Erosion) 또는 크리프(Creep)와 같은 다른 손상기구는 검사 중에 측정된 데이터를 토대로 쉽게 예측되지 않을 수 있다. 이러한 경우 고온 배관의 파손 가능성은 배관의 남은 수명에 대한 예측을 기반으로 해야 한다.
본 실시예에서는 파손확률(Pf)를 산출하기 위해 2-모수 와이블 분포(Two-parameter Weibull Distribution)을 사용하여 하기 [수학식 2] 및 [수학식 3]과 같이 연(Year) 단위 시간 t의 함수로 산출될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112018074382355-pat00011
[수학식 3]
Figure 112018074382355-pat00012
(t: 시간, β: 형상모수(Shape Parameter), η: 척도모수(Scale Parameter))
η은 와이블 특성 수명(Weibull Characteristic Life)일 수도 있다. 원하는 파손확률에 도달하는 시간은 t로 정리하여 [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있다
미국석유협회(American Petroleum Institute) RP 581 Risk-Based Inspection Technology 에서는 피셔 매트릭스 바운스(Fisher Matrix Bounds)를 사용하여 90%의 하한 신뢰구간(LBC: lower bound confidence) 간격 사용을 권장한다. 90%의 하한 신뢰구간은 와이블 플롯(Weibull Plot)에서 데이터 포인트가 원래의 오른쪽으로 떨어질 것이라는 90% 신뢰도를 제공한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 파손확률을 시간에 대한 함수로 산출하게 되면 형상모수(β) 및 척도모수(η)의 값을 대입하고 최대 파손확률(Pf,max)을 설정하면 시간을 구할 수 있게 된다. 척도모수(η)의 값은 평균 파손시간을 통해 산출할 수 있다.
설비의 평균 파손시간을 결정할 수 있는 충분한 검사 정보가 존재하지는 않지만, 결정론적 수명평가식에서 도출한 수명시간을 연 단위로 변경하여 평균 파손시간을 고려할 수 있다. 형상모수(β) 값을 알고 있으면(미국석유협회(American Petroleum Institute) RP 581 에서 기본값은 3.0, wearout life), 척도모수(η) 값은 하기 [수학식 4] 및 [수학식 5]를 통하여 산출될 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112018074382355-pat00013
(PLM: 라슨-밀러(Larson-Miller) 매개변수, T: 온도, C: 재료상수(온도와 수명을 정규화하여 표현한 표준변수), Le: 기대수명(평균 파손시간))
[수학식 5]
Figure 112018074382355-pat00014
(MTTF: 평균 파손시간, Γ: 감마함수)
먼저 평균 파손시간(Le)은 [수학식 4]를 통해 얻어질 수 있고, 이 값을 [수학식 5]에 대입하면 척도모수(η) 값을 구할 수 있다.
모재부의 결정론적인 수명은 특정 환경에 놓인 설비에 대해서 하나의 손상기구(Damage Mechanism) 또는 복합적인 손상기구에 따라 국내외 학계나 산업계에서 인정된 평가방법으로 취득할 수 있다.
본 실시예에서는 고온 배관에서 주요 손상기구인 크리프(Creep) 파단에 의한 결정론적 수명평가식을 이용해 구한 값을 기본 평균 파손시간으로 고려한다. 크리프(Creep) 손상에 노출된 설비의 경우 라슨-밀러(Larson-Miller) 선도를 통해 라슨-밀러(Larson-Miller) 매개변수 PLM 값이 구해진다.
한편, 이상에서 설명한 평균 파손시간을 산출함에 있어서 검사이력의 유무에 따라 달라질 수 있으며 이에 대하여 이하에서 설명하기로 한다.
(1) 검사이력이 없는 검사계획(최초 검사)
검사기록이 없고 설비의 상태에 대한 정보가 없다면 파손확률의 부정확성과 데이터 편향을 설명하기 위해 90%의 하한 신뢰구간(LBC) 외에 50%의 추가 불확실도(AU: Additional Uncertainty)를 기본값으로 사용한다. 본 실시예에서는 위 두가지 값을 하기 [수학식 6]에 반영하여 검사날짜를 단축시키는 방법으로 사용할 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112018074382355-pat00015
검사이력이 없는 설비에 대해 계산된 위험도는 검사이력이 있는 설비보다 높다. 검사활동 자체가 위험도를 감소시키는 것은 아니지만, 이것은 설비에 대한 정보가 많을수록 불확실성이 낮아져 계산된 위험도가 감소한다는 RBI(Risk-Based Inspection)의 기본 원칙에 따른 것이다.
(2) 검사이력이 있는 검사계획
검사결과는 설비의 실제 상태를 평가하고 필요에 따라 파손확률 곡선을 조정하는데 사용할 수 있다. 검사활동은 두가지의 정보를 제공한다. 하나는 (a) 유효한 검사로 인한 불확실성의 감소이고, 다른 하나는 (b) 설비의 실제 상태에 따른 파손확률 곡선의 이동이다.
(a) 유효한 검사로 인한 불확실성의 감소
설비를 검사하면 불확실성이 감소하고 파손확률과 위험도는 항상 감소한다(파손확률 곡선은 오른쪽으로 이동함). 또한, 보다 유효한 검사방법이 사용되면 불확실성의 양이 더 감소하고 와이블 플롯(Weibull Plot)은 오른쪽으로 더 이동한다. 이 개념을 사용하면 설비의 수명이 다해 감에 따라 더욱 유효한 검사방법이 필요하다. 검사방법의 유효성과 불확실성은 [표 1]에 기재되어 있다.
Inspection
Category		 Inspection
Effectiveness
Category		 Inspection
Uncertainty(AU)		 Remarks
A Highly Effective 5%
B Usually Effective 10%
C Farily Effective 20%
D Poorly Effective 30%
E Ineffective 50% No Inspection
(b) 설비의 실제 상태에 따른 파손확률 곡선의 이동
검사활동은 불확실성을 줄이는 것뿐만 아니라 설비의 현재 상태에 대한 정보도 제공한다. 전면부식이 설비의 손상기구인 경우, 평균 측정 두께를 사용하여 설비의 파손시점을 예측할 수 있다. 다른 손상기구나 측정된 두께 데이터가 없는 경우 잔여수명의 정량적 추정을 사용하여 향후 설비 파손시점을 예측할 수 있다.
배관 감육율은 하기 [수학식 7]과 같이 최종 검사에서 측정된 평균 벽 두께, 최초 평균 벽 두께 및 운전 누적시간을 사용하여 계산할 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112018074382355-pat00016
파손으로 정의된 잔여 벽 두께의 비율(RWTf)을 사용하면 검사를 위해 조정된 설비의 예상 수명(PLadj)은 하기 [수학식 8]을 사용하여 계산할 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112018074382355-pat00017
배관의 벽 두께 데이터를 감육율 계산에 사용할 수 없거나 손상기구가 전면부식이 아니라면, 마지막 검사결과로부터 평가한 설비의 예상 잔여수명(ERL)을 하기 [수학식 9]와 같이 사용하여 PLadj를 계산할 수 있다.
[수학식 9]
Figure 112018074382355-pat00018
마지막 검사에 기반한 설비의 예상 수명이 [수학식 8] 또는 [수학식 9] 중 하나를 사용하여 결정되고, 결정된 예상 수명을 하기 [수학식 14]와 같이 검사결과에 기반한 평균 파손시간으로 사용할 수 있다. 이 평균 파손시간은 해당 설비의 파손확률과 위험도를 결정하는데 사용된다.
한편, 이하에서는 위에서 산출한 고온 배관의 평균 파손시간을 보정하는 단계에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
모재부의 결정론적인 수명으로 고려된 기본 평균 파손시간 또는 검사활동을 통해서 추정된 정량적 예상 수명으로 고려된 평균 파손시간은 모재부(Base Metal)와 용접재부(Weld Metal) 및 HAZ(Heat Affected Zone)부 등의 검사위치(Inspection Location) 특성에 맞게 수정될 수 있다. 또한, 각 검사위치 특성에는 용접 정정(Weld Correction), 용접 공정(Welding Process), 이종 용접(Dissimilar Welding), 이력 효과(History Effect), 지지대/행거 조건(Support/Hanger Condition), 과거 파손이력(Failure History) 및 기동횟수 등을 다양하게 고려할 수 있다. 본 실시예에서는 평균 파손시간을 보정할 수 있는 보정인자(Modification Factor)를 하기 [수학식 10]과 같이 고려한다.
[수학식 10]
Figure 112018074382355-pat00019
보정인자는 하기 [수학식 11]과 같이 5개의 하위 인자로 구성된다. 각 하위 인자는 0보다 크고, 1보다 작거나 같게 하여 보정인자의 값이 1을 넘지 않게 한다.
[수학식 11]
Figure 112018074382355-pat00020
(SFwc: 용접 정정에 대한 하위 인자(Material Grade마다 상이), SFwp: 용접 공정에 대한 하위 인자 (0.9 또는 1의 값), SFdw: 이종 용접에 대한 하위 인자 (0.9 또는 1의 값), SFhe: 이력 효과에 대한 하위 인자, SFshc: 지지대/행거 조건에 대한 하위 인자)
용접 정정(Weld Correction)에 대한 하위 인자의 경우, [표 2]와 같이 모재부(Base Metal)과 용접재부(Weld Metal)의 크리프(Creep) 파단 강도 차이를 고려한다.
Weld
Correction		 SA335-P91/
SA234-WP91		 SA335-P92/
SA234-WP92		 SA335-P12/
SA234-WP12		 SA335-P22/
SA234-WP22		 Remarks
Base 1 1 1 1
Weld 0.9 0.9 0.6 0.7 Material Grade
차이 반영
용접 공정(Welding Process)에 대한 하위 인자의 경우, [표 3]과 같이 용접공정 조건(Shop Welding과 Field Welding)의 용접품질의 경험적 차이를 고려한다.
Welding Process Value Remarks
Shop Welding 1
Field Welding 0.9 경험적 판단 필요
이종 용접(Dissimilar Welding)에 대한 하위 인자의 경우, [표 4]와 같이 이종용접부의 강도 특성을 고려한다.
Dissimilar Weld Value Remarks
No 1
Yes 0.9 이종용접 상대재질의 종류는
고려 안함
이력 효과(History Effect)에 대한 하위 인자의 경우, [표 5]와 같이 과거 유사파손사례 및 검사결과에 근거한 경험적 판단을 고려한다.
History Effect Value Remarks
None 1 예) Failure History가 전혀 없음
Moderate 0.75 예) Failure History가 가끔 보고됨
Severe 0.5 예) Failure History가 자주 보고됨
지지대/행거 조건(Support/Hanger Condition)에 대한 하위 인자의 경우, [표 6]과 같이 현장의 지지대 및 행거의 현장 조건을 반영한다.
Support/Hanger Condition Value Remarks
G: Good 1 설계조건에 거의 완벽하게 일치
S: Serviceable 0.9 통상 운전상태와 유사한 조건
P: Poor 0.7 통상 운전상태와 안 좋은 조건
U: Unknown 0.6 잘 모르겠음
다음으로, 파손피해(Cf)는 경제적 피해결과를 화폐 단위($ 또는 \)로 표현된다. 파손피해는 생산중단 시간으로 인한 기회손실 비용, 환경영향 비용 및 설비의 유지보수 및 교체와 관련된 비용을 포함하여 결정된다. 추가적으로 사고로 인한 회사의 브랜드 가치 하락, 인명피해 및 법적/행정적 비용 등도 고려될 수 있다. 파손으로 인한 비계획 가동중단(Unplanned Shutdown)의 피해결과는 하기 [수학식 12]를 사용하여 결정된다.
[수학식 12]
Figure 112018074382355-pat00021
(Costprod: 생산중단 시간으로 인한 기회손실 비용, Costenv: 환경영향 비용, Costmaint: 설비의 유지보수 및 교체와 관련된 비용)
여기에서 Costprod는 ‘1일당 생산손실 또는 발전손실’과 ‘생산중단 또는 발전중단 일수’의 곱으로 표현할 수 있다.
다음으로, 시간의 함수로서의 위험도는 파손확률과 파손피해의 곱으로 [수학식 13]과 같이 표현한다.
[수학식 13]
Figure 112018074382355-pat00022
위험도 행렬은 위험도가 높은 설비를 식별하는 데 유용한 시각적 도구이다. 위험도는 [표 7]에 나와 있는 파손확률 및 파손피해 범주로 특징 지어진다. COF Range는 RBI 기법의 일반적인 방식이고, POF Range는 설비의 사용시점부터 평균 파손시간(예, 50년)까지 일정 수명소진율 간격으로 구분 한 후, 구분된 간격 경계의 파손확률을 사용한다.
- POF　Category 1: 수명소진율 1/5 이하 (예, 설비의 사용연수 10년 이하)
- POF　Category 2: 수명소진율 1/5 초과 (예, 설비의 사용연수 10년 초과)
- POF　Category 3: 수명소진율 2/5 초과 (예, 설비의 사용연수 20년 초과)
- POF　Category 4: 수명소진율 3/5 초과 (예, 설비의 사용연수 30년 초과)
- POF　Category 5: 수명소진율 4/5 초과 (예, 설비의 사용연수 40년 초과)
POF Category COF Category
Category Range Category Range($)
1 POF ≤ 0.006 A COF ≤ $10,000
2 0.006 < POF ≤ 0.045 B $10,000 < COF ≤ $100,000
3 0.045 < POF ≤ 0.143 C $100,000 < COF ≤ $1,000,000
4 0.143 < POF ≤ 0.306 D $1,000,000 < COF ≤ $10,000,000
5 0.306 < POF ≤ 1.0 E COF > $10,000,000
위험도는 고 위험(High Risk), 중/고 위험(Medium High Risk), 중간 위험(Medium Risk) 및 저 위험(Low Risk)의 네 가지 영역으로 분류된 [도면 2]와 같이 위험도 행렬에 나타낼 수 있다. 이 위험도 행렬 형태는 동일한 정량적 위험도 값을 갖는 선(Iso-Risk Line)을 이용하여 고안되었다.
최종적으로, 파손피해 결과와 사용자가 지정한 위험도 목표치의 함수로서 [수학식 1] 및 [수학식 3]을 통하여 최적 검사시기를 결정할 수 있다. 즉, 사용자는 위험도 목표치(Risktarget)를 설정한 후에 파손피해로 나누어 최대 파손확률을 1차적으로 구한다. 최대 파손확률은 시간에 대한 함수이므로, 사용자는 최대 파손확률로부터 시간을 구할 수 있고 이 시간에 근거하여 검사시기를 도출하면 된다. 또한, 검사시기의 위험도가 사용자가 지정한 위험도 목표치(Risktarget)와 같으므로 계획예방정비 순환주기(Planned Inspection Interval)를 고려하여 실제 검사를 할 수 있는 날짜로 앞당겨져야 한다.
상기에서는 본 발명의 특정의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (9)

  1. 검사이력 유무에 따라 배관의 평균 파손시간(MTTF: Mean Time To Failure)을 산출하는 단계;
    상기 평균 파손시간으로부터 모수(Parameter)를 계산하고 상기 배관의 파손확률(Pf)을 상기 모수를 포함한 시간에 대한 함수로 산출하는 단계;
    상기 배관의 파손피해(Cf)를 산출하는 단계;
    상기 배관에 대하여 사용자가 지정한 위험도 목표치(Risktarget)를 하기 [수학식 1]에 대입하여 최대 파손확률(Pf,max)을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 최대 파손확률을 기초로 하여 시간을 산출하고 상기 시간에 근거하여 검사시기를 도출하는 단계를 포함하고,
    [수학식 1]
    Figure 112020042643791-pat00023

    상기 평균 파손시간으로부터 모수(Parameter)를 계산하고 상기 배관의 파손확률(Pf)을 상기 모수를 포함한 시간에 대한 함수로 산출하는 단계에서,
    상기 파손확률(Pf)은 2-모수 와이블 분포(Two-parameter Weibull Distribution)를 사용하여 하기 [수학식 2] 및 [수학식 3]과 같이 산출되고,
    [수학식 2]
    Figure 112020042643791-pat00035

    [수학식 3]
    Figure 112020042643791-pat00036

    (t: 시간, β: 형상모수(Shape Parameter), η: 척도모수(Scale Parameter))
    상기 평균 파손시간은 검사이력이 없는 경우, 90%의 하한 신뢰구간(LBC: lower bound confidence)와 50%의 추가 불확실도(AU: Additional Uncertainty)를 상기 [수학식 3]에 반영하여 하기 [수학식 6]과 같이 산출하는 것을 특징으로 하는 고온 배관의 위험도 평가 방법.
    [수학식 6]
    Figure 112020042643791-pat00040
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배관의 평균 파손시간은 하기 [수학식 4]에 의하여 산출되는 것을 특징으로 하는 고온 배관의 위험도 평가 방법.
    [수학식 4]
    Figure 112019122535732-pat00026

    (PLM: 라슨-밀러(Larson-Miller) 매개변수, T: 온도, C: 재료상수(온도와 수명을 정규화하여 표현한 표준변수), Le: 기대수명(평균 파손시간))
  4. 제3항에 있어서,
    상기 [수학식 3]의 η은 하기 [수학식 5]에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 고온 배관의 위험도 평가 방법.
    [수학식 5]
    Figure 112018074382355-pat00027

    (MTTF: 평균 파손시간, Γ: 감마함수)
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 평균 파손시간은 검사이력이 있는 경우, 검사의 유효성 및 설비의 실제 상태를 반영하여 조정되는데,
    상기 검사의 유효성은 파손확률 곡선의 이동을 통해 반영하며,
    상기 설비의 실제 상태는 하기 [수학식 7] 및 [수학식 8]과 같이 산출하여 반영하되, 배관의 벽 두께 데이터를 배관 감육율 계산에 사용할 수 없는 경우에는 하기 [수학식 9]와 같이 산출하여 확인하는 것을 특징으로 하는 고온 배관의 위험도 평가 방법.
    [수학식 7]
    Figure 112019122535732-pat00037

    (trate: 배관 감육율, torig: 최종 검사에서 측정된 평균 벽 두께, tinsp: 최초 평균 벽 두께, tdur: 운전 누적시간)
    [수학식 8]
    Figure 112019122535732-pat00038

    (PLadj: 설비의 예상 수명, RWTf: 파손의로 정의된 잔여 벽 두께의 비율, torig: 최종 검사에서 측정된 평균 벽 두께, trate: 배관 감육율)
    [수학식 9]
    Figure 112019122535732-pat00039

    (PLadj: 설비의 예상 수명, tdur: 운전 누적시간, ERL: 마지막 검사결과로부터 평가한 설비의 예상 잔여수명)
  7. 제1항에 있어서,
    상기 평균 파손시간은 검사위치(Inspection Location) 특성에 맞게 보정되는 것을 특징으로 하는 고온 배관의 위험도 평가 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 검사위치 특성은 용접 정정(Weld Correction), 용접 공정(Welding Process), 이종 용접(Dissimilar Welding), 이력 효과(History Effect), 지지대/행거 조건(Support/Hanger Condition)을 고려하여 상기 평균 파손시간에 하기 [수학식 10] 및 [수학식 11]과 같이 반영하는 것을 특징으로 하는 고온 배관의 위험도 평가 방법.
    [수학식 10]
    Figure 112018074382355-pat00029

    (각 하위 인자는 0보다 크고, 1보다 작거나 같음)
    [수학식 11]
    Figure 112018074382355-pat00030

    (SFwc: 용접 정정에 대한 하위 인자(Material Grade마다 상이), SFwp: 용접 공정에 대한 하위 인자 (0.9 또는 1의 값), SFdw: 이종 용접에 대한 하위 인자 (0.9 또는 1의 값), SFhe: 이력 효과에 대한 하위 인자, SFshc: 지지대/행거 조건에 대한 하위 인자)
  9. 제1항에 있어서,
    상기 파손피해는 하기 [수학식 12]에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 고온 배관의 위험도 평가 방법.
    [수학식 12]
    Figure 112018074382355-pat00031

    (Costprod: 생산중단 시간으로 인한 기회손실 비용, Costenv: 환경영향 비용, Costmaint: 설비의 유지보수 및 교체와 관련된 비용)

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