KR102581072B1 - 고온 배관의 수명 및 위험도 평가 방법 - Google Patents

고온 배관의 수명 및 위험도 평가 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발전소에 시설되는 배관의 취약 위치의 응력을 산출하는 단계, 상기 응력을 산출하는 단계에 의해 산출된 응력 값을 활용하여 상기 배관의 취약 위치의 수명을 평가하는 단계 및 상기 취약 위치의 이론적 고장확률을 실제 검사 결과를 바탕으로 보정한 보정 고장확률에 의해 상기 취약 위치의 위험도를 평가하는 단계를 포함하는 고온 배관의 수명 및 위험도 평가 방법으로서, 본 발명은 고온 배관의 수명을 평가함에 있어 3차원 배관 변위에 의해서만 평가하지 않고, 실제 현장검사 결과를 고려하여 평가하며, 정비 시기의 합리적인 예측이 가능할 수 있게 한다.

Description

고온 배관의 수명 및 위험도 평가 방법{METHOD FOR EVALUATING LIFE AND RISK DEGREE OF HIGH TEMPERATURE PIPE}
본 발명은 화력발전소 등에 시설되는 고온 배관의 수명 및 위험도를 평가하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
화력발전소 고온 배관의 경우, 보일러 등 증기를 발생시키는 설비로부터 터빈 등에 이르기까지 증기를 운송하는 설비로 복잡한 3차원 구조로 설치되어 있다.
운전을 하게 되면, 배관에 고온의 증기가 흐르게 되고, 온도 변화에 따른 열팽창으로 3차원적인 거동을 보이게 된다.
이러한 3차원적 배관 변위가 설계값과 다르게 발생할 경우에는 예상하지 못한 응력이 발생하게 되어 운전 상황에 따라 크리프(Creep) 및 피로 손상을 받게 된다.
배관의 기동 및 정지 시에는 배관이 가열 또는 냉각되므로 열에 의한 피로 손상을 받게 되고, 정상 운전시에는 고온의 일정 응력 하에서 시간이 경과됨에 따라 재료가 열화되는 크리프 손상을 받게 된다.
이와 같이 고온 운전 및 반복적인 기동, 정지에 의해 크리프 및 피로 손상이 누적되며, 결국 배관의 수명을 저하시키게 된다.
발전소의 안정적인 운전 및 최적 정비 관리를 위해서는 배관의 수명을 정확하게 계산하는 것 뿐만 아니라 최적 정비 시기를 예측하는 것이 필요하다.
본 출원인은 종래 특허(한국공개특허공보 제10-2012-0033862호)를 통해 3차원 배관 변위를 기반으로 전달함수를 통해 변위와 응력을 계산하고, 자동으로 크리프 및 피로 수명을 평가하는 방법을 제시한 바 있다.
상기한 종래 특허에서는 운전 중인 배관에서의 온도 측정이 불가능해서 전산 해석을 통해 유추한 온도와 응력을 이용하였다.
그러나, 3차원 배관 변위만을 이용해서 이론적으로 구한 전달함수는 벡터합으로만 이루어진 식으로, x, y, z 축에서의 변위를 개별적으로 이용할 수 없으며, 이를 통해 예측한 온도나 응력의 정확성을 검증할 수 없었다.
크리프 및 피로 손상을 계산하는 방법의 경우, 실시간이 아닌 현재까지 운전시간 및 사이클을 이용하여 계산할 수밖에 없었다.
또한, 조인트 용접부의 균열과 같은 실제 현장 검사 결과를 방영할 수 없었고, 언제 정비를 해야 하는지 등의 최적 정비 시기를 예측할 수 없었다.
이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
한국공개특허공보 제10-2012-0033862호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 고온 배관의 수명을 평가함에 있어 3차원 배관 변위에 의해서만 평가하지 않고, 실제 현장검사 결과를 고려하여 평가하며, 정비 시기의 합리적인 예측이 가능할 수 있게 하는 고온 배관의 수명 및 위험도 평가 방법 및 평가 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 관점에 의한 고온 배관의 수명 및 위험도 평가 방법은, 발전소에 시설되는 배관의 취약 위치의 응력을 산출하는 단계, 상기 응력을 산출하는 단계에 의해 산출된 응력 값을 활용하여 상기 배관의 취약 위치의 수명을 평가하는 단계 및 상기 취약 위치의 이론적 고장확률을 실제 검사 결과를 바탕으로 보정한 보정 고장확률에 의해 상기 취약 위치의 위험도를 평가하는 단계를 포함한다.
상기 보정 고장확률은 상기 이론적 고장확률에 상기 실제 검사 결과에 의한 고장확률 보정인자와 검사방법의 손상검출에 대한 효용도 보정인자를 합하여 산정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 검사방법의 손상검출에 대한 효용도 보정인자는 각각의 검사방법에 대해 검사 효과가 좋고 나쁨에 따라 분류된 기준에 따라 산정되는 것을 특징으로 한다.
이러한 상기 효용도 보정인자는 상기 검사방법이 복수인 경우 상기 검사 효과의 점수가 가장 낮은 검사방법에 해당하는 기준에 따라 산정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 효용도 보정인자는 상기 검사방법에 의한 검사 비율에 따른 점수를 합산하여 산정되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 응력을 산출하는 단계는, 3차원 변위측정 시스템에 의해 측정되는 측정 위치의 3차원 배관 변위를 기반으로 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 응력을 산출하는 단계는, 상기 측정 위치와 상기 취약 위치의 응력 간 상관관계식을 유한요소해석을 통해 도출하여 산출하는 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 응력을 산출하는 단계는, 상기 3차원 변위측정 시스템에 의해 측정된 상기 취약 위치의 3차원 배관 변위의 상기 발전소의 운전 온도에 따른 상관 관계식을 통해 상기 유한요소해석 결과를 보완하는 것을 특징으로 한다.
다음으로, 상기 수명을 평가하는 단계는, 상기 응력을 산출하는 단계에 의해 산출된 응력과 그에 해당하는 온도 및 파단시간으로부터 Larson Miller Parameter 식을 이용하여 크리프 수명을 평가하는 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 3차원 변위측정 시스템으로부터 주기적으로 변위 정보를 얻음으로써, 상기 변위 정보에 의해 응력 값을 추정하고 그에 해당 하는 온도를 이용하여 상기 크리프 수명을 평가하는 것을 특징으로 한다.
상기 취약 위치의 변형율 및 파단사이클로부터 Smith, Hirschberg, Manson 식을 이용하여 피로 수명을 평가하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 레인플로우법을 이용하여 상기 변위 정보로부터 사이클을 추출하고, 각 사이클에서의 변형율을 이용하여 누적 피로 수명을 평가하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 응력을 산출하는 단계는, 상기 발전소의 운전 조건 및 상기 배관의 형상 정보를 이용하여 TRD 코드를 기반으로 응력을 산출하거나, 상기 배관의 설계시 허용응력을 기반으로 산출하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 수명을 평가하는 단계는, 상기 취약 위치의 응력 값과 온도를 총 운전시간을 기준으로 가정하여 크리프 수명을 평가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수명을 평가하는 단계는, 상기 취약 위치의 변형율을 총 사이클을 기준으로 가정하여 피로 수명을 평가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 일 관점에 의한 고온 배관의 수명 및 위험도 평가 방법은, 발전소에 시설되는 배관의 취약 위치의 3차원 변위를 측정한 데이터로부터 상기 취약 위치의 응력을 산출하는 단계, 상기 3차원 변위를 측정한 데이터가 없는 경우, 상기 발전소의 운전 조건 및 상기 배관의 형상 정보를 이용하여 TRD 코드를 기반으로 응력을 산출하거나, 상기 배관의 설계시 허용응력을 기반으로 응력을 산출하는 단계, 상기 배관의 취약 위치의 수명을 평가하는 단계 및 상기 취약 위치의 이론적 고장확률을 실제 검사 결과를 바탕으로 보정한 보정 고장확률에 의해 상기 취약 위치의 위험도를 평가하는 단계를 포함한다.
상기 3차원 변위를 측정한 데이터로부터 상기 취약 위치의 응력을 산출하는 단계는 측정 위치와 상기 취약 위치의 응력 간 상관관계식을 유한요소해석을 통해 도출하여 산출하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 수명을 평가하는 단계는, 상기 3차원 변위를 측정한 데이터로부터 상기 취약 위치의 응력을 산출하는 단계에 의해 산출된 응력과 그에 해당하는 온도 및 파단시간으로부터 Larson Miller Parameter 식을 이용하여 크리프 수명을 평가하는 단계 및 상기 3차원 변위를 측정한 데이터로부터 상기 취약 위치의 응력을 산출하는 단계에 의해 산출된 응력으로부터 계산된 상기 취약 위치의 변형율 및 파단사이클로부터 Smith, Hirschberg, Manson 식을 이용하여 피로 수명을 평가하는 단계를 포함한다.
상기 크리프 수명을 평가하는 단계는 상기 3차원 변위측정 시스템으로부터 주기적으로 변위 정보를 얻음으로써, 상기 변위 정보에 의해 응력 값을 추정하고 그에 해당 하는 온도를 이용하여 상기 크리프 수명을 평가하는 것을 특징으로 하고, 상기 수명을 평가하는 단계는 레인플로우법을 이용하여 상기 변위 정보로부터 사이클을 추출하고, 각 사이클에서의 변형율을 이용하여 누적 피로 수명을 평가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수명을 평가하는 단계는, 상기 TRD 코드를 기반으로 응력을 산출하거나 상기 허용응력을 기반으로 응력을 산출하는 단계에 의해 산출되는 응력을 기반으로, 상기 취약 위치의 응력 값과 온도를 총 운전시간을 기준으로 가정하여 크리프 수명을 평가하는 단계 및 상기 취약 위치의 변형율을 총 사이클을 기준으로 가정하여 피로 수명을 평가하는 단계를 포함한다.
다음으로, 본 발명의 일 관점에 의한 고온 배관의 수명 및 위험도 평가 시스템은, 발전소에 시설되는 배관의 취약 위치의 응력을 산출하는 응력 산출부, 상기 응력 산출부에 의해 산출된 응력 값을 활용하여 상기 배관의 취약 위치의 수명을 평가하는 수명 평가부 및 상기 추약 위치의 이론적 고장확률을 실제 검사 결과를 바탕으로 보정한 보정 고장확률에 의해 상기 취약 위치의 위험도를 평가하는 위험도 평가부를 포함한다.
상기 위험도 평가부는 상기 이론적 고장확률에 상기 실제 검사 결과에 의한 고장확률 보정인자와 검사방법의 손상검출에 대한 효용도 보정인자를 합하여 상기 취약 위치의 위험도를 평가하고, 상기 응력 산출부는 3차원 변위측정 시스템에 의해 측정되는 3차원 배관 변위를 기반으로 상기 측정 위치와 상기 취약 위치의 응력 간 상관관계식을 유한요소해석을 통해 도출하여 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 고온 배관의 수명 및 위험도 평가 방법 및 평가 시스템에 의하면, 발전소 보일러의 고온 배관을 대상으로 3차원 배관 변위, 이론 해석 및 설계 기준을 이용하여 매시간 크리프 수명을 계산하고, 레인플로우 사이클법으로 피로 수명을 계산하는 방법을 포함함으로써, 3차원 배관 변위에 의해서만 배관의 수명을 평가하지 않으며, 크리프 및 피로 수명 결과는 고장확률로 재계산됨으로써, 실제 현장검사 결과 및 방법을 고려하여 최종적으로 설비의 위험도를 평가하여 최적의 정비 시기를 예측할 수 있게 한다.
이와 같이 실제에 맞게 평가함으로써, 고온의 배관이 불시에 고장나는 것을 예방하여 발전소 등 설비의 전체 시스템을 안정적으로 운용할 수 있게 한다.
도 1은 본 발명에 의한 고온 배관의 수명 및 위험도 평가 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 평가 방법 중 일 구성을 보다 구체적으로 도시한 것이다.
도 3은 도 1의 수명 및 위험도 평가 방법을 보다 상세히 도시한 것이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 고온 배관의 수명 및 위험도 평가 방법을 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 도 1의 평가 방법 중 일 구성을 보다 구체적으로 도시한 것이며, 도 3은 도 1의 수명 및 위험도 평가 방법을 보다 상세히 도시한 것이다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 고온 배관의 수명 및 위험도 평가 방법 및 시스템을 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고온 배관의 수명 및 위험도 평가 방법은 사용자 인터페이스부, 응력 산출부, 수명 평가부 및 위험도 평가부를 포함하는 고온 배관의 수명 및 위험도 평가 시스템에 의해 구현되며, 도 1에서 참조되는 바와 같이, 설비 선정(S10) 및 기본 정보 입력(S20)에 의해 응력을 계산하고,(S30) 계산된 응력에 의해 수명 평가를 하며,(S40) 수명 평가 결과에 의해 위험도를 평가함으로써,(S50) 고온 배관의 수명을 단지 이론적으로가 아닌, 실제 환경을 고려하여 평가하고, 그에 따라 최적의 정비 시기를 예측할 수 있게 한다.
도 2는 응력 계산 단계(S30)의 일 구성을 보다 상세히 도시한 것이고, 도 3은 수명 평가 단계(S40)를 보다 상세히 나타내며 전체적인 흐름을 표시하였다.
이하, 각 단계를 순서에 맞게 설명하기로 한다.
<설비 선정, 기본정보 입력> - S10, S20
고온 배관의 수명 및 위험도를 평가하기 위해 우선, 평가하고자 하는 설비에 대한 기본정보를 사용자 인터페이스부를 통해 입력하게 된다.
입력되는 설비 및 기본정보는 다음과 같을 수 있다.
발전소 정보 : 회사, 발전소명, 호기
운전 정보 : 운전시간, 가동횟수, 등가운전시간(EOH), 운전온도
설비 정보 : 부품 정보, 재료
3차원 배관 변위 측정 시스템 설치 정보 : 위치, 개수
<응력 계산> - S30
본 발명의 일 실시예에 의한 응력 계산 단계는 3차원 배관변위 기반의 응력 계산, TRD 코드 기반의 응력 계산 및 허용응력 기반의 응력 계산을 선택적 또는 중복적으로 실시하게 된다.
3차원 배관변위 기반의 응력 계산(S31)은 고온 배관의 3차원 배관 변위를 측정하기 위해 별도의 측정시스템을 요한다.
별도의 측정시스템에 의해 설치된 위치에서의 측정된 변위 정보를 이용하여 수명 및 위험도를 평가하기 위한 취약 위치에서의 응력을 추정해야 한다.
도 2는 이러한 3차원 배관변위 기반의 응력 계산 단계(S31)를 보다 구체적으로 도시한 것이다.
평가하고자 하는 고온 배관의 취약 위치의 선정(S311)은 주기적인 현장 검사를 통해서 정해질 수 있으며, 배관 변위 측정시스템은 통상적으로 행거(hanger)가 설치된 곳에 설치된다.
3차원 배관 변위 측정시스템이 설치된 위치는 평가하고자 하는 배관의 취약 위치와는 다를 수 있기 때문에 각 측정 위치에서의 거동, 즉 변위에 따른 취약 위치의 응력을 추정하는 것이 필요하다.
이를 위해 먼저 유한요소해석(S312)을 통해 변위의 변화 정보에 따른 각 측정 위치와 취약 위치에서의 응력 간 상관 관계식을 도출한다.
설계를 기준으로 고온 배관의 온도 조건을 이용하면, 수학식 1의 상관관계식 및 표 1의 상관관계변수를 구할 수 있다.
Figure 112016093229174-pat00001
<상관관계 변수>

Coefficients
 Goodness of fit
q1 q2 SSE R-square RMSE
1-RD-Stress 0.3736 22.18 0.00059 1 0.01218
2-RD-Stress 0.2963 30.33 0.00117 0.9999 0.01711
3-RD-Stress -0.1218 59.04 0.0038 0.9931 0.03092
4-RD-Stress -0.08373 52.73 0.02 0.9351 0.07074
5-RD-Stress 0.1215 69.28 0.006335 0.9587 0.0398
6-RD-Stress - 72.4 4.039e-28 0.6667 1.005e-14
7-RD-Stress 0.4084 31.25 0.003362 0.9962 0.02899
8-RD-Stress -0.3211 33.26 0.006726 0.9889 0.04101
취약 위치의 실제 측정 변위 정보가 있을 경우에는 실 측정 변위 분석을 수행한다.(S313) 즉, 실제 측정 변위 정보로부터 운전 온도에 따른 위치별 변위를 이용하여 상관관계식을 구할 수 있다.
또한, S312의 유한요소해석 결과가 있는 경우, 일부 측정 위치에서의 변위를 경계 조건으로 이용하여 수학식 1을 다음과 같이 보완할 수 있다.
Figure 112016093229174-pat00002
수학식 2의 상관관계 변수 또한 온도-변위, 변위-응력 데이터를 대상으로 비선형 회귀법을 이용하여 구할 수가 있다.
한편, T, Y, H 와 같은 형상을 갖는 조인트의 경우에는 인접한 위치에서의 변위 정보를 모두 이용한 전산해석을 통해 별도의 상관관계식을 구할 수 있으며, 이를 통해 취약 위치에서 계산되는 응력의 정확도를 높일 수가 있다.
H 조인트의 경우 인접해서 측정되는 3차원 배관 변위 데이터를 기반으로 x축과 z축 기준 축방향 변위차를 이용하여 다음 식으로 응력을 계산한다.
Figure 112016093229174-pat00003
Figure 112016093229174-pat00004
이상 S31 단계는 3차원 배관 변위 측정시스템에 의해 측정된 변위에 의해 응력을 계산한 것인데, 3차원 배관 변위 측정시스템이 설치되지 않아 변위 관련 정보가 없을 경우에는, TRD 코드 기반 또는 허용응력 기반으로 응력을 계산한다.
TRD 코드 기반의 응력 계산(S32)을 위한 TRD 코드는 독일의 보일러 규격 코드로서 직관부, 곡관부, T 또는 Y 조인트에 대해서 운전조건과 형상 정보를 이용하여 응력을 계산하는 방법을 설명한다.
본 발명에서는 대상 고온 배관의 운전 조건 및 형상 정보를 이용하여 각 위치에서의 응력을 TRD 코드를 기반으로 계산한다.
가장 취약한 H 조인트의 경우는 다음의 T 조인트 관계식을 이용하여 응력을 계산한다.
Figure 112016093229174-pat00005
Figure 112016093229174-pat00006
그리고, 발전소 고온 배관의 경우 초기 설계 및 건설시에 운전 조건을 기준으로 재질이 결정되는데, 이 때 운전 온도에서의 응력 값이 허용응력 기반의 응력 계산(S33)의 기준이 된다.
본 발명에서는 다음 식을 이용하여 운전 온도에 따른 응력 값을 계산한다.
Figure 112016093229174-pat00007
<수명 평가> - S40
이상의 응력 계산 단계(S30)를 수행 후, 수명 평가(S40)를 실시하게 된다.
고온 배관의 수명평가는 3차원 배관 데이터가 있는 경우와 없는 경우를 구분하여 평가하게 된다.
도 3은 두 경우에서의 수명평가 절차를 보다 자세히 도시한 것으로, 3차원 배관 변위 데이터가 없을 경우에는 평가시점을 기준으로 총 운전시간 및 가동시간으로 크리프 및 피로 수명을 계산한다.
반면, 3차원 배관변위 데이터가 있는 경우에는, 저장된 변위 데이터를 시간 또는 사이클 추이를 상세 분석하여 크리프 및 피로 수명을 계산한다.
크리프 수명 평가(S41)는 수학식 7과 같이 응력, 온도 및 파단시간으로 이루어진 Larson Miller Parameter 식과 관련 추정식을 이용하여 계산한다.
관련 식에서 사용되는 변수들은 고온 배관에 사용되는 재질에 따라 다른 값을 갖는다.
Figure 112016093229174-pat00008
3차원 배관 변위 데이터가 없을 경우에는 총 운전시간을 기준으로 하나의 응력 값과 온도를 보수적으로 가정하여 계산한다.
반면, 3차원 배관 변위데이터가 있을 경우에는 주기 별로, 예를 들어 한 시간에 한번씩 얻어지는 변위로부터 응력 값을 추정하고, 그 때의 온도를 이용하여 한 시간 동안의 크리프 수명을 계산한다.
이와 같은 과정을 반복하여 측정된 총시간 동안의 누적 크리프 수명을 계산함으로써, 보다 정확하게 배관의 수명을 평가할 수가 있다.
피로 수명평가(S42)는 변형율 및 파단사이클로 이루어진 Smith, Hirschberg, Manson 식을 이용해서 다음과 같이 계산하여, 역시 사용 재질에 따라 다른 변수 값을 갖는다.
Figure 112016093229174-pat00009
3차원 배관 변위가 있을 경우에는 레인플로우법을 이용하여 변위 데이터에서 사이클을 추출하고, 각 사이클에서의 변형율을 이용하여 누적 피로 수명을 계산한다.
반면, 3차원 배관 변위가 없을 경우에는, 크리프 수명과 마찬가지로 총 사이클을 기준으로 보수적인 변형율을 이용하여 피로 수명을 계산한다.
<위험도 평가> - S50
위험도 평가는 고장확률과 고장피해로 평가할 수 있으며, 고장확률은 재료의 파괴실험자료와 사용운전조건을 고려한 이론적인 고장확률(Generic probability of failure)로 실제 사용 중 설비상태와 차이가 발생할 수 있다.
그래서, 본 발명에서는 이론적 고장확률에 설비의 상태를 고려한 보정 고장확률 계산을 통해 다음 식과 같이 보정한다.
Figure 112016093229174-pat00010
수학식 9에서
Figure 112016093229174-pat00011
는 이론적 고장확률,
Figure 112016093229174-pat00012
는 검사결과에 의한 고장확률 보정인자,
Figure 112016093229174-pat00013
는 검사방법의 손상검출에 대한 효용도 보정인자이다.
Figure 112016093229174-pat00014
는 표 2의 기준에 의해 평가되며,
Figure 112016093229174-pat00015
는 표 3 및 표 4에 의해 평가한다.
<검사결과에 의한 고장확률보정 기준>
구분 손상 Mode 손상기구 검사결과 보정% 판정기준
1 균열(Macro) 저주기피로
부식피로		 없음 1
MT/UT/PT/VI 검사결과
2 발생(부품교체) 3
3 발생(정비) 5
4 방생(방치) 10
5 균열(Micro) 또는 크리프 기공 크리프
저주기피로		 없음 1 조직복제
SAM이미지
6 HAS 크리프 기공 형성 3
7 모재부 크리프 기공 형성 5
8 크리프 기공 연계 또는 균열(Micro) 발생 7
9 조직열화 크리프
저주기피로		 A/B 등급 0 VIT Publication 280, Microstructural degradation of boiler tube under long term exposure to high temperature
10 C/D 등급 1
11 E/F 등급 3
12 경도측정 크리프
저주기피로		 평균+표준편차 이상 1
13 평균±표준편차 이내 2
14 평균-표준편차 이하 3
15 감육 침식 해당사항 없음 0 UT/UTT
검사결과
최소두께
없음 1
16 발생(10% 이내) 3
17 발생(10% 이상) 5
18 허용두께 이하 10
19 팽출


해당사항 없음 0 (사용재외경-신재외경)/신재외경
외경팽출율 1% 미만 1
20 외경팽출율 1% 이상 5
21 외경팽출율 2% 이상 10
<검사효용도에 의한 고장확률보정 기준>
검사방법 감육 외면균열 내면균열 내부균열 미시균열
크리프기공		 조직열화 변형 부풀음 강도저하
VI G A A G G
UT VG VG VG A
UTT VG VG
MT VG P
PT G
RT G P P P VG
RP A G VG
HD G
SAM G
VG : 매우 유효, G : 유효, A : 보통, P : 효과 낮음
구분 매우 유효 유효 보통 효과 낮음
보정% 0 1 3 5
표 3에서 하나의 손상모드에 대해 검사 방법이 2가지 이상일 때에는 가장 낮은 점수만 반영한다.
한편, 예방 정비시 검사계획을 수립할 때 설비의 상태나 현장 조건 등을 고려하여 전수검사를 할 때도 있고, 일정한 비율로 검사범위를 결정하게 된다.
이에 따라 검사 효용도를 계산할 때 검사방법을 선택하고, 표4를 참조하여 검사효용도에 검사비율에 따른 점수를 더하여 최종적으로
Figure 112016093229174-pat00016
를 계산한다.
기본적으로 고장확률보정의 경우,
Figure 112016093229174-pat00017
로 결정한 위험도를 한 단게 상승 또는 하강을 염두해서 설계하는데, 발전사의 운영 특성 및 관리 기준을 토대로 수정 및 보완하여 사용할 수 있다.
<검사비율에 따른 고장확률보정 기준>
검사 비율 효과 낮음 보통 유효 매우 유효 비고
51% 이상 5 3 1 0
21~50% 6 4 2 1
11~20% 8 6 4 3
10% 이하 10 8 6 5
●검사 미수행 : 10
이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
S10 : 설비 선정
S20 : 기본 정보 입력
S30 : 응력 계산
S31 : 3차원 배관 변위 기반 응력 계산
S311 : 위치 선정 S312 : 유한요소해석
S313 : 실 측정 변위 분석 S314 : 상관관계식 도출
S32 : TRD 코드 기반 응력 계산
S33 : 허용응력 기반 응력 계산
S40 : 수명 평가
S41 : 크리프 수명 평가
S42 : 피로 수명 평가
S50 : 위험도 평가

Claims (22)

  1. 발전소에 시설되는 배관의 취약 위치의 응력을 산출하는 단계;
    상기 응력을 산출하는 단계에 의해 산출된 응력 값을 활용하여 상기 배관의 취약 위치의 수명을 평가하는 단계; 및
    상기 취약 위치의 이론적 고장확률을 실제 검사 결과를 바탕으로 보정한 보정 고장확률에 의해 상기 취약 위치의 위험도를 평가하는 단계를 포함하고,
    상기 응력을 산출하는 단계는,
    3차원 변위측정 시스템에 의해 측정되는 측정 위치의 3차원 배관 변위를 기반으로, 상기 측정 위치와 상기 취약 위치의 응력 간 상관관계식을 유한요소해석을 통해 도출하여 산출하는 것을 특징으로 하며,
    상기 수명을 평가하는 단계는,
    상기 응력을 산출하는 단계에 의해 산출된 응력과 그에 해당하는 온도 및 파단시간으로부터 Larson Miller Parameter 식을 이용하여 크리프 수명을 평가하고,
    상기 취약 위치의 변형율 및 파단사이클로부터 Smith, Hirschberg, Manson 식을 이용하여 피로 수명을 평가하는 것을 특징으로 하고,
    레인플로우법을 이용하여 상기 3차원 변위측정 시스템에 의해 측정되는 측정 위치의 3차원 배관 변위 정보로부터 사이클을 추출하고, 각 사이클에서의 변형율을 이용하여 누적 피로 수명을 평가하는 것을 특징으로 하는,
    고온 배관의 수명 및 위험도 평가 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 보정 고장확률은 상기 이론적 고장확률에 상기 실제 검사 결과에 의한 고장확률 보정인자와 검사방법의 손상검출에 대한 효용도 보정인자를 합하여 산정되는 것을 특징으로 하는,
    고온 배관의 수명 및 위험도 평가 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 검사방법의 손상검출에 대한 효용도 보정인자는 각각의 검사방법에 대해 검사 효과가 좋고 나쁨에 따라 분류된 기준에 따라 산정되는 것을 특징으로 하는,
    고온 배관의 수명 및 위험도 평가 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 효용도 보정인자는 상기 검사방법이 복수인 경우 상기 검사 효과의 점수가 가장 낮은 검사방법에 해당하는 기준에 따라 산정하는 것을 특징으로 하는,
    고온 배관의 수명 및 위험도 평가 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 효용도 보정인자는 상기 검사방법에 의한 검사 비율에 따른 점수를 합산하여 산정되는 것을 특징으로 하는,
    고온 배관의 수명 및 위험도 평가 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 응력을 산출하는 단계는,
    상기 3차원 변위측정 시스템에 의해 측정된 상기 취약 위치의 3차원 배관 변위의 상기 발전소의 운전 온도에 따른 위치별 변위를 이용하여 상기 측정 위치와 상기 취약 위치의 응력 간 상관 관계식을 통해 상기 유한요소해석 결과를 산출하는 것을 특징으로 하는,
    고온 배관의 수명 및 위험도 평가 방법.
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 3차원 변위측정 시스템으로부터 주기적으로 변위 정보를 얻음으로써, 상기 변위 정보에 의해 응력 값을 추정하고 그에 해당 하는 온도를 이용하여 상기 크리프 수명을 평가하는 것을 특징으로 하는,
    고온 배관의 수명 및 위험도 평가 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 청구항 3에 있어서,
    상기 응력을 산출하는 단계는,
    상기 발전소의 운전 조건 및 상기 배관의 형상 정보를 이용하여 TRD 코드를 기반으로 응력을 산출하거나, 상기 배관의 설계시 허용응력을 기반으로 산출하는 것을 특징으로 하는,
    고온 배관의 수명 및 위험도 평가 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 수명을 평가하는 단계는,
    상기 취약 위치의 응력 값과 온도를 총 운전시간을 기준으로 가정하여 크리프 수명을 평가하는 것을 특징으로 하는,
    고온 배관의 수명 및 위험도 평가 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 수명을 평가하는 단계는,
    상기 취약 위치의 변형율을 총 사이클을 기준으로 가정하여 피로 수명을 평가하는 것을 특징으로 하는,
    고온 배관의 수명 및 위험도 평가 방법.
  16. 삭제
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