KR20130109506A - 발전설비의 위험도 기반 정비 시스템 - Google Patents
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Abstract
이 발명은, 운전 및 정비조건이 상이한 발전설비에 있어서 위험도를 안전하게 도출하기 위한 고장발생확률(POF)과 고장피해크기(COF)에 대한 문진내용을 구성함과 동시에, 문진값도 정량적 잔존수명평가와 현장검사결과가 위험도 평가에 있어 상대적으로 중요한 요인으로 작용할 수 있도록 구성하고, 또한 발전설비의 부품별 검사결과에 의한 잔존수명평가 및 POF(고장발생확률), COF(고장피해크기) 문진을 통해 차기 검사시기를 예측하고, 위험도 등급을 해석하기 위한, 발전설비의 위험도 기반 정비 시스템에 관한 것으로서,
운전이력정보를 제공하는 실시간운전정보 시스템과, 정비이력정보를 제공하는 발전설비 관리 시스템과, 상기 실시간 운전정보시스템으로부터 입력받은 운전이력정보와 상기 발전설비 관리시스템으로부터 입력받은 정비이력정보를 이용하여 경년열화가 발생되는 설비를 위험도 관리 대상 설비로 결정하는 위험도관리 대상설비 결정부와, 상기 위험도관리 대상설비 결정부로부터 위험도 관리 대상 설비에 관한 정보를 입력받아서 위험도 평가 마스터를 작성하는 위험도평가마스터 관리부와, 비파괴검사결과를 제공하기 위한 비파괴검사결과 입력부와, 상기 위험도평가 마스터 관리부로부터 설비 검사에 대한 기본정보를 제공받고, 상기 실시간 운전정보시스템으로부터 운전이력 정보와 정비이력 정보를 제공받으며, 상기 비파괴 검사결과 입력부로부터 비파괴검사결과를 입력받아서 모두 7개의 문진(PF1~PF7)에서 얻어진 값을 이용하여 고장발생확률(POF)을 계산하는 고장발생확률 계산부와, 상기 발전설비관리시스템으로부터 정비이력에 관한 정보를 제공받아서 모두 5개의 문진(CF1~CF5)에서 얻어진 값을 이용하여 고장피해크기(COF)를 계산하는 고장피해크기 계산부와, 위험도 매트릭스(Risk Matrix)를 작성하여 위험도 수준에 따른 영역을 표시하고 고장발생확률(POF)과 고장피해크기(COF)의 크기에 의해서 위험도 매트릭스(Risk Matrix) 상에 지정되는 위치가 어느 영역에 속하는지에 의해 위험도를 평가하는 위험도 평가부와, 설정된 위험도 정의에 따라 해당 설비 구성부품중 가장 위험도가 높은 부품의 위험도 변화를 도식화하여 정비계획을 수립하는 정비계획 수립부를 포함하여 이루어진다.
운전이력정보를 제공하는 실시간운전정보 시스템과, 정비이력정보를 제공하는 발전설비 관리 시스템과, 상기 실시간 운전정보시스템으로부터 입력받은 운전이력정보와 상기 발전설비 관리시스템으로부터 입력받은 정비이력정보를 이용하여 경년열화가 발생되는 설비를 위험도 관리 대상 설비로 결정하는 위험도관리 대상설비 결정부와, 상기 위험도관리 대상설비 결정부로부터 위험도 관리 대상 설비에 관한 정보를 입력받아서 위험도 평가 마스터를 작성하는 위험도평가마스터 관리부와, 비파괴검사결과를 제공하기 위한 비파괴검사결과 입력부와, 상기 위험도평가 마스터 관리부로부터 설비 검사에 대한 기본정보를 제공받고, 상기 실시간 운전정보시스템으로부터 운전이력 정보와 정비이력 정보를 제공받으며, 상기 비파괴 검사결과 입력부로부터 비파괴검사결과를 입력받아서 모두 7개의 문진(PF1~PF7)에서 얻어진 값을 이용하여 고장발생확률(POF)을 계산하는 고장발생확률 계산부와, 상기 발전설비관리시스템으로부터 정비이력에 관한 정보를 제공받아서 모두 5개의 문진(CF1~CF5)에서 얻어진 값을 이용하여 고장피해크기(COF)를 계산하는 고장피해크기 계산부와, 위험도 매트릭스(Risk Matrix)를 작성하여 위험도 수준에 따른 영역을 표시하고 고장발생확률(POF)과 고장피해크기(COF)의 크기에 의해서 위험도 매트릭스(Risk Matrix) 상에 지정되는 위치가 어느 영역에 속하는지에 의해 위험도를 평가하는 위험도 평가부와, 설정된 위험도 정의에 따라 해당 설비 구성부품중 가장 위험도가 높은 부품의 위험도 변화를 도식화하여 정비계획을 수립하는 정비계획 수립부를 포함하여 이루어진다.
Description
이 발명은 발전설비의 위험도 기반 정비 시스템에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 운전 및 정비조건이 상이한 발전설비에 있어서 위험도를 안전하게 도출하기 위한 고장발생확률(POF)과 고장피해크기(COF)에 대한 문진내용을 구성함과 동시에, 문진값도 정량적 잔존수명평가와 현장검사결과가 위험도 평가에 있어 상대적으로 중요한 요인으로 작용할 수 있도록 구성하고, 또한 발전설비의 부품별 검사결과에 의한 잔존수명평가 및 고장발생확률(POF), 고장피해크기(COF) 문진을 통해 차기 검사시기를 예측하고, 위험도 등급을 해석하기 위한, 발전설비의 위험도 기반 정비 시스템에 관한 것이다.
1980년대부터 원자력, 정유, 석유화학 등 플랜트 산업에서는 방사능 누출, 대형 화재 및 폭발, 그리고 독성물질의 유출 등과 같이 회사의 존립뿐만 아니라 주변사회에도 막대한 악영향을 미치는 중대사고에 대한 예방기술 개발에 많은 노력을 기울여 왔다. 대규모 재난적 사고의 위험을 안고 있는 이들 산업에서는 철저한 예방정비를 통해 사고율을 점차적으로 억제해 왔지만 예방정비에 투자되는 비용에 비해 사고율 저하의 효과는 그다지 만족할만 하지 못했다. 특히 장거리 배관과 대형 압력용기 등은 검사에 막대한 비용이 투자됨에도 불구하고 적절한 검사시기를 포착하지 못해서 대규모 재산피해와 인명피해를 동반하는 사고들이 끊이지 않고 발생하였다.
미국 석유화학산업(America Petro-Chemical Industry, API)에서는 고질적인 대형사고를 예방하기 위해 위험도(Risk)를 이용한 새로운 설비진단 기술체계를 수립하였다. 미국 석유화학산업(API)은 위험도(Risk)를 이용한 설비진단 기술체계의 공식적인 가이드라인을 개발하여 배포하였고 이를 통해 미국 석유화학산업(API)은 획기적으로 고장율을 감소시켰다. 이에 따라 원자력 및 정유산업에서도 이를 받아들여 자체 산업 실정에 알맞은 위험도 평가절차와 진단 기술을 개발해 적용해오고 있다.
설비의 위험도(Risk)란 설비 운영 중 발생할 수 있는 고장이 발생할 수 있는 확률과 고장이 발생하였을 경우 수반되는 피해규모를 동시에 평가할 수 있는 지표로서, 다음과 같이 고장발생확률(Probability Of Failure, POF)과 고장피해크기(Consequence Of Failure, COF)의 곱으로 나타낸다.
RISK = POF ×COF
위의 수식에서 알 수 있듯이, 설비의 고장발생이 빈번하거나 고장발생으로 인한 피해가 매우 큰 경우에 위험도가 큰 설비로 고려되며, 반대로 설비의 고장발생이 거의 없거나 고장발생 시 피해가 경미한 경우 위험도가 낮은 설비로 분류된다. 그러나 고장발생 빈도가 높더라도 피해가 경미하거나 무시할 만한 경우는 위험도가 낮은 설비로 분류되며, 또한 고장피해규모가 매우 크더라도 고장발생의 가능성이 거의 없는 경우에도 역시 위험도가 낮은 설비로 분류된다. 일반적으로 미국과 유럽에서는 위험도를 5 단계로 나누며 일본에서는 4단계로 나누어 각 단계별 관리 기준을 수립하여 정비 및 검사작업을 수행하고 있다.
종래에는 발전설비의 위험도를 수작업으로 관리함으로써 대형사고가 발생될 수 있는 위험성이 높은 문제점이 있다.
또한, 종래에는 평가대상 설비들이 모두 석유화학 플랜트에 특정되어 있어 고장발생확률(POF)과 고장피해크기(COF)를 평가하는 각각의 문진내용들이 화학플랜트의 운전 및 정비여건을 대변하는 내용으로 구성되어 발전설비의 위험도를 정확하고 안전하게 도출해 내는데 어려움이 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 운전 및 정비조건이 상이한 발전설비에 있어서 위험도를 안전하게 도출하기 위한 고장발생확률(POF)과 고장피해크기(COF)에 대한 문진내용을 구성함과 동시에, 문진값도 정량적 잔존수명평가와 현장검사결과가 위험도 평가에 있어 상대적으로 중요한 요인으로 작용할 수 있도록 구성하기 위한, 발전설비의 위험도 기반 정비 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 발전설비의 부품별 검사결과에 의한 잔존수명평가 및 POF(고장발생확률), COF(고장피해크기) 문진을 통해 차기 검사시기를 예측하고, 위험도 등급을 해석하기 위한, 발전설비의 위험도 기반 정비 시스템을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 구성은, 운전이력정보를 제공하는 실시간운전정보 시스템과, 정비이력정보를 제공하는 발전설비 관리 시스템과, 상기 실시간 운전정보시스템으로부터 입력받은 운전이력정보와 상기 발전설비 관리시스템으로부터 입력받은 정비이력정보를 이용하여 경년열화가 발생되는 설비를 위험도 관리 대상 설비로 결정하는 위험도관리 대상설비 결정부와, 상기 위험도관리 대상설비 결정부로부터 위험도 관리 대상 설비에 관한 정보를 입력받아서 위험도 평가 마스터를 작성하는 위험도평가마스터 관리부와, 비파괴검사결과를 제공하기 위한 비파괴검사결과 입력부와, 상기 위험도평가 마스터 관리부로부터 설비 검사에 대한 기본정보를 제공받고, 상기 실시간 운전정보시스템으로부터 운전이력 정보와 정비이력 정보를 제공받으며, 상기 비파괴 검사결과 입력부로부터 비파괴검사결과를 입력받아서 모두 7개의 문진(PF1~PF7)에서 얻어진 값을 이용하여 고장발생확률(POF)을 계산하는 고장발생확률 계산부와, 상기 발전설비관리시스템으로부터 정비이력에 관한 정보를 제공받아서 모두 5개의 문진(CF1~CF5)에서 얻어진 값을 이용하여 고장피해크기(COF)를 계산하는 고장피해크기 계산부와, 위험도 매트릭스(Risk Matrix)를 작성하여 위험도 수준에 따른 영역을 표시하고 고장발생확률(POF)과 고장피해크기(COF)의 크기에 의해서 위험도 매트릭스(Risk Matrix) 상에 지정되는 위치가 어느 영역에 속하는지에 의해 위험도를 평가하는 위험도 평가부와, 설정된 위험도 정의에 따라 해당 설비 구성부품중 가장 위험도가 높은 부품의 위험도 변화를 도식화하여 정비계획을 수립하는 정비계획 수립부를 포함하여 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기 위험도 평가 마스터는 설비번호, 설비명, 부품코드, 부품명, 손상기구코드, 손상기구명을 포함하여 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기 고장발생확률(POF)은 다음의 수식에 의해 계산되면 바람직하다.
POF = PF2 ×(PF1 + PF3 + PF4 + PF5 + PF6 + PF7 )
PFn = Wn × Vn
PFn = Wn × Vn
여기에서, PFn은 7개의 문진(PF1~PF7)을 나타내며, Wn는 가중치를 나타내며, Vn는 문진에 대한 답변이 갖는 값을 나타낸다.
이 발명의 구성은, 상기 문진(PF1)은 현재 설비의 열화 상태에 대한 문진으로서, 결함이 발생한 적이 없고 현재 평가된 잔존수명이 설계기준 잔존수명을 초과하는 경우에는 PF1-1의 답변이 선택되고, 결함이 발생한 적은 없으나 평가된 잔존수명이 설계기준 잔존수명의 80%보다 작은 경우 또는 결함은 발생한 적이 있으나 평가된 잔존수명이 설계기준 잔존수명의 80%보다 큰 경우에는 PF1-2의 답변이 선택되고, 현재 평가 잔존수명이 설계기준 잔존수명의 80%보다 작으면서 결함이 발생한 적이 있는 경우에는 PF1-3의 답변이 선택되며, 이 문진의 가중치(Wn)는 ‘5’이고 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정되면 바람직하다.
PF1-1 : 1, PF1-2 : 5, PF1-3 : 9
이 발명의 구성은, 상기 문진(PF2)은 해당 설비 또는 부품의 손상기구에 의한 고장발생확률 대한 문진으로서, 차기 검사 또는 평가시기(AP, Assessment Period)와 평가 잔존수명(EL, Evaluated Life)과의 비교에 의해 결정되는데, AP < EL/2 인 경우에는 PF2-1의 답변이 선택되고, EL/2 < AP < EL 인 경우에는 PF2-2의 답변이 선택되고, AP>EL 보다 큰 경우에는 PF2-3의 답변이 선택되며, 이 문진의 가중치(Wn)는 1이고, 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정되면 바람직하다.
PF2-1 : 1, PF2-2 : 2, PF2-3 : 10
이 발명의 구성은, 상기 문진(PF3)은 해당 설비 또는 부품에 적용된 검사기술의 결함검출 신뢰도를 평가하기 위한 문진으로서 산출된 효용도 값이 ‘10’이상인 경우 PF3-1의 답변이 선택되고 효용도 값이 ‘10’미만 ‘7’이상인 경우 PF3-2의 답변이 선택되고, 효용도가 ‘7’미만 ‘5’이상인 경우 PF3-3의 답변이 선택되고, 효용도가 ‘5’미만 ‘3’이상인 경우 PF3-4의 답변이 선택되고, 효용도가 ‘3’미만인 경우 PF3-5의 답변이 선택되며, 이 문진의 가중치는 6이고 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정되면 바람직하다.
PF3-1 : 1, PF3-2 : 3, PF3-3 : 5, PF3-4 : 7, PF3-5 : 9
이 발명의 구성은, 상기 문진(PF4)은 해당 설비 또는 부품이 장치된 설비의 기동정지 운전형태에 따른 영향을 평가하기 위한 문진으로서, 원자력발전소와 같이 출력변동이나 기동정지가 거의 없는 경우는 PF4-1의 답변이 선택되고, 대용량 석탄화력발전소와 같이 간헐적인 출력변동이나 기동정지가 있는 경우 PF4-2의 답변이 선택되고, 복합이나 가스터빈, 양수 등 매일 기동정지 또는 주간 기동정지를 수행하는 경우 PF4-3의 답변이 선택되며, 이 문진의 가중치(Wn)는 1.5이고 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정되면 바람직하다.
PF4-1 : 1, PF4-2 : 3.5, PF4-3 : 6
이 발명의 구성은, 상기 문진(PF5)은 해당 설비 또는 부품이 장치된 설비의 정상 운전 중 운전변수(온도, 압력, 진동, 유량 등)들의 상태에 따른 영향을 평가하기 위한 문진으로서, 설비의 정상 운전 중에 나타나는 운전변수들이 변화 없이 일정한 상태를 지속하는 경우 PF5-1의 답변이 선택되고, 간헐적으로 운전변수들의 값이 급작스럽게 증가하거나 감소하는 변화가 관찰되는 경우 PF5-2의 답변이 선택되며, 빈번하게 운전변수들의 갑작스러운 증가와 감소가 반복되는 경우 PF5-3의 답변이 선택되며, 이 문진의 가중치(Wn)는 3이고, 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정되면 바람직하다.
PF4-1 : 1, PF4-2 : 3.5, PF4-3 : 6
이 발명의 구성은, 상기 문진(PF6)은 해당 설비 또는 부품이 장치된 설비가 설계기준 또는 제작사 권고기준과 비교하여 어떻게 운전되고 있는지를 평가하기 위한 문진으로서, 운전상태의 기준변수(온도, 압력, 진동, 유량)가 설계한계의 60% 미만에서 운전될 경우 PF6-1의 답변이 선택되고, 기준운전변수가 설계한계의 60% ~ 90%의 범위에서 운전되는 경우 PF6-2의 답변이 선택되며, 기준운전변수가 설계한계의 90% ~ 100%의 범위에서 운전되면 PF6-3의 답변이 선택되며, 기준운전변수가 설계한계를 넘어서는 경우 PF6-4의 답변이 선택되며, 이 문진의 가중치(Wn)는 3이고 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정되면 바람직하다.
PF6-1 : 1, PF6-2 : 2.67, PF6-3 : 4.33, PF6-4 : 6
이 발명의 구성은, 상기 문진(PF7)은 해당 설비 또는 부품에 발생된 손상이 과거에도 발생하였는지 여부를 평가하는 문진으로서, 동일 손상이나 고장이 발생하지 않았으면 PF7-1 이 선택되고, 동일 손상이나 고장이 발생하였으면 PF7-2가 선택되며, 이 문진의 가중치(Wn)는 1이고 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정되면 바람직하다.
PF7-1 : 1.5, PF7-2 : 7.5
이 발명의 구성은, 상기한 고장피해크기(COF)는 다음의 수식에 의해 계산되면 바람직하다.
COF = CF1 + CF2 + CF3 + CF4 + CF5
CFn = Wn × Vn
PFn = Wn × Vn
여기에서, CFn은 5개의 문진(CF1~CF5)을 나타내며, Wn는 가중치를 나타내며, Vn는 문진에 대한 답변이 갖는 값을 나타낸다.
이 발명의 구성은, 상기 문진(CF1)은 고장이 발생하였을 경우 정비복구비용 손실을 평가하기 위한 문진으로서, 정비복구비용 손실이 낮으면 CF1-1이 선택되고, 정비복구비용 손실이 중간이면 CF1-2이 선택되고, 정비복구비용 손실이 높으면 CF1-3이 선택되며, 이 문진의 가중치(Wn)는 8이고 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정되면 바람직하다.
CF1-1 : 1, CF1-2 : 2, CF1-3 : 3
이 발명의 구성은, 상기 문진(CF2)은 고장이 발생하였을 경우 예상되는 고장모드에 의한 고장의 심각도를 평가하기 위한 문진으로서, 평가대상 설비 또는 부품의 예상 고장모드가 핀홀이나 균열에 의한 누설인 경우는 CF2-1 답변이 선택되고, 단순 누설이 아니라 변형이나 재질열화 등 2차적인 손상을 동반하는 경우는 CF2-2의 답변이 선택되며, 설비나 부품이 파괴되는 경우 CF2-3의 답변이 선택되며, 이 문진의 가중치(Wn)는 5.5이고 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정되면 바람직하다.
CF2-1 : 1, CF2-2 : 2, CF2-3 : 3
이 발명의 구성은, 상기 문진(CF3)은 고장이 발생하였을 경우 2차적 피해 또는 파급고장에 의한 심각도를 평가하기 위한 문진으로서, 고장이 국부적으로 한정되어 주변에 영향이 없는 경우 CF3-1의 답변이 선택되고, 주변에 영향이 있지만 중요 설비나 부품에 영향이 없는 경우는 CF3-2의 답변이 선택되며, 주변의 중요설비나 부품에 영향을 미치는 경우는 CF3-3의 답변이 선택되며, 이 문진의 가중치(Wn)는 7이고 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정되면 바람직하다.
CF3-1 : 1, CF3-2 : 2, CF3-3 : 3
이 발명의 구성은, 상기 문진(CF4)은 고장이 발생하였을 경우 해당 설비 또는 플랜트 전체의 가용도에 미치는 영향을 통해 고장피해의 심각도를 평가하기 위한 문진으로서, 고장으로 인한 정지일수가 1일 이하이면 CF4-1이 선택되고, 3일 이하이면 CF4-2이 선택되고, 1주일 이하이면 CF4-3이 선택되고, 1달이하이면 CF4-4이 선택되고, 1달이상이면 CF4-5이 선택되며,이 문진의 가중치(Wn)는 7.3이고 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정되면 바람직하다.
CF4-1 : 1, CF4-2 : 2, CF4-3 : 3, CF4-4 : 4, CF4-5 : 5
이 발명의 구성은, 상기 문진(CF5)은 고장이 발생하였을 경우 인명피해나 주변 환경에 미치는 영향을 통해 고장피해의 심각도를 평가하기 위한 문진으로서, 예상되는 고장에 의해 인명이나 환경에 대한 피해가 없는 경우 CF5-1 답변이 선택되고, 인명과 환경에 대한 피해 중 하나만이 발생하는 경우 CF5-2의 답변이 선택되고, 인명과 환경에 대한 피해가 모두 발생하면 CF5-3의 답변이 선택되며, 이 문진의 가중치(Wn)는 4이고 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정되면 바람직하다.
CF5-1 : 1, CF5-2 : 2, CF5-3 : 3
이 발명은 다음과 같은 효과를 갖는다.
중대고장 및 사고 억제
인명피해, 주변지역 환경오염, 화재, 폭발 등 대규모 사고와 장기간 발전소 정지 정비를 요하는 중대고장을 체계적으로 정의하고 위험도를 통해 고장 위험성을 감시 관리하며 위험도 변화에 따라 중대고장을 예방할 수 있는 중장기 대책을 제시 할 수 있다.
정비자원의 최적화
설비 고장분석의 기본원칙은 ‘중대 고장의 80%는 전체 설비 중 20%의 설비에 의해 발생’된다. 따라서 고장을 최대한 억제하기 위해서는 정비자원(비용, 시간, 인력 등)의 80%를 중대고장을 일으키는 20% 설비에 집중하고 나머지 정비자원을 고장에 대한 위험이 낮은 80% 설비에 투자하는 것이다. 위험도 평가는 중대고장을 일으키는 20% 설비를 선정하기 위한 평가 기법이며 분석절차이다.
전문화된 예방정비 체계 수립
고장을 예방하기 위해서는 설비의 고장을 발생시키는 원인과 고장의 진전형태, 고장징후 발견방법, 고장발생 억제대책 등 다양한 고장정보를 확보할 수 있다. 또한 고장의 진전형태로부터 고장발생시기를 예측하여 고장 진전초기에 적절한 예방대책을 수립할 수 있다. 위험도 평가는 고장발생확률 평가를 통해 설비의 적정 검사 및 정비시기를 예측하고 고장기구를 분석하여 효과적인 검사 및 정비방법을 제시할 수 있다
도 1은 이 발명의 일 실시예에 따른 발전설비의 위험도 기반 정비 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 이 발명의 일 실시예에 따른 발전설비의 위험도 기반 정비 시스템의 위험도 평가 마스터의 구성도이다.
도 3은 이 발명의 일 실시예에 따른 발전설비의 위험도 기반 정비 시스템의 고장발생확률(POF)을 계산하기 위한 문진(PF1~PF7)의 구성도이다.
도 4는 이 발명의 일 실시예에 따른 발전설비의 위험도 기반 정비 시스템의 고장피해크기(COF)를 계산하기 위한 문진(CF1~CF5)의 구성도이다.
도 5는 이 발명의 일 실시예에 따른 발전설비의 위험도 기반 정비 시스템의 위험도 매트릭스의 구성도이다.
도 6은 이 발명의 일 실시예에 따른 발전설비의 위험도 기반 정비 시스템의 고장발생확률 변화율(LCR)의 개념의 이해를 돕기 위한 도면이다.
도 2는 이 발명의 일 실시예에 따른 발전설비의 위험도 기반 정비 시스템의 위험도 평가 마스터의 구성도이다.
도 3은 이 발명의 일 실시예에 따른 발전설비의 위험도 기반 정비 시스템의 고장발생확률(POF)을 계산하기 위한 문진(PF1~PF7)의 구성도이다.
도 4는 이 발명의 일 실시예에 따른 발전설비의 위험도 기반 정비 시스템의 고장피해크기(COF)를 계산하기 위한 문진(CF1~CF5)의 구성도이다.
도 5는 이 발명의 일 실시예에 따른 발전설비의 위험도 기반 정비 시스템의 위험도 매트릭스의 구성도이다.
도 6은 이 발명의 일 실시예에 따른 발전설비의 위험도 기반 정비 시스템의 고장발생확률 변화율(LCR)의 개념의 이해를 돕기 위한 도면이다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.
참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 제시된 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다. 또한, 본원의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로만 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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.
도 1은 이 발명의 일 실시예에 따른 발전설비의 위험도 기반 정비 시스템의 블록 구성도이다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일 실시예에 따른 발전설비의 위험도 기반 정비 시스템의 구성은, 운전이력정보를 제공하는 실시간운전정보 시스템(1)과, 정비이력정보를 제공하는 발전설비 관리 시스템(2)과, 상기 실시간 운전정보시스템(1)으로부터 입력받은 운전이력정보와 상기 발전설비 관리시스템(2)으로부터 입력받은 정비이력정보를 이용하여 경년열화가 발생되는 설비를 위험도 관리 대상 설비로 결정하는 위험도관리 대상설비 결정부(3)와, 상기 위험도관리 대상설비 결정부(3)로부터 위험도 관리 대상 설비에 관한 정보를 입력받아서 위험도 평가 마스터를 작성하는 위험도평가마스터 관리부(4)와, 비파괴검사결과를 제공하기 위한 비파괴검사결과 입력부(5)와, 상기 위험도평가 마스터 관리부(4)로부터 설비 검사에 대한 기본정보를 제공받고, 상기 실시간 운전정보시스템(1)로부터 운전이력 정보와 정비이력 정보를 제공받으며, 상기 비파괴 검사결과 입력부(5)로부터 비파괴검사결과를 입력받아서 모두 7개의 문진(PF1~PF7)에서 얻어진 값을 이용하여 고장발생확률(POF)을 계산하는 고장발생확률 계산부(6)와, 상기 발전설비관리시스템(2)으로부터 정비이력에 관한 정보를 제공받아서 모두 5개의 문진(CF1~CF5)에서 얻어진 값을 이용하여 고장피해크기(COF)를 계산하는 고장피해크기 계산부(7)와, 위험도 매트릭스(Risk Matrix)를 작성하여 위험도 수준에 따른 영역을 표시하고 고장발생확률(POF)과 고장피해크기(COF)의 크기에 의해서 위험도 매트릭스(Risk Matrix) 상에 지정되는 위치가 어느 영역에 속하는지에 의해 위험도를 평가하는 위험도 평가부(8)와, 설정된 위험도 정의에 따라 해당 설비 구성부품중 가장 위험도가 높은 부품의 위험도 변화를 도식화하여 정비계획을 수립하는 정비계획 수립부(9)를 포함하여 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 이 발명의 일 실시예에 따른 발전설비의 위험도 기반 정비 시스템 및 그 제어방법의 작용은 다음과 같다.
위험도관리 대상설비 결정부(3)는 실시간 운전정보시스템(1)으로부터 온도, 압력과 같은 운전이력정보를 입력받고, 발전설비 관리시스템(2)으로부터 정비이력정보를 제공받아 경년열화가 발생되는 설비, 즉, 수명을 가진 것으로 판단되는 설비로서, 고온 고압부에서 운전되고 있으며, 고장 발생시 경제적 손실이 막대한 설비를 위험도 관리 대상 설비로 결정하여 위험도평가 마스터 관리부(4)로 출력한다.
위험도평가 마스터 관리부(4)는 상기 위험도관리 대상설비 결정부(3)로부터 위험도 관리 대상 설비에 관한 정보를 입력받아서, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 설비번호, 설비명, 부품코드, 부품명, 손상기구코드, 손상기구명을 포함하는 위험도 평가 마스터를 작성하게 된다. 여기서 부품별 위험도평가 마스터는 수명평가방법, 조기손상형태, 진행손상형태, 최종손상형태를 포함하며 다시 세부적으로 검사부위별 검사방법을 작성하게 된다.
고장발생확률 계산부(6)는 상기 위험도평가 마스터 관리부(4)로부터 설비 검사에 대한 기본정보를 제공받고, 실시간 운전정보시스템(1)로부터 운전이력 정보(예컨대, 온도, 압력)와 정비이력 정보를 제공받으며, 비파괴 검사결과 입력부(5)로부터 비파괴검사결과를 입력받아서 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 모두 7개의 문진(PF1~PF7)에서 얻어진 값을 이용하여 다음의 식으로 고장발생확률(POF)을 계산한다.
POF = PF2 ×(PF1 + PF3 + PF4 + PF5 + PF6 + PF7 )
위 식에서 각 문진들(PFn)은 문진들 간의 상대적 중요도를 나타내기 위하여 각각 가중치를 갖는다. 상기한 가중치는 전문원들과 정비분야 엔지니어들을 대상으로 광범위한 설문조사를 통하여 정의되었다. 가중치 선정에 있어서 중요한 점은 어느 특정 문진의 영향이 지배적이어서는 안 된다는 점이다. 하나의 문진에 의해서 전체 수준이 결정되면 다른 문진들의 존재의미가 없어지기 때문이다.
각 문진(PFn)의 값은 다음과 같이 구성된다.
PFn = Wn × Vn
여기에서, Wn는 가중치를 나타내며, Vn는 문진에 대한 답변이 갖는 값을 나타낸다.
각 문진(PFn)의 내용과 평가기준은 다음과 같다.
○ PF1 : 설비의 운전 및 관리상태 (Current Condition)
현재 설비의 열화 상태에 대한 문진으로서, 비파괴검사 결과를 입력받아서 아래 답변 중의 하나가 선택된다.
PF1-1 : 신재 또는 열화초기 (Better)
PF1-2 : 열화감지 또는 미세손상 발생 (As Expected)
PF1-3 : 열화진전 및 손상성장 (Worse)
결함이 발생한 적이 없고 현재 평가된 잔존수명이 설계기준 잔존수명을 초과하는 경우에는 PF1-1의 답변이 선택되고, 결함이 발생한 적은 없으나 평가된 잔존수명이 설계기준 잔존수명의 80%보다 작은 경우 또는 결함은 발생한 적이 있으나 평가된 잔존수명이 설계기준 잔존수명의 80%보다 큰 경우에는 PF1-2의 답변이 선택되고, 현재 평가 잔존수명이 설계기준 잔존수명의 80%보다 작으면서 결함이 발생한 적이 있는 경우에는 PF1-3의 답변이 선택된다.
이 문진의 가중치(Wn)는 ‘5’이고 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정된다.
PF1-1 : 1, PF1-2 : 5, PF1-3 : 9
○ PF2 : 손상기구의 진행상태 (Failure Likelihood)
해당 설비 또는 부품의 손상기구에 의한 고장발생확률 대한 문진으로서, 실시간운전정보 시스템(1)의 운전이력 정보를 입력받아 아래 답변 중의 하나가 선택된다.
PF2-1 : 기준 평가기간 내에 손상이나 고장이 발생할 가능성이 거의 없다. (Not Credible)
PF2-2 : 기준 평가기간 내에 손상이나 고장이 발생할 수 있다. (Unlikely)
PF2-3 : 기준 평가기간 내에 손상이나 고장이 거의 발생한다. (Likely)
각 답변의 선택기준은 차기 검사 또는 평가시기(AP, Assessment Period)와 평가 잔존수명(EL, Evaluated Life)과의 비교에 의해 결정된다. 즉, AP < EL/2 인 경우에는 PF2-1의 답변이 선택되고, EL/2 < AP < EL 인 경우에는 PF2-2의 답변이 선택되고, AP>EL 보다 큰 경우에는 PF2-3의 답변이 선택된다.
이 문진의 가중치(Wn)는 1이고, 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정된다.
PF2-1 : 1, PF2-2 : 2, PF2-3 : 10
○ PF3 : 손상기구 프로그램의 효용도 (Inspection Effectiveness)
해당 설비 또는 부품에 적용된 검사기술의 결함검출 신뢰도를 평가하기 위한 문진으로서 검사기술 효용도 비교표를 근거로 아래 답변 중의 하나가 선택된다.
PF3-1 : 현재 검사 프로그램의 결함검출 신뢰도가 매우 높다. (Very Good)
PF3-2 : 현재 검사 프로그램의 결함검출 신뢰도가 높다. (Good)
PF3-3 : 현재 검사 프로그램의 결함검출 신뢰도는 평균(중간)이다. (Average)
PF3-4 : 현재 검사 프로그램의 결함검출 신뢰도는 낮다. (Poor)
PF3-5 : 현재 검사 프로그램은 결함검출이 곤란하다. (Inefficient)
각 답변은 예상되는 결함형태와 적용된 검사기술의 결함검출 특성을 고려하여 문진의 답변이 선택된다. 다수의 검사기술이 사용된 경우 각 기술의 효용도를 모두 더해주고 전체 대상범위에 대한 검사실시 범위를 고려하여 값을 산정한다. 산출된 효용도 값이 ‘10’이상인 경우 PF3-1의 답변이 선택되고 효용도 값이 ‘10’미만 ‘7’이상인 경우 PF3-2의 답변이 선택되고, 효용도가 ‘7’미만 ‘5’이상인 경우 PF3-3의 답변이 선택되고, 효용도가 ‘5’미만 ‘3’이상인 경우 PF3-4의 답변이 선택되고, 효용도가 ‘3’미만인 경우 PF3-5의 답변이 선택된다.
이 문진의 가중치(Wn)는 6이고 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정된다.
PF3-1 : 1, PF3-2 : 3, PF3-3 : 5, PF3-4 : 7, PF3-5 : 9
○ PF4 : 설비의 기동정지 빈도 (Impact of Cycling)
해당 설비 또는 부품이 장치된 설비의 기동정지 운전형태에 따른 영향을 평가하기 위한 문진으로, 실시간 운전정보 시스템(1)으로부터 운전이력 정보를 입력받아 아래 답변 중의 하나가 선택된다.
PF4-1 : 거의 일정출력으로 기동정지의 빈도가 매우 낮다. (No Effect)
PF4-2 : 간헐적으로 출력변동이나 기동정지를 한다. (Moderate Effect)
PF4-3 : 출력변동이나 기동정지의 빈도가 높다. (Severe)
각 답변은 설비의 기동정지 운전형태를 반영하여 선택된다. 원자력발전소와 같이 출력변동이나 기동정지가 거의 없는 경우는 PF4-1의 답변이 선택되고, 대용량 석탄화력발전소와 같이 간헐적인 출력변동이나 기동정지가 있는 경우 PF4-2의 답변이 선택되고, 복합이나 가스터빈, 양수 등 매일 기동정지 또는 주간 기동정지를 수행하는 경우 PF4-3의 답변이 선택된다.
이 문진의 가중치(Wn)는 1.5이고 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정된다.
PF4-1 : 1, PF4-2 : 3.5, PF4-3 : 6
○ PF5 : 운전의 안정성 (Operational Stability)
해당 설비 또는 부품이 장치된 설비의 정상 운전 중 운전변수(온도, 압력, 진동, 유량 등)들의 상태에 따른 영향을 평가하기 위한 문진으로서, 실시간 운전정보 시스템(1)으로부터 운전이력 정보를 입력받아 아래 답변 중의 하나가 선택된다.
PF5-1 : 정상운전 중 운전변수들의 상태가 매우 안정하다. (Very Stable)
PF5-2 : 정상운전 중 운전변수들의 상태가 간헐적으로 불안정하다. (Infrequent Operational Upset)
PF5-3 : 정상운정 중 운전변수들이 빈번한 불안정 상태를 보인다. (Regular Operational Upset)
각 답변은 설비의 정상 운전 중에 나타나는 운전변수들이 변화 없이 일정한 상태를 지속하는 경우 PF5-1의 답변이 선택되고, 간헐적으로 운전변수들의 값이 급작스럽게 증가하거나 감소하는 변화가 관찰되는 경우 PF5-2의 답변이 선택되며, 빈번하게 운전변수들의 갑작스러운 증가와 감소가 반복되는 경우 PF5-3의 답변이 선택된다.
이 문진의 가중치(Wn)는 3이고, 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정된다.
PF4-1 : 1, PF4-2 : 3.5, PF4-3 : 6
○ PF6 : 운전의 안전성 (Operation in Relation to Design)
해당 설비 또는 부품이 장치된 설비가 설계기준 또는 제작사 권고기준과 비교하여 어떻게 운전되고 있는지를 평가하기 위한 문진으로서, 실시간 운전정보 시스템(1)으로부터 운전이력 정보를 입력받아 설계값과 비교하여 아래 답변 중의 하나가 선택된다.
PF6-1 : 설계권고운전기준보다 안전하고 보수적인 상태로 운전한다. (Significantly Below Normal Operating Range)
PF6-2 : 설계권고운전기준을 따른다. (Within Normal Operating Range)
PF6-3 : 설계한계에 근접하여 운전한다. (Close to Design Limit)
PF6-4 : 설계한계를 초과하여 운전한다. (Above Design Limit)
각 답변은 설비의 정상 운전상태와 설계한계를 비교하여 선택된다. 운전상태의 기준변수(온도, 압력, 진동, 유량 등)가 설계한계의 60% 미만에서 운전될 경우 PF6-1의 답변이 선택되고, 기준운전변수가 설계한계의 60% ~ 90%의 범위에서 운전되는 경우 PF6-2의 답변이 선택되며, 기준운전변수가 설계한계의 90% ~ 100%의 범위에서 운전되면 PF6-3의 답변이 선택되며, 기준운전변수가 설계한계를 넘어서는 경우 PF6-4의 답변이 선택된다.
이 문진의 가중치(Wn)는 3이고 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정된다.
PF6-1 : 1, PF6-2 : 2.67, PF6-3 : 4.33, PF6-4 : 6
○ PF7 : 동일 손상의 정비이력 (Failure Recurrence)
해당 설비 또는 부품에 발생된 손상이 과거에도 발생하였는지 여부를 평가하는 문진으로서, 발전설비 관리시스템(2)으로부터 정비이력 정보를 입력받아 아래 답변 중의 하나가 선택된다.
PF7-1 : 동일 손상이나 고장이 발생하지 않았다. (No)
PF7-2 : 동일 손상이나 고장이 발생하였다. (Yes)
이 문진의 가중치(Wn)는 1이고 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정된다.
PF7-1 : 1.5, PF7-2 : 7.5,
고장피해크기 계산부(7)는 상기 발전설비관리시스템(2)으로부터 정비이력에 관한 정보를 제공받아서,도 4에 도시되어 있는 바와 같이 모두 5개의 문진(CF1~CF5)에서 얻어진 값을 이용하여 다음의 식으로 고장피해크기(COF)을 계산한다.
COF = CF1 + CF2 + CF3 + CF4 + CF5
위 식에서 각 문진들(CFn)은 문진들 간의 상대적 중요도를 나타내기 위하여 각각 가중치를 가지며, 문진(CFn)의 값은 다음과 같이 구성된다.
CFn = Wn × Vn
여기에서, Wn는 가중치를 나타내며, Vn는 문진에 대한 답변이 갖는 값을 나타낸다.
각 문진(CFn)의 내용과 평가기준은 다음과 같다.
○ CF1 : 고장시 정비복구 비용의 정도 (Repair Cost )
고장이 발생하였을 경우 정비복구비용 손실을 평가하기 위한 문진으로서, 발전설비 관리시스템(2)으로부터 정비이력 정보를 입력받아 아래 답변 중의 하나가 선택한다.
CF1-1 : 낮다. (Low Repair Cost)
CF1-2 :중간 (Medium Repair Cost)
CF1-3 : 높다. (High Repair Cost)
화력발전소에서 공정 상 에너지 손실이 큰 설비는 주로 고온고압 설비이다. 주증기 최종 과열기가 가장 높은 에너지를 보유하고 있으며, 반면 해수 냉각수 계통같이 저온저압인 경우 고장으로 인한 에너지 손실이 가장 낮다.
이 문진의 가중치(Wn)는 8이고 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정된다.
CF1-1 : 1, CF1-2 : 2, CF1-3 : 3
○ CF2 : 고장(손상형태) (Expected Failure Mode)
고장이 발생하였을 경우 예상되는 고장모드에 의한 고장의 심각도를 평가하기 위한 문진으로서, 발전설비 관리시스템(2)으로부터 정비이력 정보를 입력받아 아래 답변 중의 하나가 선택된다.
CF2-1 : 누설 (Leak)
CF2-2 : 복합손상 (Mixed Mode)
CF2-3 : 파손 (Rupture)
플랜트의 화재, 폭발, 오염, 독성물질의 누출 등과 같은 대형사고는 주로 공정물질의 누설 또는 설비파손과 같은 고장모드에 의해 발생한다. 평가대상 설비 또는 부품의 예상 고장모드가 핀홀이나 균열에 의한 누설인 경우는 CF2-1 답변이 선택되고, 단순 누설이 아니라 변형이나 재질열화 등 2차적인 손상을 동반하는 경우는 CF2-2의 답변이 선택되며, 설비나 부품이 파괴되는 경우 CF2-3의 답변이 선택된다.
이 문진의 가중치(Wn)는 5.5이고 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정된다.
CF2-1 : 1, CF2-2 : 2, CF2-3 : 3
○ CF3 : 고장시 잠재적 손상 피해 (Consequential Damage Potential)
고장이 발생하였을 경우 2차적 피해 또는 파급고장에 의한 심각도를 평가하기 위한 문진으로서, 발전설비 관리시스템(2)으로부터 정비이력 정보를 입력받아 아래 답변 중의 하나가 선택된다.
CF3-1 : 없음 (None)
CF3-2 : 있지만 중요 설비/부품에 대한 2차 고장피해는 없음 (No Other Major Component)
CF3-3 : 중요 설비/부품에 대한 2차 고장피해 있음 (Several Other Major Component)
예상되는 고장에 의해 해당 설비 또는 부품 외에 주변 설비 또는 부품에 영향이 있는가를 판단하여 답변이 선택된다. 고장이 국부적으로 한정되어 주변에 영향이 없는 경우 CF3-1의 답변이 선택되고, 주변에 영향이 있지만 중요 설비나 부품에 영향이 없는 경우는 CF3-2의 답변이 선택되며, 주변의 중요설비나 부품에 영향을 미치는 경우는 CF3-3의 답변이 선택된다.
이 문진의 가중치(Wn는 7이고 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정된다.
CF3-1 : 1, CF3-2 : 2, CF3-3 : 3
○ CF4 : 플랜트 가용도에 미치는 영향 (Effect on Avaliablity)
고장이 발생하였을 경우 해당 설비 또는 플랜트 전체의 가용도에 미치는 영향을 통해 고장피해의 심각도를 평가하기 위한 문진으로서, 발전설비 관리시스템(2)으로부터 정비이력 정보를 입력받아 아래 답변 중의 하나가 선택된다.
CF4-1 : 1일 이하 (Less than 1 day)
CF4-2 : 3일 이하 (Less than 3 days)
CF4-3 : 1주일 이하 (Less than 1 week)
CF4-4 : 1달 이하 (Less than 1 month)
CF4-5 : 1달 이상 (Greater than 1 month)
예상되는 고장에 의해 해당 설비 또는 플랜트의 정지일수를 통해 고장 피해로 인한 가용도 저하를 평가한다. 고장으로 인한 정지일수별로 CF4-1에서 CF4-5까지 답변 중에 해당되는 답변이 선택된다.
이 문진의 가중치(Wn)는 7.3이고 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정된다.
CF4-1 : 1, CF4-2 : 2, CF4-3 : 3, CF4-4 : 4, CF4-5 : 5
○ CF5 : 인명 및 환경에 미치는 영향 (Threat Personnel/Environment)
고장이 발생하였을 경우 인명피해나 주변 환경에 미치는 영향을 통해 고장피해의 심각도를 평가하기 위한 문진으로서, 아래 답변 중의 하나가 선택된다.
CF5-1 : 없음 (Threat to None)
CF5-2 : 인명 또는 환경에 대한 피해 있음 (Threat to Personnel or Environment)
CF5-3 : 인명과 환경에 대한 피해 있음 (Threat to Personnel and Environment)
예상되는 고장에 의해 인명이나 환경에 대한 피해가 없는 경우 CF5-1 답변이 선택되고, 인명과 환경에 대한 피해 중 하나만이 발생하는 경우 CF5-2의 답변이 선택되고, 인명과 환경에 대한 피해가 모두 발생하면 CF5-3의 답변이 선택된다.
이 문진의 가중치(Wn)는 4이고 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정된다.
CF5-1 : 1, CF5-2 : 2, CF5-3 : 3
고장발생확률 계산부(6)에서 산출된 고장발생확률(POF)과 고장피해크기 계산부(7)에서 산출된 고장피해크기(COF)는 크기를 비교하기 위한 상대적 지표이므로 물리적인 의미가 없기 때문에 위험도(Risk)의 기본적 정의에 의해 두 값을 곱하여도 의미있는 값을 얻을 수 없다.
따라서 위험도 평가부(8)에서는 위험도 매트릭스(Risk Matrix)를 작성하여 위험도 매트릭스(Risk Matrix)에 위험도 수준에 따른 영역을 표시하고 고장발생확률(POF)과 고장피해크기(COF)의 크기에 의해서 위험도 매트릭스(Risk Matrix) 상에 지정되는 위치가 어느 영역에 속하는지에 의해 위험도를 평가한다.
위험도 평가부(5)는 각 단계를 구분하는 값을 얻기 위해 고장발생확률(POF)과 고장피해크기(COF)의 모든 경우의 문진 답변조합을 평가하고, 이들이 분포하는 점수대를 5단계로 구분하여 사용한다. 위험도 평가부(5)는 고장발생확률(POF)과 고장피해크기(COF)의 두 값의 조합을 이용해 위험도를 평가할 수 있다. 평가된 위험도의 크기에 의해 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 매우 높은 위험도, 높은 위험도, 중간 위험도, 낮은 위험도, 매우 낮은 위험도의 5개의 그룹으로 설비들을 구분하여 위험도 매트릭스를 작성한다.
○ 매우 높은 위험도
매우 높은 위험도의 설비는 위험도 매트릭스(Risk Matrix)의 적색 영역(5D, 5E, 4E, 3E)에 표시되며 고장피해가 매우 심각하며 발생빈도가 중간 이상인 경우에 해당한다. 고장이 단시간 내에 발생할 수 있으며 고장발생에 따른 피해가 매우 크므로 실시간 감시설비의 설치 또는 즉각적인 정밀검사와 설비개선이 필요하다.
○ 높은 위험도
높은 위험도의 설비는 위험도 매트릭스(Risk Matrix)의 주황색 영역(5A, 5B, 5C, 4C, 4D, 3D, 2E, 1E)에 표시되며 고장피해의 심각도가 낮으면서 고장이 발생할 확률이 매우 높거나 고장피해의 심각도가 높으면서 고장이 발생할 확률이 중간이하인 경우에 해당한다. 이러한 경우 설비에 대한 체계적인 감시와 진단이 필요하므로 고장 피해의 심각도가 낮으면서 고장발생확률이 높은 설비에 대해서는 주기가 짧고 저렴한 예방정비대책을 수립하고 고장피해의 심각도가 높으면서 고장발생확률이 낮은 설비에 대해서는 장주기의 검사 정밀도가 높은 예방정비계획을 수립하여 운용할 필요가 있다.
○ 중간 위험도
중간 위험도의 설비는 위험도 매트릭스(Risk Matrix)의 황색영역(4A, 4B, 3C, 2C, 2D, 1C, 1D)에 표시되며 고장피해의 심각도가 낮으면서 고장이 발생할 확률이 다소 높거나 고장피해의 심각도가 중간정도이면서 고장이 발생할 확률이 낮은 경우에 해당한다. 이러한 경우 예방정비가 필수적이지는 않으며 예방정비 계획을 수립한다면 통상적인 수준의 육안점검 또는 장주기의 일반적인 분해점검 수준에서 정비자원을 할당하는 것이 합리적이다.
○ 낮은 위험도
낮은 위험도의 설비는 위험도 매트릭스(Risk Matrix)의 연두색 영역(3A, 3B, 2B)에 표시되며 고장피해의 심각도가 낮으면서 고장이 발생할 확률도 중간이하인 경우에 해당한다. 일반적으로 예방정비가 필요 없으며 위험도의 변화에만 유의한다.
○ 매우 낮은 위험도
매우 낮은 위험도의 설비는 위험도 매트릭스(Risk Matrix)의 녹색 영역(2A, 1A, 1B)에 표시되며 고장피해의 심각도와 고장발생확률이 모두 낮은 경우에 해당한다. 예방정비 및 점검이 필요 없으며 위험도 변화에 따라 위험도 평가 대상설비에서 제외할 것인지를 결정한다.
이와 같이 위험도 평가부(5)를 통해 위험도 매트릭스가 작성되면, 정비계획 수립부(9)는 설정된 위험도 정의에 따라 해당 설비 구성부품중 가장 위험도가 높은 부품의 1AP~3AP까지의 위험도 변화를 도식화하여 정비계획을 수립할 수도 있고, 설비별 고장발생확률이 가장 높은(즉, 안전검사 시기가 가장 짧은) 부품의 1AP~3AP까지의 위험도 변화를 도식화하여 정비계획을 수립할 수도 있다. 이러한 기준 만으로도 위험도 평가는 정비계획 수립에 크게 기여할 수 있으나, 정비계획 수립부(6)는 잔존수명 인디케이터(RLI, Remaining Life Indicator)라는 독특한 차기 정비 및 검사시기를 예측하는 알고리즘을 제공한다.
감육을 고려할 경우 가장 단순한 손상기구인 배관의 잔존수명(LR)은 다음과 같이 계산된다.
LR = (ta-tc) / Rc*Fs
위 식에서 ta는 설계 최소허용두께, tc는 현재두께, Rc는 부식에 의한 두께 감육율, Fs는 안전계수이다.
잔존수명 인디케이터(RLI)는 위에서 계산된 배관의 잔존수명(LR)과 유사한 개념이므로, 위 식에서 설계 최소허용두께(ta) 대신 고장발생확률 최대값(POFmax)을, 현재두께(tc) 대신 현재의 고장발생확률(POFc)을, 그리고 부식에 의한 두께 감육율(Rc) 대신 시간경과에 따른 고장발생확률 변화율(PCR)을 대치하면 얻을 수 있다. 따라서 잔존수명 인디케이터(RLI)는 다음의 식과 같다.
IR = (POFmax - POFc) / PCR*Fs
위 식에서 IR은 잔존수명 인디케이터(RLI)의 산출 값이며, POFmax 는 고장발생확률(POF)의 최대값으로서 설계 최소허용두께(ta)와 같이 고장이 발생할 것으로 예측되는 기준값이며, POFc는 현재두께(tc)와 같이 현재의 고장발생확률(POF)의 값이며, PCR(Possibility Change Rate)은 부식에 의한 두께 감육율(Rc)과 같이 시간경과에 따른 고장발생확률(POF)의 변화율이다. 고장발생확률 최대값(POFmax)은 앞서 언급한 각 PF 문진들의 답변값을 통해 얻을 수 있으며, 고장발생확률 변화율(PCR)은 예상평가시기(AP)와 평가수명(EL)의 함수로 정의된다.
PCR = f(AP, EL)
도 6에서의 좌측 그래프에서와 같이 동일한 수명을 갖는 설비에서 예측평가시기(AP)가 상대적으로 짧다면 시간이 3AP 동안 경과하여도 평가기간 동안의 고장발생확률(POF)의 변화량은 작으며, 반대로 우측 그래프에서와 같이 예측평가시기(AP)가 상대적으로 길면 평가기간 동안 고장발생확률(POF)의 변화량이 커지게 되어 고장발생확률 변화율(PCR)도 크다. 따라서 고장발생확률 변화율(PCR)도 평가수명에 대한 예측평가시기(AP)의 크기가 매우 중요하다.
정비계획 수립부(6)는 위험도 평가결과를 반영하여 차기 정비계획을 수립하는데, 도 7에 도시되어 있는 바와 같이 예측평가시기(AP)를 단위경과시간으로 3배의 예측평가시기(AP)까지 각 예측평가시기(AP)마다 고장발생확률(POF)을 평가하여 고장발생확률 변화율(PCR)을 계산한다. 이를 수식으로 표현하면 다음과 같다.
PCR = [POF(T=3AP) - POF(T=1AP)] / (3AP - 1AP)
1 : 실시간 운전정보 시스템 2 : 발전설비 관리 시스템
3 : 위험도관리 대상설비 결정부 4 : 위험도 평가 마스터 관리부
5 : 비파과 검사결과 입력부 6 : 고장발생확률 계산부
7 : 고장피해크기 계산부 5 : 위험도 평가부
9 : 정비계획 수립부
3 : 위험도관리 대상설비 결정부 4 : 위험도 평가 마스터 관리부
5 : 비파과 검사결과 입력부 6 : 고장발생확률 계산부
7 : 고장피해크기 계산부 5 : 위험도 평가부
9 : 정비계획 수립부
Claims (16)
- 운전이력정보를 제공하는 실시간운전정보 시스템과,
정비이력정보를 제공하는 발전설비 관리 시스템과,
상기 실시간 운전정보시스템으로부터 입력받은 운전이력정보와 상기 발전설비 관리시스템으로부터 입력받은 정비이력정보를 이용하여 경년열화가 발생되는 설비를 위험도 관리 대상 설비로 결정하는 위험도관리 대상설비 결정부와,
상기 위험도관리 대상설비 결정부로부터 위험도 관리 대상 설비에 관한 정보를 입력받아서 위험도 평가 마스터를 작성하는 위험도평가마스터 관리부와,
비파괴검사결과를 제공하기 위한 비파괴검사결과 입력부와,
상기 위험도평가 마스터 관리부로부터 설비 검사에 대한 기본정보를 제공받고, 상기 실시간 운전정보시스템으로부터 운전이력 정보와 정비이력 정보를 제공받으며, 비파괴 검사결과 입력부로부터 비파괴검사결과를 입력받아서 모두 7개의 문진(PF1~PF7)에서 얻어진 값을 이용하여 고장발생확률(POF)을 계산하는 고장발생확률 계산부와,
상기 발전설비관리시스템으로부터 정비이력에 관한 정보를 제공받아서 모두 5개의 문진(CF1~CF5)에서 얻어진 값을 이용하여 고장피해크기(COF)를 계산하는 고장피해크기 계산부와,
위험도 매트릭스(Risk Matrix)를 작성하여 위험도 수준에 따른 영역을 표시하고 고장발생확률(POF)과 고장피해크기(COF)의 크기에 의해서 위험도 매트릭스(Risk Matrix) 상에 지정되는 위치가 어느 영역에 속하는지에 의해 위험도를 평가하는 위험도 평가부와,
설정된 위험도 정의에 따라 해당 설비 구성부품중 가장 위험도가 높은 부품의 위험도 변화를 도식화하여 정비계획을 수립하는 정비계획 수립부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 위험도 기반 정비 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 위험도 평가 마스터는 설비번호, 설비명, 부품코드, 부품명, 손상기구코드, 손상기구명을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 위험도 기반 정비 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 고장발생확률(POF)은 다음의 수식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 위험도 기반 정비 시스템.
POF = PF2 ×(PF1 + PF3 + PF4 + PF5 + PF6 + PF7 )
PFn = Wn × Vn
여기에서, PFn은 7개의 문진(PF1~PF7)을 나타내며, Wn는 가중치를 나타내며, Vn는 문진에 대한 답변이 갖는 값을 나타낸다. - 제 3항에 있어서,
상기 문진(PF1)은 현재 설비의 열화 상태에 대한 문진으로서, 결함이 발생한 적이 없고 현재 평가된 잔존수명이 설계기준 잔존수명을 초과하는 경우에는 PF1-1의 답변이 선택되고, 결함이 발생한 적은 없으나 평가된 잔존수명이 설계기준 잔존수명의 80%보다 작은 경우 또는 결함은 발생한 적이 있으나 평가된 잔존수명이 설계기준 잔존수명의 80%보다 큰 경우에는 PF1-2의 답변이 선택되고, 현재 평가 잔존수명이 설계기준 잔존수명의 80%보다 작으면서 결함이 발생한 적이 있는 경우에는 PF1-3의 답변이 선택되며, 이 문진의 가중치(Wn)는 ‘5’이고 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정되는 것을 특징으로 하는 위험도 기반 정비 시스템.
PF1-1 : 1, PF1-2 : 5, PF1-3 : 9 - 제 3항에 있어서,
상기 문진(PF2)은 해당 설비 또는 부품의 손상기구에 의한 고장발생확률 대한 문진으로서, 차기 검사 또는 평가시기(AP, Assessment Period)와 평가 잔존수명(EL, Evaluated Life)과의 비교에 의해 결정되는데, AP < EL/2 인 경우에는 PF2-1의 답변이 선택되고, EL/2 < AP < EL 인 경우에는 PF2-2의 답변이 선택되고, AP>EL 보다 큰 경우에는 PF2-3의 답변이 선택되며, 이 문진의 가중치(Wn)는 1이고, 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정되는 것을 특징으로 하는 위험도 기반 정비 시스템.
PF2-1 : 1, PF2-2 : 2, PF2-3 : 10 - 제 3항에 있어서,
상기 문진(PF3)은 해당 설비 또는 부품에 적용된 검사기술의 결함검출 신뢰도를 평가하기 위한 문진으로서 산출된 효용도 값이 ‘10’이상인 경우 PF3-1의 답변이 선택되고 효용도 값이 ‘10’미만 ‘7’이상인 경우 PF3-2의 답변이 선택되고, 효용도가 ‘7’미만 ‘5’이상인 경우 PF3-3의 답변이 선택되고, 효용도가 ‘5’미만 ‘3’이상인 경우 PF3-4의 답변이 선택되고, 효용도가 ‘3’미만인 경우 PF3-5의 답변이 선택되며, 이 문진의 가중치는 6이고 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정되는 것을 특징으로 하는 위험도 기반 정비 시스템.
PF3-1 : 1, PF3-2 : 3, PF3-3 : 5, PF3-4 : 7, PF3-5 : 9 - 제 3항에 있어서,
상기 문진(PF4)은 해당 설비 또는 부품이 장치된 설비의 기동정지 운전형태에 따른 영향을 평가하기 위한 문진으로서, 원자력발전소와 같이 출력변동이나 기동정지가 거의 없는 경우는 PF4-1의 답변이 선택되고, 대용량 석탄화력발전소와 같이 간헐적인 출력변동이나 기동정지가 있는 경우 PF4-2의 답변이 선택되고, 복합이나 가스터빈, 양수 등 매일 기동정지 또는 주간 기동정지를 수행하는 경우 PF4-3의 답변이 선택되며, 이 문진의 가중치(Wn)는 1.5이고 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정되는 것을 특징으로 하는 위험도 기반 정비 시스템.
PF4-1 : 1, PF4-2 : 3.5, PF4-3 : 6 - 제 3항에 있어서,
상기 문진(PF5)은 해당 설비 또는 부품이 장치된 설비의 정상 운전 중 운전변수(온도, 압력, 진동, 유량 등)들의 상태에 따른 영향을 평가하기 위한 문진으로서, 설비의 정상 운전 중에 나타나는 운전변수들이 변화 없이 일정한 상태를 지속하는 경우 PF5-1의 답변이 선택되고, 간헐적으로 운전변수들의 값이 급작스럽게 증가하거나 감소하는 변화가 관찰되는 경우 PF5-2의 답변이 선택되며, 빈번하게 운전변수들의 갑작스러운 증가와 감소가 반복되는 경우 PF5-3의 답변이 선택되며, 이 문진의 가중치(Wn)는 3이고, 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정되는 것을 특징으로 하는 위험도 기반 정비 시스템.
PF4-1 : 1, PF4-2 : 3.5, PF4-3 : 6 - 제 3항에 있어서,
상기 문진(PF6)은 해당 설비 또는 부품이 장치된 설비가 설계기준 또는 제작사 권고기준과 비교하여 어떻게 운전되고 있는지를 평가하기 위한 문진으로서, 운전상태의 기준변수(온도, 압력, 진동, 유량)가 설계한계의 60% 미만에서 운전될 경우 PF6-1의 답변이 선택되고, 기준운전변수가 설계한계의 60% ~ 90%의 범위에서 운전되는 경우 PF6-2의 답변이 선택되며, 기준운전변수가 설계한계의 90% ~ 100%의 범위에서 운전되면 PF6-3의 답변이 선택되며, 기준운전변수가 설계한계를 넘어서는 경우 PF6-4의 답변이 선택되며, 이 문진의 가중치(Wn)는 3이고 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정되는 것을 특징으로 하는 위험도 기반 정비 시스템.
PF6-1 : 1, PF6-2 : 2.67, PF6-3 : 4.33, PF6-4 : 6 - 제 3항에 있어서,
상기 문진(PF7)은 해당 설비 또는 부품에 발생된 손상이 과거에도 발생하였는지 여부를 평가하는 문진으로서, 동일 손상이나 고장이 발생하지 않았으면 PF7-1 이 선택되고, 동일 손상이나 고장이 발생하였으면 PF7-2가 선택되며, 이 문진의 가중치(Wn)는 1이고 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정되는 것을 특징으로 하는 위험도 기반 정비 시스템.
PF7-1 : 1.5, PF7-2 : 7.5 - 제 1항에 있어서,
상기한 고장피해크기(COF)는 다음의 수식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 위험도 기반 정비 시스템.
COF = CF1 + CF2 + CF3 + CF4 + CF5
CFn = Wn × Vn
여기에서, CFn은 5개의 문진(CF1~CF5)을 나타내며, Wn는 가중치를 나타내며, Vn는 문진에 대한 답변이 갖는 값을 나타낸다. - 제 11항에 있어서,
상기 문진(CF1)은 고장이 발생하였을 경우 정비복구비용 손실을 평가하기 위한 문진으로서, 정비복구비용 손실이 낮으면 CF1-1이 선택되고, 정비복구비용 손실이 중간이면 CF1-2이 선택되고, 정비복구비용 손실이 높으면 CF1-3이 선택되며, 이 문진의 가중치(Wn)는 8이고 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정되는 것을 특징으로 하는 위험도 기반 정비 시스템.
CF1-1 : 1, CF1-2 : 2, CF1-3 : 3 - 제 11항에 있어서,
상기 문진(CF2)은 고장이 발생하였을 경우 예상되는 고장모드에 의한 고장의 심각도를 평가하기 위한 문진으로서, 평가대상 설비 또는 부품의 예상 고장모드가 핀홀이나 균열에 의한 누설인 경우는 CF2-1 답변이 선택되고, 단순 누설이 아니라 변형이나 재질열화 등 2차적인 손상을 동반하는 경우는 CF2-2의 답변이 선택되며, 설비나 부품이 파괴되는 경우 CF2-3의 답변이 선택되며, 이 문진의 가중치(Wn)는 5.5이고 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정되는 것을 특징으로 하는 위험도 기반 정비 시스템.
CF2-1 : 1, CF2-2 : 2, CF2-3 : 3 - 제 11항에 있어서,
상기 문진(CF3)은 고장이 발생하였을 경우 2차적 피해 또는 파급고장에 의한 심각도를 평가하기 위한 문진으로서, 고장이 국부적으로 한정되어 주변에 영향이 없는 경우 CF3-1의 답변이 선택되고, 주변에 영향이 있지만 중요 설비나 부품에 영향이 없는 경우는 CF3-2의 답변이 선택되며, 주변의 중요설비나 부품에 영향을 미치는 경우는 CF3-3의 답변이 선택되며, 이 문진의 가중치(Wn)는 7이고 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정되는 것을 특징으로 하는 위험도 기반 정비 시스템.
CF3-1 : 1, CF3-2 : 2, CF3-3 : 3 - 제 11항에 있어서,
상기 문진(CF4)은 고장이 발생하였을 경우 해당 설비 또는 플랜트 전체의 가용도에 미치는 영향을 통해 고장피해의 심각도를 평가하기 위한 문진으로서, 고장으로 인한 정지일수가 1일 이하이면 CF4-1이 선택되고, 3일 이하이면 CF4-2이 선택되고, 1주일 이하이면 CF4-3이 선택되고, 1달이하이면 CF4-4이 선택되고, 1달이상이면 CF4-5이 선택되며,이 문진의 가중치(Wn)는 7.3이고 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정되는 것을 특징으로 하는 위험도 기반 정비 시스템.
CF4-1 : 1, CF4-2 : 2, CF4-3 : 3, CF4-4 : 4, CF4-5 : 5 - 제 11항에 있어서,
상기 문진(CF5)은 고장이 발생하였을 경우 인명피해나 주변 환경에 미치는 영향을 통해 고장피해의 심각도를 평가하기 위한 문진으로서, 예상되는 고장에 의해 인명이나 환경에 대한 피해가 없는 경우 CF5-1 답변이 선택되고, 인명과 환경에 대한 피해 중 하나만이 발생하는 경우 CF5-2의 답변이 선택되고, 인명과 환경에 대한 피해가 모두 발생하면 CF5-3의 답변이 선택되며, 이 문진의 가중치(Wn)는 4이고 각 문진의 답변의 값(Vn)은 다음과 같이 설정되는 것을 특징으로 하는 위험도 기반 정비 시스템.
CF5-1 : 1, CF5-2 : 2, CF5-3 : 3
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