KR20200027745A - 가용 에너지 효율을 이용한 플랜트 진단방법 - Google Patents

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Abstract

가용 에너지 효율을 이용한 플랜트 진단방법이 제시된다. 본 발명의 실시예에 따른 플랜트 진단방법은, a) 각 기기별 및 각 서브시스템에서 화학적 엑서지(chemical exergy) 및 물리적 엑서지(physical exergy)와 관련된 데이터를 검출한 후, 각 기기별 및 각 서브시스템에 해당하는 화학적 엑서지 값(chemical exergy value, ECH) 및 물리적 엑서지 값(physical exergy value, EPH)을 획득하는 데이터 검출단계; b) 검출된 데이터를 바탕으로 각 기기별 및 각 시스템의 엑서지 효율값(Exergy efficiency value,
Figure pat00027
)을 계산하는 엑서지값 산출단계; 및 c) 엑서지값 산출단계를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 효율개선이 필요한 기기 또는 서브시스템을 선정하는 개선 대상 판별단계;를 포함하는 것을 구성의 요지로 한다.
본 발명에 따르면, 종래 기술에 따른 문제를 해결하고, 플랜트를 구성하는 각 기기 및 서브시스템의 상태를 명확하게 파악할 수 있으며, 유지관리 시점 및 주기를 정확하게 파악할 수 있는 플랜트 진단방법을 제공할 수 있다.

Description

가용 에너지 효율을 이용한 플랜트 진단방법{Plant Monitoring Method Using Exergy Efficiency Value}
본 발명은 플랜트 진단방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가용 에너지 효율을 이용한 플랜트 진단방법에 관한 것이다.
다양한 종류의 수백 개의 기계 및 전기 설비들이 복잡하게 연결되어 운전되는 발전 또는 화학 등의 대형플랜트들은 일반적으로 주 제어실이라 불리는 중앙제어실에서 운전(Operation)을 하게 되며 이곳의 근무자는 2-10명으로 근래 기업 경쟁력 향상 및 생산성 증대추구와 맞물려 그 수가 감소하고 있다.
특히, 과거 한 기당 수십 명이 근무하던 화력발전소의 경우 이제는 5명 내외로 근무자 1인당 관리 및 제어해야하는 설비의 수가 대폭 증가하였다. 이에 따라 운전 및 조작 방식도 과거 현장 제어반(Local Panel) 조작 방식에서 주 제어반 조작 방식으로 발전되었으며 근래 IT(정보기술)의 발달과 함께 컴퓨터 기반의 MMI(Man-Machine Interface)를 이용한 조작 방식이 주를 이루고 있다.
문제는 수년~수십 년의 근무 경력을 가진 숙련된 근무자의 경우 다양한 각종 상황별 조치 사항을 숙지하고 있으며 복잡한 내부 제어 로직을 이해하고 있으나, 경험이 부족한 대부분의 근무자는 발생상황에 따라 수시로 관련 참고 도서(운전 절차서, 공급자의 설계자료, 내부 도서 등)를 봐야 하는데 이러한 방식의 운전 환경은 신속하고 안정적인 조치를 요하는 플랜트의 운전측면에서 대단히 취약할 수밖에 없는 환경이다.
또한 운전정보를 표시하는 운전조작용 콘솔(Console)에도 기본적인 운전 정보를 표시해줄 뿐 각종 상황 발생시 실제 조작에 필요한 정보는 충분히 나타내지 못한다.
따라서, 기본적인 정보만을 제공하는 주제어반의 조작용 콘솔(Console)외 운전에 관련된 적절한 정보를 신속히 제공하는 운전지원용 콘솔(Console)을 마련하고 이를 통해 상황에 따른 적절한 정보를 제공해 줄 수 있는 시스템이 필요하다.
종래에는 효과적인 운영 시스템 구축을 위해 전문가 시스템, 실시간 성능감시, 각종 감시 장치 등의 설비를 구성하여 왔으나, 이 방대한 정보가 제한된 하나의 화면에 출력될 수 없으므로 설비에 대한 숙련도나 이해도가 부족한 근무자에게 각종 운전상황에 신속하게 대처하는데 필요한 정보가 충분하게 제공되지 못하는 문제점이 있다.
도 1에는 종래 기술에 따른 둘 이상의 기기 및 둘 이상의 서브시스템이 하나의 시스템을 구성하는 플랜트를 나타내는 모식도가 도시되어 있고, 도 2에는 종래 기술에 따른 운영 시스템에 의해 획득한 각 설비들의 데이터를 정리한 표이다. 도 2에서 확인 할 수 있는 바와 같이, 설비에 대한 숙련도나 이해도가 부족할 경우, 각 설비의 운용 효율이 어느 정도인지를 명확하게 파악할 수 없다.
더 나아가, 종래 기술에 따른 운영 시스템의 경우, 플랜트의 공정 설계의 최적화 여부를 손쉽게 파악할 수 없으며, 플랜트 운용 중 개선이 필요한 기기 또는 서브시스템을 명확하게 검출하지 못하며, 플랜트 운용 중 점진적으로 발생하는 문제 인지가 어렵다는 문제점을 가지고 있다.
따라서, 종래 기술에 따른 문제점을 해결할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
한국등록특허공보 제10-1065767호 (2011년 09월 09일 등록)
본 발명의 목적은, 플랜트의 공정 설계의 최적화 여부를 손쉽게 파악할 수 없고, 플랜트 운용 중 개선이 필요한 기기 또는 서브시스템을 명확하게 검출하지 못하며, 플랜트 운용 중 점진적으로 발생하는 문제 인지가 어려운 종래 기술에 따른 문제을 해결하고, 플랜트를 구성하는 각 기기 및 서브시스템의 상태를 명확하게 파악할 수 있고, 유지관리 시점 및 주기를 정확하게 파악할 수 있는 구성을 포함하는 플랜트 진단방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 가용 에너지 효율을 이용한 플랜트 진단방법은, 둘 이상의 기기 또는 둘 이상의 서브시스템이 하나의 시스템을 구성하는 플랜트에 대한 진단방법으로서, a) 각 기기별 및 각 서브시스템에서 화학적 엑서지(chemical exergy) 및 물리적 엑서지(physical exergy)와 관련된 데이터를 검출한 후, 각 기기별 및 각 서브시스템에 해당하는 화학적 엑서지 값(chemical exergy value, ECH) 및 물리적 엑서지 값(physical exergy value, EPH)을 획득하는 데이터 검출단계; b) 검출된 데이터를 바탕으로 각 기기별 및 각 시스템의 엑서지 효율값(Exergy efficiency value,
Figure pat00001
)을 계산하는 엑서지값 산출단계; 및 c) 엑서지값 산출단계를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 효율개선이 필요한 기기 또는 서브시스템을 선정하는 개선 대상 판별단계;를 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 일 실시에에 있어서, 상기 플랜트 진단방법은, d) 엑서지값 산출단계를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 각 기기별 및 각 서브시스템의 개선이 필요한 시점을 산출하는 개선 시점 산출단계;를 더 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 플랜트 진단방법은, e) 개선 대상 판별단계로부터 선정된 기기 또는 서브시스템에 대한 개선작업을 완료한 후, 데이터 검출단계, 엑서지값 산출단계 및 개선 대상 판별단계를 재차 수행하여 효율개선이 달성되었는지 확인하는 재차수행단계;를 더 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 플랜트 진단방법은, 개선 대상 판별단계로부터 선정된 기기 또는 서브시스템을 운용자에게 출력하고, 개선 시점 산출단계로부터 산출된 결과 데이터를 운용자에게 출력하는 플랜트 진단결과 출력단계;를 더 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 화학적 엑서지 값은 식(1)에 의해 계산되고, 물리적 엑서지 값은 식(2)에 의해 계산되고, 엑서지 총 합은 식(3)에 의해 계산되며,
식(1)
식(2)
식(3)
상기 v는 유동 속도값(flow velocity value)이고, g는 중력가속도 값(gravitational acceleration value)이고, l은 수위 높이값(level value)이고, h는 특정된 엔탈피 값(specific enthalpy value)이고, s는 특정된 엔트로피 값(specific entropy)이고, y는 특정된 질량분율(specific mass fraction value)이고, 는 특정된 화학적 포텐셜 값(specific chemical potential value)이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 화학적 엑서지 값은 식(4)에 의해 계산되고, 물리적 엑서지 값은 식(5)에 의해 계산되며,
식(4)
Figure pat00002
식(5)
Figure pat00003
식(6)
Figure pat00004
상기 U, V 및 S는 각각 시스템의 내부에너지, 부피 및 엔트로피를 나타내고, 하첨자 0은 기준환경을 나타내며,
Figure pat00005
는 성분 k의 몰 분율 값이고, R은 가스상수이고,
Figure pat00006
는 성분 k의 표준화학엑서지 값이고,
Figure pat00007
는 기준환경의 성분 k의 몰 분율 값이다.
이 경우, 상기 엑서지 효율값(Exergy efficiency value,
Figure pat00008
)은, 화학적 엑서지 값(chemical exergy value, ECH)과 물리적 엑서지 값(physical exergy value, EPH)의 합에 의해 계산되고, 상기 화학적 엑서지 값(ECH)은 혼합 엑서지값(Mixing excergy value)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 엑서지값 산출단계에서, 해당 플랜트에 적용되는 유체(flow) 외에, 전기에너지 및 화학에너지가 명확하게 사용되거나 발생 및 출력하는 스트림(stream)이 존재하는 경우, 이에 해당하는 데이터를 반영하여 엑서지값을 계산할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 엑서지값 산출단계에서 계산되는 엑서지 효율값(Exergy efficiency value,
Figure pat00009
)은 0 내지 1 범위 내의 값, 0 내지 10 범위 내의 값 또는 0 내지 100 범위 내의 값으로 변환되어 저장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 개선 대상 판별단계는, c-1) 데이터가 기설정된 정상 범위를 벗어나는 기기 또는 서브시스템을 검출하여 효율개선이 필요한 기기 또는 서브시스템을 선정하는 제1단계; c-2) 각 기기 및 각 서브시스템의 유지관리 우선순위를 확인하는 제2단계; 및 c-3) 제1단계로부터 선정된 기기 또는 서브시스템을 제2단계의 유지관리 우선순위에 따라 관리순서를 배정하는 제3단계;를 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 개선 시점 산출단계는, d-1) 데이터를 날짜와 시간별로 구분하여 저장하는 제1단계; d-2) 제1단계로부터 획득한 데이터를 바탕으로 각 기기 및 각 서브시스템의 운용효율에 관한 운전 트렌드(trend)곡선을 도출하는 제2단계; 및 d-3) 제2단계로부터 도출된 결과를 바탕으로 각 기기 및 각 서브시스템의 관리 시점 및 관리 주기를 도출하는 제3단계;를 포함하는 구성일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 플랜트 진단방법에 따르면, 특정구성의 데이터 검출단계, 엑서지값 산출단계, 개선 대상 판별단계 및 개선 시점 산출단계를 포함함으로써, 종래 기술에 따른 문제를 해결하고, 플랜트를 구성하는 각 기기 및 서브시스템의 상태를 명확하게 파악할 수 있으며, 유지관리 시점 및 주기를 정확하게 파악할 수 있는 구성을 포함하는 플랜트 진단방법을 제공할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 둘 이상의 기기 및 둘 이상의 서브시스템이 하나의 시스템을 구성하는 플랜트를 나타내는 모식도이다.
도 2는 도 1에 도시된 플랜트를 구성하는 각 기기 및 서브시스템에서 검출된 데이터를 나타내는 표이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플랜트 진단방법에 의해 운용되는 플랜트 모델을 나타내는 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플랜트 진단방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플랜트 진단방법을 막여과(UF/RO) 방식의 워터 플랜트에 적용할 경우를 나타내는 순서도이다.
도 6은 엑서지를 구성하는 화학적 엑서지와 물리적 엑서지의 예시를 나타내는 그림이다.
도 7은 도 6을 바탕으로 하는 엑서지 효율값을 계산하는 기본식을 나타내는 도면이다.
도 8은 유체의 흐름만 존재하는 기기 또는 서브시스템에 대한 엑서지 값을 계산하는 방법을 나타내는 모식도이다.
도 9는 펌프, 터빈+발전기, 연소기 또는 보일러를 포함하는 기기 또는 서브시스템에 대한 엑서지 값을 계산하는 방법을 나타내는 모식도이다.
도 10은 종래 기술에 따른 데이터표와 본 실시예에 따른 데이터표를 비교한 도면이다.
도 12는 본 발명의 플랜트 진단방법을 이용하여 에너지를 절감한 결과를 나타내는 도면이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 플랜트 진단방법에 의해 운용되는 플랜트 모델을 나타내는 구성도가 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 플랜트 진단방법을 나타내는 흐름도가 도시되어 있다. 또한, 도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 플랜트 진단방법을 막여과(UF/RO) 방식의 워터 플랜트에 적용할 경우를 나타내는 순서도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 플랜트 진단방법(S100)은, 둘 이상의 기기 또는 둘 이상의 서브시스템이 하나의 시스템을 구성하는 플랜트에 대한 진단방법으로서, 특정 구성의 데이터 검출단계(S110), 엑서지값 산출단계(S120), 개선 대상 판별단계(S130) 및 개선 시점 산출단계(S140)를 포함하는 구성일 수 있다.
구체적으로, 데이터 검출단계(S110)는, 각 기기별 및 각 서브시스템에서 화학적 엑서지(chemical exergy) 및 물리적 엑서지(physical exergy)와 관련된 데이터를 검출하는 단계이다. 이때 검출된 데이터를 바탕으로 각 기기별 및 각 서브시스템에 해당하는 화학적 엑서지 값(chemical exergy value, ECH) 및 물리적 엑서지 값(physical exergy value, EPH)을 획득할 수 있다.
본 실시예에 따른 데이터 검출단계(S110)는, 기설정된 주기에 따라 반복적으로 수행됨이 바람직하다. 이때, 반복 수행되어 검출된 데이터를 기설정된 시간에 대한 평균값으로 저장될 수 있다. 저장된 데이터를 활용하여 다음단계가 수행될 수 있다. 또한, 상기 언급한 기설정된 시간은, 각 기기별 및 각 서브시스템의 주위 환경에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 기기 및 서브시스템이 설치된 지역의 기온, 습도, 강수량, 강설량, 풍속 및 계절 변화에 따라 적절히 변경될 수 있다.
엑서지값 산출단계(S120)는, 검출된 데이터를 바탕으로 각 기기별 및 각 시스템의 엑서지 효율값(Exergy efficiency value,
Figure pat00010
)을 계산하는 단계이다.
도 6에는 엑서지를 구성하는 화학적 엑서지와 물리적 엑서지의 예시를 나타내는 그림이 도시되어 있고, 도 7에는 도 6을 바탕으로 하는 엑서지 효율값을 계산하는 기본식을 나타내는 도면이 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 데이터 검출단계(S110)에서 획득할 수 있는 엑서지 값은, 화학적 엑서지 값(chemical exergy value, ECH) 및 물리적 엑서지 값(physical exergy value, EPH)으로 구성된다. 이때, 화학적 엑서지 값은 식(1)에 의해 계산되고, 물리적 엑서지 값은 식(2)에 의해 계산되고, 엑서지 총 합은 식(3)에 의해 계산될 수 있다.
식(1)
식(2)
식(3)
이때, v는 유동 속도값(flow velocity value)이고, g는 중력가속도 값(gravitational acceleration value)이고, l은 수위 높이값(level value)이고, h는 특정된 엔탈피 값(specific enthalpy value)이고, s는 특정된 엔트로피 값(specific entropy)이고, y는 특정된 질량분율(specific mass fraction value)이고, 는 특정된 화학적 포텐셜 값(specific chemical potential value)이다.
경우에 따라서, 화학적 엑서지 값은 식(4)에 의해 계산되고, 물리적 엑서지 값은 식(5)에 의해 계산될 수 있다.
식(4)
Figure pat00011
식(5)
Figure pat00012
식(6)
Figure pat00013
이때, U, V 및 S는 각각 시스템의 내부에너지, 부피 및 엔트로피를 나타내고, 하첨자 0은 기준환경을 나타내며,
Figure pat00014
는 성분 k의 몰 분율 값이고, R은 가스상수이고,
Figure pat00015
는 성분 k의 표준화학엑서지 값이고,
Figure pat00016
는 기준환경의 성분 k의 몰 분율 값이다.
이 경우, 상기 엑서지 효율값(Exergy efficiency value,
Figure pat00017
)은, 화학적 엑서지 값(chemical exergy value, ECH)과 물리적 엑서지 값(physical exergy value, EPH)의 합에 의해 계산되고, 화학적 엑서지 값(ECH)은 혼합 엑서지값(Mixing excergy value)을 포함됨이 바람직하다.
도 8에는 유체의 흐름만 존재하는 기기 또는 서브시스템에 대한 엑서지 값을 계산하는 방법을 나타내는 모식도가 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 해당 기기 또는 서브시스템에 대한 엑서지 값은, 해당 기기 또는 서브시스템에 투입되는 엑서지 총량과 배출되는 엑서지 총량을 통해 구할 수 있다.
도 9에는 펌프, 터빈+발전기, 연소기 또는 보일러를 포함하는 기기 또는 서브시스템에 대한 엑서지 값을 계산하는 방법을 나타내는 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 엑서지값 산출단계(S120)에서, 해당 플랜트에 적용되는 유체(flow) 외에, 전기에너지 및 화학에너지가 명확하게 사용되거나 발생 및 출력하는 스트림(stream)이 존재하는 경우, 이에 해당하는 데이터를 반영하여 엑서지값을 계산함이 바람직하다.
도 10에는 본 실시예에 따른 방법을 적용하여 각 기기 내지 각 서브시스템 별 효율을 0 내지 1 범위 내의 값으로 정리한 표가 도시되어 있다.
도 10에서 확인할 수 있는 바와 같이, 각 기기 또는 서브시스템(A 내지 L)의 항목별 효율값을 정량적으로 명확히 확인할 수 있다. 이때, 플랜트 운용자의 설비에 대한 숙련도나 이해도가 부족하다 할지라도, 각 설비의 운용 효율이 어느 정도인지를 명확하게 파악할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 개선 대상 판별단계(S130)는, 엑서지값 산출단계를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 효율개선이 필요한 기기 또는 서브시스템을 선정하는 단계이다.
구체적으로, 본 실시예에 따른 개선 대상 판별단계(S130)는, 특정 구성의 세 가지 단계(제1단계(S131), 제2단계(S132) 및 제3단계(S133))를 포함하는 구성일 수 있다.
개선 대상 판별단계(S130)의 제1단계(S131)는, 데이터 값이 기설정된 정상 범위를 벗어나는 기기 또는 서브시스템을 검출하여 효율개선이 필요한 기기 또는 서브시스템을 선정하는 단계이다. 개선 대상 판별단계(S130)의 제2단계(S132)는, 각 기기 및 각 서브시스템의 유지관리 우선순위를 확인하는 단계이다. 마직막으로 대선 대상 판별단계(S130)의 제3단계(S133)는, 제1단계(S131)로부터 선정된 기기 또는 서브시스템을 제2단계(S132)의 유지관리 우선순위에 따라 관리순서를 배정하는 단계이다.
상기 언급한 세 가지 단계를 포함하는 개선 대상 판별단계(S130)를 통해 각 기기 또는 각 서브시스템별 우선순위에 따라 유지관리 대상을 효과적으로 관리할 수 있다.
한편, 개선 시점 산출단계(S140)는, 엑서지값 산출단계를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 각 기기별 및 각 서브시스템의 개선이 필요한 시점을 산출하는 단계이다.
구체적으로, 본 실시예에 따른 개선 시점 산출단계(S140)는, 특정 구성의 세 가지 단계(제1단계(S141), 제2단계(S142) 및 제3단계(S143))를 포함하는 구성일 수 있다.
더욱 구체적으로, 개선 시점 산출단계(S140)는, 상기 언급된 개선대상 판별단계(S130)를 통해 개선대상을 판별한 액티버티(activity)에 대한 누적을 기반으로 누적된 개선대상 항목들의 엑서지 효율값을 기반으로 효율이 사전에 정해둔 일정 값을 미달하는 시점을 예측하여 종합적인 관리시점 및 주기를 결정하는 단계이다.
개선 시점 산출단계(S140)의 제1단계(S141)는, 데이터를 날짜와 시간별로 구분하여 저장하는 단계이다. 개선 시점 산출단계(S140)의 제2단계(S142)는, 제1단계(S141)로부터 획득한 데이터를 바탕으로 각 기기 및 각 서브시스템의 운용효율에 관한 운전 트렌드(trend)곡선을 도출하는 단계이다. 마직막으로 개선 시점 산출단계(S140)의 제3단계(S143)는, 제2단계(S142)로부터 도출된 결과를 바탕으로 각 기기 및 각 서브시스템의 관리 시점 및 관리 주기를 도출하는 단계이다.
상기 언급한 세 가지 단계를 포함하는 개선 시점 산출단계(S140)를 통해 각 기기 또는 각 서브시스템의 유지관리 시점 및 주기를 정확하게 파악할 수 있고, 결과적으로 플랜트의 운용 효율을 극대화 시켜 유지할 수 있으며, 유지관리에 필요한 비용을 현저히 절감시킬 수 있다.
경우에 따라서, 본 실시예에 따른 플랜트 진단방법(S100)은, 개선 대상 판별단계(S130)로부터 선정된 기기 또는 서브시스템에 대한 개선작업을 완료한 후, 데이터 검출단계(S110), 엑서지값 산출단계(S120) 및 개선 대상 판별단계(S130)를 재차 수행하여 효율개선이 달성되었는지 확인하는 재차수행단계(S150)를 더 포함하는 구성일 수 있다.
이 경우, 각 기기 또는 서브시스템의 상태를 지속적으로 파악할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 플랜트 진단방법(S100)은, 플랜트 진단결과 출력단계(S160)를 더 포함하는 구성일 수 있다. 구체적으로, 플랜트 진단결과 출력단계(S160)는, 개선 대상 판별단계(S130)로부터 선정된 기기 또는 서브시스템을 운용자에게 출력하고, 개선 시점 산출단계(S140)로부터 산출된 결과 데이터를 운용자에게 출력하는 단계이다.
도 11에는 본 발명의 플랜트 진단방법을 이용하여 에너지를 절감한 결과를 나타내는 도면이 도시되어 있다.
도 11을 도 4 및 도 5와 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 플랜트 진단방법(S100)은, 특정 구성의 특정구성의 데이터 검출단계, 엑서지값 산출단계, 개선 대상 판별단계 및 개선 시점 산출단계를 포함함으로써, 종래 기술에 따른 문제를 해결하고, 플랜트를 구성하는 각 기기 및 서브시스템의 상태를 명확하게 파악할 수 있으며, 유지관리 시점 및 주기를 정확하게 파악할 수 있는 구성을 포함하는 플랜트 진단방법을 제공할 수 있다.
도 11에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 실시예에 따른 플랜트 진단방법(S100)을 이용하여, 효율개선이 필요한 기기를 선정하여 불필요하게 과도했던 요인을 제거하고 최적 운용이 가능하도록 변경한 결과, 많은 양의 에너지를 절감할 수 있었다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 플랜트 진단방법에 따르면, 특정구성의 데이터 검출단계, 엑서지값 산출단계, 개선 대상 판별단계 및 개선 시점 산출단계를 포함함으로써, 종래 기술에 따른 문제를 해결하고, 플랜트를 구성하는 각 기기 및 서브시스템의 상태를 명확하게 파악할 수 있으며, 유지관리 시점 및 주기를 정확하게 파악할 수 있는 구성을 포함하는 플랜트 진단방법을 제공할 수 있다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
즉, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.
S100: 플랜트 진단방법
S110: 데이터 검출단계
S120: 엑서지값 산출단계
S130: 개선 대상 판별단계
S131: 제1단계
S132: 제2단계
S133: 제3단계
S140: 개선 시점 산출단계
S141: 제1단계
S142: 제2단계
S143: 제3단계
S150: 재차수행단계
S160: 플랜트 진단결과 출력단계

Claims (12)

  1. 둘 이상의 기기 또는 둘 이상의 서브시스템이 하나의 시스템을 구성하는 플랜트에 대한 진단방법으로서,
    a) 각 기기별 및 각 서브시스템에서 화학적 엑서지(chemical exergy) 및 물리적 엑서지(physical exergy)와 관련된 데이터를 검출한 후, 각 기기별 및 각 서브시스템에 해당하는 화학적 엑서지 값(chemical exergy value, ECH) 및 물리적 엑서지 값(physical exergy value, EPH)을 획득하는 데이터 검출단계(S110);
    b) 검출된 데이터를 바탕으로 각 기기별 및 각 시스템의 엑서지 효율값(Exergy efficiency value,
    Figure pat00018
    )을 계산하는 엑서지값 산출단계(S120); 및
    c) 엑서지값 산출단계를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 효율개선이 필요한 기기 또는 서브시스템을 선정하는 개선 대상 판별단계(S130);
    를 포함하는 것을 특징으로 플랜트 진단방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랜트 진단방법(S100)은,
    d) 엑서지값 산출단계를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 각 기기별 및 각 서브시스템의 개선이 필요한 시점을 산출하는 개선 시점 산출단계(S140);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 플랜트 진단방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랜트 진단방법(S100)은,
    e) 개선 대상 판별단계(S130)로부터 선정된 기기 또는 서브시스템에 대한 개선작업을 완료한 후, 데이터 검출단계(S110), 엑서지값 산출단계(S120) 및 개선 대상 판별단계(S130)를 재차 수행하여 효율개선이 달성되었는지 확인하는 재차수행단계(S150);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 플랜트 진단방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랜트 진단방법(S100)은, 개선 대상 판별단계(S130)로부터 선정된 기기 또는 서브시스템을 운용자에게 출력하고, 개선 시점 산출단계(S140)로부터 산출된 결과 데이터를 운용자에게 출력하는 플랜트 진단결과 출력단계(S160);를 더 포함하는 것을 특징으로 플랜트 진단방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학적 엑서지 값은 식(1)에 의해 계산되고, 물리적 엑서지 값은 식(2)에 의해 계산되고, 엑서지 총 합은 식(3)에 의해 계산되며,
    식(1)
    식(2)
    식(3)
    상기 v는 유동 속도값(flow velocity value)이고, g는 중력가속도 값(gravitational acceleration value)이고, l은 수위 높이값(level value)이고, h는 특정된 엔탈피 값(specific enthalpy value)이고, s는 특정된 엔트로피 값(specific entropy)이고, y는 특정된 질량분율(specific mass fraction value)이고, 는 특정된 화학적 포텐셜 값(specific chemical potential value)인 것을 특징으로 플랜트 진단방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학적 엑서지 값은 식(4)에 의해 계산되고, 물리적 엑서지 값은 식(5)에 의해 계산되며,
    식(4)
    Figure pat00019

    식(5)
    Figure pat00020

    식(6)
    Figure pat00021

    상기 U, V 및 S는 각각 시스템의 내부에너지, 부피 및 엔트로피를 나타내고, 하첨자 0은 기준환경을 나타내며,
    Figure pat00022
    는 성분 k의 몰 분율 값이고, R은 가스상수이고,
    Figure pat00023
    는 성분 k의 표준화학엑서지 값이고,
    Figure pat00024
    는 기준환경의 성분 k의 몰 분율 값인 것을 특징으로 플랜트 진단방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 엑서지 효율값(Exergy efficiency value,
    Figure pat00025
    )은, 화학적 엑서지 값(chemical exergy value, ECH)과 물리적 엑서지 값(physical exergy value, EPH)의 합에 의해 계산되고,
    상기 화학적 엑서지 값(ECH)은 혼합 엑서지값(Mixing excergy value)을 포함하는 것을 특징으로 플랜트 진단방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 엑서지값 산출단계(S120)에서, 해당 플랜트에 적용되는 유체(flow) 외에, 전기에너지 및 화학에너지가 명확하게 사용되거나 발생 및 출력하는 스트림(stream)이 존재하는 경우, 이에 해당하는 데이터를 반영하여 엑서지값을 계산하는 것을 특징으로 플랜트 진단방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 엑서지값 산출단계(S120)에서 계산되는 엑서지 효율값(Exergy efficiency value,
    Figure pat00026
    )은 0 내지 1 범위 내의 값, 0 내지 10 범위 내의 값 또는 0 내지 100 범위 내의 값으로 변환되어 저장되는 것을 특징으로 플랜트 진단방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 개선 대상 판별단계(S130)는,
    c-1) 데이터 값이 기설정된 정상 범위를 벗어나는 기기 또는 서브시스템을 검출하여 효율개선이 필요한 기기 또는 서브시스템을 선정하는 제1단계(S131);
    c-2) 각 기기 및 각 서브시스템의 유지관리 우선순위를 확인하는 제2단계(S132); 및
    c-3) 제1단계(S131)로부터 선정된 기기 또는 서브시스템을 제2단계(S132)의 유지관리 우선순위에 따라 관리순서를 배정하는 제3단계(S133);
    를 포함하는 것을 특징으로 플랜트 진단방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 개선 시점 산출단계(S140)는,
    d-1) 데이터를 날짜와 시간별로 구분하여 저장하는 제1단계(S141);
    d-2) 제1단계(S141)로부터 획득한 데이터를 바탕으로 각 기기 및 각 서브시스템의 운용효율에 관한 운전 트렌드(trend)곡선을 도출하는 제2단계(S142); 및
    d-3) 제2단계(S142)로부터 도출된 결과를 바탕으로 각 기기 및 각 서브시스템의 관리 시점 및 관리 주기를 도출하는 제3단계(S143);
    를 포함하는 것을 특징으로 플랜트 진단방법.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 데이터 검출단계(S110)는 기설정된 주기에 따라 반복적으로 수행되고, 이에 대한 다음 단계인 엑서지값 산출단계(S120), 개선 대상 판별단계(S130) 및 개선 시점 산출단계(S140)도 기설정된 주기에 따라 연속적으로 수행되는 것을 특징으로 플랜트 진단방법.
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