KR20210034868A - 터빈 성능 시험에서 주증기 유량 산정 방법 및 이를 이용한 터빈 성능 시험 장치 - Google Patents

터빈 성능 시험에서 주증기 유량 산정 방법 및 이를 이용한 터빈 성능 시험 장치 Download PDF

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이인태
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한국전력공사
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Abstract

본 발명은 터빈 성능 시험에서 주증기 유량 산정 방법 및 이를 이용한 터빈 성능 시험 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따른 터빈 성능 시험에서 주증기 유량 산정 방법은, 탈기기 입구에서 복수 유량을 터빈 사이클의 물질수지와 열수지를 정산하기 위한 기준유량으로 선정 및 측정하는 단계; 상기 기준유량이 포함된 물질수지 정산식 및 열수지 정산식을 정산 심볼 상호간의 계산식으로 도출하는 단계; 상기 정산 심볼 상호간의 상호 참조를 해소하기 위해, 상기 물질수지 정산식과 상기 열수지 정산식을 연립하여 축차접근법 기반으로 열정산을 수행함에 따라 최종 급수 유량(MFW)을 확정하는 단계; 및 상기 최종 급수 유량을 이용하여 주증기 유량을 산정하는 단계;를 포함한다.

Description

터빈 성능 시험에서 주증기 유량 산정 방법 및 이를 이용한 터빈 성능 시험 장치{METHOD FOR CALCULATING MAIN STEAM FLOW IN TURBIN PERFORMANCE TEST AND TURBIN PERFORMANCE TEST DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 터빈 성능 시험에서 주증기 유량 산정 방법 및 이를 이용한 터빈 성능 시험 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터빈 사이클의 물질수지 및 열수지 정산을 통해 정산 심볼(symbol) 상호간 계산을 통해 주증기 유량을 산정함에 있어서, 정산 심볼 상호간 상호참조 발생에 대해 축차 접근법 기반으로 열정산을 수행하고, 계측불량, 오류, 노이즈로 인해 측정이 누락되거나 불가능한 심볼의 특성치에 대해 보정을 수행함으로써, 주증기 유량을 정밀하게 산정하기 위한, 터빈 성능 시험에서 주증기 유량 산정 방법 및 이를 이용한 터빈 성능 시험 장치에 관한 것이다.
터빈 성능 시험은 터빈 입구에서 주증기 유량(main steam flow)을 정밀하게 산정하기 위한 과정이 대부분이다. 여기서, 주증기 유량은 터빈 열율(heat rate)를 산정하는 기준이 된다.
그런데, 터빈 계통의 주증기 유량 산정은 다음과 같은 한계가 있다.
먼저, 주증기 유량은 직접 측정하기 어렵다. 즉, 고온 고압의 유체를 정밀하게 측정하는 것이 공학적으로 매우 어렵기 때문에, 정밀하게 측정이 가능한 유량을 기준유량으로 선정하고, 이의 온도와 압력을 특정하여 물질수지(mass balance)와 열수지(heat balance)에 의한 터빈 입구의 주증기 유량을 산정하는 것이 필요하다.
그리고, 터빈 사이클의 열수지 및 물질수지 정산시, 정산 심볼은 상호참조가 발생하여 심볼의 특성치를 산정하거나 확정할 수 없다.
보일러 증발량인 주증기 유량은 최종 급수 유량(Final Feed Water Flow)이 확정되면 ASME PTC(The American Society of Mechanical Engineers Performance Test Codes; 미 기계학회 성능평가 표준) 6에 의거하여 정해진 계산식을 통해 확정할 수 있다. 여기서, 최종 급수 유량(Final Feed Water Flow)은 #6 히터 배수 유량(#6 Heater Drain Water Flow)에 해당된다.
그런데, 최종 급수 유량을 산정하기 위해서는 #6 히터 주입구 급수 유량(#6 Heater inlet Feed Water Flow)이 확정되어야 하고, #6 히터 주입구 급수 유량을 산정하기 위해서는 #6 히터 배수 유량이 확정되어야 한다.
이처럼 최종 급수 유량과 #6 히터 배수 유량은 상호 참조가 발생하게 된다. 즉, 최종 급수 유량의 산정을 위해서는 #6 히터 배수 유량과 터빈 계통의 심볼 간 상호 참조를 해소하는 방안이 필요하다.
또한, 터빈 사이클의 열수지 및 물질수지 정산에 필요한 정산 심볼의 특성치는 빠짐없이 측정 또는 획득되어야 한다.
그런데, 터빈 계통의 심볼 특성치는 계측 불량, 오류, 노이즈, 계측기 설치 작업 불가 등을 이유로 누락이 발생할 경우, 터빈 계통의 열수지 및 물질수지 정산을 산정하기 어렵다.
이러한 경우에도 열수지 및 물질수지를 정산할 수 있는 방안이 마련될 필요가 있다.
따라서, 터빈 계통의 주증기 유량은 터빈 사이클의 열수지 및 물질수지 정산에 있어서 열정산 심볼 상호간에 상호 참조 발생을 해소하고, 계측 불량, 오류, 노이즈로 인해 측정이 누락되거나 불가능한 심볼의 특성치에 대해 보정하는 방안이 마련될 필요가 있다.
한국 등록특허공보 제10-1480130호 (2014.12.31 등록)
본 발명의 목적은 터빈 사이클의 물질수지 및 열수지 정산을 통해 정산 심볼(symbol) 상호간 계산을 통해 주증기 유량을 산정함에 있어서, 정산 심볼 상호간 상호참조 발생에 대해 축차 접근법 기반으로 열정산을 수행하고, 계측불량, 오류, 노이즈로 인해 측정이 누락되거나 불가능한 심볼의 특성치에 대해 보정을 수행함으로써, 주증기 유량을 정밀하게 산정하기 위한, 터빈 성능 시험에서 주증기 유량 산정 방법 및 이를 이용한 터빈 성능 시험 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 터빈 성능 시험에서 주증기 유량 산정 방법은, 탈기기 입구에서 복수 유량을 터빈 사이클의 물질수지와 열수지를 정산하기 위한 기준유량으로 선정 및 측정하는 단계; 상기 기준유량이 포함된 물질수지 정산식 및 열수지 정산식을 정산 심볼 상호간의 계산식으로 도출하는 단계; 상기 정산 심볼 상호간의 상호 참조를 해소하기 위해, 상기 물질수지 정산식과 상기 열수지 정산식을 연립하여 축차접근법 기반으로 열정산을 수행함에 따라 최종 급수 유량(MFW)을 확정하는 단계; 및 상기 최종 급수 유량을 이용하여 주증기 유량을 산정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 물질수지 정산식은, 상기 탈기기로 유입되는 유량과 상기 탈기기에서 유출되는 유량이 동일하다는 성질을 이용하여 수립되고, 상기 열수지 정산식은, 상기 탈기기로 유입되는 열량과 상기 탈기기에서 유출되는 열량이 동일하다는 성질을 이용하여 수립되는 것일 수 있다.
상기 탈기기로 유입되는 열량은, 상기 탈기기로 유입되는 유량과 상기 탈기기로 유입되는 엔탈피의 곱으로 계산되는 것일 수 있다.
상기 물질수지 정산식은, 하기 수학식1로 나타내는 것일 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서, M5E(#5 Heater Extraction Steam Flow), M6D(#6 Heater Drain Water Flow), MCW(Deaerator in Condensate Water flow), MDV(Deaerator Vent Steam Flow), iMDW(Deaerator Level Change Flow), MRP(Reheat Spray Differencial Pressure), MFW(Final Feed Water Flow)임.
상기 열수지 정산식은, 하기 수학식 2로 나타내는 것일 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00002
여기서, H5E, H6D, HCW, HDV, HFW는 각 위치에서의 엔탈피임.
상기 M6D는, #8, #7, #6 가열기 가열증기 유량(#8, #7, #6 Heater Heating Steam Flow)의 합이므로, 각 가열기에서의 열수지(heat balance)에 의해 산정되는 것일 수 있다.
상기 MDV는, 계통 격리(Cycle isolation)시 차단하여 제로화시키는 것일 수 있다.
상기 iMDW는, 탈기기 수위 변화를 측정하여 탈기기 탱크(tank) 용량에 따라 산정하는 것일 수 있다.
상기 MRP와 상기 MCW는, 상기 기준유량에 해당하여 유량측정장치에 의해 직접 측정되는 것일 수 있다.
상기 엔탈피는, 이전 성능평가 측정치와 연결된 기기의 온도 측정치를 이용하여 산정된 추정 온도와 이전 성능평가 측정치와 연결된 기기의 온도 측정치를 이용하여 산정된 추정 압력에 의해 산정되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 딸느 터빈 성능 시험 장치로서, 적어도 하나 이상의 프로세서; 및 컴퓨터 판독 가능한 명령들을 저장하기 위한 메모리;를 포함하며, 상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 터빈 성능 시험 장치로 하여금, 탈기기 입구에서 복수 유량을 터빈 사이클의 물질수지와 열수지를 정산하기 위한 기준유량으로 선정 및 측정하게 하고, 상기 기준유량이 포함된 물질수지 정산식 및 열수지 정산식을 정산 심볼 상호간의 계산식으로 도출하게 하며, 상기 정산 심볼 상호간의 상호 참조를 해소하기 위해, 상기 물질수지 정산식과 상기 열수지 정산식을 연립하여 축차접근법 기반으로 열정산을 수행함에 따라 최종 급수 유량(MFW)을 확정하게 하고, 상기 최종 급수 유량을 이용하여 주증기 유량을 산정하게 하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 ㄸ라느 프로그램 코드가 기록된 컴퓨터 판독 가능한 저장매체로서, 탈기기 입구에서 복수 유량을 터빈 사이클의 물질수지와 열수지를 정산하기 위한 기준유량으로 선정 및 측정하는 동작; 상기 기준유량이 포함된 물질수지 정산식 및 열수지 정산식을 정산 심볼 상호간의 계산식으로 도출하는 동작; 상기 정산 심볼 상호간의 상호 참조를 해소하기 위해, 상기 물질수지 정산식과 상기 열수지 정산식을 연립하여 축차접근법 기반으로 열정산을 수행함에 따라 최종 급수 유량(MFW)을 확정하는 동작; 및 상기 최종 급수 유량을 이용하여 주증기 유량을 산정하는 동작;을 포함할 수 있다.
본 발명은 터빈 사이클의 물질수지 및 열수지 정산을 통해 정산 심볼(symbol) 상호간 계산을 통해 주증기 유량을 산정함에 있어서, 정산 심볼 상호간 상호참조 발생에 대해 축차 접근법 기반으로 열정산을 수행하고, 계측불량, 오류, 노이즈로 인해 측정이 누락되거나 불가능한 심볼의 특성치에 대해 보정을 수행함으로써, 주증기 유량을 정밀하게 산정할 수 있다.
또한, 본 발명은 터빈 입구에서 주증기 유량을 산정하고 이를 이용하여 터빈의 열효율(heat rate) 산정의 기준으로 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터빈 성능 시험에서 주증기 유량 산정 방법에 대한 도면,
도 2는 물질수지와 열수지 열정산을 설명하는 도면,
도 3은 성능평가 이력 기반 유량 전진방향(forward) 온도 추정 개념을 설명하는 도면,
도 4는 성능평가 이력 기반 유량 후진방향(backward) 온도 추정 개념을 설명하는 도면,
도 5는 성능평가 이력 기반 유량 전진방향(forward) 압력 추정 개념을 설명하는 도면,
도 6은 성능평가 이력 기반 유량 후진방향(backward) 압력 추정 개념을 설명하는 도면이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어로 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 일 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.
첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 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.
또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터빈 성능 시험에서 주증기 유량 산정 방법에 대한 도면이고, 도 2는 물질수지와 열수지 열정산을 설명하는 도면이다.
터빈 성능 시험에서는 터빈 입구에서 주증기 유량(main steam flow)을 정밀하게 산정하기 위한 과정이 중요하다. 주증기 유량은 터빈의 열율(heat rate)를 산정하는 기준이 되기 때문이다.
그래서, 도 1에 도시된 바와 같이, 터빈 성능 시험 장치는 본 발명의 실시예에 따른 터빈 성능 시험에서 주증기 유량 산정 방법을 수행한다.
이 경우, 터빈 성능 시험 장치는 터빈 사이클의 물질수지 및 열수지 정산에 있어서 정산 심볼(symbol) 상호간 계산을 통해 주증기 유량을 산정하게 되는데, 정산 심볼 상호간 상호참조 발생에 대해 축차 접근법 기반으로 열정산을 수행하고, 계측불량, 오류, 노이즈로 인해 측정이 누락되거나 불가능한 심볼의 특성치(온도, 압력)에 대해 보정을 수행한다.
이하, 도 1을 참조하여 터빈 성능 시험에서 주증기 유량 산정 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다. 여기서는 보일러의 급수 중에 용해되어 있는 산소를 가열에 의해 제거하는 탈기기(deaerator)를 기반으로 하여 주증기 유량을 산정하는 방법에 대해 살펴본다.
구체적으로, 터빈 성능 시험 장치는 탈기기 입구에서 정밀하게 측정이 가능한 복수 유량을 터빈 사이클의 물질수지(mass balance)와 열수지(heat balance)를 정산하기 위한 기준유량으로 선정하여 측정한다(S11).
이때, 기준유량은 풀 스케일법(full scale method)을 채택하여 탈기기 입구에서 복수 유량을 선정하고, 유량측정장치(교축장치; flow nozzle)를 이용하여 직접 측정한다. 기준유량 측정 방법은 유량측정장치에서 발생되는 차압 측정값을 30초 스캔 간격으로 취득하고, 2시간 동안 취득된 측정값들의 평균을 발생 차압에 의한 유량 산출 공식(ASME MFC-3M-1989)에 적용하여 측정하게 된다.
여기서, 열정산에 적용하는 기준유량 심볼은 MRP(Reheat Spray Differencial Pressure)와 MCW(Deaerator in Condensate Water flow)로 선정 및 측정한다.
다음으로, 터빈 성능 시험 장치는 탈기기 기준으로 기준유량이 포함된 물질수지 및 열수지 정산식을 도출한다(S12).
먼저, 물질수지 정산식의 개념은 하기 수학식 1과 같이 정의할 수 있다. 즉, 물질수지 정산식은 탈기기로 유입되는 유량(MDIni)과 탈기기에서 유출되는 유량(MDOutj)이 동일하다는 성질을 이용하여 수립한다.
Figure pat00003
이에 따라, 터빈 성능 시험 장치는 수학식 1에 따라 도 2의 탈기기에 적용하면, 탈기기 기준으로 물질수지 정산식을 도출하면 하기 수학식 2와 같이 정산 심볼 상호간의 계산식으로 나타낼 수 있다.
Figure pat00004
아울러, 열수지 정산식의 개념은 하기 수학식 3과 같이 정의할 수 있다. 즉, 열수지 정산식은 탈기기로 유입되는 열량과 탈기기에서 유출되는 열량이 동일하다는 성질을 이용하여 수립된다. 여기서, 탈기기로 유입되는 열량은 탈기기로 유입되는 유량(MDIni)과 탈기기로 유입되는 엔탈피(HDIni)의 곱으로 나타낼 수 있고, 탈기기에서 유출되는 열량은 탈기기에서 유출되는 유량(MDOutj)과 탈기기에서 유출되는 엔탈피(HDOutj)의 곱으로 나타낼 수 있다.
Figure pat00005
이에 따라, 터빈 성능 시험 장치는 수학식 3에 따라 도 2의 탈기기에 적용하면, 탈기기 기준으로 열수지 정산식을 도출하면 하기 수학식 4와 같이 정산 심볼 상호간의 계산식으로 나타낼 수 있다.
Figure pat00006
여기서, 수학식 2 및 수학식 4에 기재된 정산 심볼의 의미는 아래와 같다.
먼저, M5E(#5 Heater Extraction Steam Flow), M6D(#6 Heater Drain Water Flow), MDV(Deaerator Vent Steam Flow), iMDW(Deaerator Level Change Flow), MFW(Final Feed Water Flow)이다.
여기서, M6D는 #8, #7, #6 Heater Heating Steam Flow의 합이므로 각 히터에서의 열수지(heat balance)에 의해 산정된다.
또한, MDV는 계통 격리(Cycle isolation)시 차단하여 제로화시킨다.
또한, iMDW는 탈기기 수위 변화를 측정하여 탈기기 탱크(tank) 용량에 따라 산정한다. 즉, iMDW는 하기 수학식 5와 같이 산정할 수 있다.
Figure pat00007
여기서, V는 탈기기 탱크 사양에 따른 부피 변화 설계치(Deaerator Tank Volumne Chnage), L1은 복수저장탱크 수위 시작점 측정치(Condensate Storage Tank Level Start), L2는 복수저장탱크 수위 종점 측정치(Condensate Storage Tank Level End), rDAW는 탈기기 물의 비중량(Sepcific Weight of Deaerator Water), HR은 시험 시간(Duration of Test)이다. rDAW는 증기표에서 구할 수 있다.
또한, MRP와 MCW는 전술한 바와 같이 기준유량에 해당하여 유량측정장치에 의해 적접 측정한다.
또한, M5E와 MFW는 미지수이다. 따라서, M5E와 MFW는 수학식 2(물질수지 정산식)와 수학식 5(열수지 정산식)를 이용한 연립 방정식의 풀이를 통해 도출될 수 있다.
특히, MFW는 최종 급수 유량이므로, 주증기 유량은 MFW가 확정되면, ASME PTC에 의해 정해진 계산식을 통해 확정될 수 있다.
MFW는 M6D(#6 Heater Drain Water Flow)에 해당될 수 있기 때문에, MFW를 산정하기 위해서는 #6 히터 입구 급수 유량(#6 Heater inlet Feed Water Flow)이 확정되어야 하고, #6 히터 입구 급수 유량을 산정하기 위해서는 MFW가 확정되어야 하기 때문에 상호 참조가 발생하게 된다.
MFW를 산정함에 있어서 정산 심볼 상호간의 상호 참조를 해소하기 위해서는 터빈 성능 시험 장치가 후술할 S13 단계와 같이 축차접근법 기반의 열정산을 수행하게 된다. 이에 대한 자세한 설명은 S13 단계에서 후술하기로 한다.
한편, H5E, H6D, HCW, HDV, HFW는 각 위치에서의 엔탈피(Enthalpy)로서, 각 위치에서의 온도와 압력에 의해 증기표를 이용하여 산정된다.
이때, 터빈 성능 시험 장치는 추정 온도 및 추정 압력을 산출하여 각 위치에서의 엔탈피를 산출한다(S12a,S12b).
먼저, 도 3 및 도 4를 참조하여 추정 온도를 산출하는 과정에 대해 설명하기로 한다. 도 3은 성능평가 이력 기반 유량 전진방향(forward) 온도 추정 개념을 설명하는 도면이고, 도 4는 성능평가 이력 기반 유량 후진방향(backward) 온도 추정 개념을 설명하는 도면이다.
온도 추정은 이전 성능평가 측정치와 연결된 기기의 온도 측정치를 이용한다. 즉, 온도 추정은 터빈 계통 상 직상간, 직하간으로 연결된 기기의 측정점과의 온도차 이력 정보를 이용하여 현재 온도를 보정하는 것이다.
이때, 추정하고자 하는 열역학 특성치를 속정으로 갖는 기준기기와 유량(flow)으로 연결된 기기의 정보가 수집된다.
전진방향(forwrad) 추정은 유량의 전진방향으로 참조 가능한 측정치가 있는 경우에 수행하고, 후진방향(backward) 추정은 유량의 후진방향으로 참조 가능한 측정치가 있는 경우에 수행한다.
전진방향 추정은 유량의 전진방향으로 참조 가능한 현재 측정치를 조회하고, 후진방향 추정은 유량의 후진방향으로 참조 가능한 현재 측정치를 조회한다.
또한, 해당 기기의 열역학 특성치와 연결된 기기의 열역학적 특성치는 성능평가 이력 데이터베이스에서 조회한 후 두 열역학 특성치간 온도차를 계산하고, 연결된 기기의 참조 가능한 현 온도 측정치에 산출한 온도차를 반영하여 해당 기기의 온도를 추정한다.
구체적으로, 추정하고자 하는 기기의 온도를
Figure pat00008
, 연결된 기기의 온도를
Figure pat00009
, 성능평가 이력 데이터베이스의 온도 측정치를 각각
Figure pat00010
,
Figure pat00011
이라고 하고, 이로부터 산출한 온도차를
Figure pat00012
이라고 할 때, 추정 온도
Figure pat00013
는 하기 수학식 6과 같다.
Figure pat00014
여기서,
Figure pat00015
이다.
도 3에서 주증기 보일러 온도(Main Steam_Boiler Temperature, THMS)에서 전진방향 추정을 적용하면, 추정하고자 하는 주증기 보일러의 온도를
Figure pat00016
, 연결된 기기의 온도를
Figure pat00017
, 성능평가 이력 데이터베이스의 온도 측정치를 각각
Figure pat00018
,
Figure pat00019
이라고 하고, 이로부터 산출한 온도차를
Figure pat00020
이라고 할 때, 추정 온도
Figure pat00021
는 하기 수학식 7과 같다.
Figure pat00022
여기서,
Figure pat00023
이다.
도 4에서 CRH 증기 터빈 온도(CRH Steam_Turbine Temperature, THCR)에서 후진방향 추정을 적용하면, 추정하고자 하는 CRH 증기 터빈의 온도를
Figure pat00024
, 연결된 기기의 온도를
Figure pat00025
, 성능평가 이력 데이터베이스의 온도 측정치를 각각
Figure pat00026
,
Figure pat00027
이라고 하고, 이로부터 산출한 온도차를
Figure pat00028
이라고 할 때, 추정 온도
Figure pat00029
는 하기 수학식 8과 같다.
Figure pat00030
여기서,
Figure pat00031
이다.
이전 측정치가 없는 경우에는 DCS 측정치를 사용한다. DCS 측정치가 없는 경우에는 설계치를 사용하고, 설계치가 없는 경우에는 유사 발전소의 측정치를 사용한다. 즉, 온도 적용 우선순위는 'BF 추정치 hat{T} _{n}＞DCS 측정치 TDCS＞설계치 TDesign＞유사 발전소 측정치 TPlant'와 같다.
아울러, 도 5 및 도 6을 참조하여 추정 압력을 산출하는 과정에 대해 설명하기로 한다. 도 5는 성능평가 이력 기반 유량 전진방향(forward) 압력 추정 개념을 설명하는 도면이고, 도 6은 성능평가 이력 기반 유량 후진방향(backward) 압력 추정 개념을 설명하는 도면이다.
압력 추정은 이전 성능평가 측정치와 연결된 기기의 압력 측정치를 이용한다. 즉, 압력 추정은 터빈 계통 상 직상간, 직하간으로 연결된 기기의 측정점과의 압력강하율 이력 정보를 이용하여 현재 압력을 보정하는 것이다. 이때, 추정하고자 하는 열역학 특성치를 속정으로 갖는 기준기기와 유량(flow)으로 연결된 기기의 정보가 수집된다.
전진방향(forwrad) 추정은 유량의 전진방향으로 참조 가능한 측정치가 있는 경우에 수행하고, 후진방향(backward) 추정은 유량의 후진방향으로 참조 가능한 측정치가 있는 경우에 수행한다.
전진방향 추정은 유량의 전진방향으로 참조 가능한 현재 측정치를 조회하고, 후진방향 추정은 유량의 후진방향으로 참조 가능한 현재 측정치를 조회한다.
또한, 해당 기기의 열역학 특성치와 연결된 기기의 열역학적 특성치는 성능평가 이력 데이터베이스에서 조회한 후 두 열역학 특성치간 압력강하율을 계산하고, 연결된 기기의 참조 가능한 현 압력 측정치에 산출한 압력강하율을 반영하여 해당 기기의 압력를 추정한다.
구체적으로, 추정하고자 하는 기기의 압력를
Figure pat00032
, 연결된 기기의 압력을
Figure pat00033
, 성능평가 이력 데이터베이스의 압력 측정치를 각각
Figure pat00034
,
Figure pat00035
이라고 하고, 이로부터 산출한 압력차를
Figure pat00036
이라고 할 때, 추정 압력
Figure pat00037
는 하기 수학식 9와 같다.
Figure pat00038
여기서,
Figure pat00039
이다.
도 5에서 주증기 보일러 압력(Main Steam_Boiler Pressure, PHMS)에서 전진방향 추정을 적용하면, 추정하고자 하는 주증기 보일러의 압력를
Figure pat00040
, 연결된 기기의 압력를
Figure pat00041
, 성능평가 이력 데이터베이스의 압력 측정치를 각각
Figure pat00042
,
Figure pat00043
이라고 하고, 이로부터 산출한 압력차를
Figure pat00044
이라고 할 때, 추정 압력
Figure pat00045
는 하기 수학식 10과 같다.
Figure pat00046
여기서,
Figure pat00047
이다.
도 6에서 CRH 증기 터빈 압력(CRH Steam_Turbine Pressure, PHCR)에서 후진방향 추정을 적용하면, 추정하고자 하는 CRH 증기 터빈의 압력를
Figure pat00048
, 연결된 기기의 압력를
Figure pat00049
, 성능평가 이력 데이터베이스의 압력 측정치를 각각
Figure pat00050
,
Figure pat00051
이라고 하고, 이로부터 산출한 압력차를
Figure pat00052
이라고 할 때, 추정 압력
Figure pat00053
는 하기 수학식 11과 같다.
Figure pat00054
여기서,
Figure pat00055
이다.
이전 측정치가 없는 경우에는 DCS 측정치를 사용한다. DCS 측정치가 없는 경우에는 설계치를 사용하고, 설계치가 없는 경우에는 유사 발전소의 측정치를 사용한다. 즉, 압력 적용 우선순위는 'BF 추정치 hat{P} _{n}＞DCS 측정치 PDCS＞설계치 PDesign＞유사 발전소 측정치 PPlant'와 같다.
다시 도 1을 참조하면, 터빈 성능 시험 장치는 MFW를 산정함에 있어서 정산 심볼 상호간의 상호 참조를 해소하기 위해, 탈기기 기준으로 수립된 물질수지 및 열수지 정산식을 연립하여 축차접근법 기반으로 열정산을 수행함에 따라 MFW를 확정한다(S13).
부가적으로, 터빈 성능 시험 장치는 탈기기 이외의 기기에 대해서도 동일한 방식으로 유량 흐름에 따라 전진방향(foward)으로 터빈 계통의 물질수지 및 열수지 정산식을 수립할 수 있다.
전술한 바와 같이 엔탈피를 구하고, 설계치와 측정치를 입력하여 미지수와 계수와 상수로 식을 다시 정리하면, 수립된 연립식은 수학식 12와 같이 나타낼 수 있고, 이를 행렬 형태로 나타내면 Ax=b 즉, 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00056
Figure pat00057
그런 다음, 터빈 성능 시험 장치는 수립된 연립식으로부터 미지수를 후진방향(backward)으로 하나씩 제거하면서 풀어간다.
즉, 터빈 성능 시험 장치는 축차대입법, 자우스-가이델, LU해법과 같은 상,하 삼각행렬을 이용하여 축차접근법 기반으로 미지수를 하나씩 제거하면서 열정산을 수행하게 된다.
이후, 터빈 성능 시험 장치는 ASME PTC에 의거하여 MFW를 이용하여 주증기 유량을 산정한다(S14).
한편, 터빈 성능 시험 장치는 적어도 하나 이상의 프로세서와 컴퓨터 판독 가능한 명령들을 저장하기 위한 메모리를 포함한다.
이러한 터빈 성능 시험 장치는 메모리에 저장된 컴퓨터 판독 가능한 명령들이 적어도 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 본 발명의 실시예에 따른 터빈 성능 시험에서 주증기 유량 산정 방법을 수행할 수 있다.
여기서, 프로세서는 컨트롤러(controller), 마이크로 컨트롤러(microcontroller), 마이크로 프로세서(microprocessor), 마이크로 컴퓨터(microcomputer) 등으로도 호칭될 수 있다. 그리고, 프로세서는 하드웨어(hardware) 또는 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다.
아울러, 메모리는 하나의 저장 장치일 수 있거나, 또는 복수의 저장 엘리먼트의 집합적인 용어일 수 있다. 메모리에 저장된 컴퓨터 판독 가능한 명령들은 실행가능한 프로그램 코드 또는 파라미터, 데이터 등일 수 있다. 그리고, 메모리는 RAM(Random Access Memory)을 포함할 수 있거나, 또는 자기 디스크 저장장치 또는 플래시(flash) 메모리와 같은 NVRAM(Non-Volatile Memory)을 포함할 수 있다.
일부 실시 예에 의한 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CDROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
비록 상기 설명이 다양한 실시예들에 적용되는 본 발명의 신규한 특징들에 초점을 맞추어 설명되었지만, 본 기술 분야에 숙달된 기술을 가진 사람은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 상기 설명된 장치 및 방법의 형태 및 세부 사항에서 다양한 삭제, 대체, 및 변경이 가능함을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 설명에서보다는 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된다. 특허청구범위의 균등 범위 안의 모든 변형은 본 발명의 범위에 포섭된다.

Claims (21)

  1. 탈기기 입구에서 복수 유량을 터빈 사이클의 물질수지와 열수지를 정산하기 위한 기준유량으로 선정 및 측정하는 단계;
    상기 기준유량이 포함된 물질수지 정산식 및 열수지 정산식을 정산 심볼 상호간의 계산식으로 도출하는 단계;
    상기 정산 심볼 상호간의 상호 참조를 해소하기 위해, 상기 물질수지 정산식과 상기 열수지 정산식을 연립하여 축차접근법 기반으로 열정산을 수행함에 따라 최종 급수 유량(MFW)을 확정하는 단계; 및
    상기 최종 급수 유량을 이용하여 주증기 유량을 산정하는 단계;
    를 포함하는 터빈 성능 시험에서 주증기 유량 산정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 물질수지 정산식은,
    상기 탈기기로 유입되는 유량과 상기 탈기기에서 유출되는 유량이 동일하다는 성질을 이용하여 수립되고,
    상기 열수지 정산식은,
    상기 탈기기로 유입되는 열량과 상기 탈기기에서 유출되는 열량이 동일하다는 성질을 이용하여 수립되는 것인 터빈 성능 시험에서 주증기 유량 산정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 탈기기로 유입되는 열량은,
    상기 탈기기로 유입되는 유량과 상기 탈기기로 유입되는 엔탈피의 곱으로 계산되는 것인 터빈 성능 시험에서 주증기 유량 산정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 물질수지 정산식은,
    하기 수학식1로 나타내는 것인 터빈 성능 시험에서 주증기 유량 산정 방법.
    [수학식 1]
    Figure pat00058

    여기서, M5E(#5 Heater Extraction Steam Flow), M6D(#6 Heater Drain Water Flow), MCW(Deaerator in Condensate Water flow), MDV(Deaerator Vent Steam Flow), iMDW(Deaerator Level Change Flow), MRP(Reheat Spray Differencial Pressure), MFW(Final Feed Water Flow)임.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 열수지 정산식은,
    하기 수학식 2로 나타내는 것인 터빈 성능 시험에서 주증기 유량 산정 방법.
    [수학식 2]
    Figure pat00059

    여기서, H5E, H6D, HCW, HDV, HFW는 각 위치에서의 엔탈피임.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 M6D는,
    #8, #7, #6 가열기 가열증기 유량(#8, #7, #6 Heater Heating Steam Flow)의 합이므로, 각 가열기에서의 열수지(heat balance)에 의해 산정되는 것인 터빈 성능 시험에서 주증기 유량 산정 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 MDV는,
    계통 격리(Cycle isolation)시 차단하여 제로화시키는 것인 터빈 성능 시험에서 주증기 유량 산정 방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 iMDW는,
    탈기기 수위 변화를 측정하여 탈기기 탱크(tank) 용량에 따라 산정하는 것인 터빈 성능 시험에서 주증기 유량 산정 방법.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 MRP와 상기 MCW는,
    상기 기준유량에 해당하여 유량측정장치에 의해 직접 측정되는 것인 터빈 성능 시험에서 주증기 유량 산정 방법.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 엔탈피는,
    이전 성능평가 측정치와 연결된 기기의 온도 측정치를 이용하여 산정된 추정 온도와 이전 성능평가 측정치와 연결된 기기의 온도 측정치를 이용하여 산정된 추정 압력에 의해 산정되는 것인 터빈 성능 시험에서 주증기 유량 산정 방법.
  11. 터빈 성능 시험 장치로서,
    적어도 하나 이상의 프로세서; 및
    컴퓨터 판독 가능한 명령들을 저장하기 위한 메모리;를 포함하며,
    상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 터빈 성능 시험 장치로 하여금,
    탈기기 입구에서 복수 유량을 터빈 사이클의 물질수지와 열수지를 정산하기 위한 기준유량으로 선정 및 측정하게 하고,
    상기 기준유량이 포함된 물질수지 정산식 및 열수지 정산식을 정산 심볼 상호간의 계산식으로 도출하게 하며,
    상기 정산 심볼 상호간의 상호 참조를 해소하기 위해, 상기 물질수지 정산식과 상기 열수지 정산식을 연립하여 축차접근법 기반으로 열정산을 수행함에 따라 최종 급수 유량(MFW)을 확정하게 하고,
    상기 최종 급수 유량을 이용하여 주증기 유량을 산정하게 하는 것인 터빈 성능 시험 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 물질수지 정산식은,
    상기 탈기기로 유입되는 유량과 상기 탈기기에서 유출되는 유량이 동일하다는 성질을 이용하여 수립되고,
    상기 열수지 정산식은,
    상기 탈기기로 유입되는 열량과 상기 탈기기에서 유출되는 열량이 동일하다는 성질을 이용하여 수립되는 것인 터빈 성능 시험 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 탈기기로 유입되는 열량은,
    상기 탈기기로 유입되는 유량과 상기 탈기기로 유입되는 엔탈피의 곱으로 계산되는 것인 터빈 성능 시험 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 물질수지 정산식은,
    하기 수학식1로 나타내는 것인 터빈 성능 시험 장치.
    [수학식 1]
    Figure pat00060

    여기서, M5E(#5 Heater Extraction Steam Flow), M6D(#6 Heater Drain Water Flow), MCW(Deaerator in Condensate Water flow), MDV(Deaerator Vent Steam Flow), iMDW(Deaerator Level Change Flow), MRP(Reheat Spray Differencial Pressure), MFW(Final Feed Water Flow)임.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 열수지 정산식은,
    하기 수학식 2로 나타내는 것인 터빈 성능 시험 장치.
    [수학식 2]
    Figure pat00061

    여기서, H5E, H6D, HCW, HDV, HFW는 각 위치에서의 엔탈피임.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 M6D는,
    #8, #7, #6 가열기 가열증기 유량(#8, #7, #6 Heater Heating Steam Flow)의 합이므로, 각 가열기에서의 열수지(heat balance)에 의해 산정되는 것인 터빈 성능 시험 장치.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 MDV는,
    계통 격리(Cycle isolation)시 차단하여 제로화시키는 것인 터빈 성능 시험 장치.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 iMDW는,
    탈기기 수위 변화를 측정하여 탈기기 탱크(tank) 용량에 따라 산정하는 것인 터빈 성능 시험 장치.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 MRP와 상기 MCW는,
    상기 기준유량에 해당하여 유량측정장치에 의해 직접 측정되는 것인 터빈 성능 시험 장치.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 엔탈피는,
    이전 성능평가 측정치와 연결된 기기의 온도 측정치를 이용하여 산정된 추정 온도와 이전 성능평가 측정치와 연결된 기기의 온도 측정치를 이용하여 산정된 추정 압력에 의해 산정되는 것인 터빈 성능 시험 장치.
  21. 프로그램 코드가 기록된 컴퓨터 판독 가능한 저장매체로서,
    탈기기 입구에서 복수 유량을 터빈 사이클의 물질수지와 열수지를 정산하기 위한 기준유량으로 선정 및 측정하는 동작;
    상기 기준유량이 포함된 물질수지 정산식 및 열수지 정산식을 정산 심볼 상호간의 계산식으로 도출하는 동작;
    상기 정산 심볼 상호간의 상호 참조를 해소하기 위해, 상기 물질수지 정산식과 상기 열수지 정산식을 연립하여 축차접근법 기반으로 열정산을 수행함에 따라 최종 급수 유량(MFW)을 확정하는 동작; 및
    상기 최종 급수 유량을 이용하여 주증기 유량을 산정하는 동작;
    을 포함하는 터빈 성능 시험에서 주증기 유량 산정 방법을 실행하는 프로그램 코드가 기록된 컴퓨터 판독 가능한 저장매체.
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