KR20160039099A - Evaluating method for degree of risk using creep and wall thinning of heat exchanger steam tube - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 감육과 크리프를 모두 고려하여 보일러 튜브의 위험도를 평가하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for evaluating the risk of a boiler tube in consideration of both fatigue and creep.
표준석탄화력의 경우 발전용량이 매우 크기 때문에 대형사고가 발생하면 고장복구에 따른 피해비용보다 장기정지로 인한 발전손실비용이 더 크다. In the case of standard coal-fired power generation, the generation capacity is very large. Therefore, if a large-scale accident occurs, the cost of power generation loss due to long-term shutdown is larger than the cost of damage recovery.
또한, 저압증기터빈의 경우 고장발생 시 장기간 정지가 필요하기 때문에 고장을 효과적으로 억제할 수 있는 체계의 수립이 필요하다.
In case of low pressure steam turbine, it is necessary to establish a system that can effectively prevent failure because a long term suspension is required in case of failure.
보일러의 위험도를 결정하는 핵심 부품 중 하나인 보일러 튜브의 갑작스런 파손은 석탄 화력발전소의 예기하지 못한 정지를 야기하는 주된 원인 중 하나이다. 보일러 튜브의 예기하지 못한 손상을 감소시킴과 동시에 최적 정비시기를 예측하기 위하여 고장확률과 고장피해를 분석하는 준정량적 위험도 평가 기술이 사용된다. 이때, 고장확률의 평가를 핵심 인자인 수명 소비율은 크리프, 피로 또는 감육과 같은 보일러 튜브의 대표적인 손상기구에 의해 결정된다.The sudden breakdown of boiler tubes, one of the key components in determining the risk of a boiler, is one of the main causes of unexpected shutdown of coal-fired power plants. A quasi-quantitative risk assessment technique is used to analyze the failure probability and failure damage in order to reduce the unexpected damage of the boiler tube and to predict the optimal maintenance time. At this time, the life factor consumption rate, which is a key factor in evaluating the failure probability, is determined by a typical damage mechanism of the boiler tube such as creep, fatigue or fatigue.
여기서, 크리프 및 피로의 경우 재료의 실험 데이터를 통계적으로 분석하고 온도 및 응력을 이용하여 시간에 따른 열화 정도를 판단하고 평균 수명을 계산하는 방법론이 보편적으로 사용되고 있다.Here, in the case of creep and fatigue, a methodology of statistically analyzing experimental data of a material, determining the degree of deterioration with time using temperature and stress, and calculating the average lifetime is commonly used.
그러나, 튜브의 감육과 관련해서 위험도를 평가하는 방법은 현재까지 존재하지 않았다.However, no method exists to date to assess the risk associated with tube thickening.
종래에는 튜브 손상시 감육을 고려하고 있기는 하였지만, 단순히 튜브의 시간당 감육율을 추정하고 추정된 감육율으로부터 실시간 튜브 응력을 계산하는데 활용할 뿐이고, 튜브의 감육을 위험도의 평가대상으로 하지 않았다.In the past, although thinning was considered in the case of tube damage, it was only used to calculate the real-time tube stress from the estimated reduction rate of the tube by estimating the tube hourly rate and did not evaluate the risk of tube thinning.
그러나, 실제 발전현장에서는 감육에 의한 손상이 지속적으로 보고되고 있는바, 실제 운용중인 설비의 위험도에 직접적으로 영향을 주는 감육에 대한 정확한 평가가 필요하다.
However, in actual power generation sites, damage due to thinning has been continuously reported. Therefore, it is necessary to accurately evaluate the thinning which directly affects the risk of the equipment in actual operation.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하고자 안출된 것으로, 크리프와 감육을 모두 고려함으로써 신뢰성 있는 튜브 위험도 평가가 가능한, 크리프와 감육을 고려한 보일러 튜브의 위험도 평가 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
The present invention has been made to overcome at least some of the problems of the prior art as described above, and it is an object of the present invention to provide a risk evaluation method of a boiler tube considering creep and thinning, which can evaluate a reliable tube risk by considering both creep and thinning The purpose.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은, 보일러 튜브의 형상에 관한 정보를 수집하는 형상정보 수집공정; 보일러 튜브의 응력과 온도로부터 크리프 위험도를 평가하는 크리프 위험도 평가 공정; 보일러 튜브의 두께로부터 감육 위험도를 평가하는 감육 위험도 평가 공정; 및 상기 크리프 위험도 평가 공정과 상기 감육 위험도 평가 공정의 결과를 토대로 보일러 튜브의 위험도를 결정하는 보일러 튜브 위험도 결정 공정;을 포함하는 크리프와 감육을 고려한 보일러 튜브의 위험도 평가 방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a boiler tube including: a shape information collecting step of collecting information on a shape of a boiler tube; A creep risk assessment process to assess creep risk from boiler tube stresses and temperatures; A thinning risk assessment process that evaluates the risk of thinning from the thickness of the boiler tube; And a boiler tube risk determination step of determining a risk of a boiler tube based on the results of the creep risk assessment step and the thinning risk evaluation step. The present invention also provides a risk evaluation method of a boiler tube considering creep and thinning.
이때, 상기 보일러 튜브 위험도 평가 공정은 상기 크리프 위험도와 상기 감육 위험도 중에서 위험도가 더 큰 값을 기준으로 보일러 튜브의 위험도를 결정할 수 있다.At this time, the boiler tube risk assessment process can determine the risk of the boiler tube based on the higher risk value among the creep risk and the thinning risk.
또한, 상기 보일러 튜브 위험도 결정 공정은 상기 크리프 위험도와 상기 감육 위험도 중에서 위험도가 더 큰 값을 기준으로 보일러 튜브의 위험도를 선정한 후, 손상모드별 검사결과에 의한 고장확률 보정인자(POFi) 및 검사방법에 대한 효용도 보정인자(PDFe)을 고려하여 위험도를 보정하도록 구성될 수 있다.In addition, the boiler tube risk determination process selects a risk of a boiler tube based on a higher risk value among the creep risk and the thinning risk, and then calculates a failure probability correction factor (POF i ) (PDF e ) for the method.
그리고, 상기 감육 위험도 평가 공정은, 상기 형상정보 수집공정에서 수집한 보일러 튜브의 두께의 측정값에 기초하여 보일러 튜브의 초기두께를 추정하는 초기두께 추정공정과, 상기 초기두께 추정공정에서 추정한 초기두께를 이용하여 감육 수명소비율을 산정하는 감육 수명소비율 산정공정과, 상기 감육 수명소비율 산정공정에서 산정된 감육 수명소비율을 기초로 감육고장확률을 산정하는 감육 고장확률 산정공정을 포함할 수 있다.The thinning risk evaluation step may include an initial thickness estimation step of estimating an initial thickness of the boiler tube based on the measured value of the thickness of the boiler tube collected in the shape information collection step, A thinning fatigue life consumption rate calculating step of calculating a thinning fatigue life consumption rate by using the thickness of the fatigue fatigue fatigue life estimation step and a fatigue failure probability calculating step of estimating a fatigue failure probability based on the fatigue fatigue life consumption rate calculated in the fatigue fatigue life rate calculating step.
또한, 상기 크리프 위험도 평가 공정은, 보일러 튜브의 형상 및 압력조건을 이용하여 응력을 계산하는 응력계산 공정과, 운전온도를 고려하여 튜브의 온도를 산정하는 온도 계산공정과, 상기 응력계산공정과 온도 계산공정으로부터 크리프 수명소비율을 산정하는 크리프 수명소비율 산정공정과, 산정된 크리프 수명소비율로부터 크리프 고장확률과 위험도를 결정하는 공정을 포함할 수 있다.
The creep risk assessment step includes a stress calculation step of calculating stress using the shape and pressure condition of the boiler tube, a temperature calculation step of calculating the temperature of the tube in consideration of the operation temperature, A creep life span consumption rate calculation step of calculating a creep life span consumption rate from the calculation process and a process of determining a creep failure probability and a risk degree from the calculated creep life span rate.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 의하면, 크리프뿐만 아니라 감육에 의한 위험도를 고려하고, 이 중에서 더 큰 위험도(또는 고장확률)를 갖는 것을 튜브의 위험도로 선정함으로써 신뢰성 있는 튜브 위험도 평가가 가능하며, 이를 통하여 불시 고장을 예방할 수 있고 최적 정비 주기를 결정하는 데 활용할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.According to one embodiment of the present invention having such a configuration, a reliable tube risk assessment can be performed by considering the risk due to thinning as well as creep, and selecting a higher risk (or failure probability) In this way, it is possible to prevent an unexpected failure and to utilize it to determine an optimum maintenance cycle.
특히, 종래에는 감육에 의한 고장확률을 고려하지 않았으나 실제 현장 검사 및 정비에서 감육에 의한 손상이 지속적으로 보고되고 있다. 본 발명에 의하면, 실제 운용중인 설비의 위험도에 직접적으로 영향을 주는 감육에 대한 정확한 평가가 가능하기 때문에 설비의 유지 관리에 효율성 및 안정성을 높일 수 있다.In particular, although the probability of failure due to thinning has not been taken into consideration in the past, damage due to thinning has been continuously reported in actual field inspection and maintenance. According to the present invention, it is possible to accurately evaluate the thinning which directly affects the risk of a facility in actual operation, thereby improving the efficiency and stability in maintenance of the facility.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면 크리프 위험도 및 감육 위험도에 추가하여, 손상모드별 검사결과에 의한 고장확률 보정인자(POFi) 및 검사방법에 대한 효용도 보정인자(PDFe)을 고려하여 위험도를 보정함으로써 보다 신뢰성 있는 위험도 평가가 가능하게 된다.According to the embodiment of the present invention, in addition to the creep risk and the thinning risk, the failure probability correction factor (POF i ) and the utility factor correction factor (PDF e ) A more reliable risk assessment can be made.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 초기두께를 신뢰성 있게 추정함으로써 감육 수명소비율 및 이를 통한 감육 고장확률이나 위험도 평가에 신뢰성을 확보할 수 있게 된다.
According to an embodiment of the present invention, reliable estimation of the initial thickness can ensure reliability in the rate of thinning-life-time consumption and in the probability of failure of thinning or risk assessment.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 크리프와 감육을 고려한 보일러 튜브 위험도 평가 방법의 플로우 차트.
도 2는 운전 온도를 고려한 재질별 허용응력을 표시한 그래프.
도 3은 보일러 튜브의 개략도.
도 4는 보일러 튜브의 단면을 개략적으로 도시한 단면도.
도 5는 물과 증기에 대한 몰리에르 선도(Mollier chart).
도 6은 보일러 튜브의 측정 두께에 따른 검벨(Gumbel) 확률분포선도.
도 7은 도 6에 도시된 검벨 확률분포선도의 누적확률밀도곡선.
도 8은 운전시간에 따른 튜브의 감육 추이 곡선.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 크리프와 감육을 고려한 보일러 튜브 위험도 평가 방법을 구현한 시스템의 일 예를 도시한 시스템 화면 구성도.1 is a flowchart of a method for evaluating a risk of a boiler tube considering creep and thinning according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the permissible stresses for each material in consideration of the operating temperature. FIG.
3 is a schematic view of a boiler tube;
4 is a cross-sectional view schematically showing a section of a boiler tube;
Figure 5 is a Mollier chart for water and steam.
FIG. 6 is a Gumbel probability distribution diagram according to the measured thickness of a boiler tube. FIG.
7 is a cumulative probability density curve of the probable probability distribution diagram shown in Fig.
8 is a graph showing a curve of the tube thickness according to the operation time.
9 is a system screen configuration diagram illustrating an example of a system for implementing a method for evaluating a risk of a boiler tube considering creep and thinning according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Further, the embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art. The shape and size of elements in the drawings may be exaggerated for clarity.
또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
Furthermore, the singular forms "a", "an," and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.
본 발명은 감육과 크리프를 모두 고려하여 보일러 튜브의 위험도를 평가하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for evaluating the risk of a boiler tube in consideration of both fatigue and creep.
이러한 위험도 평가는 고장확률과 고장피해로 평가할 수 있다. 이때, 고장확률은 재료의 파괴실험자료와 사용운전조건을 고려한 이론적인(일반적) 고장 확률(Generic Probability of Failure)로서 실제 사용 중 설비상태와 차이가 발생할 수 있다.This risk assessment can be evaluated as failure probability and failure damage. In this case, the failure probability is the theoretical (general) Probability of Failure considering the material destruction test data and the operating conditions, and may differ from the actual equipment status during use.
따라서, 고장확률을 산출하기 위해서는 이론적 고장확률에 설비의 상태를 고려한 보정 고장확률 계산이 필요하며 다음과 같은 [수식 1]로 보정할 수 있다.
Therefore, in order to calculate the failure probability, it is necessary to calculate the correction failure probability considering the state of the plant in the theoretical failure probability, and it can be corrected by the following [Equation 1].
[수식 1] POF = PDFg + POFi + PDFe [Expression 1] POF = PDF g + POF i + PDF e
여기서, POF : 고장확률Here, POF: failure probability
PDFg : 이론적(일반적) 고장확률PDF g : Theoretical (general) probability of failure
POFi : 검사결과에 의한 고장확률 보정인자POF i : Probability correction factor by test result
PDFe : 검사방법의 손상검출에 대한 효용도 보정인자
PDF e : Utility Correction Factor for Detecting Damage of Inspection Methods
검사결과에 의한 고장확률 보정인자(POFi)는 일 예로서, 하기 [표 1]에 도시된 바와 같이, 손상과 관련된 각각의 항목(손상모드)에 따라 미리 설정된 보정률이 지정된 테이블에 따라 평가될 수 있다.
As shown in Table 1 below, the failure probability correction factor (POF i ) according to the inspection result is evaluated according to a table in which a predetermined correction rate is set according to each item (damage mode) .
[표 1] 검사결과에 의한 고장확률 보정 기준[Table 1] Failure probability correction criteria based on test results
또한, 검사방법의 손상검출에 대한 효용도 보정인자(PDFe)는, 일 예로서, 하기 [표 2]에 도시된 바와 같이, 각각의 손상모드(검사항목)과 관련하여 검사방법의 종류별 검사효용도에 따라 미리 설정된 보정률이 지정된 테이블에 따라 평가될 수 있다.
The utility factor correction factor (PDF e ) for damage detection of the inspection method is, for example, as shown in the following Table 2, with respect to each damage mode (inspection item) A predetermined correction rate can be evaluated according to the designated table.
[표 2] 검사방법의 검사효용도에 의한 고장확률 보정 기준[Table 2] Failure probability correction standard based on inspection utility of inspection method
[표 2]에서 하나의 손상모드에 대한 검사 방법이 2가지 이상 존재하는 경우에는 가장 낮은 점수만 반영하도록 설정될 수 있다.In Table 2, if there are two or more inspection methods for one damage mode, it can be set to reflect only the lowest score.
[표 2]에서, VI는 육안검사(Visual Inspection), UT는 초음파 탐상 검사(Ultrasonic Testing), UTT는 초음파 두께 탐상 검사(Ultrasonic Thickness Testing), MT는 자분 탐상검사(Magnetic Particle Testing), PT는 침투 탐상 검사(Penetration Testing), RT는 방사선 투과 검사(Radiographic Testing) 등이다.In Table 2, VI is used for Visual Inspection, UT for Ultrasonic Testing, UTT for Ultrasonic Thickness Testing, MT for Magnetic Particle Testing, PT for Ultrasonic Thickness Testing, Penetration testing (Penetration Testing), and RT is Radiographic Testing.
한편, 예방정비시 검사계획을 수립할 때 설비의 상태나 현장 조건 등을 고려하여 전수검사를 할 때도 있고 일정한 비율로 검사 범위를 결정하게 되는 경우도 있다.On the other hand, when establishing the inspection plan at the time of preventive maintenance, there are cases where the whole inspection is performed considering the condition of the equipment and the site conditions, and the inspection range is determined at a certain ratio.
따라서, 검사 효용도를 계산할 때 검사방법을 선택하고, 일 예로서, 하기의 [표 3]을 참고하여 검사효용도에 검사비율에 따른 점수를 더하여 최종적으로 POFe를 계산할 수 있다.
Therefore, the inspection method is selected when calculating the inspection utility, and as an example, the POF e can be finally calculated by adding the score according to the inspection ratio to the inspection utility by referring to the following [Table 3].
[표 3] 검사비율에 따른 고장확률보정 기준[Table 3] Failure probability correction standard
기본적으로 고장확률보정의 경우 POFg로 결정한 위험도를 한 단계 상승 또는 하강을 염두해서 설계하는데 발전사의 운영 특성 및 관리 기준을 토대로 수정 및 보완하여 사용할 수 있다.
Basically, in the case of the failure probability correction, the risk determined by the POF g is designed in consideration of a rise or a fall in the level, and it can be corrected and supplemented based on the operating characteristics and management standards of the development company.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 크리프와 감육을 고려한 보일러 튜브 위험도 평가 방법의 플로우 차트이다.1 is a flowchart of a method for evaluating a risk of a boiler tube considering creep and thinning according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 크리프와 감육을 고려한 보일러 튜브 위험도 평가 방법(S100)은 보일러 튜브의 형상에 관한 정보를 수집하는 형상정보 수집공정(S200)과, 보일러 튜브의 응력과 온도로부터 크리프 위험도를 평가하는 크리프 위험도 평가 공정(S300)과, 보일러 튜브의 두께로부터 감육 위험도를 평가하는 감육 위험도 평가 공정(S400)과, 상기 크리프 위험도 평가 공정(S300)과 상기 감육 위험도 평가 공정(S400)의 결과를 토대로 보일러 튜브의 위험도를 결정하는 보일러 튜브 위험도 결정 공정(S500)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1, a boiler tube risk assessment method (S100) considering creep and thinning according to an embodiment of the present invention includes a shape information collecting step (S200) for collecting information on the shape of a boiler tube, (S300) for evaluating creep risk from stress and temperature, a thinning risk evaluation process (S400) for evaluating the risk of thinning from the thickness of the boiler tube, a creep risk evaluation process (S300) and the thinning risk evaluation process And a boiler tube risk determination process (S500) that determines the risk of the boiler tube based on the result of the process (S400).
이때, 상기 형상정보 수집공정(S200) 이전에 위험도를 평가하고자 하는 설비와 위치를 선택하는 공정(S110)을 포함할 수 있다.In this case, the apparatus may include a step S110 for selecting a facility and a location for evaluating the risk before the shape information collection step S200.
특히, 본 발명의 일 실시예에 의한 크리프와 감육을 고려한 보일러 튜브 위험도 평가 방법(S100)은, 튜브 두께에 대한 측정 데이터를 기초하여 최적의 확률분포곡선을 찾아 누적분포확률에서 초기 두께를 예측하고 평균과 표준편차를 이용하여 수명소비율 및 감육율을 계산함으로 설비의 위험도를 평가하는 과정을 포함하여 구성될 수 있다.
Particularly, in the boiler tube risk assessment method (S100) considering creep and thinning according to an embodiment of the present invention, an optimal probability distribution curve is found based on measurement data on the tube thickness, and an initial thickness is predicted at a cumulative distribution probability And evaluating the risk of the facility by calculating the lifetime consumption rate and the reduction rate using the average and the standard deviation.
본 발명의 일 실시예에 의한 크리프와 감육을 고려한 보일러 튜브 위험도 평가 방법(S100)의 구체적인 내용은 하기와 같다.
The details of the boiler tube risk assessment method (S100) considering creep and thinning according to an embodiment of the present invention are as follows.
설비 및 위치 선택 공정(Equipment and location selection process ( S110S110 ))
먼저, 위험도를 평가하고자 하는 발전설비와 위치를 결정하게 된다. 즉, 평가 대상 발전설비에서 위험도 평가 대상인 보일러 튜브의 위치를 결정하게 된다.
First, the power plant and location to assess risk are determined. That is, the position of the boiler tube to be subjected to the risk assessment is determined in the target power generation facility.
형상 측정 공정(Shape measurement process S200S200 ))
다음으로, 설비 및 위치 선택 공정(S110)에서 결정된 위치에 대하여 튜브의 외경, 스케일 두께, 튜브 두께에 대한 데이터를 취득한다. 이러한 데이터 취득 과정 및 이를 통하여 획득할 수 있는 데이터의 종류 등은 공지되어 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
Next, data on the outer diameter, scale thickness, and tube thickness of the tube are acquired with respect to the position determined in the facility and position selection step (S110). Since the data acquisition process and the types of data that can be obtained through the data acquisition process are well known, a detailed description thereof will be omitted.
이와 같이, 형상측정 공정(S200)이 완료되면 크리프 위험도 평가공정(S300) 및 감육 위험도 평가공정(S400)이 수행된다. 이러한 크리프 위험도 평가공정(S300)과 감육 위험도 평가공정(S400)은 순서에 관계없으며 동시에 수행되는 것도 가능하다.
Thus, when the shape measuring step S200 is completed, the creep risk evaluation step S300 and the thinning risk evaluation step S400 are performed. The creep risk evaluation step (S300) and the thinning risk evaluation step (S400) may be performed simultaneously regardless of the order.
크리프 위험도 평가 공정(Creep risk assessment process ( S300S300 ))
크리프 위험도 평가 공정(S300)에서는 보일러 튜브의 응력과 온도로부터 크리프 위험도를 평가하게 된다.The creep risk assessment process (S300) evaluates the creep risk from the stresses and temperatures of the boiler tubes.
이러한 크리프 위험도 평가 공정(S300)은 응력계산 공정(S310), 온도계산 공정(S320), 크리프 수명소비율 산정공정(S330), 그리고, 크리프 고장 확률 및 위험도를 평가하는 공정(S340, S350)을 포함하여 구성될 수 있다.The creep risk assessment step S300 includes a stress calculation step S310, a temperature calculation step S320, a creep life span rate calculation step S330, and a step S340 and S350 for evaluating a creep failure probability and a risk degree .
크리도 위험도 평가공정(S300)의 구체적인 내용은 다음과 같다.
The concrete content of the risk assessment process (S300) is as follows.
응력계산 공정(Stress calculation process ( S310S310 ))
수명소비율을 계산하기 위해 고려되는 기계적 응력은 감육의 진행에 따라 변화되고 튜브 온도는 산화층 성장에 따라 변화되므로 계산절차는 매우 복잡하다. 단순화를 위해 현재까지의 운전시간은 내압, 튜브 온도 및 두께 감육율이 일정하다고 가정할 수 있는 시간구간 단위로 나뉘어져야 한다. 과열기 및 재열기 튜브의 경우에는 KEPIC-MBB(ASME Sec.I)에 따라 다음의 [수식 2]를 이용해 응력을 계산할 수 있다.The computational process is very complicated because the mechanical stresses considered for calculating the lifetime consumption rate change with the progress of the thinning and the tube temperature changes with the growth of the oxide layer. For the sake of simplicity, the operating time to the present should be divided into units of time that can be assumed to be constant with respect to internal pressure, tube temperature, and thickness reduction rate. For superheaters and reheating tubes, the stress can be calculated using the following formula 2 according to KEPIC-MBB (ASME Sec. I).
[수식 2] [Equation 2]
[수식 2]에서 e는 두께 관련 인자로서 일반적으로 0을 사용하며 상세한 튜브규격을 보유한 경우에는 외경과 두께 조건을 고려하여 0.04를 사용할 수 있다. 한편 위험도평가를 할 때에는 도 2에 예시된 바와 같이 운전 온도를 고려한 재질별 허용응력과 비교하여 상대적으로 큰 응력값을 사용한다.
In Equation 2, e is a thickness-related factor, typically 0, and 0.04 can be used in consideration of the outer diameter and thickness conditions when a detailed tube standard is used. On the other hand, when evaluating the risk, a relatively large stress value is used as compared with the allowable stress for each material considering the operation temperature as illustrated in FIG.
온도계산 공정(Temperature calculation process ( S320S320 ))
크리프 손상을 고려한 튜브 위험도 평가에서 온도는 손상모델의 중요 변수이다. 발전소 현장에서는 튜브의 온도를 직접적으로 계측하지 않기 때문에 운전변수를 이용하여 열역학적으로 계산하여 추정하거나 보일러 설계 기준에 따라 출구헤더(outlet header)에서 계측한 온도를 보정하여 사용한다.Temperature is an important parameter of the damage model in the assessment of tube risk considering creep damage. Since the temperature of the tube is not directly measured at the plant site, it is estimated thermodynamically using the operating parameters or corrected by the outlet header according to the boiler design standard.
도 3을 참조하여 열교환을 수행하는 보일러 튜브의 일 예를 살펴보면, 입구헤더(110)과 출구헤더(120) 사이에 고온유체의 진행방향으로 다수의 튜브열 묶음(10)이 고온유체의 가스진행 방향에 수직인 방향으로 배열되어 있으며, 가열부 벽체(11) 밖의 비가열부 영역에는 입구헤더(110)에 인접하여 입측헤더(110) 측의 온도와 압력을 각각 측정하기 위한 온도센서(111)와 압력센서(112)가 구비되고, 출구헤더(120)와 인접하여 출구헤더(120) 측의 온도와 압력을 각각 측정하기 위한 온도센서(121)와 압력센서(122)가 구비된다 또한, 입구헤더(110)에 유입되는 유량을 측정하기 위하여 유량센서(130)이 구비된다. Referring to FIG. 3, an example of a boiler tube for performing heat exchange includes a plurality of tube heat bundles 10 between the
한편, 상기 온도센서(111, 121)와 압력센서(112, 122)는 수십개의 튜브 묶음 중 3~5개의 튜브 묶음(10)에 대응하여 설치될 수 있으며, 상기 유량센서(130)는 튜브당 또는 튜브 묶음당 증기유량이 아닌 전체 증기유량을 측정할 수 있도록 입구헤더(110) 또는 출구헤더(120) 측에 한 곳에만 배치된다.
The
열역학적으로 표면온도를 계산하기 위해서는 도 3에 도시된 바와 같이 열전대 등의 온도센서(111, 121)를 사용하여 계측된 입구부(입구 헤더) 및 출구부(출구 헤더)의 온도와 유동해석을 통해 계산된 압력을 이용한다.In order to calculate the surface temperature thermodynamically, as shown in FIG. 3, temperature and flow analysis of an inlet (inlet header) and an outlet (outlet header) measured using
튜브 내부와 외부에서의 표면온도를 계산하면 수명소비율에 사용하는 튜브의 표면온도(T)는 다음의 [수식 3]과 같이 두 값의 평균값을 사용한다.When the surface temperature inside and outside the tube is calculated, the surface temperature (T) of the tube used for the life consumption rate is calculated by the average value of the two values as shown in the following equation (3).
[수식 3] [Equation 3]
여기서, 튜브 외부에서의 표면온도(Tro)는 [수식 4]에서와 같이 튜브 내부(튜브와 산화스케일 계면)에서의 표면온도(Tri)와의 열전도식을 이용하여 계산할 수 있다.Here, the surface temperature (T ro ) at the outside of the tube can be calculated by using a thermal conductivity equation with the surface temperature (T ri ) inside the tube (tube-oxide scale interface) as shown in [Equation 4].
[수식 4][Equation 4]
도 4를 참조하면, 상기 [수식 4]에서 qr은 열발생율이고, ro는 튜브의 외경이고, ri는 튜브의 내경이며, k는 튜브의 열전도율이다. 도 4에서 미설명된 Ts는 스팀(증기)의 온도이고, Tg는 연소가스의 온도이다.4, q r is the heat generation rate, r o is the outer diameter of the tube, r i is the inner diameter of the tube, and k is the thermal conductivity of the tube. 4, T s is the temperature of the steam (steam), and T g is the temperature of the combustion gas.
이러한 열발생률(qr)은 튜브 입구부 및 출구부에서의 엔탈피를 이용하여 계산할 수 있다. 일 예로서, 다음의 [수식 5]를 이용할 수 있다.This heat generation rate q r can be calculated using the enthalpy at the inlet and outlet of the tube. As an example, the following [Equation 5] can be used.
[수식 5][Equation 5]
상기 [수식 5]에서 는 스팀의 질량유량으로서 실제 측정한 유량 정보를 이용하며, ΔHs는 입구부{입구헤더(110)}의 엔탈피(Hsteam , in)와 출구부{출구헤더(120)}의 엔탈피(Hsteam , out) 사이의 엔탈피 변화량으로 다음의 [수식 6]으로 표현될 수 있다.In Equation 5, Utilizes an actual flow rate information measured as the mass flow rate of steam, ΔH s is the inlet portion {inlet header (110) of the enthalpy (H steam, in) and an outlet portion {outlet header 120} enthalpy (H steam of , out can be expressed by the following equation (6).
[수식 6][Equation 6]
엔탈피는 증기의 온도와 압력에 의해 결정되며 대용량 화력발전 보일러의 경우 도 3에 도시된 바와 같이, 튜브의 입구와 출구에 설치된 온도센서(111, 121) 및 압력센서(112,122)의 측정치를 이용하면 튜브 입구 엔탈피(Hsteam , in)와 출구 엔탈피(Hsteam , out)를 구할 수 있다.The enthalpy is determined by the temperature and pressure of the steam. In the case of the large-capacity thermal power boiler, as shown in FIG. 3, by using the measured values of the
또한, 엔탈피는 온도와 압력에 대한 정보가 있을 경우 도 5에 도시된 Mollier chart(몰리에르 선도)를 이용하여 임계점 이상의 과열증기 조건에서의 엔탈피 값을 구할 수 있다.
If the enthalpy has information on the temperature and the pressure, the enthalpy value in the superheated steam condition above the critical point can be obtained by using the Mollier chart (Mollier diagram) shown in FIG.
그리고, 산화스케일과 튜브 표면과의 열전달에 사용되는 대류열전달계수(hs)는 다음의 [수식 7]과 같이 너셀 수(Nusselt number)와 튜브의 치수(D)로 표현된다. 여기서, 너셀 수는 어떤 유체층을 통과하는 대류에 의해 일어나는 열전달의 크기와 같은 유체층을 통과하는 전도에 의해 일어나는 열전달의 크기의 비율로서, 너셀 수가 커질수록 대류의 효과가 커진다. [수식 7]에서, k는 유체의 열전도도이다. The convective heat transfer coefficient (h s ) used for the heat transfer between the oxide scale and the tube surface is expressed by the Nusselt number and the tube dimension (D) as shown in the following equation (7). Here, the number of nucels is the ratio of the size of the heat transfer caused by the convection through the fluid layer, such as the size of the heat transfer caused by convection through a certain fluid layer. The larger the number of nucels, the larger the effect of convection. In Equation 7, k is the thermal conductivity of the fluid.
[수식 7][Equation 7]
또한, 너셀 수(Nusselt number)는 유체와 고체 표면 사이에서 주고 받는 열의 비율을 나타내는 무차원 수로서 레이놀즈 수(Reynolds number) Re 및 프랜틀 수(Prandtl number) Pr의 함수로 표현될 수 있다. 여기서, 레이놀즈 수(Reynolds number) Re는 관성력과 점성력의 비에 관한 것이다. 그리고, 프랜틀 수(Prandtl number)는 유체의 특성을 나타내는 것으로서 동점성에 대한 열의 분자 확산도의 비로 정의된다. In addition, the Nusselt number can be expressed as a function of the Reynolds number Re and the Prandtl number Pr as a dimensionless number representing the ratio of heat transferred between the fluid and the solid surface. Here, the Reynolds number Re is related to the ratio of the inertial force to the viscous force. The Prandtl number is a characteristic of the fluid and is defined as a ratio of molecular diffusivity of heat to kinetic viscosity.
한편 단상 유동에서의 너셀 수(Nusselt number)와 관련한 실험식은 다음의 [수식 8]과 같이 표현될 수 있다.Meanwhile, the empirical formula relating to the Nusselt number in the single-phase flow can be expressed as [Equation 8].
[수식 8][Equation 8]
한편, 튜브 내부의 온도(Tri)를 계산할 때에는 산화스케일 표면에서의 온도(Tox)를 고려해야 하기 때문에 산화스케일과 튜브 표면과의 열전달을 고려하여 계산한다. 튜브 내부의 온도(Tri)는 다음의 [수식 9]를 이용하여 계산할 수 있다.On the other hand, when calculating the temperature (T ri ) inside the tube, the temperature (T ox ) at the oxide scale surface must be considered. Therefore, heat transfer between the oxide scale and the tube surface is considered. The temperature inside the tube (T ri ) can be calculated using the following equation (9).
또한, 산화스케일 표면에서의 온도(Tox)를 고려한 튜브 내부의 온도(Tri)는 다음의 [수식 10]에 의해 계산할 수 있다.In addition, the temperature (T ri ) inside the tube considering the temperature (T ox ) at the oxide scale surface can be calculated by the following equation (10).
[수식 9][Equation 9]
[수식 10][Equation 10]
도 4를 참조하면, 전술한 [수식 9] 및 [수식 10]에서 Ts는 스팀(증기)의 온도이고, δox는 스케일의 두께이다. 또한, kox는 스케일의 열전도계수이다.Referring to FIG. 4, T s is the temperature of steam (vapor), and? Ox is the thickness of the scale in the above-mentioned Equations (9) and (10). K ox is the thermal conductivity coefficient of the scale.
한편, 위에서는 상세히 설명되지는 않았지만, 전술한 입구부 및 출구부 압력, 그리고 증기 유량뿐만 아니라, 튜브 번들 수나 곡관부 수 등을 고려하여 튜브의 온도를 계산하는 것도 가능하다.
Although not described in detail above, it is also possible to calculate the temperature of the tube in consideration of the tube bundle number, the bending portion number, and the like, as well as the above-described inlet portion and outlet portion pressure and steam flow rate.
크리프 수명소비율 산정공정(Creep Life Time Consumption Rate Estimation Process ( S330S330 ))
크리프 손상에 영향을 미치는 요소는 응력, 온도, 시간 세 가지이다. 크리프 수명을 예측하는 모델 중 가장 많이 쓰이는 것은 상기 세 가지 변수 중 온도와 시간을 매개화하여 응력에 대한 함수로 나타내는 Larson-Miller 매개변수(Parameter)이다.The factors affecting creep damage are stress, temperature, and time. The most commonly used model for predicting creep life is the Larson-Miller parameter, which represents the stress as a function of the three parameters, temperature and time.
Larson-Miller 선도를 통해 Larson-Miller 매개변수 PLM이 결정될 수 있다. 이때, 수명과 관련된 변화들을 제시할 수 있는 다른 유사한 매개변수들이 있다면 계산에 활용될 수 있다. Larson-Miller 매개변수는 온도 T, 기대수명 Le의 함수로 다음의 [수식 11]과 같이 재료상수 C를 포함한 실험식으로 표현될 수 있다.The Larson-Miller parameter P LM can be determined from the Larson-Miller diagram. At this time, if there are other similar parameters that can suggest changes related to lifetime, it can be used for the calculation. The Larson-Miller parameter can be expressed as an empirical formula involving the material constant C as a function of the temperature T and the expected lifetime L e , as follows:
[수식 11][Equation 11]
앞에서 계산한 튜브의 온도 및 응력에 기초해서 [수식 11]을 이용하면 동일 운전조건에서의 기대수명 Le를 구할 수 있으며 고장확률평가를 위한 수명소비율 D는 현재 운전시간 L0와 기대수명 Le로부터 다음의 [수식 12]와 같이 얻어진다.Using
[수식 12][Equation 12]
크리프 고장확률 산정 공정(Creep Failure Probability Estimation Process S340S340 ) 및 크리프 위험도 평가공정() And creep risk assessment process ( S350S350 ))
고장확률은 정량적으로 계산되지만, 고장확률의 심각도를 나타내기 위해 정량적 고장확률의 크기에 따라 고장확률 등급을 결정할 수 있다. The failure probability is calculated quantitatively, but the failure probability class can be determined according to the magnitude of the quantitative failure probability to indicate the severity of the failure probability.
실제 고장확률은 크리프 실험 데이터를 기준으로 결정된 확률분포곡선의 50%를 최종 수명으로 결정하여 사용하지만 보수성을 고려한 사용 편의상 수명소비율의 50%를 고장확률로 사용할 수 있다.The actual failure probability is determined by using 50% of the probability distribution curve determined based on the creep test data as the final life, but 50% of the life consumption rate can be used as the failure probability for convenience in consideration of conservatism.
그리고, 수명소비율의 고장확률 등급은 고장피해 등급과 함께 위험도 매트릭스에 나타내어 고장위험의 심각도 평가에 이용된다. Then, the failure probability class of the life span rate is used in the risk matrix to evaluate the severity of the failure risk together with the failure class.
정량적 고장확률을 고장등급으로 나타내는 기준은 일 예로서, [표 4]와 같이 설정할 수 있다.The criterion that shows the probability of quantitative failure as a failure class is, for example, as shown in [Table 4].
[표 4][Table 4]
감육Thinning 위험도 평가 공정( Risk Assessment Process ( S400S400 ))
한편, 감육 위험도 평가 공정(S400)에서는 보일러 튜브의 두께로부터 감육 위험도를 평가하게 된다.Meanwhile, in the thinning risk evaluation step (S400), the risk of thinning is evaluated from the thickness of the boiler tube.
이러한 감육 위험도 평가 공정(400)은 상기 형상정보 수집공정(S200)에서 수집한 보일러 튜브의 두께의 측정값에 기초하여 보일러 튜브의 초기두께를 추정하는 초기두께 추정공정(S420)과, 상기 초기두께 추정공정에서 추정한 초기두께를 이용하여 감육 수명소비율을 산정하는 감육 수명소비율 산정공정(S430)과, 상기 감육 수명소비율 산정공정(S430)에서 산정된 감육 수명소비율을 기초로 감육고장확률을 산정하는 감육 고장확률 산정공정(S440)과, 상기 감육 고장확률 산정공정(S440)에서 산정된 감육 고장확률로부터 감육 위험도를 평가하는 감육 위험도 평가공정(S450)을 포함하여 구성될 수 있다.The thinning risk assessment step 400 includes an initial thickness estimation step S420 for estimating an initial thickness of the boiler tube based on the measured value of the thickness of the boiler tube collected in the shape information collection step S200, (S430) for calculating a thinning lifetime consumption rate using the initial thickness estimated in the estimation process, and a probability of thinning failure based on the thinning lifetime consumption rate calculated in the thinning lifetime consumption rate calculation step (S430) And a thinning risk evaluation process S450 for evaluating the thinning risk from the thinning failure probability calculated in the thinning failure probability calculation process S440.
이때, 상기 초기두께 추정공정(S420)을 수행하기 위하여 보일러 튜브 두께에 대한 확률분포를 계산하는 확률분포 계산공정(S410)을 추가로 포함할 수 있다.At this time, in order to perform the initial thickness estimation process (S420), a probability distribution calculation process S410 for calculating a probability distribution of the boiler tube thickness may be further included.
감육 위험도 평가 공정(S400)에 포함되는 구체적인 공정의 내용은 하기와 같다.
The details of the process included in the thinning risk assessment process (S400) are as follows.
확률분포 계산공정(Probability distribution calculation process S410S410 ))
상기 형상정보 수집공정(S200)에서 수집한 보일러 튜브의 두께 측정 데이터를 추출하여 적합한 확률분포곡선을 결정하고 평균 및 표준편차를 구한다. The thickness measurement data of the boiler tube collected in the shape information collecting step (S200) is extracted to determine an appropriate probability distribution curve and an average and a standard deviation are obtained.
이때, 튜브 감육에 대한 위험도 평가를 위해서 도 6에 도시된 바와 같이 극한분포 중 검벨(Gumbel) 확률분포를 이용하여 초기 두께와 관련된 데이터를 추정할 수 있다.
At this time, in order to evaluate the risk of tube thinning, data related to the initial thickness can be estimated using the Gumbel probability distribution among the extreme distributions as shown in FIG.
초기 두께 추정 공정(Initial thickness estimation process ( S420S420 ))
실제 보일러에서는 설계 형상에 비해 두꺼운 튜브가 설치되어 운영되는 경우가 종종 있으며 초기 두께에 대한 기본 정보를 관리하고 있지 않았다.In actual boilers, thicker tubes are often installed and operated compared to the design geometry, and basic information about the initial thickness is not managed.
그러나, 감육에 의한 수명소비율 및 응력 산정에 있어서 초기 두께는 매우 중요하다.However, the initial thickness is very important for the lifetime consumption rate and the stress calculation due to the thinning.
초기두께를 고려할 필요가 있는 경우, 종래에는 설계시와 시공시의 튜브 두께에 차이가 있음에도 설계시의 튜브 두께를 그대로 초기두께로 고려하는 경우도 있고, 측정했던 전체 데이터에서 최소 두께나 평균 두께를 보수적으로 초기두께로 사용하는 등 초기 두께의 신뢰성이 확보되지 않았다.If it is necessary to consider the initial thickness, it is necessary to consider the tube thickness at design time as the initial thickness, though there is a difference in the tube thickness at the time of design and at the time of construction, and the minimum thickness or average thickness The reliability of the initial thickness was not ensured such that the initial thickness was conservatively used.
그러나, 감육의 경우 무수히 많이 측정된 두께 데이터가 불균일한 산포를 갖기 때문에 단순한 평균값을 사용할 때 부정확한 결과를 갖게 되며 설계 정보와 다르게 설치된 경우에는 초기 두께 정보를 알 수 없기 때문에 수명 소비율 및 위험도를 평가하기가 어렵다.However, in the case of thinning, since the measured thickness data have a non-uniform distribution, the result is inaccurate when a simple average value is used. When the thickness information is different from the design information, the initial thickness information is unknown. It is difficult to do.
이러한 점을 고려하여, 초기두께 추정공정(S420)에서는 비감육부의 두께를 측정하는 방법과 누적확률밀도함수에서 미리 설정된 값에 해당하는 두께를 초기 두께로 추정하는 방법을 사용할 수 있다.In consideration of this point, in the initial thickness estimation step (S420), a method of measuring the thickness of the non-reduced portion and a method of estimating the thickness corresponding to a preset value in the cumulative probability density function may be used.
이때, 비감육부의 두께를 측정하는 방법을 사용할 수 없거나 부정확한 경우가 있을 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 의하면 초기두께를 추정하기 위하여 누적확률밀도함수를 이용하는 방법을 사용할 수 있다. At this time, there may be cases in which the method of measuring the thickness of the non-sensitive portion is not available or inaccurate. Therefore, according to an embodiment of the present invention, a method using a cumulative probability density function can be used to estimate the initial thickness.
즉, 튜브 두께를 측정한 값들을 이용하여 검벨 확률분포로 초기두께를 추정하고, 해당분포에서의 평균과 편차를 이용하여 수명과 위험도를 평가할 수 있게 된다.In other words, the initial thickness can be estimated by the probabilistic distribution using the measured values of the tube thickness, and the life and the risk can be evaluated by using the mean and the deviation in the distribution.
도 7은 누적확률밀도함수를 이용하는 방법을 예시하기 위하여 도 6에 도시된 측정 튜브두께의 검벨 확률분포에 따른 누적확률밀도곡선을 도시하고 있다.FIG. 7 shows a cumulative probability density curve according to the probablistic distribution of the measured tube thicknesses shown in FIG. 6 to illustrate a method of using the cumulative probability density function.
이때, 누적확률밀도함수를 이용하는 초기 두께 추정방법은 검벨 확률분포에서 일정수치(예를 들어, 90~97%에서 선택된 값)에 해당하는 두께를 보일러 튜브의 초기두께로 추정할 수 있다. 또한, 신뢰성 확보에 보다 유리하도록 검벨 확률분포에서 95%에 해당하는 두께를 보일러 튜브의 초기두께로 추정할 수 있다.
At this time, the initial thickness estimation method using the cumulative probability density function can estimate the thickness corresponding to a certain value (for example, a value selected from 90 to 97%) in the probable probability distribution as the initial thickness of the boiler tube. In addition, 95% of the probable probability distribution can be estimated as the initial thickness of the boiler tube, which is more advantageous for ensuring reliability.
감육Thinning 수명소비율 산정공정( Lifetime Consumption Rate Estimation Process ( S430S430 ))
감육에 의한 설계 잔여수명은 기기 내 공정물질 봉입을 위한 최초 설치 두께 δ에서 누설이 발생할 수 있는 최소 두께 δα까지의 운전시간으로 정의되고, 평가 잔여수명은 평가 시 측정 두께에서 누설이 발생할 수 있는 최소 두께까지의 운전시간으로 정의된다.The design residual life due to thinning is defined as the operating time from the original installation thickness δ for enclosing the process material in the equipment to the minimum thickness δ α at which leakage can occur and the evaluation residual life is defined as the It is defined as the operating time to the minimum thickness.
[수식 13][Equation 13]
기기의 최소 허용두께는 기기 제작재료의 종류, 기기 내 공정물질 봉입 압력과 온도를 고려하여 KEPIC-MGE(ASME B3.1.1)에 의해 계산할 수 있다. 감육률(TR) 계산은 다음의 [수식 14]를 이용할 수 있다.The minimum allowable thickness of the device can be calculated by KEPIC-MGE (ASME B3.1.1), taking into account the type of material to be manufactured, the process material filling pressure and temperature in the device. The following formula (14) can be used for the calculation of the reduction ratio TR.
[수식 14][Equation 14]
전술한 [수식 13] 및 [수식 14]에서 각 변수에 대한 정의는 다음과 같다.The definitions of the respective variables in the above-described [Equation 13] and [Equation 14] are as follows.
Rt : 감육에 의한 잔여수명R t : Residual life due to thinning
δ : 기기의 두께δ: thickness of the device
δα : 기기 내 공정물질 봉입을 위한 최소 허용두께δ α : Minimum allowable thickness for enclosing process material in the equipment
TR : 감육율TR:
t0 : 최초 두께 측정 시 운전시간t 0 : Operating time for initial thickness measurement
t1 : 두번째 두께 측정시 운전시간
t 1 : Operating time for second thickness measurement
한편, 운전시간에 따른 튜브의 감육 추이 곡선은 도 6과 같다.Meanwhile, the curve of the tube thickness according to the operation time is shown in FIG.
즉, 초기에서 운전시간이 경과함에 따라 튜브의 감육은 점점 커지게 된다. 또한, 운전시간의 경과에 따라 감육율도 달라질 수 있다. 이러한 점을 고려하여, 튜브의 수명을 판단할 때에는 이전검사 유무를 반영하여 검사기간에 따라 감육율을 다르게 계산하여 반영할 수 있다. 즉, [수식 14]와 같이 종전 검사 이후의 감육율을 반영하여 잔여 수명을 평가할 수 있다.That is, as the operating time elapses from the beginning, the tube becomes thinner gradually. Also, the thinning rate may vary with the passage of the operating time. In consideration of this point, when determining the life of the tube, it is possible to calculate the rate of reduction according to the inspection period by reflecting the presence or absence of the previous inspection. That is, the remaining life can be evaluated by reflecting the reduction ratio after the previous inspection as in [Equation 14].
그리고, 고장확률평가를 위한 수명소비율(D)는 현재 운전시간(L0)과 잔여수명(Rt)으로부터 다음의 [수식 15]를 이용하여 구할 수 있다.The lifetime consumption rate D for the failure probability evaluation can be obtained from the current operation time (L 0 ) and the remaining service life (R t ) using the following equation (15).
[수식 15][Equation 15]
감육Thinning 고장확률 평가공정( Failure probability evaluation process ( S440S440 ) 및 ) And 감육Thinning 위험도 평가공정( Risk Assessment Process ( S450S450 ))
감육에 따른 고장확률 및 위험도 평가는 전술한 크리프 고장확률 평가공정(S340) 및 크리프 위험도 평가 공정(S350)과 동일한 방법으로 수행될 수 있다.The failure probability and the risk evaluation according to the thinning can be performed in the same manner as the creep failure probability evaluation step S340 and the creep risk assessment step S350 described above.
즉, 실제 고장확률은 감육 실험 데이터를 기준으로 결정된 확률분포곡선의 50%를 최종 수명으로 결정하여 사용하지만 보수성을 고려한 사용 편의상 수명소비율의 50%를 고장확률로 사용할 수 있다.That is, 50% of the probability distribution curve determined based on the thinning test data is used as the final life, but 50% of the life consumption rate can be used as the failure probability for convenience in consideration of conservatism.
그리고, 수명소비율의 고장확률 등급은 고장피해 등급과 함께 위험도 매트릭스에 나타내어 고장위험의 심각도 평가에 이용되며, 정량적 고장확률을 고장등급으로 나타내는 기준은 일 예로서 전술한 [표 4]를 이용할 수 있다.
The failure probability class of the life span rate is shown in the risk matrix together with the failure class, and is used to evaluate the severity of the failure risk. As a criterion that shows the failure probability as the quantitative failure probability, .
위험도 평가공정(Risk Assessment Process ( S500S500 ))
튜브의 위험도는 크리프와 감육에 의해 모두 발생할 수 있으므로, 튜브 위험도 평가공정(S500)에서는 크리프 및 감육에 의한 각각의 위험도 평가 결과 중 큰 값을 고장확률(POFg)로 결정하고, 앞서 설명한 현장검사 결과에 의한 고장확률 보정인자(POFi) 및 검사방법의 손상검출에 대한 효용도 보정인자(PDFe)를 반영하여 최종적인 위험도를 결정한다.Since the risk of the tube may be caused by creep and thinning, the probability of failure (POF g ) is determined as a large value among the risk evaluation results of the creep and thinning in the tube risk assessment process (S500) The final risk is determined by reflecting the failure probability correction factor (POF i ) based on the result and the utility factor (PDF e ) for damage detection of the inspection method.
이때, 현장검사 결과에 의한 고장확률 보정인자(POFi) 및 검사방법의 손상검출에 대한 효용도 보정인자(PDFe)는 전술한 이론적(일반적) 고장확률(POFg)에 따라 결정된 위험도를 한두 단계 정도 보정하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 현장검사 결과에 의한 고장확률 보정인자(POFi) 및 검사방법의 손상검출에 대한 효용도 보정인자(PDFe)에 따른 보정비율(보정 %)의 합계에 따라 보정에 의한 위험도를 조정할 수 있다.
At this time, the failure probability correction factor (POF i ) based on the result of the field inspection and the utility factor correction factor (PDF e ) for the damage detection of the inspection method can be calculated in accordance with the above-described theoretical (general) failure probability (POF g ) Correction can be used. For example, the risk by correction may be adjusted according to the sum of the failure probability correction factor (POF i ) due to the field inspection result and the correction ratio (correction%) according to the utility factor correction factor (PDF e ) .
한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 크리프 및 감육을 고려한 보일러 튜브 위험도 평가 방법은 도 9에 일 예로서 도시된 바와 같은 시스템으로 구현할 수 있다. 즉, 운전/측정 정보를 입력하면, 크리프 및 감육에 대한 잔존수명 및 고장확률을 계산할 수 있다.
Meanwhile, the method for evaluating the risk of boiler tubes considering creep and thinning according to an embodiment of the present invention can be implemented by a system as shown in FIG. 9 as an example. That is, when the operation / measurement information is input, the remaining life and failure probability for creep and thinning can be calculated.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be obvious to those of ordinary skill in the art.
110... 입구헤더
120... 출구헤더
111, 121... 온도센서
112, 122... 압력센서
130... 유량센서
S100... 보일러 튜브 위험도 평가방법
S200... 형상측정 공정
S300... 크리프 위험도 평가 공정
S400... 감육 위험도 평가 공정
S500... 위험도 평가 공정110 ...
111, 121 ...
130 ... flow sensor
S100 ... Boiler tube risk assessment method
S200 ... shape measuring process
S300 ... creep risk assessment process
S400 ... thinning risk assessment process
S500 ... Risk assessment process
Claims (10)
보일러 튜브의 응력과 온도로부터 크리프 위험도를 평가하는 크리프 위험도 평가 공정;
보일러 튜브의 두께로부터 감육 위험도를 평가하는 감육 위험도 평가 공정; 및
상기 크리프 위험도 평가 공정과 상기 감육 위험도 평가 공정의 결과를 토대로 보일러 튜브의 위험도를 결정하는 보일러 튜브 위험도 결정 공정;
을 포함하는 크리프와 감육을 고려한 보일러 튜브의 위험도 평가 방법.A shape information collecting step of collecting information on the shape of the boiler tube;
A creep risk assessment process to assess creep risk from boiler tube stresses and temperatures;
A thinning risk assessment process that evaluates the risk of thinning from the thickness of the boiler tube; And
A boiler tube risk determination process for determining a risk of a boiler tube based on the creep risk assessment process and the result of the thinning risk assessment process;
A method for evaluating the risk of boiler tubes considering creep and thinning.
상기 보일러 튜브 위험도 평가 공정은 상기 크리프 위험도와 상기 감육 위험도 중에서 위험도가 더 큰 값을 기준으로 보일러 튜브의 위험도를 결정하는 것을 특징으로 하는 크리프와 감육을 고려한 보일러 튜브의 위험도 평가 방법.The method according to claim 1,
Wherein the boiler tube risk assessment process determines a risk of a boiler tube based on a higher risk value among the creep risk and the thinning risk.
상기 보일러 튜브 위험도 결정 공정은 상기 크리프 위험도와 상기 감육 위험도 중에서 위험도가 더 큰 값을 기준으로 보일러 튜브의 위험도를 선정한 후, 손상모드별 검사결과에 의한 고장확률 보정인자(POFi) 및 검사방법에 대한 효용도 보정인자(PDFe)을 고려하여 위험도를 보정하는 것을 특징으로 하는 크리프와 감육을 고려한 보일러 튜브의 위험도 평가 방법.The method according to claim 1,
The boiler tube risk determination process selects a risk of a boiler tube based on a higher risk value among the creep risk and the thinning risk, and then calculates a failure probability correction factor (POF i ) and an inspection method A method for evaluating the risk of a boiler tube considering creep and thinning, characterized by correcting the risk by considering the utility factor (PDF e ).
상기 보일러 튜브 위험도 결정 공정은 손상모드별 검사결과에 의한 고장확률 보정인자(POFi) 및 검사방법에 대한 효용도 보정인자(PDFe)을 고려하여 위험도를 한 단계 보정하는 것을 특징으로 하는 크리프와 감육을 고려한 보일러 튜브의 위험도 평가 방법.The method of claim 3,
The boiler tube risk determination process includes a step of correcting the risk level by taking into account the failure probability correction factor (POF i ) and the utility efficiency correction factor (PDF e ) A Risk Assessment Method for Boiler Tube Considering.
상기 감육 위험도 평가 공정은,
상기 형상정보 수집공정에서 수집한 보일러 튜브의 두께의 측정값에 기초하여 보일러 튜브의 초기두께를 추정하는 초기두께 추정공정과,
상기 초기두께 추정공정에서 추정한 초기두께를 이용하여 감육 수명소비율을 산정하는 감육 수명소비율 산정공정과,
상기 감육 수명소비율 산정공정에서 산정된 감육 수명소비율을 기초로 감육고장확률을 산정하는 감육 고장확률 산정공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 크리프와 감육을 고려한 보일러 튜브의 위험도 평가 방법.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The thinning risk assessment step includes:
An initial thickness estimating step of estimating an initial thickness of the boiler tube based on a measured value of the thickness of the boiler tube collected in the shape information collecting step,
A thinning longevity consumption rate calculating step of calculating a thinning longevity consumption rate using an initial thickness estimated in the initial thickness estimating step;
And calculating a probability of a thinning failure on the basis of the thinning longevity consumption rate calculated in the thinning longevity consumption rate calculating step. The method for evaluating the risk of a boiler tube considering creep and thinning.
상기 초기두께 추정공정은 보일러 튜브의 두께의 측정값에 기초하여 검벨(Gumbel) 확률분포를 이용하여 보일러 튜브의 초기두께를 추정하는 것을 특징으로 하는 크리프와 감육을 고려한 보일러 튜브의 위험도 평가 방법.6. The method of claim 5,
Wherein the initial thickness estimation process estimates the initial thickness of the boiler tube using a Gumbel probability distribution based on a measured value of the thickness of the boiler tube.
상기 초기두께 추정공정은 검벨(Gumbel) 확률분포에서 90~97% 중에서 선택된 값에 해당하는 두께를 보일러 튜브의 초기두께를 추정하는 것을 특징으로 하는 크리프와 감육을 고려한 보일러 튜브의 위험도 평가 방법.The method according to claim 6,
Wherein the initial thickness estimating step estimates the initial thickness of the boiler tube to a thickness corresponding to a value selected from 90 to 97% in the Gumbel probability distribution.
상기 감육 고장확률 산정공정은 상기 감육 수명소비율 산정공정에서 산정된 수명소비율의 50%를 감육 고장확률로 결정하는 것을 특징으로 하는 크리프와 감육을 고려한 보일러 튜브의 위험도 평가 방법.6. The method of claim 5,
The method of claim 1, wherein the step of estimating the thickness of the boiler tube is based on the assumption of 50% of the life consumption rate calculated in the step of calculating the thickness of the boiler tube.
상기 감육 수명소비율 산정공정은 이전검사 유무를 반영하여 검사기간에 따라 감육율을 다르게 계산하여 반영하는 것을 특징으로 하는 크리프와 감육을 고려한 보일러 튜브의 위험도 평가 방법.6. The method of claim 5,
Wherein the thinning-life-time consumption rate calculation step reflects the presence or absence of the previous inspection and calculates and reflects the reduction rate according to the inspection period, thereby reflecting the creep and thinning.
상기 크리프 위험도 평가 공정은,
보일러 튜브의 형상 및 압력조건을 이용하여 응력을 계산하는 응력계산 공정과,
운전온도를 고려하여 튜브의 온도를 산정하는 온도 계산공정과,
상기 응력계산공정과 온도 계산공정으로부터 크리프 수명소비율을 산정하는 크리프 수명소비율 산정공정과,
산정된 크리프 수명소비율로부터 크리프 고장확률과 위험도를 결정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 크리프와 감육을 고려한 보일러 튜브의 위험도 평가 방법.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The creep risk assessment step includes:
A stress calculation step of calculating stress using the shape and pressure condition of the boiler tube,
A temperature calculation step of calculating the temperature of the tube in consideration of the operation temperature,
A creep life span consumption rate calculation step of calculating a creep life span consumption rate from the stress calculation step and the temperature calculation step,
And determining a creep failure probability and a risk level from the estimated creep life time consumption rate.
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