[논문]가스터빈의 운전유지비 절감을 위한 고온부품의 운영방안에 관한 연구 - 사례중심으로 -

유원주; 조지운

가스터빈의 운전유지비 절감을 위한 고온부품의 운영방안에 관한 연구 - 사례중심으로 -
Study on Operational Plan of Hot Gas Parts for Cost Reduction of Gas Turbine with Cases Oriented 원문보기

대한안전경영과학회지 = Journal of the Korea safety management & science, v.11 no.1, 2009년, pp.93 - 101

Abstract ▼ AI-Helper

The use of the gas turbine for power supply is increasing recently. Accordingly, the operation and maintenance cost of the gas turbine is gradually increasing and the various efforts to cut the cost are needed. For an operation and maintenance cost saving of the gas turbine, reductions of the new purchasing charge and the reproduction repair cost of the hot gas parts are required through more effective operation and life management methods for the hot gas parts. The hot gas parts are the main parts of the gas turbine and they are replaced with the periodic. In this research, efficient operation and life management methods for the hot gas parts were presented with the cases. The methods were analyzed and verified based on real data and the cases for improving a lifetime were utilized in the field.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 설계수명에 따라 주기적으로 발생하는 정상적인 교체 수요 및 사고 시의 긴급 수요에 대처할 수 있고, 또한 원가 절감에도 기여할 수 있는 고온 부품의 효율적인 재고관리 방안이 필요하므로, 그 방안을 다음과 같이 제시한다.
재사용 회수는 제작사에 따라 다르나 대체로 1~5회의 범위이다. 복수주기 운영에서는 부품의 점검 및 재생정비가 필수인데, 설비 사용량을 기준으로 이를 일정한 주기로 시행해야 하며 다음 한 주기운전을 안전하게 할 수 있는가를 확인하는 것이 주된 목적이다. 복수 주기 운영에서는 점검과 재생정비를 거치게 됨에 따라 부품마다 수명이 같지 않을 수 있으므로, 이들 부품의 수명을 관리하고 적기에 양호한 부품을 조달할 수 있도록 별도의 부품의 운영과 수명관리가 필요하다.
본 연구에서는 기존 연구결과와 적용 사례 data, 그리고 경험 등을 바탕으로 보다 실적용이 가능한 고온 부품 운영 및 수명관리 방안을 사례와 함께 제시함으로써, 가스터빈 발전설비 운영자와 유지관리자들에게 고온 부품 관리에 대한 새로운 방향의 원가절감 가능성을 제공하고자 한다.

제안 방법

"수명연장을 통해 기존의 복수주기 2회 사용(l, 600ES) 후 폐기되던 고온부품이 복수주기 3회 사용(2, ""ES)으로 1회의 추가 사용(800ES) 이 가능하게 되었고 이에 따른 효과를 식 5에 근거하여 계산한 결과를 에 요약하였다."
가스터빈의 운전유지비 절감방안으로 수명이 이미 소진되었거나 수명전에 과다한 손상으로 인해 폐기 판정을 받아 창고에 보관 중이던 가스터빈 고온 부품 중경 제 성과 안정성이 확인된 폐기 고정익에 대해 수명평가를 실시하고, 최신 기술의 열처리 및 손상부 복원과 Coating 작업을 활용하여 수명연장 재생정비를 시행한 결과 다음과 같은 만족할 만한 성과를 거두었다. 정비단가 절감을 위해 국제입찰을 통하여 MHI사에서 약 1 년간 시행한 재생정비를 통해 폐기 고정익 6 set(l단 3set, 2단 2set, 3단 Iset)의 수명연장을 성공적으로 완료하였다.
따라서 고온부품이 제작사의 설계수명 이전에 손상되는 문제점을 줄이고 수명을 연장하기 위한 방안으로과 같이 고온 부품의 운전특성에 맞는 수명소비 요인을 분석하여 현장 설비 운전 및 유지관리에 적용하였다.
실적용 사례로, 출력변화를 줄이기 위해 새로운 제어기술을 적용하여 연소온도를 일정하게 조정하였다. 즉, 출력에 따라 연소 공기량과 연료량이 빠르고 정확하게 조절되도록 연소온도를 일정하게 유지하도록 개선하였다.
운영 측면에서는 고온부품의 수명소비를 줄이기 위한 설비운전 방안과 재고관리 방안을 제시하였고, 수명관리 측면에서는 효과적인 운영을 위한 수명관리 방안과 수명연장의 경제성 평가방법 등을 사례와 함께 제시하였다.

성능/효과

고온부품의 효율적인 운영과 수명관리 방안을 실제 현장에 적용하고 그 사례를 분석해본 결과, 고온 부품의 수명 전 손상 감소, 수명연장, 그리고 원가절감 등의 효과를 확인할 수 있었다. 그러므로 향후 다양한 방향으로 고온부품 운영과 수명관리 기술을 개발하고 적용한다면 발전회사의 경영수지 개선에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
6> 과 같이 제작사와 재생정비 회사들이 제시한 수명연장을 위한 재생정비 비용을 분석한 결과, 폐기 고정 익은 신품 구매비용 대비 41%의 비용으로 수명연장이 가능한 것으로 분석되었으나, 폐기 회전익은 재생시 신품 구매 비용 대비 59%의 비용이 소요되는 것으로 나타났다.
그 결과와 같이 개선 전에는 출력 변동 시 연소온도가 급격히 변했으나 개선 후에는 출력 변동 시 연소 공기량과 연료량이 빠르게 조절되어 완만하게 연소온도가 변하는 효과가 있었다.
반드시 준비되어 있어야 한다. 두 번째, 신품 구매 시 약 1년이 소요되는 일정을 감안하여 기존 예비품 1 set와는 별도로 고온부품 교체주기 이전에 예비품이 도착하도록 구매 주문을 미리 진행하여야 한다. 즉, 창고에 재고로 쌓아두지 않고 점검주기 또는 교체 주기에 맞춰 예비품이 도착하도록 구매 일정을 적절히 조정하는 것이다.
즉, 창고에 재고로 쌓아두지 않고 점검주기 또는 교체 주기에 맞춰 예비품이 도착하도록 구매 일정을 적절히 조정하는 것이다. 세 번째, 점검주기에 교체된 고온부품을 재생 정비할 경우 정비기간이 약 3~5개월 소요되는 일정을 감안하여 기존 예비품 1 set와는 별도로 점검주기 전에 정비되어 현장에 도착하도록 재생정비 일정을 조정하여야 한다. 즉, 신품조달과 유사한 방식으로 창고내 보관 재고를 최소화하면서 안정적인 재고를 유지할 수 있도록 재생정비 일정과 재고량을 연관시켜 효율적으로 관리하는 것이 필요하다.
그 결과<그림 4>와 같이 개선 전에는 출력 변동 시 연소온도가 급격히 변했으나 개선 후에는 출력 변동 시 연소 공기량과 연료량이 빠르게 조절되어 완만하게 연소온도가 변하는 효과가 있었다. 연소온도 변화감소에 따라 고온부품의 재질변화와 CCoating의 열변형이 감소되고 결과적으로 고온부품의 수명 전 손상도 많이 감소하여 원가절감에 크게 기여하였다.
제작 및 재생정비 전문회사인 MHI사에서 재생과정을 통하여 복원한 고온부품에 대해 수명을 평가한 결과, 과 같이 약 75%의 잔존수명이 있으며 추가적인 1주기 사용이 충분히 가능한 것으로 평가되었다[20, 21, 22], 및과 같이 기존의 1, 2단 고정익은 통상 설계수명 대비 약 75-80% 정도를 사용하였으나, 재생정비 후 1주기 추가 사용 시에는 전체적으로 설계수명 대비 약 125%를 사용하게 된다.
경제적인 효과를 얻었다. 즉, 제작사 권고 기준으로 재고를 관리할 경우(set당 10억원 적용)에는 재고 총 금액이 약 640억원이지만, 변경된 재고관리 방안을 적용하여 실제 90억원의 재고만을 보관하고 동시에 70억 원의 재생정비 및 90억원의 신품구매를 진행함으로써 전체적으로 약 390억원의 경제적 효과를 거둘 수 있었다.
즉, 추가적인 재생정비 비용은 1, 424백만원으로 위 조건을 만족하고 있어 재생정비를 통한 1회 연장 사용에 대해 경제성이 있다고 판단되었고, 전체적으로 경제적인 수명연장 한계 비용과 재생정비에 실제 소요된 비용의 차<4, 493백만원-1, 424백만원)인 약 30억원 정도의 신품구입비용 대비 원가 절감효과가 있는 것으로 나타났다.
즉, 출력에 따라 연소 공기량과 연료량이 빠르고 정확하게 조절되도록 연소온도를 일정하게 유지하도록 개선하였다. 그 결과<그림 4>와 같이 개선 전에는 출력 변동 시 연소온도가 급격히 변했으나 개선 후에는 출력 변동 시 연소 공기량과 연료량이 빠르게 조절되어 완만하게 연소온도가 변하는 효과가 있었다.
첫 번째, 가스터빈 설비의 보유대수에 상관없이 비상상황에 대비하여 현재 운전 중인 부품들을 언제라도 교체 설치할 수 있도록 최소한 전체 부품 1 set가 발전소 내에 반드시 준비되어 있어야 한다. 두 번째, 신품 구매 시 약 1년이 소요되는 일정을 감안하여 기존 예비품 1 set와는 별도로 고온부품 교체주기 이전에 예비품이 도착하도록 구매 주문을 미리 진행하여야 한다.
재생전 폐기품 상태에서는 조직 결정체 속에 많은 2ry Caibide 미세 침전물과 축적된 결함이 많이 발견되었는데, 이는 높은 온도에서 장시간 운전시 나타나는 경년열화 현상이다. 폐기 부품은 경도 측정에서도 그 값이 비교적 높게 나타났으나 재생 과정을 통하여 재질을 복원한 조직에서는 미세 침전물이 거의 보이지 않고 축적된 결함이 거의 사라졌으며, 경도도 재생 전보다 10-30% 정도 낮게 개선되었다.

후속연구

가스터빈 고온부품의 복수주기 운영에 있어서는 재생정비 과정이 필요하므로 이에 대한 비용과 경제성평가가 이루어져야 한다.<그림 5>는 고온부품 운영주기와 그에 따라 발생하는 비용을 나타낸 것이다.
확인할 수 있었다. 그러므로 향후 다양한 방향으로 고온부품 운영과 수명관리 기술을 개발하고 적용한다면 발전회사의 경영수지 개선에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
방안 등의 추진이 필요하다고 본다. 더 나아가 국산화를 통한 구매 비용절감과 기술자립도 향상을 위한 노력 또한 수반되어야 할 것으로 본다. 그러나 비용 절감 과정에는 반대급부로 품질확보 문제가 수반됨으로 가스터빈 고온부품 관리자는 품질확보를 위한 기술력 향상과 성능보증을 위한 전략수립에 보다 많은 관심과 노력이 요-구된다.
발전회사들은 향후 가스터빈 고온부품의 운영 및 수명관리 방안과 더불어 재생정비 장기계약을 통한 물량 확대, 동일 기종 고온부품의 공동 계약을 통한 단가 인하 유도, 그리고 고가 부품의 공동 저장을 통한 예비품 공유 방안 등의 추진이 필요하다고 본다. 더 나아가 국산화를 통한 구매 비용절감과 기술자립도 향상을 위한 노력 또한 수반되어야 할 것으로 본다.
이러한 방안은 설비의 특성과 운전패턴에 따라 조금씩 달라질 수 있으나, 이 경우에도 창고에 최소한의 재고만이 유지되도록 하는 방안을 연구하여 적용하는 것이 가장 경제적인 재고운영 방법이 될 것이다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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