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한국 화력 발전설비의 수명평가기준 개발 및 활용
Development and Application of Life-Assessment Guidelines for Fossil-Fuel Power Plant Facilities in Korea 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.34 no.9=no.300, 2010년, pp.1265 - 1272  

최우성 (한국전력공사 연구원 수화력발전연구소) ,  송기욱 (한국전력공사 연구원 수화력발전연구소) ,  김범신 (한국전력공사 연구원 수화력발전연구소) ,  현중섭 (한국전력공사 연구원 수화력발전연구소) ,  허재실 (한국전력공사 연구원 수화력발전연구소)

초록
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최근 들어 화력발전소는 잦은 기동과 부하 변동 하에서 안정적인 운전 및 관리에 대한 요구가 높아지고 있다. 특히 터빈, 보일러와 같이 고온 고압의 조건에서 운전되는 발전 설비의 경우 크리프 및 피로 손상의 영향으로 설비의 수명이 감소하게 된다. 보다 안전한 발전소 운영을 위해 설비의 정확한 수명평가가 중요하며 현재까지 다양한 방법이 개발되어 적용되고 있다. 그러나 현재까지는 표준화된 가이드라인이나 절차 없이 정성적/준정량적 분석에 의해 주요 설비의 수명을 평가하고 있다. 본 연구에서는 크리프 및 피로 손상기구에 근거하여 국내 화력발전 주요 설비의 수명 소비율을 평가하는 표준화된 기준을 개발하였고 실제 설비에 적용하여 평가 기준의 활용성을 검증하였다. 본 기준은 2010 전력기술기준에 수록될 예정으로 수명평가의 정확성 향상과 수명관리 표준화에 기여할 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In view of the frequent start-ups and load changes in the recent past, there is a need for fossil-fuel power plants to be more efficient and reliable for long-term operation. Under high-temperature and high-pressure conditions, severe creep and fatigue damages can occur in major plant facilities, pa...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 현재까지는 국내 화력 발전설비 수명 평가 방법 및 절차에 대한 표준 가이드라인 없이 제작사나 해외 연구기관이 제시한 방법들을 따르거나 전문가의 판단에 따라 정성적인 방법과 준정량적인 방법이 사용되고 있다.(1-3) 본 연구에서는 이에 대한 대안으로 한국 화력 발전소 주요 설비에 대해 손상기구를 고려하여 표준화된 수명평가기준을 제안하고자 한다. 본 수명평가기준은 2010 년도 전력산업기술기준에 새롭게 수록될 예정이며 이 기준에서 제시하는 수명평가 지침 및 수행 방법은 보일러, 터빈 등 고온 고압에서 사용되는 화력 발전설비의 주요 기기에 적용하는 것으로 한정하여 개발되었다.
  • 미세구조 열화와 이에 따른 모재의 열적인 연화는 다양한 강종에서 탄화물간의 간격, 크기, 구조, 페라이트 조성, 고용 강도, 상자 상수 변화와 같은 미세구조의 변화를 수반한다. 따라서, 설비 수명평가를 위한 금속학적 방법들은 위 현상들에 대한 열화정보를 도출하기 위해 개발되었다. 한편 추출복제를 통해 분석되는 탄화물은 고온에 민감한 대표적인 열화 정도를 나타내지만 결정립 방향의 변화를 예측하는데 어려움이 있어서 아직까지 수명 평가에 범용으로 적용되지는 못한다.
  • 본 연구에서는 한국 화력발전 설비의 신뢰성 있는 수명 평가를 위해 표준화된 평가 기준을 제안하였다. 설비의 크리프 및 피로 수명 평가를 평가하기 위해 단순 계산법을 사􏰬용해서 응력 및 변형률을 구하는 해석적 방법과 미세조직의 특성을 분석하는 금속학적 방법이 제안되었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
화력발전설비와 같이 고온 설비의 수명을 평가하는 방법에는 어떠한 것들이 있는가? 화력발전설비를 비롯한 고온 설비의 수명을 평가하는 방법에는 설비에서 미세조직을 직접 복제하는 표면복제법, 설비 표면의 강도를 측정하는 경도 측정법, 탄화물 추출복제법 및 크리프와 피로 수명에 대한 해석적 평가법이 있다. 저합금강에서 파괴를 일으킬 수 있는 크리프 손상의 원인으로 장시간 사����에 따른 연속적인 크리프 강도 감소, 미세구조 열화와 결정립계의 크리프 기공을 들 수 있다.
화력발전소의 잦은 기동과 부하 변동 하에서 수명이 감소하게 되는 이유는 무엇인가? 최근 들어 화력발전소는 잦은 기동과 부하 변동 하에서 안정적인 운전 및 관리에 대한 요구가 높아지고 있다. 특히 터빈, 보일러와 같이 고온 고압의 조건에서 운전되는 발전 설비의 경우 크리프 및 피로 손상의 영향으로 설비의 수명이 감소하게 된다. 보다 안전한 발전소 운영을 위해 설비의 정확한 수명평가가 중요하며 현재까지 다양한 방법이 개발되어 적용되고 있다.
타당성 평가의 신뢰도를 향상시키기 위해 필요한 것은 무엇인가?  타당성 평가는 핵심 설비의 수명예측과 중요 설비의 신뢰성평가를 통해 설비의 교체시기와 범위를 결정하고 성능개선표와 방안을 제시하여 성능 개선시 경제적 효과를 결정하는 것이다. 따라서 타당성 평가의 신뢰도를 향상시키기 위해 설비 수명평가의 정확도를 높이는 것이 필요하다. 현재까지는 국내 화력 발전설비 수명 평가 방법 및 절차에 대한 표준 가이드라인 없이 제작사나 해외 연구기관이 제시한 방법들을 따르거나 전문가의 판단에 따라 정성적인 방법과 준정량적인 방법이 사����되고 있다.
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참고문헌 (13)

  1. SPRINT Project SPI 249. 

  2. NT MAT 002, 2001, "Metallographic Assessment of the Temperature History and Remanent Life of Power Plant Components," NORDTEST Method. 

  3. TRD-Codes 300/301. 

  4. Song, G., Choi, W., Kim, B., Hyun, J. and Heo, J., 2010, "Life Assessment Procedure for Fossil Power Plant," KEPIC 2010, submitted. 

  5. Choi, W., Fleury, E., Kim, B. and Hyun, J., 2008, " JSME Int. J.A-Solid M. 2, pp. 478-486. 

  6. Choi, W. and Hyun, J., 2008, "A Life Assessment for Steam Turbine Casing Using Inelastic Analysis," Modern Physics Letter B, Vol 22, Issue 11, pp. 1141-1146. 

  7. Viswanathan, R., 1989, "Damage Mechanisms and Life Assessment of High-Temperature Components," ASM Int., pp. 265-328. 

  8. Choi, W., Kim, B., Kim, B. and Song, G., 2009, "A Life Assessment Procedure for Turbine Facilities of Korea Standard Fossil Power Plant," ICPVT-12. 

  9. Fujiyama, K., 2007, "Development of Risk-Based Maintenance Planning Program for Power Plant Steam Turbine," Joint Project Final report. 

  10. Rusin, A. M., 2007 "Technical Risk Involved in Long- Term Operation of Steam Turbines, Reliability Engineering & System safety," 92, pp. 1242-1249. 

  11. Gonyea, D.C., 1976, "Thermal Stress Concentration Factors in Large Shaft," Thermal Fatigue of Materials and Components, ASTM STP612, pp. 30-37. 

  12. Choi, W. and Fujiyama, K. and Kim, B., 2010, "Thermal Stress Concentration Factors(TSCFS) in Turbine Casing and Valves for Life Assessment," International Journal of Pressure Vessel and Piping, submitted. 

  13. Choi, W., 2008, "Life Assessment for Ulsan Steam Turbine Rotor," KEPRI report TM.T07.1243. 

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