[논문]에너지플랜트의 최적 예방점검을 위한 위험도기반 설비 관리(RBI) 절차 개발

최정우; 윤기봉

doi:10.7842/kigas.2011.15.1.074

[국내논문] 에너지플랜트의 최적 예방점검을 위한 위험도기반 설비 관리(RBI) 절차 개발
Development of Risk Based Inspection (RBI) Procedures for Optimized Preventive Maintenance (PM) Planning of Energy Plants 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.15 no.1, 2011년, pp.74 - 80

초록
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최근 국내의 많은 에너지 플랜트가 10여년 이상 가동되면서 설비의 장수명화 및 노후설비에 대한 건전성 확보에 대한 요구가 증가하고 있다. 이에 따라 플랜트의 RAM (reliability, availability and maintainability)에 대한 중요도가 높아지고 있다. 플랜트의 RAM을 높이기 위해 RBI (Risk Based Inspection)는 중요한 핵심 기술이다. RBI 기술은 주로 정류 플랜트 설비, 매설배관 설비, 원자력플랜트 설비 등의 에너지 플랜트 분야에서 개발이 진행되어 왔다. 하지만, 기 개발된 RBI 절차는 화력 발전플랜트 등 다른 에너지 플랜트에서의 적용이 어려웠다. 본 연구에서는 에너지 플랜트에서의 최적 예방점검을 위한 일반적인 RBI 표준 절차를 개발하여 보고하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, needs for extending remaining life and integrity of the aged energy plants are increased since the most domestic plants have been operated over 10 years. This need makes RAM (reliability, availability and maintainability) of the plant become more significant. RBI (risk based inspection) is main technology to increase RAM in energy plants. So far RBI has been developed mainly in the field of process plants (chemical/refinery), underground buried pipelines or nuclear power plants. However, the existing RBI procedure is limited mainly to process plants, it need to be extended to the other energy plants such as fossil power plants. In this study, a general RBI procedure for optimized PM (preventive maintenance) is proposed for various energy plants.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

d. 검사활동성평가 : 검사 활동성 평가는 설비에 적용되는 검사활동의 신뢰도 평가를 목적으로 한다. 검사활동의 신뢰도는 검사에 대한 적절한 기준 유무(예:온라인 모니터링 수행 여부)를 통해 판단한다.
고장손실은 설비의 손상 및 고장으로 인해 발생하는 모든 손실을 의미하며, 본 연구에서는 설비 고장시 플랜트정지시간 / 플랜트 정지 시 손해 비용 / 고장 모드 / 보수 방법 / 교체 및 보수 비용 / 고장 시 내부유체 유출로 인한 잠재 위험 / 고장의 파급 영향 / 인명 손실 및 환경 영향 등을 종합적으로 고려할 수 있는 평가 절차를 개발하였다. 고장손실 평가는 Table 2와 같이 3개의 평가인자와 4개의 평가항목으로 구성된다.
손상인자(damage factor)는 평가 대상 설비에서 어떤 손상기구가 심각한 고장을 유발할 것인지, 그리고 예상 손상기구를 운전자 혹은 관리자가 인지하고 있는지 여부 평가한다. 또한 반복적으로 발생하는지에 대하여 평가하는 것이 목적이다. 손상인자는 2개의 평가항목으로 구성된다.
API 등 기존에 제시된 절차가 정유 플랜트 등을 주 적용대상으로 하였으므로, 다양한 에너지 플랜트 전체를 대상으로 하는 위험도 평가 절차가 필요하였다. 본 논문에서는 다양한 에너지 플랜트에 적용 가능한 고장 확률 및 손실의 준정량적 평가 절차를 제시하였고 다음의 결론을 얻었다.
본 논문에서는 발전플랜트를 포함한 에너지 플랜트의 고유한 특성에 맞는 RBI 기술 기반이 될 수 있는 에너지 플랜트 준정량적 RBI 절차에 대해 기술하였다.
본 논문에서는 에너지 플랜트의 최적 예방점검에 적절한 준정량적 위험도 평가 절차를 연구하여 보고하였다. API 등 기존에 제시된 절차가 정유 플랜트 등을 주 적용대상으로 하였으므로, 다양한 에너지 플랜트 전체를 대상으로 하는 위험도 평가 절차가 필요하였다.
c. 최근 검사일평가 : 최근검사일 평가는 마지막 검사 수행일로부터 평가 현재까지의 경과된 시간을 통해 검사 이후의 결함의 추가 생성 및 진행에 대한 가능성을 확인하기 위한 목적으로 수행한다.
4개 평가인자의 총 36개 문진을 통해 얻은 결과를 합산하여, Table 7에 따라 고장확률과 손실을 보정한다. 플랜트 운영 평가 결과에 따라 위험도를 보정하는 목적은 위험도 등급의 경계에 위치하는 설비의 경우 미세한 외부요인에도 위험도 등급이 변화할 수 있으므로 이를 반영하기 위한 것이다. 각 평가항목의 결과에 따라 고장확률은 평균 0.
b. 환경 및 안전영향 평가 : 환경 및 안전영향 평가는 최근에 이르러 사회적으로 많은 관심을 가지는 사항으로 플랜트 사고로 인한 환경 및 안전사고에 대한 평가를 목적으로 하였다.

제안 방법

2. 위험도 평가를 위해 필요한 고장 확률, 고장 손실 평가 항목을 구성하고 각각의 항목이 플랜트 설비 건전성에 미치는 영향을 고려하여 가중치를 부여 하였다.
본 논문에서는 에너지 플랜트의 최적 예방점검에 적절한 준정량적 위험도 평가 절차를 연구하여 보고하였다. API 등 기존에 제시된 절차가 정유 플랜트 등을 주 적용대상으로 하였으므로, 다양한 에너지 플랜트 전체를 대상으로 하는 위험도 평가 절차가 필요하였다. 본 논문에서는 다양한 에너지 플랜트에 적용 가능한 고장 확률 및 손실의 준정량적 평가 절차를 제시하였고 다음의 결론을 얻었다.
고장영향 인자(effect factor)는 설비의 고장 발생 시 비용적인 손실 이외에도 환경이나 생산 품질에 대한 미치는 영향을 평가하도록 하였다.
교체 및 보수 인자(repair factor)는 설비의 고장을 발생 형태와 비용으로 나누어 고려하여, 고장 모드 평가와 비용 평가 항목으로 구성하였다. 평가는 보수비용 평가를 기본으로 하지만, 설비별 교체 및 보수비용의 산정에 어려움이 있을 경우 고장 모드의 종류에 따라 그 피해 정도를 평가하여 고장 피해 평가에 반영할 수 있다.
이와는 달리, 정량적 RBI 기법은 많은 공학적 데이터와 이를 이용한 해석 등에 상당한 노력을 요구하므로 플랜트 적용에 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 평가 결과의 신뢰도와 현장 적용성을 최적화한 준정량적 RBI 평가 절차를 Fig. 1과 같이 제안하였다.
a. 보수 비용 평가 : 보수비용 평가는 고장에 의해 발생하는 보수 비용과 주기적 보수비용 모두를 합하여 평가한다.
준 정량적 RBI 절차에서는 문진에 의해 설비의 상태를 파악하는 정성적 기법과 수치적 데이터를 이용해 설비의 상태를 진단하는 정량적 기법을 모두 사용하였다. 본 연구에서 제안하는 RBI 절차는 Table 1과 같이 4개의 평가인자와 9개의 평가항목으로 구성하였다. 평가항목은 에너지 플랜트의 운전환경, 기술적 수준 및 규제 등을 고려하여 개발하였다.
b. 비정상상태 평가 : 운전 중 정지까지는 아니지만 기계적 결함, 운전원 실수 등으로 인해 운전율 저하, 긴급 보수와 같은 비정상상태를 설비 고장의 사전 징후로 정의하고 이를 고장 발생 확률을 결정하는데 반영하였다
a. 생산품질 평가 : 생산품질 평가는 설비의 고장으로 인한 2차 영향을 평가한다. 고려 사항은 2차 영향, 보조 설비 지원에 의한 지속 생산 가능성 등이다.
설비를 어떤 회사가, 언제, 어떠한 기준에 따라 설계하였는가는 매우 중요한 사항이다. 설계 인자(design factor)는 이러한 설계 당시에 사용되었던 설비의 기계적 설계 코드, 운전 기준에 대하여 평가하였다.
손상인자는 평가식(1)에 의해 결정되며 지배 평가항목은 손상기구평가(DM)항목이므로 이를 반영하기 위해 가중치를 각각 반영하였다.
이러한 가혹한 조건에서 운전되는 설비는 기동 정지와 같은 갑작스런 온도 변화에 취화, 결함의 성장과 같은 손상이 유발되어 수명에 큰 영향을 받는다. 운전 정지 평가는 기동정지 횟수를 고장확률로 환산하여 설비 건전성을 평가하였다.
설비의 과거 운전 이력은 많은 정보를 제공한다. 운전인자(operating factor)는 이러한 과거 운전 이력 중 고장정보를 통해 설비의 고장 주기, 원인, 운전상의 문제점 등을 분석하여 이를 고장 확률에 반영하도록 하였다. 운전인자에서는 고장 혹은 손상의 여부 / 플랜트 혹은 설비 정지 여부 / 플랜트 출력 변동(감발) 여부 / 공정 변수 변화 여부 / 운전 이력과 수명과의 관계 등을 고려해야 한다.
따라서 이를 반영하기 위해 실제 수행한 손상기구에 대한 검사유효성에 대한 가중치를 70%로 주었다. 주어진 가중치에 대한 검증은 실제 사례에 대한 민감도 분석을 수행하여 확인하였다.
준 정량적 RBI 절차에서는 문진에 의해 설비의 상태를 파악하는 정성적 기법과 수치적 데이터를 이용해 설비의 상태를 진단하는 정량적 기법을 모두 사용하였다. 본 연구에서 제안하는 RBI 절차는 Table 1과 같이 4개의 평가인자와 9개의 평가항목으로 구성하였다.
설비가 가지는 이러한 특성을 고려하기 위해 필요한 것이 플랜트 운영 평가(manage- ment of plant, MoP)이며, 이는 각 플랜트의 경영 정책, 설비 관리 상태 등을 그 대상으로 하였다. 평가인자는 안전 경영 및 전략 인자, 변경 및 정비작업 인자, 교육 및 정보 교류 인자, 사고 조사 및 관리 인자로 구성하였으며, 각 평가 기준은 한국석유화학공업협회에서 서울대 화학공정 신기술 연구소에 의뢰해 개발한 석유화학플랜트 점검표를 수정 적용하였다(Table 6).
본 연구에서 제안하는 RBI 절차는 Table 1과 같이 4개의 평가인자와 9개의 평가항목으로 구성하였다. 평가항목은 에너지 플랜트의 운전환경, 기술적 수준 및 규제 등을 고려하여 개발하였다.

대상 데이터

b. 고장모드 평가 : 고장모드 평가는 보수비용 산정이 어려울 경우 해당 설비에서 최종적으로 발생하는 고장모드를 예측하여 그로 인한 손실을 평가 대상으로 한다(Table 5).

성능/효과

1. 국내 제도, 운전 환경 등에 최적화된 에너지 플랜트 준 정량적 위험도 위험도 절차 제시하였다.

후속연구

4. 본 연구를 통해 제시된 평가 절차는 에너지 플랜트 종류에 따라 특화된 상세 평가 절차 정립의 기반으로 활용될 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	에너지 플랜트의 최적 예방점검의 위험도 기반 설비 관리(RBI) 절차 개발 연구의 결론은 무엇인가?	1. 국내 제도, 운전 환경 등에 최적화된 에너지 플랜트 준 정량적 위험도 위험도 절차 제시하였다. 2. 위험도 평가를 위해 필요한 고장 확률, 고장 손실 평가 항목을 구성하고 각각의 항목이 플랜트 설비 건전성에 미치는 영향을 고려하여 가중치를 부여 하였다. 3. 경영 정책 및 환경이 플랜트 건전성에 미치는 영향을 고려하여 이를 지수화여 MoP (management of plant)로 정의하고 이를 위험도 평가 절차에 반영ㅎ였다. 4. 본 연구를 통해 제시된 평가 절차는 에너지 플랜트 종류에 따라 특화된 상세 평가 절차 정립의 기반으로 활용될 수 있다.
	최근 에너지 플랜트란 무엇이라고 정의하고 있나?	최근 에너지에 대한 관심이 증가하면서 대단위 에너지를 사용하여 제품을 생산하거나 에너지를 직접 생산하는 플랜트(발전, 정유/석유화학, 철강, 제지 플랜트 등)를 통칭하여 에너지 플랜트로 정의하고 있다[1]. 이와 같은 신조어는 에너지 저감과 효율적 생산을 위한 플랜트 고도화에 많은 관심이 집중되고 있음을 반증하고 있다.
	발전 플랜트의 주 손상 형태는 무엇인가?	적용 대상은 정유플랜트였지만, 공정 물질 정보와 설비 손상 기구를 일부 수정/보완하여 국내·외 석유 화학 플랜트에서도 API에서 제시하고 있는 RBI 기법을 수정하여 적용하고 있다. 하지만, 부식에 의한 감육이 주 손상형태인 공정 플랜트와는 달리 발전 플랜트는 고온에 의한 열화와 크리프 손상이 주 손상형태이다. 따라서 정유 플랜트에 최적화된 API의 RBI 코드[8,9]를 발전플랜트에 적용하는 것은 어려움이 따른다[3,4].

참고문헌 (10)

최정우, "화력발전 플랜트의 위험도 기반 설비 관리 절차연구", 중앙대학교 박사학위 논문, 2009
윤기봉, "에너지 안전 정보 시스템 구축- ETI사업 1단계 보고서", 중앙대학교, 2010
윤기봉, "화력발전설비 위험도 기반 진단 절차 개발 - 전력산업연구개발 사업 최종보고서", 중앙 대학교, 2007
윤기봉, "차세대 에너지 안전 첨단 관리 시스템 구축 - 기획보고서", 중앙대학교, 2007
"Risk-based Inspection - Development of Guidelines: Volume 1-General Document", ASME, CRTD Vol. 20-1, 1991
"Risk-based Inspection - Development of Guidelines : Volume 2/Part 1 - Light Water Reactor (LWR) Nuclear Power Plant Components", ASME, CRTDVol. 20-2, 1992
"Risk-based Methods for Equipment Life Management : An Application Handbook", ASME, CRTDVol. 41, 2003
C. Becht IV, J. R. Sims, C. C. Neely, "Developments in Post-construction Codes and Standards in the United States", International Journal of Pressure Vessels and Piping, Vol. 81, pp.569-574, 2004

상세보기
"Risk-Based Inspection Base Resource Document", API Publication 581, 2000
"Risk-Based Inspection : Recommended Practice", API RP 580, 2002

저자의 다른 논문 :

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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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