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패러럴 슬라이드 게이트밸브의 열구조해석 및 ASME B&PVC 기반 피로수명 평가
Thermal-structural Analysis and Fatigue Life Evaluation of a Parallel Slide Gate Valve in Accordance with ASME B&PVC 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.41 no.2, 2017년, pp.157 - 164  

김태호 (안동대학교 기계설계공학과) ,  최재승 ((주)키밸브기술) ,  한정삼 (안동대학교 기계설계공학과)

초록
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패러럴 슬라이드 게이트밸브는 복합발전플랜트 배열회수보일러와 증기터빈 사이에 위치하여 증기유동의 흐름을 제어하는 밸브로서 운전기간 동안 기동, 부하변동 및 정지 등의 운전이 반복적으로 이루어진다. 따라서, 각 기동운전 중에 밸브 두께 방향의 온도 차이로 인하여 발생하는 큰 압축 열응력으로 인한 피로손상 및 구조건전성에 대한 평가가 필요하다. 본 논문에서는 배열회수보일러의 주중기 밸브로 설치되는 16인치 패러럴 슬라이드 게이트밸브의 피로수명 평가를 위한 열구조해석 및 ASME B&PVC VIII-2에서 제시된 탄성응력해석 및 등가응력에 기반한 피로수명 평가를 수행하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

A parallel slide gate valve (PSGV) is located between the heat recovery steam generator (HRSG) and the steam turbine in a combined cycle power plant (CCPP). It is used to control the flow of steam and runs with repetitive operations such as startups, load changes, and shutdowns during its operation ...

주제어

#패러럴 슬라이드 게이트밸브   #배열회수보일러   #미국기계학회 보일러 및 압력용기 규정   #피로수명 평가  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 16인치 PSGV의 피로수명 관점의 구조건전성 평가를 수행하였다. 다양한 기동 운전조건 하에서 피로수명을 평가하였으며, 평가 기준으로는 ASME B&PVC VIII-2를 사용하였다.
  • 본 논문에서는 ASME B&PVC VIII-2의 5.5.3절에서 제시된 절차에 따라 16인치 PSGV의 운전조건을 고려한 피로수명 평가를 수행하고자 한다.
  • 본 논문에서는 복합발전플랜트의 여러 가지 반복적인 기동조건 하에서의 16인치 PSGV의 열구조해석을 수행하고 ASME B&PVC VIII-2(9~11)의 피로평가 절차에 따라 구조건전성을 평가를 수행하고자 한다.

가설 설정

  • 과도열전달해석에서 경계조건으로 밸브 외부는 단열로 가정하였다. 각 기동 운전조건에 따른 열전달계수는 앞에서 설명한 Sieder-Tate 관계식의 계산 결과 값을 사용하였다.
  • 5와 같다. 본 16인치 PSGV의 총 설계수명(design life)은 250,000시간(대략 28.5년)으로 하였으며, 이 설계수명 동안 냉간기동은 400회, 난간기동은 2,000회 그리고 열간기동은 4,000회의 기동운전 후 정지로 이루어진다고 가정하였다. 본 논문에서 고려된 기동 운전조건은 실제 운전조건보다 가혹한 조건이나 16인치 PSGV의 구조건전성 및 피로수명 평가 절차를 수립한다는 측면에서 사용되었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
패러럴 슬라이드 게이트밸브는 무엇인가? 패러럴 슬라이드 게이트밸브는 복합발전플랜트 배열회수보일러와 증기터빈 사이에 위치하여 증기유동의 흐름을 제어하는 밸브로서 운전기간 동안 기동, 부하변동 및 정지 등의 운전이 반복적으로 이루어진다. 따라서, 각 기동운전 중에 밸브 두께 방향의 온도 차이로 인하여 발생하는 큰 압축 열응력으로 인한 피로손상 및 구조건전성에 대한 평가가 필요하다.
패러럴 슬라이드 게이트밸브가 운전기간 동안 기동, 부하변동 및 정지 등의 운전이 반복적으로 이루어지는 특징을 가짐에 따라 어떤 평가가 필요한가? 패러럴 슬라이드 게이트밸브는 복합발전플랜트 배열회수보일러와 증기터빈 사이에 위치하여 증기유동의 흐름을 제어하는 밸브로서 운전기간 동안 기동, 부하변동 및 정지 등의 운전이 반복적으로 이루어진다. 따라서, 각 기동운전 중에 밸브 두께 방향의 온도 차이로 인하여 발생하는 큰 압축 열응력으로 인한 피로손상 및 구조건전성에 대한 평가가 필요하다. 본 논문에서는 배열회수보일러의 주중기 밸브로 설치되는 16인치 패러럴 슬라이드 게이트밸브의 피로수명 평가를 위한 열구조해석 및 ASME B&PVC VIII-2에서 제시된 탄성응력해석 및 등가응력에 기반한 피로수명 평가를 수행하였다.
배열회수보일러가 설계 운전횟수 및 운전시간을 만족하는 설계가 이루어져야 하는 이유는 무엇인가? (1) 가스터빈의 배열을 이용하여 증기터빈 구동용 증기를 생성하는 배열회수보일러(heat recovery steam generator, HRSG)는 복합발전플랜트의 핵심 장치 중의 하나이다. 배열회수보일러는 복합 발전플랜트의 특성상 전력의 변동 수요에 대처하기 위해 잦은 기동정지 및 부하변동 운전을 하기때문에 설계 운전횟수 및 운전시간을 만족하는 설계가 이루어져야 한다. (2)
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참고문헌 (14)

  1. Baek, S. H., 2016, "The Monthly Report on Major Electric Power Statistics," Korea Electric Power Corporation, Vol. 448, No. 2. 

  2. Hwang, S. H., Kim, H. G., Seon, C. Y., Lee, C. S. and Lee, B. Y., 2010, "Fatigue Life Evaluation for HPDrum in HRSG According to EN Code," Proc. of KSME autumn conference, pp. 506-511. 

  3. Jeong, M. S., 2009, "Performance of Steam Turbine Technology Trends," Journal of the KSME, Vol. 49, No. 9, pp. 52-57. 

  4. Doosan Engineering & Construction, 2016, "Combined Cycle Thermal Power Generation System Diagram," http://www.doosanenc.com/en/business/hrsg/info.do. 

  5. Ha, J. W., Kim, T. W. and Lee, B. Y., 1999, "Calculation of Maximum Allowable Temperature Difference for Life Design of Valve Casings for Steam Turbines of Fossil Power Plants," Journal of the Korean Society for Precision Engineering, Vol. 16, No. 8, pp. 46-52. 

  6. Chandra, N. P. and Belkar, S. B., 2014, "Analytical Study of Coke Drum Skirt Support Hot Box," International Journal of Emerging Science and Engineering, Vol. 2, No. 9, pp. 7-11. 

  7. Osage, D. A., 2015, "Fatigue Assessment for Inservice Components - A New Part for API 579-1/ASME FFS-1 Fitness-for-service," Procedia Engineering, Vol. 133, pp. 320-347. 

  8. Sim, H. J., Oh, C. K., Kim, H. S. and Youm, H. K., 2011, "Technical Review on the Design and Integrity Evaluation Technologies for Components in High Temperature Environment," Korea Electric Power Corporation. 

  9. ASME, 2010, ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section VIII, Rules for Construction of Pressure Vessels, Division 2 - Alternative Rules, The American Society of Mechanical Engineers, New York. 

  10. ASME, 2010, ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section II, Materials, Part D - Properties (Metric), The American Society of Mechanical Engineers, New York. 

  11. Sowinski, J. C., Osage, D. A. and Brown, R. G, 2013, ASME Section VIII - Division 2 Example Problem Manual, The American Society of Mechanical Engineers, New York. 

  12. ANSYS, 2016, ANSYS Mechanical APDL Theory Reference 17.0, SAS IP, Inc. 

  13. Cengle, Y. A., 2010, Introduction to heat transfer, MacGraw-Hill, Korea, pp. 360-362. 

  14. Lee, B. Y., Kim, W. J. and Shin, H. M., 2005, "Finite Element Analysis and Evaluation of Casting Defects of Steam Turbine Valve Casings of Power Plants," Journal of the Korean Society of Marine Engineering, Vol. 29, No. 5, pp. 111-118. 

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