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복합화력발전의 가스연료 공급계통에 대한 위험도 평가 기법 연구 (I) : API RBI 절차에 기반한 위험도 평가
Risk Assessment Technique for Gas Fuel Supply System of Combined Cycle Power Plants (I) : Based on API RBI Procedures 원문보기

에너지공학 = Journal of energy engineering, v.27 no.2, 2018년, pp.1 - 13  

송정수 (중앙대학교 대학원) ,  유종민 (중앙대학교 대학원) ,  한승연 ((주)세이프티아 기술연구소) ,  최정우 ((주)세이프티아 기술연구소) ,  윤기봉 (중앙대학교 공과대학 기계공학부)

초록
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미세먼지 저감 및 에너지원 변환에 대한 정책 추진에 따라 천연가스를 연료로 하는 발전의 비중이 확대되고 있다. 복합화력발전 플랜트, 열병합발전 플랜트 등에서 천연가스 연료공급계통이 가스가 가열된 상태에서 고압으로 운용되고 있으므로, 누출사고를 예방하여 화재 및 폭발에 의해 사고를 방지하여야 한다. 본 연구에서는 API RP 581 RBI 코드를 기반으로 복합화력발전 플랜트의 천연가스 연료공급계통을 대상으로 위험도 평가를 수행하였다. API RBI 코드의 적용을 위해 평가 대상 계통의 라인 및 세그먼트를 구분하였다. 파손확률과 파손피해 산출을 위해 운전 데이터 및 입력 정보를 분석하였다. 설치 초기 시점 및 운전시간 경과에 따른 위험도 평가 결과 추이를 분석하였다. 코드 기반 평가 시 가스연료 공급계통은 두께 감육, 외부 손상, 기계적 피로 손상기구의 영향이 주로 반영되었다. 운전 시간이 경과함에 따라 단열재 하부 부식(CUI, Corrosion Under Insulation) 등에 의한 외부손상이 위험도를 상승시키는 원인으로 예상되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The proportion of natural gas-fueled power generation is expanding due to the change of domestic energy policy pursuing reduction of dust and increasing clean energy consumption. Natural gas fuels used for the combined-cycle power plants and the district-heating power plants are operated at high tem...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • (3) 본 연구에서는 복합 화력발전 플랜트의 연료공급 계통에 대한 위험도 평가를 위해 API RBI의 적용성을 검토하고 추가로 고려가 필요한 손상기구를 파악하기 위해 수행된 내용이며, 특정 대상 플랜트의 위험도를 평가하기 위해 수행된 것은 아니다. 각각의 플랜트에 본 연구에서 제시한 RBI 절차를 적용할 때에는 설비의 운전 기간 중 검사 및 정비가 수행된 결과를 반영하여 위험도를 평가하여야 한다.
  • 본 연구에서는 가상의 한 복합 화력발전 플랜트의 연료공급계통에 대해서 위험도 평가를 수행하였다. 평가 시점은 설치된 초기 시점을 기준으로 하였으며, 정비 점검 없이 사용 후 10년, 20년, 30년 운전 시간을 가정 하여 평가하였다.
  • 복합 화력발전 플랜트, 열병합발전 플랜트 등에서 가스를 연료로 사용하는 천연가스 연료공급계통이 가열된 상태에서 고압으로 운용되고 있으므로, 누출사고를 예방하여 화재 및 폭발에 의해 사고를 방지하여야 한다. 본 연구에서는 복합 화력발전 플랜트의 가스연료 공급계통을 대상으로 API RBI 코드 절차에 기반한 위험도 평가를 수행하였다. 코드 적용을 위해 설비 시스템과 평가 대상인 세그먼트를 정의하였고, 주요 손상기구를 적용하여 분석하였다.
  • 본 연구에서는 복합 화력발전 플랜트의 가스연료 공급계통을 대상으로 API RBI 코드에 기반한 위험도 평가를 수행하였다. 코드 적용을 위해 설비 시스템과 평가 대상인 세그먼트로 정의하였고, 적용되는 주요 손상 기구를 분석하였다.

가설 설정

  • 위험도 평가에서 파손피해 C(t)는 시간에 따라 변하지 않는다고 가정한다. 따라서 식 (3)은 위험도가 피해면적(CA)으로 표시되는지 또는 재정적 피해(FC) 로 표시되는지에 따라 식 (4)와 식 (5)와 같이 다시 쓸 수 있다.
  • 본 연구에서는 가상의 한 복합 화력발전 플랜트의 연료공급계통에 대해서 위험도 평가를 수행하였다. 평가 시점은 설치된 초기 시점을 기준으로 하였으며, 정비 점검 없이 사용 후 10년, 20년, 30년 운전 시간을 가정 하여 평가하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
복합 화력발전 플랜트의 장점은 무엇인가? 최근 국내 발전분야에서 국가의 친환경정책과 발전 효율을 고려하여 복합 화력발전 플랜트 및 가스터빈 열병합발전 플랜트의 운용 및 신규 건설이 확대되고 있다. 복합 화력발전 플랜트의 경우 천연가스 등의 연료와 압축된 공기를 혼합하여 연소실에서 연소된 고온· 고압의 연소가스를 이용하는 1차 발전(가스터빈발전)과 가스터빈에서 배출된 배기가스의 잔열을 이용하여 배열회수보일러에서 발생된 고온·고압 증기를 이용하는 2차 발전(증기터빈발전)으로 이루어져, 전기를 효율 적으로 생산한다. 천연가스는 정압기지로부터 2~3 ㎫ 수준의 비교적 고압으로 공급되며, 발전소 내에서 압축기 및 열교환기를 통해 4~5 ㎫, 200℃ 상태까지 각각 승압과 승온이 이루어진 후 1차 발전에 사용된다[3].
제8차 전력수급기본계획의 내용은 무엇인가? 2 %를 차지하고 있다[1]. 2017년 12월에 공고된 제8차 전력수급기본계획(2017~2031)에 따르면 OECD 국가들의 발전원 구성의 추세에 맞추어, 원자력발전과 석탄발전을 단계적으로 감축되고 재생에너지 및 천연가스를 이용한 발전의 비중을 확대될 계획이다. 또한, 현재 전력시장제도와 2017년 발전용 연료비에 기반한 기준 시나리오와 온실가스 배출권 거래비용 등 환경비용을 감안한 목표 시나리오를 Table 1과 같이 전망하였다[2].
가스터빈발전의 천연가스 계통 설비에 대한 안전운용법이 별도로 필요한 이유는 무엇인가? 복합 화력발전 플랜트의 경우 천연가스 등의 연료와 압축된 공기를 혼합하여 연소실에서 연소된 고온· 고압의 연소가스를 이용하는 1차 발전(가스터빈발전)과 가스터빈에서 배출된 배기가스의 잔열을 이용하여 배열회수보일러에서 발생된 고온·고압 증기를 이용하는 2차 발전(증기터빈발전)으로 이루어져, 전기를 효율 적으로 생산한다. 천연가스는 정압기지로부터 2~3 ㎫ 수준의 비교적 고압으로 공급되며, 발전소 내에서 압축기 및 열교환기를 통해 4~5 ㎫, 200℃ 상태까지 각각 승압과 승온이 이루어진 후 1차 발전에 사용된다[3]. 기존의 화력발전소에서는 보일러, 고온·고압의 증기배관 및 터빈 등 주기기 위주의 검사 및 계획예방정비가 이루어지고 있다. 따라서 누출사고 발생 시 화재 및 폭발에 의해 사고피해가 대형화 될 수 있는 가스터빈발전의 천연가스 연료공급계통에 대한 설비 안전운용방법이 기존의 화력발전소와는 차별적으로 필요하다[4].
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참고문헌 (11)

  1. Power Planning Department, 2016, Status of power generation facilities in 2015, Korea Power Exchange, pp. 68 

  2. Ministry of Trade, Industry and Energy, 2017, 8th Basic Plan for Domestic Electricity Supply and Demand, Korea Government, pp. 33-45 

  3. Bang, H. J., et al., 2017, Integrated Safety Management of Combined Power Plant, Proceeding of the Conference of KIGAS, pp. 180-180 

  4. Kim, M. W., et al., 2017, A Study on the Risk Assessment Method for Safety Management of the Combined Cycle Power Plant, Proceeding of the Conference of KOSEE, No. 4 pp. 31-31 

  5. Choi, J. W., 2009, A Study on Risk Based Management Procedure for Fossil Power Plant, Chung-Ang University, Ph. D. Dissertation (in Korean), pp. 5-6 

  6. Song, J. S., et al., 2003, A Study on Implementation of Risk Based Inspection Procedures to a Petrochemical Plant, Transaction of KSME(A), Vol. 27, No. 3, pp. 416-423 

  7. Shim, S. H., et al., 2002, Development of a RBI Procedure and Implementation of a Software Based on API Code (I) - Qualitative Approach", KOSOS, Vol. 17, No. 3, pp. 66-72, 2002 

  8. Song, J. S., et al., 2002, Development of RBI Procedures and Implementation of a Software Based on API Code (II) - Semi-Quantitative Approach", KOSOS, Vol. 17, No. 4, pp. 110-118 

  9. Song, J. S., et al., 2003, Development of RBI Procedures and Implementation of a Software Based on API Code (III) - Quantitative Approach", KOSOS, Vol. 18, No. 1, pp. 56-63 

  10. API (American Petroleum Institute), 2009, Risk- Based Inspection, second ed. API Recommended Practice 580 

  11. API (American Petroleum Institute), 2008, Risk- Based Inspection Technology, second ed. API Recommended Practice 581 

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