초록 ▼

본 연구를 통해 개발하고자 하는 실시간 보일러 수명감시 시스템(on-line boiler life monitoring system)은 설비의 작동상태 파악을 위해 설치한 압력센서, 온도센서 등의 센서 시스템의 출력신호를 중앙관제 컴퓨터로 수집하고, 중앙관제 컴퓨터는 전송된 센서 신호를 분석하여 설비의 가동시 발생하는 열응력의 계산, 크리프·피로 등에 의한 수명소비율의 계산 등에 의한 누적손상 및 잔여수명을 평가하여 그 결과를 출력하며, 정상가동 상태, 이상발생 여부 등도 판단하여 이상 발생시 경고(alarm)를 제시하는 등의 기능을

본 연구를 통해 개발하고자 하는 실시간 보일러 수명감시 시스템(on-line boiler life monitoring system)은 설비의 작동상태 파악을 위해 설치한 압력센서, 온도센서 등의 센서 시스템의 출력신호를 중앙관제 컴퓨터로 수집하고, 중앙관제 컴퓨터는 전송된 센서 신호를 분석하여 설비의 가동시 발생하는 열응력의 계산, 크리프·피로 등에 의한 수명소비율의 계산 등에 의한 누적손상 및 잔여수명을 평가하여 그 결과를 출력하며, 정상가동 상태, 이상발생 여부 등도 판단하여 이상 발생시 경고(alarm)를 제시하는 등의 기능을 수행하는 시스템으로 단계별 개발 목표로 다음과 같다.
(1) 1차년도(1997.10.20∼1998-8.19)
-Customisation 기술개발 및 기본 사양 결정: 보일러 수명감시 시스템은 고온 헤더, 저온 헤더, 증기 드럼, 주증기관, 재열 증기관 등을 감시 대상요소로 하며, 동일 보일러라도 운전특성에 따라 취약부위가 다르므로 대상 보일러의 형상과 운전특성에 따라 감시 대상을 선택적으로 구성할 수 있도록 하고, 선택된 감시대상 요소에 따른 센서(열전대 및 압력계)의 사양 및 설치위치를 선정하는 기술을 정립하고 센서 데이터를 바탕으로 한 온도분포 해석 및 열응력 해석 모델링 기법 개발 및 온도와 응력과의 상관함수 도출, 모니터링 시스템의 기본사양 결정, 크리프·피로 균열 발생 특성 파악, 실시간 데이터 처리 알고리즘 개발, 수명 평가용 물성치, 요소형상 데이터 베이스 설계를 수행한다.
(2) 2차년도 (1998.9.10∼1999.7.9)
-수명 감시 소프트웨어 구현: 발전설비의 상세 특성을 파악하여 취약부위(고온 헤더류, 고온 주증기과 등)의 부위별 손상기구(damage mechanism), 손상심화 조건(damage aggravating condition)을 규명하여 감시대상으로 선정된 부위에 적절히 설치된 센서(열전대 및 압력계) 데이터를 바탕으로 열응력 계산 및 크리프-피로 소비수명을 계산하여 보일러 수명을 실시간 감시하는 S/W를 개발한다.
(3) 3차년도(1999.7.10.∼2000.10.31)
-시스템 제작 및 검증/보완, 신뢰성 확보: 모니터링 시스템의 기본사양을 바탕으로 모니터링 시스템 시제품을 구성하고 실시간 감시하는 S/W를 탑재하여 검증 및 보완을 통한 신뢰성 있는 시스템을 개발한다.

Abstract ▼

Steam generating boilers of fossil power plants are loaded by continuous and alternating high pressure, temperature and strain up to material design limits. So, it is necessary to guarantee the integrity of components during the operation. The thermal stress and life monitoring system has been devel

Steam generating boilers of fossil power plants are loaded by continuous and alternating high pressure, temperature and strain up to material design limits. So, it is necessary to guarantee the integrity of components during the operation. The thermal stress and life monitoring system has been developed in response to the increasing requirements for refined on-line life usage monitoring of critical components. This interest derives from the need to provide support for preferred operating strategies which require more flexible operation, longer run periods between overhauls and extended plant life. On-line life monitoring system continuously monitors and analyses data from plant instrumentation (primarily thermocouples and pressure transducers) and uses the data to calculate and continuously display in real-time the stresses generated during transient and steady state operation, and also periodically computes and displays life usage. The developed S/W algorithm incorporates: (1) stress calculation routines specifically customized and validated for each identified critical location, (2) advanced algorithms for assessing creep-fatigue damage and other identified degradation processes. The system fulfils the following key functions:
-on-line damage monitor for failure prevention and focused maintenance
-real-time stress and temperature display for operator advice, action and damage control
-simulator for investigation of alternative operating practices.

목차 Contents

• 제 1 장 서론...16
• 1절 기술개발 개요...16
• 2절 기술개발의 필요성...17
• 2.1기술적 측면...17
• 2.2 경제.산업적 측면...18
• 2.3 사회.문화적 측면...18
• 3절 기술개발 범위 및 내용...18
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...21
• 1절 Creep-FatiguePro...21
• 1.1 개요...21
• 1.2 크리프-피로 해석 알고리즘...21
• 1.3 온라인 모니터링 진행 과정...24
• 1.4 Creep-FatiguePro 프로그램...27
• 1.5 사용상 이점...32
• 2절 PLUS...34
• 2.1 발전 플랜트 증기관의 온라인 수명 감시 시스템(Boiler PLUS Systeam)...34
• 2.2 리가멘트 균열의 특징...34
• 2.3 리가멘트 균열에 민감한 요소...35
• 2.4 플랜트 모니터링을 위한 예비 평가 및 요구사항...35
• 2.5 PLUS 시스템의 개요...36
• 2.6 Case Study...36
• 2.7 Boiler-PLUS의 요약...40
• 3절 ASME Code Case N-47...41
• 3.1 해석상의 ASME Codes...41
• 3.2 ASME Code Case N-47-32의 해석 알고리즘...42
• 4절 R5...49
• 4.1 개요...50
• 4.2무 결함 구조물의 해석 및 평가 방법(2 장)...64
• 4.3 Creep-Fatigue Crack Initiation(Volume 3)...89
• 5절 Cycle Counting Method...102
• 5.1 개요 및 용어의 정의...102
• 5.2 사이클 카운팅 방법의 종류 및 특성...103
• 5.3 각 사이클 카운팅 방법의 장단점...104
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...106
• 1절 TSMS 수명 해석 알고리즘...106
• 1.1 개요...106
• 1.2 손상기구가 크리프만 작용할 때...106
• 1.2.1감시위치의 온도 계산...106
• 1.2.2내압에 의한 응력 계산...106
• 1.2.3재료물성 계산...107
• 1.2.4크리프 파열 수명 평가...107
• 1.3 손상기구가 크리프 피로일때...110
• 1.3.1감시위치의 온도계산...110
• 1.3.2내압에 의한 응력의 계산...110
• 1.3.3열응력 계산...110
• 1.3.4재료물성의 계산...110
• 1.3.5등가응력의 계산...110
• 1.3.6크리프 연성소진 수명 평가...111
• 1.3.7사이클 카운팅...113
• 1.3.8변형률 진폭의 계산...113
• 1.3.9 피로 수명 평가...115
• 1.3.10 크리프-피로 수명 평가...115
• 1.3.11잔여수명 평가...116
• 2절 TSMS 데이터베이스 설계 및 프로그램 구축...117
• 2.1데이터베이스 설계...117
• 2.1.1 개요...117
• 2.1.2데이터베이스 테이블 구성...117
• 2.1.3데이터 입력...120
• 2.2 TSMS 프로그램 설치...123
• 2.2.1 시스템 사양...123
• 2.2.2 TSMS 소프트웨어의 설치...123
• 2.3 TSMS 소프트웨어의 기능 및 실행...126
• 2.3.1 TSMS 소프트웨어의 기능...126
• 2.3.2 TSMS Server의 실행...129
• 2.3.3 TSMS Client의 실행...130
• 3절 시스템 설계...135
• 3.1 시스템 설계 대상 선정...135
• 3.2 기본 설계...138
• 3.2.1수명 감시 지점 선정...138
• 3.2.2 센서 부착 위치 선정...138
• 3.2.3 Hardware 설계...141
• 3.3 상세 설계...145
• 3.3.1크리프 손상부 설계...145
• 3.3.3 출력화면 설.4 상세설계 결과...174
• 3.4.1 크리프 손상부...174
• 3.4.2 크리프-피로 손상부...177
• 3.4.3 그린함수 결과 검증...178
• 4절 시스템 실증 시험...179
• 4.1 보일러 수명 모니터링 시스템 실증시험...179
• 4.1.1 실증 시험을 위한 보일러 수명모니터링 시스템구성...179
• 4.1.2 센서 데이터 베이스(SQL Server)의 역할...179
• 4.1.3 Data Logger의 역할...180
• 4.1.4 데이터 인터페이스 모듈의 역할...180
• 4.1.5 데이터 인터페이스 모듈의 설계...183
• 제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도...187
• 1절 연구개발 목표 및 달성도...187
• 2절 연구개발 결과의 대외 기여도...189
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...190
• 제 6 장 참고문헌...191
• 제 7 장 그림...194