<김영석 한전KPS 솔루션센터 선임연구원>
캐비테이션이란 펌프 내부에서 흡입양정이 높거나 유속의 급변, 와류 발생 등에 의해 압력이 국부적으로 포화증기압 이하로 내려가 기포가 생기는 현상을 말한다. 이럴 경우 독특한 소음이 심하게 나타난다. 가벼운 캐비테이션의 경우 통상 모래가 튀는 것 같은 소리를 낸다. 주파수 변화로 캐비테이션을 확인할 수 도 있지만 가장 확실한 방법은 소음이다.
캐비테이션이 오래 지속되면 기포가 터질 때 생기는 충격이 반복적으로 발생해 재료 손상으로 이어질 수 있기 때문에 흡입조건 결정 시 각별한 주의를 필요로 한다.
현장에서 이음이나 진동현상이 확인되면 펌프 내부나 외부 캐비테이션에 의한 진동 및 이음으로 판단해 점검·정비를 실시해야 한다. 입구 측 스트레이너(Strainer) 및 밸브를 점검하거나 펌프의 분해 점검을 권장한다.
운전 중 발생하는 캐비테이션의 경우 흡입관 주위 필터나 스트레이너가 막혀 있는지 점검하고, 흡입라인에서 공기가 유입되고 있는지 점검한다. 또 흡입밸브의 상태를 점검하고 펌프 흡입구를 충분히 가압한다.
정비 후 캐비테이션이 발생하면 흡입밸브, Impeller 등의 조립상태를 점검해야 한다.
<김완종 전력거래소 수급계획팀 차장>
지난해 여름 최대전력은 7,402만kW로 200만kW 가량의 예비력이 부족할 것으로 전망됐지만 다양한 수요억제 대책을 추진해 470만kW의 예비력(예비율 6.4%)을 확보한 바 있다. 2009년 이후 겨울철 피크가 여름철 피크를 앞서고 있다. 겨울철 피크 증가폭은 지속적으로 늘어날 것으로 예상된다.
올해 여름철 피크는 8월 3~4주에 발생할 것으로 예상되는 가운데 전력거래소는 6월 중순이후 올해 하계수급계획을 발표할 예정이다. 다행인 것은 올해 준공 예정인 발전소가 다수 있어 예비력 확보에는 큰 어려움이 없을 것으로 전망된다.
우선 상반기에 ▲양주열병합(52.4만kW) ▲안동복합(41.7만kW) ▲율촌복합 2호기(30.6만kW) ▲포천복합 1호기(72.5만kW) ▲영흥화력 5호기(87만kW) ▲대구혁신도시열병합(40만kW) ▲포스코복합 7호기(38.2만kW) ▲울산복합 4호기(29.1만kW)가 준공된다.
하반기에는 ▲안산복합(83.4만kW) ▲평택복합 2호기(31만kW) ▲포천복합 2호기(72.5만kW) ▲포스코복합 8호기(38.2만kW) ▲영흥화력 6호기(87만kW) ▲동두천 1호기(85.8만kW) ▲동두천 2호기(85.8만kW)가 준공될 예정이다.
특히 원전 등 대용량 발전기의 가동 중단에 대비해 ▲전압조정(80만kW) ▲민간자가발전 가동(50만kW) ▲주간예고(200만kW) ▲석탄발전기 상향 운전(30만kW) 등의 대책을 수립 중이다.
<윤호근 포미트 부장>
복잡한 구조를 가지고 있는 대형 플랜트 설비의 기술정보를 보다 효율적으로 관리할 수 있는 방법은 없을까. 또 유지보수의 역할이 점차 중요해지면서 다양한 플랜트 설비를 정비하기 위한 표준화된 솔루션의 필요성도 부각되고 있다.
올해로 창립 10주년을 맞은 포미트는 창업 이래 줄곧 플랜트만을 위한 다양한 IT솔루션을 개발·공급하며, 플랜트 산업계의 이 같은 요구사항에 해답을 제시하고 있는 3차원 솔루션 개발 전문기업이다.
포미트가 보유한 3D 기반 IT 기술력은 특허 4건, 실용시안 1건, GS(Good Software) 인증 1건 등에서 알 수 있듯 이미 객관적으로 검증됐다. 현재 플랜트 3D 모델링과 콘텐츠, 기술정보시스템 개발 등 3개 사업분야에 걸쳐 37명의 IT전문가들이 연구개발을 진행 중이다.
포미트의 3D 솔루션은 한전을 비롯한 6개 발전공기업과 건설, 중공업 등의 산업플랜트에 널리 사용되고 있다. 특히 발전공기업에서 인정받은 기술력을 바탕으로 솔루션을 업그레이드시켜 철강, 해양, 조선 등 다양한 플랜트 분야로 확대·보급을 추진하고 있어 향후 성과에 기대감이 높다.
포미트가 제공하는 hybrid-PLM(Plant Lifecycle Management) 솔루션은 발전플랜트 분야에서 쌓은 기술력을 바탕으로 O&M(운전·정비) 단계에 특화한 기술이다.
hybrid-PLM은 플랜트 설계에서부터 건설, 시운전, 운영에 이르는 전 과정에서 발생하는 각종 기술정보를 IT 융합기술을 활용해 시각적으로 통합 운영할 수 있도록 개발된 솔루션으로 ▲발전설비 및 주요기기 3D ▲지능형 도면 ▲3D 콘텐츠 ▲360° 파노라마사진 등을 제공한다.
포미트의 ‘3D 기반 지능형 플랜트 기술 정보시스템’은 세계 유일의 특허기술로 흩어져 있는 수 십 만장의 도면이나 각종 기술문서 등의 종이 데이터를 3차원 영상으로 재구현해 보다 효율적으로 관리할 수 있도록 한 혁신적인 기술이다.
구조가 복잡해 관리상 어려움이 있는 대형 플랜트 설비나 기기를 3D 동영상으로 제작, 관리의 편리성과 정확성을 높인 것이다. 또 현장 관리자의 경우 지속적으로 업데이트 되는 플랜트 운영 정보와 설비 교체·수리 정보를 관계자와 공유할 수 있어 업무 효율성 증대에 효과적이다.
<김인철 한전KPS 솔루션센터 책임연구원>
투자수익률을 보장하기 위한 발전소의 최적운전 조건을 만족하려면 안정성과 효율(성능) 두 가지를 고려해야 한다. 이 같은 조건을 충족하려면 적절한 정비를 통해 고장률을 줄이는 것이 중요하다.
증기터빈은 라스트 블레이드에 사고가 발생하면 더 이상 사용할 수 없는 치명적인 결과를 초래한다. 증기터빈의 경우 라스트 블레이드가 가장 길고, 그만큼 스트레스를 많이 받아 높은 위험에 노출돼 있다.
해수오염으로 블레이드에 오염물질이 부착되면 당장은 큰 문제가 없지만 2~3년 후 고장 발생 가능성이 높다. 주기적으로 오염 정도에 따른 클리닝 작업이 필수적이다.
증기터빈의 상태에 따라 현재는 아무런 문제가 발생하지 않고 있지만 향후 발생 가능한 위험이 존재하는데 이 같은 문제에 대한 인식은 EPC업체와 제작사, 운영사 간 시각차가 큰 상황이다.
해수오염의 근본적인 원인은 크게 환경적인 요인과 행위적인 요인으로 나뉜다. 환경적인 요인은 튜브 손상에 따른 원인이 가장 많기 때문에 노후화된 부품을 교체하는 것으로 해결할 수 있다.
문제는 행위적 요인인데 터빈의 긴급정지를 결정할 때 상태의 심각성을 인식하지 못해 긴급정지 결정을 못하는 경우다. 결국 터빈의 상태를 제대로 파악하는 것이 무엇보다 중요하다. 이는 담당자 간 시각차와 시간대별 설비 상태가 다를 수 있기 때문에 내부적으로 문제를 공유하는 시스템이 필요하다.
<이순성 비엔에프테크놀러지 부사장>
발전설비 분야 유지보수 기술의 지속적인 발전을 견인한 것은 예측정비다. 예측정비를 위해서는 발전설비 상태를 우선 파악하는 게 핵심이다. 시간을 베이스로 한 예방정비보다 설비의 상태에 기반을 둔 예측정비가 장기적인 측면에서 경제적으로 비용 우위에 있다.
현재 발전설비는 CCTV, 열화상진단, 모터진단, 진동진단, 오일진단 등 장비를 활용해 설비 상태를 파악하고 있지만 원활히 이뤄지고 있지 않은 상황이다.
발전설비의 과거 이력 조사를 통해 현재의 문제점을 찾는 기술이 지능형예측진단시스템(i-PDM)이다. 여기에는 PHI(Plant Health Index)와 OMS(Operation-margin Monitoring System) 개념이 들어간다.
PHI는 표시되는 숫자(100)가 떨어질수록 설비에 이상이 있음을 나타내는 것으로 발전소의 정상상태 예측 모델을 기준으로 이상 유무를 체크한다.
OMS(운전여유도 감시)는 발전소의 수많은 변수들의 움직임을 한 눈에 감시해 예기치 못한 불시정지 발생을 최소화하는 감시분석 시스템이다. 발전설비가 정상상태인 경우 100% 여유로 표시되고, 운전여유도가 없을 때 0%로 나타난다.
<박승일 한국전력기술 부장>
복합화력발전은 기력발전에 가스터빈 사이클을 조합시켜 기력발전의 고온화 제약을 줄이고 열효율을 대폭 향상시킨 발전방식이다. 에너지 사용의 합리화와 환경보전 측면을 고려할 때 유용한 발전방식으로 평가받고 있다.
열효율은 기력발전 대비 10% 정도 높고, 천연가스를 사용하기 때문에 환경영향이 거의 없다. 또 부하추종 및 기동·정지가 신속히 이루어져 전력계통 안정은 물론 전력품질 향상에 큰 기여를 하고 있다. 특히 건설 기간이 짧고, 건설 단가도 다른 발전형식 가운데 가장 낮아 초기 투자비를 줄일 수 있다.
복합화력의 가스터빈 및 발전기, 배열회수 보일러, 증기터빈, 발전기를 조합하는 발전방식은 축(Shaft) 수에 따라 일축형(Single-Shaft)과 다축형(Multi-Shaft)으로 분류된다. 최근 일축형 추세로 건설되고 있다.
국내에서 복합화력발전이 활성화되고 있는 요인은 세일가스 및 PNG가스 도입에 따른 가스연료비의 하향 추세에서 찾을 수 있다. 또 기술개발로 열효율이 60%에 진입해 전력시장 이용률 상승 기대효과, 연소가스 온도 상승에 따른 발전효율 증가 등도 한 몫 한다.
<이웅근 한전KPS 솔루션센터 팀장>
배열회수보일러(HRSG)는 가스의 흐름 방식에 따라 수직식과 수평식으로 구분된다. 수직식은 강제 순환방식으로 가스의 흐름이 수직이고, 점유면적을 많이 차지하지 않는다. 또 기동시간이 짧고 배관연결이 복잡한 편이다. 수평식은 수직식과 정반대 조건을 가지고 있다.
발전설비 대부분은 금속재료로 구성돼 있는데 설비용량을 초과해서 운전하는 경우가 많기 때문에 재질 선정이 중요하다.
배열회수보일러의 튜브 손상 주요 원인은 열피로와 FAC(Flow Accelerated Corrosion) 때문이다. 튜브와 헤더를 외경(D)차에 따른 응력(내압) 변화에 견딜 수 있도록 큰 두께 차이로 제작하는데 이 같은두께 차이로 인해 기동과 정지를 반복할 때 튜브와 헤더의 재질 간 온도차가 발생해 튜브에 열피로 손상이 나타나는 것이다.
이러한 열피로에 따른 튜브 손상을 방지하기 위해서는 기동과 정지의 표준절차를 준수하고 온도변화를 규정치 이내로 최소화해야 한다. 또 고온강도와 고온에서 내산성이 우수한 재료를 선정하는 게 중요하다.
FAC는 튜브 및 용기 내부 표면이 부식돼 얇아지는 현상으로 파열사고가 발생하기 전까지 외부에서 현상을 감지하기 어렵다. 발전설비에서 발생하는 FAC는 보호산화피막인 마그네타이트의 용해도에 따라 달라진다.
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