R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201818CTAP-C117188-03 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | HILS기법을 적용한 플랜트 기자재 정밀안전진단 기술개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2016-06-28 ~ 2019-04-27 | |||||
| 연구책임자 | 이봉수 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
5명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
15명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 290,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 290,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 880,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 880,000,000 원 |
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| 연구기관명 | (재단)한국기계전기전자시험연구원 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
연구개발개요 ○ 구미 불산사고 등 관련 동일, 유사 사고가 지속적으로 발생하고 있어 노후 된 산업단지 내 위해시설에 대한 정밀안전진단을 통한 개선 및 재발방지 대책 마련이 필요 ○ 주요 안전사고를 유발하는 위험물질의 보관 및 이송 관련 파이프, 밸브 등 요소기기 등에 대한 신뢰성 평가(진단)가 이루어 지지 않을 경우 관련 사고의 근원적 개선방안 마련 곤란 ○ 일반적으로 산업안전공단, 가스안전공사 등의 전문기관은 사업장의 전반적인 시스템적 위해요소에 대한 진단업무를 주로 실시하고 있어 관련 요소부품에 대한 잔여 수명예측 등을 위한 별도의 정밀진단 필요 ○ 기계 설비 안전진단의 중요성 - 제조 공정 및 플랜트 설비의 고도화, 대형화 추세에 따른 크고 작은 안전사고 발생 - 화학 공업 설비에서 유체나 가스의 누출은 화재나 폭발과 같은 재해뿐만 아니라 인명 피해 및 환경오염 등 심각한 재해 유발 - 기계설비 신뢰성 및 안전성 확보는 국가 기간 산업의 매우 중요한 비중을 차지 ○ 기계 설비 신뢰성 검증의 필요성 - 노후 산업단지, 플랜트 설비(석유화학 플랜트 등)의 경우, 설비의 내구년한 초과에 따른 안전사고의 가능성이 높은 상황 임 - 정확한 잔존 수명을 예측함으로써 유지/보수/교체에 따른 효율적 안전관리가 가능 - 기계설비 분야의 신뢰성 검증은 법정 검사로 확인할 수 없으며, 기초 데이터 확보가 절실함 - 본 과제를 통하여 개발된 정밀안전 진단기법을 현장에 적용하고 운반계통 기기류의 신뢰성 검증, 예측수명 기법을 개발함으로써 안전설계 기술의 기초 데이터로써 활용이 가능할 것임 ○ HILS 기법 적용을 통한 정밀안전 진단의 첨단화 필요성 - 종래의 정밀진단의 경우, 현장에서 수집한 데이터를 분석하고 단순 DB화하여 유지·보수 시에 기초데이터로 활용하는 정도로 진행 됨 - 플랜트 설비 현장에서의 안전진단 및 유지관리는 시간 주기적 방식에 근거하여 설비의 성능, 안정성, 잔존 수명 및 가용도를 관리하고 있음 - 플랜트 기자재의 정확한 잔존 수명 예측 및 상태 기반 고장진단 예측을 위해서는 현장의 작동조건을 반영한 정확한 예측수명 모델의 개발이 절실함 - HILS(Hardware in the loop simulation)은 수학적 모델에 기반한 종래의 시뮬레이션 기법에서 탈피하여 실제 하드웨어를 시뮬레이션 루프에 삽입함으로써 시뮬레이션의 정확성을 대폭 향상 시킬수 있는 기술 임 [최종목표] ○ 플랜트 기자재 상태 기반 고장진단 모델식 개발 ○ HILS 기법을 적용한 플랜트 기자재 현장 재현 시뮬레이터 개발 ○ 플랜트 기자재 고장모드 및 내구 수명 DB 구축 ○ 선행 연구사례 분석 및 관련 기술기준 조사 - 진단대상의 설계 기준, 설치상태, 공정 분석 - 설비이력카드, P&ID 검토 등을 통한 기자재의 작동 환경 분석 - 정상상태 작동 조건과 비정상상태 작동 조건의 조사/분석 - 관련 부처에 산재해 있는 안전검사 관련 기술기준의 중복성 검토 - 플랜트 위험도평가 및 안전진단과 관련된 법령 및 기술기준 조사 ○ 비파괴시험, 진동감시 시스템 등 활용한 정밀안전진단 기술 개발 - 육안 검사를 통한 기존 안전진단의 문제점 조사/분석 - 비파괴시험 및 진동상태 모니터링 기법 개발 - 가동중 실시간 진동 및 변위 측정을 통한 안전진단 기술 개발 - 플랜트 소재에 대한 침식, 부식 모니터링 기법 활용한 진단기술 개발 ○ HILS기법을 적용한 신뢰성 시험 기법 개발 - 현장의 실제 작동 환경(조건)을 반영한 재현 시뮬레이터 개발 - 진동 피로내구, 굽힘 시험, 열사이클, 워터 해머링 등 다양한 Lab-test 수행 - 기자재 수명예측 모델식과의 비교/분석을 통한 정확성 검증 ○ 사고사례, 안전기준 및 고장율 DB 구축 - Lab-test 결과 반영, 국내외 시험 표준의 보완 및 개선안 제시 - 생산가용도 평가 표준 DB 구축 ○ 플랜트 기자재 상태기반 고장진단 모델식 개발 - 건정성/고장모드 데이터 비교분석을 통한 고장진단 가능 제어알고리즘 개발 - 배관 기자재 잔존수명 예측기술 개발 - HIL 시뮬레이터를 통한 고장모드 시험 결과의 비교, 분석을 통한 기자재의 신뢰성 및 예상 수명 평가 [연구내용 및 범위] ○ 선행 연구사례 분석 및 관련 기술기준 조사 - 진단대상의 설계 기준, 설치상태, 공정 분석 - 설비이력카드, P and ID 검토 등을 통한 기자재의 작동 환경 분석 - 정상상태 작동 조건과 비정상상태 작동 조건의 조사/분석 - 관련 부처에 산재해 있는 안전검사 관련 기술기준의 중복성 검토 - 플랜트 위험도평가 및 안전진단과 관련된 법령 및 기술기준 조사 ○ 비파괴시험, 진동감시 시스템 등을 활용한 정밀안전진단 기술 개발 - 육안 검사를 통한 기존 안전진단의 문제점 조사/분석 - 온도/압력/유량 및 진동 상태 모니터링 기법 개발 - 가동중 실시간 진동 및 변위 측정을 통한 안전진단 기술 개발 - 플랜트 소재에 대한 침식, 부식 모니터링 기법을 활용한 진단기술 개발 ○ HILS기법을 적용한 신뢰성 시험 기법 개발 - 현장의 실제 작동 환경(조건)을 반영한 재현 시뮬레이터 개발 - 진동 피로내구, 굽힘 시험, 열사이클, 워터 해머링 등 다양한 Lab-test 수행 - 기자재 수명예측 모델식과의 비교/분석을 통한 정확성 검증 ○ 사고사례, 안전기준 및 고장율 DB 구축 - Lab-test 결과 반영, 국내외 시험 표준의 보완 및 개선안 제시 - Web 기반의 플랜트 기자재의 정밀안전진단 관련 DB 구축 ○ 플랜트 기자재 상태기반 고장진단 모델식 개발 - 건전성/고장모드 데이터 비교분석을 통한 고장진단 가능 제어알고리즘 개발 - 배관 기자재 잔존수명 예측기술 개발 - HIL 시뮬레이터를 통한 고장모드 시험 결과의 비교, 분석을 통한 기자재의 신뢰성 및 예상 수명 평가 ○ 플랜트 기자재 환경 분석 - 유해물질 적용, 사고 시 인명·환경관련 대형 피해로 확산 가능성 고려 - 플랜트 기자재 현장 중 가스, 유해물, 옥외탱크 설치 현장 고려 - 배관 기자재의 구성 비율이 큰 플랜트 현장 고려 - 반응로, 고압가스용 기기, 배관 기자재 등이 집약된 장치산업으로서 장기간 사용에 따른 부식 및 경년열화에 의한 안전도와 운전효율 저하가 예상되는 현장 고려 - 안전사고 원인 분석에서 부주의·자연재해 등의 요인보다는 관련 기자재의 신뢰성, 노후화 등과 직접적 연관 ○ 지역적 영향성 평가 - 국내 주요 플랜트 설비 집중화 지역 중, 노후화로 인하여 안전사고 위험도가 상대적 지역 검토 - 수도권 지역은 인구 및 주변 시설 밀집도를 고려했을 때 안전사고에 따른 대형피해가 예상되는 현장 고려 - 비수도권지역은 대표 노후화, 안전성 대비 예상 피해 규모 등을 고려 ○ 설비노후화 및 제반여건 평가 - 설비 노후정도와 안전점검 사고이력 등을 조사하여 현장 진단 및 기자재 신뢰성 평가가 필요한 대상 업체를 선정 - 제조 공정 및 기반 시설에 운송용 배관 기자재 적용율이 높은 업체 선정 - 주변 인구 및 시설 밀집도가 높은 지역을 선택 ○ 플랜트 기자재 안전·기술 기준 조사 및 분석 - 사업장 안전과 관련된 법령 및 기술기준의 조사 - 관련 부처에 산재해 있는 안전검사 관련된 기술기준의 중복성 검토 - 기계설비 분야의 KS, 단체표준, ISO 및 신뢰성 시험 표준과 Lab test의 결과를 적용하여 기존 검사 기준의 보완 및 개선안 제시 ○ HILS 평가를 위한 시뮬레이터 제어알고리즘 개발 - HILS 평가를 위해서는 하드웨어(Unit under test)로 반응하는 입출력 신호 및 분석·반응하는 제어 알고리즘 구축이 필요함 - 본 과제에서 진동, 압력/유량을 테스트 베드의 액추에이터(유압 가진기, 펌프/밸브 등)를 능동 제어함으로써 현장 상황을 재현 함 - 진동 재현시뮬레이션의 경우, 가속도/속도 측정 센서로 입력된 데이터를 분석하여 변위 데이터로 분석 후, HIL 시뮬레이터의 유압 가진기를 변위 제어를 함으로써 실제 진동 환경을 재현 - 진동 및 피로내구 평가를 위한 가진기는 유압식 및 전자식 가진기를 선정하며, 각 가진 시스템의 특성을 파악하여 가진력, 주파수, 가속도 등을 산정 - 온도, 유량은 적외선 센서 및 초음파 유량계 등의 비접촉 계측 시스템과 DAQ(Data acquisition) 시스템을 활용하여 현장 작동 조건 모사] - 밸브, 배관 및 이음쇠 내부 유동에서 발생하는 압력/유량/온도 작동환경의 재현을 위해서 펌프(부스터 펌프, 플런저 펌프), 밸브(전자식 자동밸브) 등의 가진기를 선택하여 제어기의 최적 설계를 통하여 작동환경 재현 |
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| 색인어 | 한글 | 안전진단 | 힐스 | 플랜트 기자재 | 시뮬레이션 | 수명예측 |
| 영문 | Safety diagnosis | HILS | Plant component | Simulation | Life Prediction | |
| 최종보고서 | 최종보고서 보완본.pdf | |||||