500MW급 화력발전소 보일러급수펌프의 비 균일 열 성장에 따른 축 정렬 변형해석

Abstract

보일러 급수펌프는 화력발전소에서 보일러에 급수를 공급하는 중요한 기기중의 하나이다. 중요한 기능을 담당하고 있는 기기에 정상운전 중 문제점이 발생되면 발전소를 정지하여야 한다. 발전소가 정지하게 되면 우선 안정적인 전기 공급에 차질이 발생되고, 또한 발전설비 정지로 인해 경제적인 손실까지 입게 된다. 이번 연구에서 보일러 급수펌프의 안정적이고 신뢰성 있는 운전 상태를 유지해주기 위하여 고장원인 중 가장 많은 비중을 차지하고 있는 축 정렬(軸 整列) 문제에 대하여 근본적인 원인을 찾아보고자 한다. 축 정렬은 보일러급수펌프와 구동터빈이 정상운전 중 축이 동심상태에서 운전 될 수 있도록 정비 시에 고려하여 축의 중심을 맞추어주는 작업이다. 즉, 두 축이 최적의 운전 상태로 운전될 수 있도록 두 축을 정렬하여 맞추는 중요한 정비작업 중의 하나이다. 축 정렬이 잘못 되었을 시 기기는 마찰, 파손, 열 발생, 진동 등 심각한 증상들이 발생되어 신뢰성 있는 운전에 지장을 초래한다. 축 정렬에 문제가 생기는 원인은 우선 구동터빈과 펌프의 운전조건이 서로 다르고, 서로 다른 재료로 제작되어 각각의 다른 열팽창계수를 가진다. 그러므로 두 기기간의 정확한 열 성장에 대한 정보가 부족하고 또한, 정보가 제공되더라도 화력발전소와 같은 고속, 고온, 고압운전조건으로 시험을 할 수 없기 때문에 운전 시의 정확한 열 성장량을 알 수 없다. 또한, 기기를 직접 현장에 설치하여 주변기기와 연결배관의 영향이 고려되어 제공된 보정 값이 아니기 때문에 그 보정 값을 신뢰하기가 어렵다. 이러한 축 정렬문제로 인하여 보일러 급수펌프의 빈번한 정지가 초래되었다. 현장에서는 이러한 문제점으로 인하여 퍼말라인(Permalign)이라는 레이저 장비로 실제 운전 중인 기기에 열 성장을 측정하여 취득한 데이터를 적용하여 보일러급수펌프설비의 운전신뢰도를 향상시키고 있다. 그러나 고온, 고압, 고속회전으로 운전 중인 기기에 측정 장비를 설치, 분해하는 작업은 화상, 협착 등 많은 위험요소가 있어 안전사고 및 설비사고의 발생을 초래할 수 있다. 또한, 정보 취득 시 많은 시간과 비용이 소요된다. 이번 연구에서 보일러 급수펌프를 모델링하고, 지지대의 형상에 따른 열 분포 및 주변배관의 응력을 고려하여 전산해석 하였다. 화력발전소 500MW 정상운전 중 지지대의 형상, 배관의 응력 등이 고려된 비 균일 열 성장의 경향에 대하여 알아보고 발전소 급수펌프 설비의 정비신뢰도를 향상시키고자한다. 이 연구로 요즘 건설되고 있는 신규 대용량 보일러 급수펌프 설비에 적용하여 축 정렬문제로 인한 설비 문제 발생 시 근본적인 원인에 대하여 알아보고 적절한 해결방법을 제시하고자한다. 또한, 급수설비의 신속한 복구능력을 확보하고 안정적으로 운영하여 연속적인 전기를 공급하는데 있다. 발전소는 국가보안시설로 각종 데이터의 취득 및 반출의 한계로 인하여 내부 정비보고서를 일부 활용하였음을 밝혀둔다.