설비의 노화와 수명
1 설비의 노화
1) 노화의 정의
- 설계의 사용 및 이용에 따라 설비 재료가 마모되거나 변형되어 기능이 저하되거나 파괴되어 사용하지 못하게 되는 현상.
- 일반적으로 오염 및 낡음(노후)과 구분되며, 기능적 저하 및 내구성의 감소로 평가한다.
2) 노화의 원인
① 부식(corrosion)
- 주변환경과의 반응에 의한 재료의 마모 손상 현상.
- 표면반응과 관련되며 저온과 고온에서 모두 발생.
- 균일부식의 경우 수명이 선형적으로 감소하여 예측이 가능하나 응력부식균열(Stress corrosion cracking)은 손상속도가 빠르고 잔여주기 예측이 불가능하다.
② 열화(deterioration)
- 고온에서 사용되는 설비들이 특정환경에 노출시 시간의 경과에 따라 설비 구성 재료의 물성이 변화하는 현상.
※ 잔여수명(remaining useful life)
- 각종장치물이 보수 또는 교체시기까지 사용과정에서 문제없이 안전한 상태로 운전될 수 있는 잔여기간.
- 일반적으로 시간의 경과에 따라 선형적으로 내구/기능의 감소가 있어서 잔여수명의 예측이 가능하다.
2 수명예측방법
1) 정비정검
- 수명평가를 위한 데이터를 지속적으로 수집
* 두께등 치수자료, 비파괴 검사 데이터, 압력, 온도, 유량, 운전조건
- 주기적인 잔여수명평가를 통해 공정 안전운전에 이상여부를 판단하고 수명소진 사전 대응을 한다.
2) 균일부식과 국부부식의 평가
- 균일부식 : 부식환경(일반적인 노출환경)에 균일하게 부식이 발생되는 것. 부식척도를 통해서 수명 예측가능.(초기두께에서 최소요구두께를 뺀 부식률로 평가)
- 국부부식 : 설비등 표면에 발생한 다수의 pit(국부부식 현상) 중 가장 깊이 진행된 것을 기준으로 수명 계산. 단 수많은 pit 중 최대치를 찾아서 평가하는건 불가능에 가까움.
3) Creep 수행평가
- 재료내부의 열화에 의해 기계적 물성이 바뀌면서 설비의 수명이 설계와 달리 단축되는 경우.
- 고온의 분위기 내에서 작동하는 설비(보일러, 납사 분해로등)에는 Creep, 흑연화, 침탄, 취화등이 발생한다.
* 흑연화(Graphitization), 침탄(Carburization), 취화(Embrittlement)
- 열화도 진단등으로 잔여수명 예측을 수행
* 열화도진단 : 높은온도에서 사용되는 설비는 항복응력보다 낮은응력에서도 영구변형되며 그 변형량은 시간이 지날수록 증가하는 특징이 있다. 이러한 특징을 역추적하여 creep정도를 파악하는 방법.
- 탄소강이나 합금강(C-Mo 강)은 500℃의 고온의 환경에서 장시간 사용할 경우 펄라이트 내 세멘타이트가 흑연이되며 취성이 발생한다. 강도변화를 주기적으로 측정하여 잔여수명을 예측하여야 한다.
* 흑연화 : Cementite(Fe3C) → 3Fe+C(Graphite)
- 침탄도에 따른 경화정도를 평가하여 수명을 예측
3 내구연수
1) 정의
- 건축기계설비를 목표한 성능과 효율을 유지할 수 있는 최소한의 기한.
2) 특징
- 기기특성, 설치환경에 따라 달라지나, 기계설비는 일반적으로 15~20년 수준의 내구연수를 가지도록 설계됨.
3) 내구연수 평가
- 외부 손상정도 평가
- 성능 저하 여부 평가
- 안전위험성 평가
4) 내구연수 고려사항
- 물리적수명 : 물리적으로 내구를 가지고 유지할 수 있는 기간.
- 기능적수명 : 기능저하로 인한 계속사용이 불가능한 시점까지의 기간.
- 기술적수명 : 효율 및 신기술 신공법에 의한 변천으로 교체되거나 폐기되는 동안의 기간.
- 사회적수명 : 사람들의 기호 및 취향, 법적 요규 조건 및 규젱[ 따른 제한된 기한.
4 경제수명
1) 정의
- 건축기계설비의 기대하는 기능과 성능을 유지하며 소요비용의 최소화를 이루는 수명기한.
2) 특징
- 투자비 및 투자자금의 상환과 유지보수 및 감가상각을 고려한 기간
가치창출 x 경제수명 > 누적 유지보수비용 - 감가상각비용
3) 경제수명의 관리
- 감가상각 기준의 설정
- 투자 및 투자자금 회수 조건 검토
- 유지보수 방법에 대한 설정