Abstract
While they are becoming more viable, synthetic natural gas (SNG) plants, with their high temperatures and pressures, are still heavily dependent on advancements in the state-of-the-art technologies. However, most of the current work in the literature is focused on optimizing chemical processes and process variables, with little work being done on relevant mechanical damage and maintenance engineering. In this study, a combination of pipe system stress analysis and detailed local stress analysis was implemented to prioritize the inspection locations for main pipes of SNG plant in accordance to ASME B31.3. A pipe system stress analysis was conducted for pre-selecting critical locations by considering design condition and actual operating conditions such as heat-up and cool-down. Identified critical locations were further analyzed using a finite element method to locate specific high-stress points. Resultant stress values met ASME B31.3 code standards for the gasification reactor and lower transition piece (bend Y in Fig.1); however, it is recommended that the vertical displacement of bend Y be restricted more. The results presented here provide valuable information for future risk based maintenance inspection and further safe operation considerations.
최근 합성천연가스(synthetic natural gas, SNG)의 사용과 합성천연가스를 생산하는 플랜트의 실증 운영이 증가하고 있다. SNG 플랜트는 다양하게 개발된 여러 합성 공정 기술이 적용되고 있으며, 이러한 공정의 특성상 고온, 고압의 운전 조건을 가진다. 기존 여러 연구들은 주로 합성천연가스 생산을 위한 화학적 합성 공정의 변수와 공정 최적화에 대한 연구에 집중되어 왔다. 이에 비해, 기존 산업 플랜트와는 다소 차별되는, 공정 특성으로 인한 SNG 플랜트의 기계적 손상과 유지보수 기법에 대한 연구는 많지 않다. 본 연구에서는 SNG플랜트의 주요 배관계통에 대해 ASME B31.3에 의거한 배관 시스템 응력 해석을 수행하였다. 또한 특이 부위에 대해 상세 국부 응력 해석을 수행하였다. 해석 결과로부터 배관 주요부위 중 파손 리스크가 높은 취약부의 위치를 선정하였다. 이 위치들은 배관 위험도 관리 대상으로 활용할 수 있다. 배관 시스템 응력 해석은 설계 운전조건과 실제 운전조건을 고려하여 수행되었다. 배관 시스템 응력 해석을 통해 도출된 주요 부위에 대해서는 국부적 상세 응력 해석을 위해 유한 요소 해석이 수행되었다. 발생되는 상세 응력 값은 가스화 반응기 및 하부 곡관부 대한 ASME B31.3 코드 표준을 만족하였다. 하부 곡관부의 경우 수직 변위를 제한하는 것이 구조적으로 안전 향상에 좋을 것으로 파악되었다. 수행된 해석결과는 향후 위험도 기반 유지 보수 검사 및 안전 운영에 대해 기반 정보로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.
