Plant 2010 conference

100 TPO100 TPO급급 LNG LNG 공정의공정의

2010 12 172010 12 17

RAM RAM 성능성능 평가와평가와 개선개선

2010. 12. 172010. 12. 17

발표자발표자: : 이이 홍홍 철철

한국건설기술연구원한국건설기술연구원

1제로 카본 그린홈 개발 1

발표내용발표내용발표내용발표내용

RAM & Design

M h d l f RAM E l i & IMethodology of RAM Evaluation & Improvement

Standalone RAM evaluation tool & Verification

RAM efficiency improvement

Integrated Design Solution for LNG plant

RAM ?

Reliability

The ability of an item to perform a required function, under given environmental and i l di i d f d i d f i SO8 02operational conditions and for a stated period of time [ISO8402]

Availability

f fThe ability of an item (under combined aspects of its reliability, maintainability, and maintenance support) to perform its required function at a stated instant of time or over a stated period of time [BS4778]

Maintainability

The ability of an item, under stated conditions of use, to be retained in, or restored to, a i hi h i f i i d f i h i i f d dstate in which it can perform its required functions, when maintenance is performed under

stated conditions and using prescribed procedures and resources [BS 4778]

3가스플랜트사업단 1핵심과제

PLANT design & RAM

개념설계(FEED)

기본설계 상세설계 제작 상업운전

상세설계 변경최소화

정량/정성분석설계 반영

사고/고장저감/방지

위험요소 확인

안전성 확인

위험요소 확인

안전성 확인

최소화

화재, 폭발해석

피해분석

화재, 폭발해석

피해분석

설계 반영

화재, 폭발

충돌

화재, 폭발

충돌

저감/방지

위험도평가(QRA)

생산가용도 분석

안전 시스템

신뢰도 해석

위험도평가(QRA)

생산가용도 분석

안전 시스템

신뢰도 해석

낙하물 피해

유해가스 확산

낮은 생산성

위험한 작업환경

낙하물 피해

유해가스 확산

낮은 생산성

위험한 작업환경신뢰도 해석신뢰도 해석 위험한 작업환경위험한 작업환경

생산가용도의 중요성

Predict the future performance System criticality analysis (생산량 감소에 영향이 큰 아이템 분석)O i i i f i i k & h ldi i

생산가용도의 중요성

4가스플랜트사업단 1핵심과제

Optimization of preventive maintenance tasks & spare holding requirements

System performance

5가스플랜트사업단 1핵심과제

Method of production availability evaluation

Analytical solution

Cut-Set (FTA, Fault Tree Analysis)k d i li bili l k i

Analytical method

Network Reduction (Reliability Block Diagram)Markov Process

Si l i

Block diagram

Simulation

Monte-Carlo SimulationPetri-Net Simulation Fault / Event tree

프로세스 상태를 예측하기 위해 다양한 가상 조합 (Random event) 발생

Monte-Carlo simulation(상용코드)

FMEA/FMECA

6가스플랜트사업단 1핵심과제

Methodology of RAM improvement

RAM 평가도구

단위요소 RAM 정량화

공정/시스템 RAM 정량화

RAM 평가지수

– Reliability

→ Availability (ex. MTTR)

→ Life cycle performance→ Life cycle performance

→ Production efficiency

→ Construction cost

→ Operation cost

→ Benefit

Critical failure

RAM 개선 mechanism

RAM 평가 Vs. 성능목표

성능개선

– 장치류 개선 (ex. critical failure 개선)

– 공정 구성 개선 (ex serial process → parallel process)공정 구성 개선 (ex. serial process → parallel process)

– 신공정 적용 (ex. KOGAS LNG process)

개선 공정 피드백 & RAM 평가

지능형 RAM 기반 LNG 플랜트 공정 최적화

7가스플랜트사업단 1핵심과제

Detail of RAM evaluation

efficiencyActualtimeoperationPotential

timeoperationActualtyAvailabili ×= %100

yreliabilitReR

efficiencyPotentialefficiencyActualefficiencyroductionP

t=

×=

−

:

%100

λ

MTBF

hourstimemissionthourperfailuresrateHazardantconst

yreliabilitR

=1

)(:)(:

:λ

MTTRMTBFMTBFtyAvailabili

failuresbetweentimemeanMTBF

MTBF

+=

=

:λ

TMTBMMTBMtyavailabililOperationa

repairtotimemeanMTTRMTTRMTBF

MMD+=

+:

productionAchievedefficiencyroductionP

timedownntenancemaimeanTtenancemainbetweentimemeanMTBM

MMD

=

::

8가스플랜트사업단 1핵심과제

productionPotentialff y

Detail of RAM evaluation

RR

RR

n

i

n

iS

)1(1

1=

∏

∏=

ionconfiguratparallelwithyRaliabilitRionconfiguratserieswithyRaliabilitR

RR

P

S

ii

P

::

)1(11

−−= ∏=

Multi lifecycle simulation(진행중)Monte-Carlo SimulationPetri-Net Simulation

9가스플랜트사업단 1핵심과제

Object of RAM evaluation

C3MR process(TB t-1)

In-take facility

liquefaction process

Fractionation process

MR refrigeration process

C3 refrigeration process

N2 removal process

적용범위

주요 프로세스

장치류장치류

배관류, 밸브류 제외

센서류, 센서류 제외

10가스플랜트사업단 1핵심과제

설계사의 요청으로 배포자료 내 대상 프로세스 유사사례로 대체함

Standalone RAM evaluation tool

기초 DBOREDA 2002부존자료 유사 장치류 DB 준용

Failure modeCritical failureDegraded failureDegraded failureIncipient failure Non-critical failure

Availability : 95.14%Intake facility : 99.46%liquefaction process : 99.28%F i i 99 51%Fractionation process : 99.51%MR refrigeration process : 98.52%C3 refrigeration process : 98.97%N2 removal process : 99 53N2 removal process : 99.53C2 storage : 99.99C3 storage : 99.77%

11가스플랜트사업단 1핵심과제

Verification of RAM evaluation tool

RAM 평가모듈 검증 (MAROS)RAM 평가모듈 (stand alone)

Summary

Test Bed Train 1(100 tones/day)

배관, 밸브, 센서류 배제

Critical fail 상태만 고려

배관, 밸브, 센서류 배제

Critical fail 상태만 고려Test Bed Train-1(100 tones/day)

Stand Alone Static RAM 평가모델

상용툴과 오차 2.3% 이내 (MAROS)

Compressor 등에서 Max Critical

Critical fail 상태만 고려

비정상적 장치류 손상 모델링 배제

Analytical solution

Critical fail 상태만 고려장비성능저하, 부분손상 등 반영가능

징비교체 주기, 유지보수정책 반영

가능

시뮬레이션 결과((100회) 통계처리Compressor 등에서 Max. Critical

Failure 발생

OREDA Handbook 유사 DB 활용

LNG liquefaction network diagram of MAROSLNG liquefaction network diagram of MAROS

시뮬레이션 결과((100회) 통계처리

장치별 Reliability DB 부재

유사 활용

장치류(Main HX 등) DB 부족

(부품모델 수명평가 등 보완)

Future

Multi lifecycle simulation

WEB 기반 통합설계환경에 통합

TB train-1 세부모듈 RAM 반영

TB train-1 장치류 RAM DB 보완

MAROS RAMMAROS RAM 평가평가 resultresult

가스플랜트사업단 1핵심과제 12

Stand alone Static RAM Stand alone Static RAM 평가평가 SHEETSHEETMAROS RAM MAROS RAM 평가평가 resultresult

Case study of RAM evaluation (MAROS)

가스플랜트사업단 1핵심과제 13

Case study of RAM evaluation (MAROS)

가스플랜트사업단 1핵심과제 14

Case study of RAM evaluation (MAROS)

가스플랜트사업단 1핵심과제 15

Case study of RAM evaluation (MAROS)

가스플랜트사업단 1핵심과제 16

RAM efficiency improvement

Summary

Critical Fail 발생 장치류 분석

Production Efficiency 1.5% 변동

개선대상

N2, MR, C3 compressor

개선요소

기본공정y

Compressor 분석

Series → parallel config.

기본 액화공정 개선

기본공정 (반영 없음)

공정구성(가정)

– 1*100% compressor

→ 3*50% compressor`

장치류 개선

RAM report 한계

P i l

장치성능 (반영 없음)

Process, equipment, valve,

pipe, sensor, contorl module

제한적 적용

TB 용량 제한으로TB 용량 제한으로

system 다변성 반영 미비

상용급 scale-up 모델의 경우

적용 한계 극복 가능

Production efficiency 개선 ( 94.924% → 96.424% )

적용 한계 극복 가능

Future

지능형 최적화 모듈 개발Compressor의 critical failure 해소

가스플랜트사업단 1핵심과제 17

지능형 최적화 모듈 개발p 의 해소

Integrated Design Solution for LNG plant

LPMSLPMS--RAMSRAMS

Design management systemDesign management system RAM & RBIRAM & RBI EDBEDB

LNG RAMLNG RAMDesign reviewDesign review Cad data managementCad data management LNG RBILNG RBI

Quantitative RBIQuantitative RBIIntegrity assessmentIntegrity assessment Property managementProperty management Qualitative RBIQualitative RBI SemiSemi--quantitative RBIquantitative RBI

가스플랜트사업단 1핵심과제 18

Document managementDocument management http://idms.skku.ac.kr/lpms-rams