LNG 液化工程의 統合 運營 및 維持保守 管理시스템 開發에 관한 硏究 = A study on the development of an Integrated O&M Management System for LNG liquefaction processes

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

As the advance of technology and cultural level, the demand for energy is increasing, therefore various energy sources have been developed so far. It is estimated that the need to natural gas, one of the promising source in several clean energy sources, is increasing by three times until 2020 by now.
Natural gas should be liquified at -162.5℃ or below for safe transportation and storage, however there should be skillful technic to cope with potential danger accompanied by extreme low temperature of LNG.

The object of this study is to obtain process operation data by simulating liquefaction process of LNG by using HYSYS program, and further this study is subject to propose O&M technology of liquefaction process of LNG.

We first obtained operation data by simulating C3MR process of APCI which occupies 70% of the world in LNG liquefaction process by using HYSYS, and conduct abnormal diagnosis based on the obtained operation data.

Amongst several technical methods for abnormal diagnosis, this study is conducted based on PCA technic and we focused on dangerous cooling process.

As a result, it is possible to adaptability of PCA technic to abnormal diagnosis along with securing accuracy of simulation of HYSYS operation. Thereby it is possible to confirm of efficient management and repair technic of LNG by conducting patent search and technical search regarding O&M technology. We propose, for optimal operation of management of LNG liquefaction process, IOMMS, a system which incorporate abnormal diagnosis of process using data mining based mutivariate SPC and methods including conventional RCM,RBI, IDMS.

This system is adapted to not only single facility but also complex facilities, and it is cooperative with conventional operating & management system. Also, this system includes a module that is able to reflect users demands.

Further it is estimated that IOMMS system maximizes user convenience by computerization and it assures efficiency & consistency of operating & management. Also, IOMMS system need not new investment for facilities and estimated to show rapid ROI.

국문 초록 (Abstract)

기술과 문화의 발전에 따라 에너지의 요구량은 점점 증가하고 있으며, 그로 인해 다양한 에너지원이 개발 되고 있다. 그 중에서 청정에너지로 대두되고 있는 천연가스의 사용은 2020년에 현재대비 세 배에 이르는 에너지 요구량을 예측할 정도로 급증하고 있는 반면, 천연가스는 -162.5℃로 액화되어 수송, 보관에 유리한 형태로 이용되고 있는데 극저온에서의 위험성이 뒤따르기 때문에 그에 대한 대책이 필요한 상황이다.

이에 본 연구는 HYSYS 프로그램을 이용하여 LNG 액화공정을 모사하여 공정 운영 데이터를 얻어내고, 추출된 데이터를 이용하여 LNG 공정의 이상 진단을 위한 방법을 제시하고 LNG 액화공정의 O&M기술을 제시하는 데에 그 목적이 있다. 우선, HYSYS를 이용하여 전 세계 LNG 액화공정의 70%를 차지하고 있는 APCI의 C3MR 공정을 모사하여 실제 공정에서 나올 수 있는 데이터를 추출하였으며, 그 데이터를 대상으로 이상진단을 실시하였다. 여러 이상진단 기법 중, 본 연구는 PCA기법을 기반으로 이루어졌으며, 공정에서 위험성이 큰 냉각공정에 초점을 두어 연구를 진행하였다.

그 결과 HYSYS 공정 모사의 정확성과 더불어, PCA기법을 이용한 이상진단에 대한 가능성을 확인할 수 있었으며 O&M기술의 특허조사와 기술조사를 통해 LNG의 효율적인 유지보수의 기법의 확인을 통하여 LNG 액화공정의 운영 및 유지보수를 위해서 기존의 위험중심관리(RCM), 위험기반검사(RBI), 자료열람유지보수체계(IDMS) 방법들과 공정데이터 마이닝 기반의 다변량 통계를 이용한 공정 이상진단을 통합한 통합 운영 및 유지보수 관리시스템(IOMMS)을 제안한다.

이 시스템에서는 기존의 O&M의 도면정보시스템, 설비신뢰성평가시스템, 설비손상정보시스템, 변경관리시스템, 정량적위험성 평가시스템, 비상대응시스템이 구축될 것이고, 공정데이터 마이닝 기반의 O&M을 위해서 공정데이터를 이용한 유지보수 시스템, 다변량 통계적 모니터링 시스템, 공정 이상진단 시스템, 설비 이상진단 시스템들로 구성됨으로서 단일 설비부터 복합 설비에 적합하도록 구성되어 기존의 유지보수 체계와 연계되도록 하여 다양한 유지보수 기능을 모듈로 구성되고, 사용자의 요구를 고려한 시스템으로 구성된다.

또한, 전산화로 사용자의 편의성을 극대화하고, 유지보수의 일관성과 효율성을 보장하며, 새로운 설비 투자가 필요하지 않고, 현장 적용의 신속성과 빠른 투자 회수율(ROI)을 가질 것으로 예측된다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서 론 = 1
• 1.1 연구배경 = 1
• 1.2 연구목적 = 6
• 2. LPG와 LNG의 물리적 특성 및 조성 = 7
• 3. LNG 액화공정 = 10
• 3.1 냉매 사이클 = 10
• 3.2 액화 공정 = 11
• 3.3.1 액화공정의 현황 = 11
• 3.3.2 액화공정의 종류 = 12
• 4. LNG 공정관련 특허분석 = 20
• 4.1 액화천연가스 공정 분야 = 21
• 4.2 통합 운영 및 유지보수 관리 시스템 분야 = 33
• 5. LNG 운영 및 유지보수관리 시스템 = 37
• 5.1 LNG 공정 O&M = 37
• 5.1.1 RCM (Reliability Centered Maintenance) = 37
• 5.1.2 RBI (Risk Based Inspection) = 40
• 5.1.3 IDMS (Inspection Data Management System) = 44
• 5.1.4 유지보수 관리시스템 = 46
• 5.2 LNG 액화공정 통합 운영 및 유지보수 관리시스템 제안 = 47
• 5.2.1 지능형 도면 application = 48
• 5.2.2 극저온 설비 손상 특성 DB = 48
• 5.2.3 LNG 플랜트 검사 및 정비 관리 시스템 = 49
• 5.2.4 LNG 플랜트 운영 데이터마이닝 시스템 = 49
• 5.2.5 LNG 액화공정 통합 운영 및 유지보수 관리시스템(IOMMS) = 49
• 6. HYSYS를 이용한 LNG 공정모사 = 51
• 6.1 LNG 액화 공정 = 51
• 6.2 공정모사 결과 = 54
• 7. LNG 액화공정 다변량 통계 공정 제어 및 이상진단 = 57
• 7.1 주성분분석 (Principal Component Analysis, PCA) = 57
• 7.2 데이터마이닝 기반 다변량 통계분석 시스템 = 59
• 7.3 다변량 통계분석 기법을 이용한 냉각기 이상진단 = 59
• 8. 결 론 = 64
• 참고문헌 = 65
• ABSTRACT = 68