S/G 구조적 진동 방지를 위한 시공기술 개발

[문인득]

S/G 구조적 진동 방지를 위한 시공기술 개발  

■ 개 요

  한수원에서 개발한 특허『원자로내장품 원격제어 측정기술』, 그리고 두산중공업에서 개발한  『CSB와 LSS/CS 모듈화』 특허 기술은 건설주공정 단축이 목적이다. 그리고 한전기술에서 신고리 1,2호기, 신한울 1,2호기에서 『RCL/RVI 병행시공 타당성 평가』를 두 차례 수행한 적이 있다. 이러한 기술들은 신형원자로(APR 1400)의 주공정 단축을 위한 것으로 국제경쟁력 확보의 목적으로 개발된 기술이지만 실제 적용에 문제점이 있다.

   이 기술들을 건설공사에 적용함에 있어서 가장 큰 장애 요인으로 작용하였던 것은 RCL 중간관 용접 중 발생되는 용접수축에 의한 잔류하중이 증기발생기 슬라이딩 베이스에 남게 하여 발전소 기동,정지 시 높은 마찰력을 일으키는 것에 대한 영향이 전혀 고려되지 않았다.

  따라서, 원자로냉각재배관의 중간관 최종연결구간의 용접으로 인한 용접 잔류하중  문제 해소를 해소할 필요성이 있다고 판단되어 중소기업청 R&D 과제 수행을 통해 증기발생기 하부지지구조에 잔류하중을 최소화 할 수 있는  원자로냉각재배관 원자로냉각재 배관 중간관 정밀기술을 개발하였다.

 개발 기술은 기존의 원자로냉각재배관 시공기술 보다 advanced된 기술로 신형원전(APR1400)뿐만 아니라 후속모델의 주공정 단축과 안전성향상을 통해 RCS 계통설비의 설계수명을 향상시키려는 목적에서 개발하였다.

  『신고리 5,6호기 주설비 공사 기술입찰지침』에는 설계 변경 없이, 인허가 역무가 추가로 요구되지 않으면서 바로 적용할 수 있는 기술을 요구하였다. 더불어 LCC 향상 방안을 품질 요건을 높은 배점을 배정한 바 있다.  따라서, 본 연구결과는 안전성향상, 주공정 단축, 고품질시공과 LCC를 향상할 수 있는 것을 핵심으로 하는 기술제안에도 활용할 수 있다.

 중기청 과제로 개발한 『신형원전 원자로냉각재배관 중간관 정밀 시공기술』은 용접수축 문제를 근원적으로 해결할 뿐 만 아니라, 용접 수축으로 인한 원자로냉각재계통 설비의 지지대에 잔류하는 하중을 효과적으로 제어하여, 구조적 진동을 예방하고 증기발생기 전열관 수명향상에  효과가 있는 기술이다.

■ 기존 원자로 시공법과 개선공법 차이

 기존 시공법

 기존의 중간관 최종용접은 고온관, 저온관 용접 완료 후 중간관 최종 연결하기 전에 측량하여 L자형 closure loop를 가공하여 시공한다. 이 방법은 슬라이딩베이스 지지구조에 높은 잔류하중이 남는 문제점이 있다. 과거 수동용접을 적용할 경우 이 부위에서 저온균열이 발생된 사례에서 높은 잔류하중이 존재할 수 밖에 없었다.

  용접 잔류하중의 영향은 증기발생기 슬라이딩베이스의 정적 마찰력에 영향을 미쳐 기동,정지 시 RCS 계통설비의 구조적 진동유발 한다. 설계적으로 기동/정시시는 마찰계수는 0.4를 적용하여 자중(증기발생기 무게 +물)에 운전하중이 작용하게 된다. 이 경우가 설계시방서에서 제시된 조건에서 제 성능을 발휘하게 되는 조건이다.  기동,정지 시 발생하는 하중 조합은 아래와 같다.

  설계시방서와 설계보고서에는 용접하중 + Thermal 가 반영되지 않았다. 바로 이 영향이 상업운전 초기와 운전중 증기발생기 전열관 마모 손상을 일으키는 원인 이였다. 이 부분이 증기발생기 수명을 단축 시킨 주범이였다.

   하중조합 = 0.40 + 용접잔류하중 + Thermal

  여기에 추가로 고려하여야 할 것은 용접 결함이 발생되어 국부적인 보수용접이 이루어지면 원자로냉각재펌프의 수평고도,  진 위치가 벗어나는 현상이 발생되어 펌프진동의 원인이 되기도 한다. 진동 스트레스도 고려되어야 할 사항이다. 결국 이것들이 모두 작용하여 정상운전중에 설계기준을 초과란 bucking과 large deformation을 일으키는 것이다. 증기발생기 판형지지구조는 바로 이 부분을 고려하여야 한다고 Regulatory Guide 1.130에 규정되어 있다.  따라서 기존의 시공법은 이러한 문제를  회피할 수가 없는 특징이 있다.

  U 모듈관 시공법

 고온관, 저온관이 완료된 시점에 Crossover closure loop 스풀을 U형으로 사전 제작하여 용접수축을 자유롭게 하는 대신 증기발생기 지지구조에 잔류응력이 최소화한 시공법 적용하면, 종래의 L자 방식에 비해 증기발생기 지지구조에 잔류하중을 거의 남지 않도록 할 수 있다.

종래의 시공기술과의 차이점은 고온관, 저온관 용접 중에도 용접 수축 제어 기법을 각 공정마다 적용할 수 있도록 고안된 특허기술이다. 증기발생기 슬라이딩 베이스와 냉각재펌프 지지대에 미치는 영향도 최소화 한 것으로 종래시공기술 보다 Advanced RCL  시공 기술이다.

■효 과

  CE형 원전 원자로배관 중간관을 U형 모듈관 시공한 사례는 없다.  종래시공으로 인해 나타나는  구조적 진동에 따른 전열관 마모 현상은 본 기술을 사용함으로써 현저히 줄어들 것이며,  RVI 병행시공을 가능하게 하여 주공정 최대 4.5개월 단축과 LCC 향상 관점에서 큰 효과가 있다. 

   발전소 운영 중에 기기진동을 일으켜 증기발생기 세관 수명을 저하시키는 시켜는 원인 이였다. 운전 초기부터 세관 마모가 발생하는 것은 정상적인 현상으로 인식하고 있으나, 690TT를 적용한 미국의 경우도 Tube Repair 는 대부분 structural wear 가 차지하고 있으나, CE형 국내 원전의 tube wear 현상은 미국에 비해 8~20배로 이 부분을 획기적으로 개선할 수 있다.

   또한 closure loop의 시공 방식을 U형으로 함으로서 얻어지는 효과는 Aging 방지, RVI 병행시공을 가능하게 하여 주공정 단축에도 효과가 크다.  발주자/제작자가 개발한 RVI 병행시공 기술들을 활용할 수 있게 하여 신형원전의 국제경쟁력에도 향상에 기여 할 수 있을 것이다.

[박태종]

좋은글 감사합니다.

[문인득]

한수원에서는 개발된 원격측정
기술을 활용하여 건설공정을 단축하려고 노력했었다.

한수원 요청으로
두산중공업에서는
연계기술로 원자로 내부 CSB 묘듈 특허를
만들었다.

그리고는
한수원에 주공정 단축 효과만큼 기여부분에
대한 댓가를 많이 요구했었다.
그 내용을 듣고 기가 찼다

당연히 한수원은
거절했을 것이다

만약에 두산이 돈에 무관하게 협조하였다면
신형원전 건설 주공정 단축에 크게 기여했을
수도 있었을 것인데

그 노무 돈 욕심 때문에
국가의 중대사를 그르치고 말았던 것이다.

한수원에서 10억이상 들여 개발한 기술과
두산 개발 기술들이
돈 욕심으로 인해
무용지물이 된 것이다.