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문제 정의
- 이에 따라 설비유형별로 취약부분을 도출하고 고장 메커니즘 분석을 통해 실제적인 예방정비기술을 개발할 필요성이 부각되었다. 따라서 본 논문에서는 전사적으로 표준화된 예방정비기준을 통해 발전소의 예방정비수준을 전반적으로 향상시킬 수 있는 기술기반을 구축하고자 원전 증기터빈의 예방정비 기준을 개발하였다.
제안 방법
- EPRI 예방정비기준을 토대로 하고 우리나라 원전 증기터빈의 예방정비현황 분석결과를 반영하여 Table 6과 같이 원전증기터빈의 예방정비기준 최종안을 개발하였다. 원전증기터빈 예방정비기준은 예방정비 직무와 직무주기를 요약하여 예방정비 내용을 한 눈에 볼 수 있는 템플릿, 템플릿에 있는 각각의 직무 내용을 설명해 놓은 직무설명서, 터빈 예방정비기준의 범위를 나타내는 기기범위, 기능중요도분류기준에 대한 용어 정의 그리고 각 부품에 대한 고장유형 및 영향분석 결과로 구성 된다.
- 예방정비기준 개발과정은 대상기기의 선정, 고장모드 및 영향분석 그리고 정비항목 및 주기설정 등으로 이루어진다. Fig. 2와 같이 계통을 구성하고 있는 여러 기기 즉, 터빈, 발전기, 밸브, 차단기 등 단위기기에서 대상기기를 선정하며, 선정된 대상기기를 기능적중요도결정 (FID : Functional Importance Determination)에 따라 기기 중요도(Criticality), 운전 빈도(Duty Cycle) 및 운전환경 (Service Condition)을 결정한다. 기기중요도는 기기가 발전소의 안전에 주는 영향에 따라 Critical, Minor로 나누고, 운전 빈도는 연속운전이나 간헐적인 운전에 따라 High, Low 로 구분하며 운전환경은 기기가 운전되는 조건에 따라 Severe, Mild로 세분한다.
- Table 3의 EPRI 원전증기터빈 예방정비기준자료를 기초로 하고 원자력발전소 터빈의 현 정비주기및 정비경험을 반영하여 원전증기터빈의 예방정비 기준(PM Template)을 개발하였다. 또한 지속적으로 예방정비최적화 기술을 확보하기 위해 사내 전문가 그룹이 예방정비기준 개발을 주도하고 발전소의 원전증기터빈 담당자는 기기전문가 참여로 정확한 정보 수집 및 현장경험을 반영하도록 하였으며 사외 전문가 자문을 통해 예방정비기준의 신뢰도를 제고하도록 하였다.
- 마지막으로 베어링, 케이싱 및 그랜드 접합, 휠/ 디스크, 케이싱 압력계측기, 블레이드, 로터, 다이아프램 등 각 고장부위에 대한 Table 8과 같이 고장모드 및 영향분석 결과를 기록하였다. 각 고장부위에 대한 분석은 성능저하 메커니즘, 성능저하원인, 고장발견/예방기회 및 시간코드로 구성된다. 성능저하 메커니즘은 고장부위에 대한 열화의 종류로 구성되고, 성능저하원인은 열화를 일으키는 원인요소이며, 발견/예방기회는 열화가 발생하기 전에 이를 사전에 발견할 수 있는 방법으로 기술되고 있다.
- 또한 규제 요건 즉, 기술지침서 요건, ASME요건 및 EQ 프로그램과 제작자의 매뉴얼 내용을 파악하여 원전증기터빈의 예방정비 현황에 대해 조사하였다. 다음으로 예방정비 현황을 분석하였다. 정비이력 분석을 통한 고장 유형 및 메커니즘을 파악하고 예방정비내용 및 주기를 파악하여 EPRI 예방정비기준과 차이를 분석하였다.
- 먼저, Table 4와 같이 발전소별 원전증기터빈의 예방정비 수행내용과 주기를 조사하였으며 최근 3년간의 정비 이력 및 주요 정비 내용을 조사하였다. 또한 규제 요건 즉, 기술지침서 요건, ASME요건 및 EQ 프로그램과 제작자의 매뉴얼 내용을 파악하여 원전증기터빈의 예방정비 현황에 대해 조사하였다. 다음으로 예방정비 현황을 분석하였다.
- Table 3의 EPRI 원전증기터빈 예방정비기준자료를 기초로 하고 원자력발전소 터빈의 현 정비주기및 정비경험을 반영하여 원전증기터빈의 예방정비 기준(PM Template)을 개발하였다. 또한 지속적으로 예방정비최적화 기술을 확보하기 위해 사내 전문가 그룹이 예방정비기준 개발을 주도하고 발전소의 원전증기터빈 담당자는 기기전문가 참여로 정확한 정보 수집 및 현장경험을 반영하도록 하였으며 사외 전문가 자문을 통해 예방정비기준의 신뢰도를 제고하도록 하였다.
- 마지막으로 베어링, 케이싱 및 그랜드 접합, 휠/ 디스크, 케이싱 압력계측기, 블레이드, 로터, 다이아프램 등 각 고장부위에 대한 Table 8과 같이 고장모드 및 영향분석 결과를 기록하였다. 각 고장부위에 대한 분석은 성능저하 메커니즘, 성능저하원인, 고장발견/예방기회 및 시간코드로 구성된다.
- 먼저, Table 4와 같이 발전소별 원전증기터빈의 예방정비 수행내용과 주기를 조사하였으며 최근 3년간의 정비 이력 및 주요 정비 내용을 조사하였다. 또한 규제 요건 즉, 기술지침서 요건, ASME요건 및 EQ 프로그램과 제작자의 매뉴얼 내용을 파악하여 원전증기터빈의 예방정비 현황에 대해 조사하였다.
- 예방정비기준 개발의 각 단계별로 전문가 패널회의를 하여 정확한 정보수집 및 현장경험을 반영하였고 예방정비기준의 신뢰도를 제고하였다. 패널회의를 통해 예방정비 현황 DB를 구축하고, 각 발전소의 원전증기터빈 예방정비 현황에 대한 분석결과를 검토하였다.
- 원자력 발전소의 모든 터빈은 중요도가 Critical에 해당되고, 운전 빈도는 High, 운전 환경은 Severe에 해당되므로 기능중요도 분류결과 CHS로 분류하였다. 터빈 직무는 윤활유분석, 진동 분석 등 6개의 상태 감시직무와 고압터빈 완전분해점검, 로터 저널 및 베어링 점검 등 7개의 주기점검직무 및 한 개의 고장발견직무로 구성된다.
- 다음으로 예방정비 현황을 분석하였다. 정비이력 분석을 통한 고장 유형 및 메커니즘을 파악하고 예방정비내용 및 주기를 파악하여 EPRI 예방정비기준과 차이를 분석하였다.
- 최적의 예방정비기준을 도출하기 위해 사업소의 터빈전문가를 통해 각 발전소의 터빈 예방정비 현황 즉, 원전증기터빈의 직무내용, 직무주기 및 정비 이력 등을 파악하고 EPRI의 예방정비기준과 비교 하여 편차를 분석 하였다.
- 예방정비기준 개발의 각 단계별로 전문가 패널회의를 하여 정확한 정보수집 및 현장경험을 반영하였고 예방정비기준의 신뢰도를 제고하였다. 패널회의를 통해 예방정비 현황 DB를 구축하고, 각 발전소의 원전증기터빈 예방정비 현황에 대한 분석결과를 검토하였다. 또한 예방정비기준 초안에 대해 검토하였으며 Table 5와 같이 각각의 직무항목에 대한 필요성과 주기를 검토하였다.
성능/효과
- 2)분해정비 후에는 정비오류 또는 교체부품의 결함 등에 따른 조기고장의 확률이 오히려 증가하는 것으로 나타났다. 그러나 대부분의 고장이 불시고장 유형이라 할지라도 Fig.
- EPRI에서 분석한 설비의 고장유형을 보면, 전체고장의 90%가 불시고장 유형으로 분석되어 시간이 경과함에 따라 주기적으로 정비를 수행하는 주기정비는 역효과를 줄 가능성이 큰 것으로 분석되었다.2)분해정비 후에는 정비오류 또는 교체부품의 결함 등에 따른 조기고장의 확률이 오히려 증가하는 것으로 나타났다.
- 이로 인해 원전증기터빈의 정비표준화 및 최적화가 가능해졌고 정비형태를 시간 기준 정비에서 상태기준정비로 전환하여 자원의 효율적 활용이 가능해졌다. 결과적으로 표준 원전증기터빈 예방정비기준을 통해 저비용 고효율 정비를 수행하여 원자력발전소 터빈설비의 신뢰도 및 이용률을 향상시킬 수 있는 기반을 구축하였다.
- 또한 EPRI는 우리나라 발전소에서는 일반적으로 수행되지 않았던 시스템엔지니어 워크다운 항목을 추가하여 주요 운전변수를 측정하고 추이를 분석하게 함으로서 정확한 상태진단을 강화하였다. 윤활유 분석, 진동분석 및 열 성능 감시 등의 상태감시 직무를 강화하였고, 반면 분해점검직무 주기를 8년 및 10년으로 하여 국내 원자력발전소에서 수행되는 분해점검 주기 3~4년과는 큰 차이를 나타내었다.
- 또한 EPRI는 우리나라 발전소에서는 일반적으로 수행되지 않았던 시스템엔지니어 워크다운 항목을 추가하여 주요 운전변수를 측정하고 추이를 분석하게 함으로서 정확한 상태진단을 강화하였다. 윤활유 분석, 진동분석 및 열 성능 감시 등의 상태감시 직무를 강화하였고, 반면 분해점검직무 주기를 8년 및 10년으로 하여 국내 원자력발전소에서 수행되는 분해점검 주기 3~4년과는 큰 차이를 나타내었다.
- 터빈 직무는 윤활유분석, 진동 분석 등 6개의 상태 감시직무와 고압터빈 완전분해점검, 로터 저널 및 베어링 점검 등 7개의 주기점검직무 및 한 개의 고장발견직무로 구성된다. 터빈 고장을 예방하고 불필요한 정비를 줄이기 위해 상태감시직무를 강화하였고, 주기점검직무의 주기를 감소시켰다.
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