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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 중수로 연료관 가동중검사를 위한 연료관 검사시스템(CIMS)을 개발하여 유효성을 확인하였으며, 국내 중수로 연료관의 검사, 정비 및 검사자 교육의 기반을 구축하였다.
- 본 연구는 중수로 연료관 검사시스템 하드웨어 및 소프트웨어를 개발하고 통합시험 및 현장시험으로 연료관 검사 결과를 검토함으로써 개발된 시스템의 유효성을 확인하였다.
제안 방법
- 중수로 연료관은 발전소 운영기간동안 주기적인 가동중검사를 수행하여 건전성의 확인이 요구된다. 국내 중수로 원전은 연료관 검사시스템(AFCIS)을 도입하여 운영하고 있으나, 장비 노후화 대비 및 국내 연료관검사 기술지원체계 구축을 위해 연료관 검사시스템(CIMS)을 개발하였으며, 월성 4호기 계획예방정비기간중 2개 연료관을 대상으로 현장시험을 수행하였다.
- 따라서 연료관은 캐나다 기술기준 CSA (Canada Standard Association)-N285.4, “Periodic inspection of CANDU (Canada deuterium uranium) nuclear power plant components” 에 따라 압력관의 체적검사, 두께, 직경, 길이, 처짐 및 원자로관과 압력관의 간격을 측정하여 주기적인 건전성을 확인한다.
- 현장제어반은 검사헤드 이송장비의 축방향 및 원주방향 위치제어 및 상태감시 등의 기능을 수행하는 제어장치이다. 또한, 검사헤드 이송장비의 수평을 조절하는 기능도 수행한다.
- 압력관 상하부의 처짐을 측정하고, 압력관과 원자로관의 90도 방향 간격 와전류신호를 취득한다.
- 연료관 1차 검사시 수행한 길이, 내경 및 체적 검사에서 사용된 탐촉자를 교정시험편에서 교정 상태 변화여부를 확인하고, 2차 검사시 수행되는 처짐과 간격측정을 위한 탐촉자 교정을 수행한다.
- 연료관 2차 및 3차검사시 수행한 처짐과 간격의 탐촉자를 교정시험편에서 교정상태 변화여부를 확인한다.
- 연료관 가동중검사 범위인 압력관 체적검사, 길이, 내경, 두께, 처짐 및 간격을 측정하여 검사 데이터를 확보하였으며, 검사전후 교정시험편으로 검사결과의 유효성 확인하였다. 또한, 월성4호기 계획예방정비기간중 연료관 검사시스템(AFCIS)을 활용하여 10개 연료관 검사가 수행되었으며[9], 이 중 O14 검사결과와 비교 검토한 결과, 개발된 연료관 검사시스템(CIMS)의 초음파 검사 결과는 AFCIS에서 발견된 작은 지시(0.
- 연료관 가동중검사 절차에 따라 검사대상 연료관에 검사헤드 이송장비를 연결하고 검사 전후에 연료관 교정시험편으로 교정 및 연료관 검사시스템의 유효성을 확인한다.
- 연료관 검사시스템(CIMS)은 교정시험편 및 현장 연료관의 검사데이터 취득 및 평가를 수행하여 개발 시스템의 유효성을 확인하였다. 기존 연료관 검사시스템 (AFCIS)의 검사결과와 비교 검토한 결과 초음파검사 결과는 추가적인 성능검증이 요구되었으며, 치수검사는 탐촉자의 오프셋 범위 내에서 일치함을 확인하였다.
- 연료관 검사시스템(CIMS)은 연료관 가동중검사 요건을 만족하도록 H/W 및 S/W를 개발하고, 단위 및 통합시험을 수행하였으며, 월성 4호기 계획예방정비기간중 2개 연료관을 대상으로 현장 시험을 수행하였다.
- 연료관 검사시스템을 구성하는 모듈에 대한 단위시험의 명확한 단위시험 기준과 절차를 수립하고 수행지침에 따라 시험을 수행하였다.
- 연료관 검사시스템의 모듈별 단위시험 및 통합 시험을 수행하였다.
- 연료관 검사헤드의 축방향 및 원주방향 위치를 교정하고, 검사헤드의 초음파 탐촉자, 와전류 탐촉자 및 LVDT (linear variable differential transformer)를 교정시험편을 사용하여 교정한다.
- 연료관 교정시험편은 다양한 형태 및 크기의 노치가 가공되어 있으며, 비파괴검사를 수행하여 다음 Fig. 13과 Fig. 14와 같이 검사 전후에 교정 시험편의 노치 지시의 위치 및 감도를 확인하여 교정상태를 확인하였다.
- 연료관에 검사헤드를 인출 및 회전하면서 초음파 및 와전류 탐촉자로 압력관의 체적검사와 LVDT로 내경을 측정한다.
- 연료관에 검사헤드를 진입하면서 LVDT로 압력관의 길이를 측정한다.
- 월성 중수로 4호기의 계획예방정비기간동안 2개 연료관을 대상으로 개발된 연료관 검사시스템(CIMS)을 활용하여 연료관검사를 수행하였다.
- 월성 중수로 발전소의 연료관 목업장에서 개발된 연료관 검사시스템(CIMS)의 통합시험을 수행하였다. Fig.
- 중수로 연료관 검사를 위해 검사헤드, 현장제어반, 초음파검사 모듈, 와전류검사 모듈, 통합감시제어 모듈 및 데이터서버 등으로 구성된 연료관 검사시스템(CIMS)을 다음 Fig. 3과 같이 개발하였다[5].
- 중수로 연료관 검사시 발견된 지시의 신속한 가동 적합성(fitness for service) 평가 및 후속조치 결정을 위해 가동 적합성 평가프로그램과 데이터 서버를 연계하였다. 캐나다 기술기준 CSAN285.
- 초음파검사 모듈은 주검사헤드에 설치된 7개 초음파 탐촉자로부터 초음파신호를 송수신하여 압력관의 결함탐지, 두께 및 표면형상을 측정한다. 초음파검사 모듈은 다채널 펄서/리시버, 아날로그-디지털변환기, 신호처리 하드웨어 및 소프트웨어로 구성되며, 성능기준, 상세설계, 시제품 제작 및 개선사항을 반영하였으며, Fig.
- 통합시험은 연료관 검사절차서에 따라 체적검사 및 치수검사를 수행하였으며, 시험 중 비파괴 검사 모듈의 신호잡음, 검사헤드 이송장비 제어 및 검사헤드 탐촉자의 신호이상 등과 같은 개선 사항을 확인하고 반영하였다.
대상 데이터
- 월성4호기 계획예방정비기간중 개발된 연료관 검사시스템(CIMS)을 활용하여 2개 연료관을 대상으로 현장시험을 수행하였다.
이론/모형
- 중수로 연료관 가동중검사는 캐나다 기술기준 CSA-N285.4에 따라 다음과 같이 압력관 체적 및 치수검사를 수행하여 건전성을 확인한다.
성능/효과
- 개발된 연료관 검사시스템(CIMS)의 치수검사는 LVDT의 오프셋 범위 내에서 AFCIS 검사시스템 검사결과와 일치함을 확인하였다.
- 연료관 검사시스템(CIMS)은 교정시험편 및 현장 연료관의 검사데이터 취득 및 평가를 수행하여 개발 시스템의 유효성을 확인하였다. 기존 연료관 검사시스템 (AFCIS)의 검사결과와 비교 검토한 결과 초음파검사 결과는 추가적인 성능검증이 요구되었으며, 치수검사는 탐촉자의 오프셋 범위 내에서 일치함을 확인하였다.
- 연료관 가동중검사 범위인 압력관 체적검사, 길이, 내경, 두께, 처짐 및 간격을 측정하여 검사 데이터를 확보하였으며, 검사전후 교정시험편으로 검사결과의 유효성 확인하였다. 또한, 월성4호기 계획예방정비기간중 연료관 검사시스템(AFCIS)을 활용하여 10개 연료관 검사가 수행되었으며[9], 이 중 O14 검사결과와 비교 검토한 결과, 개발된 연료관 검사시스템(CIMS)의 초음파 검사 결과는 AFCIS에서 발견된 작은 지시(0.15 mm 이하)는 확인되지 않았으나, 이보다 큰 지시는 동일한 위치에서 확인되었다. 따라서, 압력관의 작은 지시도 확인할 수 있는 초음파검사의 주사 간격, 초음파검사 장비의 감도 개선 및 초음파 탐촉자의 초점거리 조정 등을 반영한 초음파검사 모듈의 성능검증이 요구되었다.
후속연구
- 15 mm 이하)는 확인되지 않았으나, 이보다 큰 지시는 동일한 위치에서 확인되었다. 따라서, 압력관의 작은 지시도 확인할 수 있는 초음파검사의 주사 간격, 초음파검사 장비의 감도 개선 및 초음파 탐촉자의 초점거리 조정 등을 반영한 초음파검사 모듈의 성능검증이 요구되었다.
- 향후, 연료관 검사시스템의 현장 적용을 위해 객관적인 성능검증을 수행할 예정이다.
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