[논문]원전 2차계통의 출력증강 운전에 따른 배관감육 영향 분석

윤훈; 황경모; 이효승; 문승재

doi:10.14773/cst.2016.15.3.135

원전 2차계통의 출력증강 운전에 따른 배관감육 영향 분석
Analysis of Wall-Thinning Effects Caused by Power Uprates in the Secondary System of a Nuclear Power Plant 원문보기

Corrosion science and technology, v.15 no.3, 2016년, pp.135 - 140

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Piping and equipment are degraded by flow-accelerated corrosion (FAC) in nuclear power plants. FAC causes numerous problems and nuclear utilities maintain programs to control FAC. The key parameters influencing FAC are hydrodynamic conditions, water chemistry, and effect of materials. Recently, a nuclear utility has planned slight power uprates in Korea. Operating conditions need to be changed in the secondary system according to power uprates. This study analyzed the effect of wall-thinning caused by power uprates. The change of operation data in the secondary cycle is reviewed, and wall-thinning rates are analyzed in the main lines. As a result, two phase (mixture of water and steam) lines have a greater impact than a water line under power uprate conditions. Also, the quality of steam is the most important factor for FAC in two phase lines.

주제어

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문제 정의

감육률 분석은 미국 EPRI에서 개발한 원전의 배관감육해석 코드인 CHECWORKS를 사용하였다^4,5). 감육률 분석을 통해 출력증강시 원전 2차계통 사이클 내 주요 배관에서 FAC로 인한 감육률의 변화를 예측해보고자 한다.
이러한 운전조건의 변화는 2차계통 배관 내부의 FAC 발생 원인을 변화키시고, 최종적으로 2차계통 배관 내부의 FAC 감육률의 변화를 가져온다. 본 논문에서는 국내 원전에서 계획 중인 출력증강에 대비하여, 출력증강시 원전 2차계통에서 발생할 수 있는 FAC의 영향을 분석하였다. 우선 기존 정상출력 (100 % 출력) 운전조건과 출력증강시 운전조건을 분석하고, 각 운전조건에서 감육률 분석을 수행하였다.
본 논문에서는 원자력발전소의 정상출력 (100 % normal operation, NO) 운전과 출력증강 (104.5 % power uprates, PU) 운전에서 운전조건 변화가 배관감육에 미치는 영향을 분석하였다. 배관감육 분석을 위해서 미국 EPRI에서 개발한 유동가속부식 예측 프로그램인 CHECWORKS 프로그램을 활용하였다^4,5).
본 연구를 통해 원자력발전소에서 출력증강 운전을 수행 할 경우 발생할 수 있는 감육률의 변화를 살펴보았다. 본 연구 결과는 발전소 현장 엔지니어가 출력증강 운전 시행에 대비하여 감육률의 변화를 이해하고 관리방안을 수립하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

가설 설정

감육률 해석은 해당 발전소의 CHECWORKS 모델을 기준으로 정상출력 운전 조건에 대한 감육률 해석을 먼저 수행하고, 동일한 조건에서 출력 증강 운전 조건의 해석을 수행하였다. 출력증강 조건에서 변화를 알 수 없는 변수 (예, 재질, 환경 등)는 모두 동일하게 가정하였다.

제안 방법

본 연구에서는 원자력발전소의 정상출력 조건과 출력증강 조건에서 운전변수를 분석하고, 각 조건에서 감육해석을 수행하였다. 2가지 조건에서 수행한 감육해석 결과를 분석하여 출력증강으로 인한 운전조건의 변화가 감육률에 미치는 영향을 분석하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다.
3은 2차계통 사이클의 분석 대상 라인을 표시한 것이다. 각 분석 대상 라인은 편의상 복수기 (condenser, CEX)를 기준으로 차례로 번호를 부여하여 구분하였다. ①라인은 저압 급수가열기 (heater, HTR) #2에서 #3으로 연결된 복수계통 라인이며, ② ~ ④ 라인은 급수펌프 (feedwater pump, FWP)에서 증기발생기 (steam generator, S/G) 사이의 급수가열기를 연결하는 급수계통 라인이다.
각 조건의 운전조건의 변화를 분석하기 위하여 정상출력 조건과 출력증강 조건에서 열평형도 (heat balance diagram, HBD) 분석을 수행하였다. 각각의 HBD에서 동일한 라인의 운전조건을 추출하였다.
각 조건의 운전조건의 변화를 분석하기 위하여 정상출력 조건과 출력증강 조건에서 열평형도 (heat balance diagram, HBD) 분석을 수행하였다. 각각의 HBD에서 동일한 라인의 운전조건을 추출하였다. 감육률 해석은 해당 발전소의 CHECWORKS 모델을 기준으로 정상출력 운전 조건에 대한 감육률 해석을 먼저 수행하고, 동일한 조건에서 출력 증강 운전 조건의 해석을 수행하였다.
각각의 HBD에서 동일한 라인의 운전조건을 추출하였다. 감육률 해석은 해당 발전소의 CHECWORKS 모델을 기준으로 정상출력 운전 조건에 대한 감육률 해석을 먼저 수행하고, 동일한 조건에서 출력 증강 운전 조건의 해석을 수행하였다. 출력증강 조건에서 변화를 알 수 없는 변수 (예, 재질, 환경 등)는 모두 동일하게 가정하였다.
본 연구에서는 원자력발전소의 정상출력 조건과 출력증강 조건에서 운전변수를 분석하고, 각 조건에서 감육해석을 수행하였다. 2가지 조건에서 수행한 감육해석 결과를 분석하여 출력증강으로 인한 운전조건의 변화가 감육률에 미치는 영향을 분석하였다.
본 논문에서는 국내 원전에서 계획 중인 출력증강에 대비하여, 출력증강시 원전 2차계통에서 발생할 수 있는 FAC의 영향을 분석하였다. 우선 기존 정상출력 (100 % 출력) 운전조건과 출력증강시 운전조건을 분석하고, 각 운전조건에서 감육률 분석을 수행하였다. 감육률 분석은 미국 EPRI에서 개발한 원전의 배관감육해석 코드인 CHECWORKS를 사용하였다^4,5).
Table 2의 감육률은 각 라인에 포함된 개별 컴포넌트의 감육률의 평균값이다. 이를 비교하여 각 라인에서 감육률의 변화를 분석하였다.
따라서, 운전조건이 변화할 경우에는 FAC로 인한 감육률의 변화에 대한 분석이 반드시 수반되어야 한다. 정상출력 조건과 출력증강 조건에서 각 라인에서 감육률 해석을 수행하고 그 결과를 분석하였다.
정상출력 조건과 출력증강 조건에서 각각 감육해석을 수행하고, 그 결과를 분석하였다. Table 2는 각 라인의 감육률 분석 결과이며, Fig.

이론/모형

우선 기존 정상출력 (100 % 출력) 운전조건과 출력증강시 운전조건을 분석하고, 각 운전조건에서 감육률 분석을 수행하였다. 감육률 분석은 미국 EPRI에서 개발한 원전의 배관감육해석 코드인 CHECWORKS를 사용하였다^4,5). 감육률 분석을 통해 출력증강시 원전 2차계통 사이클 내 주요 배관에서 FAC로 인한 감육률의 변화를 예측해보고자 한다.
5 % power uprates, PU) 운전에서 운전조건 변화가 배관감육에 미치는 영향을 분석하였다. 배관감육 분석을 위해서 미국 EPRI에서 개발한 유동가속부식 예측 프로그램인 CHECWORKS 프로그램을 활용하였다^4,5). CHECWORKS 프로그램은 유동가속부식 예측을 위해 전세계에서 가장 널리 사용되는 프로그램이며, 국내 원전에서도 CHECWORKS 프로그램을 사용하고 있다.

성능/효과

1) 열평형도 상에서 출력증강 운전시 감육률에 영향을 미치는 주요 변수는 압력, 온도, 유량이다. 출력증강시 각 변수는 모두 증가하는 것으로 확인되었다.
2) 내부 유체가 단상의 물인 경우 출력증강으로 인한 감육률의 변화는 크지 않은 것으로 판단된다. 출력증강으로 인하여 각 라인에서 운전조건이 변화하고, 이로 인하여 일 부 라인에서는 감육률이 약간 증가하고, 일부에서는 감육률이 약간 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
3) 라인의 내부 유체가 물과 증가가 혼합된 2상의 습증기인 경우에는 출력증강으로 인한 감육률의 변화가 상당히 큰 것을 확인하였다. 특히, 다른 변수에 비해 건도의 영향이 지배적임을 확인할 수 있었다.
Table 1은 정상출력 및 출력증강에 대한 운전조건을 나타낸다. 정상출력을 기준으로 출력증강에서는 모든 분석 라인에서 압력, 온도, 유량이 증가하였으나, 엔탈피는 일부 라인에서는 감소한 것으로 알 수 있다. 앞서 살펴본 바와 같이 출력증강으로 인하여 압력, 온도, 유량이 증가하면 감육률도 증가할 것으로 단정하는 것은 주의해야 한다.
2) 내부 유체가 단상의 물인 경우 출력증강으로 인한 감육률의 변화는 크지 않은 것으로 판단된다. 출력증강으로 인하여 각 라인에서 운전조건이 변화하고, 이로 인하여 일 부 라인에서는 감육률이 약간 증가하고, 일부에서는 감육률이 약간 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 하지만, 전반적으로 단상의 물 라인에서 감육률 변화는 크지 않은 것으로 확인되었다.

후속연구

본 연구를 통해 원자력발전소에서 출력증강 운전을 수행 할 경우 발생할 수 있는 감육률의 변화를 살펴보았다. 본 연구 결과는 발전소 현장 엔지니어가 출력증강 운전 시행에 대비하여 감육률의 변화를 이해하고 관리방안을 수립하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	유동가속부식이란 무엇인가?	유동가속부식 (flow-accelerated corrosion, FAC)은 탄소강 또는 저합금강으로 제작된 배관 및 기기 표면이 내부의 유체에 의해 용해되어 점차 얇아지는 현상이다. 1986년 미국의 Surry 원전에서 발생한 배관 손상 사례를 시작으로 최근까지 크고 작은 손상 사례가 지속적으로 보고되고 있다 1-3) .
	원전에서 출력증강을 할 때 변화한 운전조건은 2차계통 배관에 어떤 변화를 가져오는가?	출력증강을 할 경우 2차 계통 배관은 압력, 온도, 유량 등의 운전조건이 변하게 된다. 이러한 운전조건의 변화는 2차계통 배관 내부의 FAC 발생 원인을 변화키시고, 최종적으로 2차계통 배관 내부의 FAC 감육률의 변화를 가져온다. 본 논문에서는 국내 원전에서 계획 중인 출력증강에 대비하여, 출력증강시 원전 2차계통에서 발생할 수 있는 FAC의 영향을 분석하였다.
	원전의 출력증강은 어떻게 구분되는가?	미국에서는 원전의 출력증강을 이미 1970년대에부터 시작하였으며, 최근까지 약 140 여 원전에서 출력증강 운전을 시행중이다. 원전의 출력증강은 measurement uncertainty recapture power uprates (MUR), stretched power uprates (SPU), 그리고 extended power uprates (EPU)로 구분된다. MUR은 개선된 출력계산을 통해 최대 2% 정도의 출력증강을 달성하고, SPU는 일반적으로 최대 7 % 정도의 출력증강을 수행하며, EPU는 대대적인 발전소의 설계 변경을 통해 최대 20 %까지 출력을 증강한다.

참고문헌 (8)

EPRI, TR-106611-R1, Flow-Accelerated Corrosion in Power Plant (2004).
EPRI, TR-1022295, Mentoring Guide for Flow-Accelerated Corrosion Engineers (2010).
EPRI, NSAC-202L-R4, Recommendations for an Effective Flow-Accelerated Corrosion Program, (2013).
EPRI, TR-1009599, Guidelines for Plant Modeling and Evaluation of Component Inspection Data (2004).
EPRI, TR-1019176, CHECWORKS Steam/Feedwater : Application Guidelines for Plant Modeling and Evaluation of Component Inspection Data (2009).
EPRI, TR-1018102, CHECWORKS Steam/Feedwater Application (SFA) Ver. 3.0 User Guide (2008).
E. H. Lee, K. M. Kim, H. P. Kim, Corros. Sci. Tech., 12, 280 (2013).

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H. Yun, K. M. Hwang, S. J. Moon, Corros. Sci. Tech., 14, 325 (2015).

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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