[논문]CHECWORKS와 ToSPACE 프로그램의 배관감육 해석결과 비교

황경모; 윤훈; 서혁기

doi:10.14773/cst.2018.17.6.317

CHECWORKS와 ToSPACE 프로그램의 배관감육 해석결과 비교
Comparison of Wall Thinning Analysis Results between CHECWORKS and ToSPACE 원문보기

Corrosion science and technology, v.17 no.6, 2018년, pp.317 - 323

황경모 (한국전력기술(주) 재료기술그룹) , 윤훈 (한국전력기술(주) 재료기술그룹) , 서혁기 (한국전력기술(주) 재료기술그룹)

Abstract ▼ AI-Helper

Assumptions have always been that wall thinning on the secondary side piping in nuclear power plants is mostly caused by Flow-Accelerated Corrosion (FAC). Recent studies have showed that wall thinning on the secondary side piping is caused by Liquid Droplet Impingement Erosion (LDIE), Solid Particle Erosion (SPE), cavitation, and flashing. To manage those aging mechanisms, several software such as CHECWORKS, COMSY, and BRT-CICERO have been used in nuclear power plants. Korean nuclear power plants have been using the CHECWORKS program since 1996 to date. However, many site engineers have experienced a lot of inconveniences and problems in using the CHECWORKS program. In order to work through the inconveniences and to remedy problems, KEPCO-E&C has developed a "3D-based pipe wall thinning management program (ToSPACE)" based on the experience of over 30 years in relation to the pipe wall thinning management. This study compares the results of FAC and LDIE analysis using both the CHECWORKS and ToSPACE programs with respect to validation of the wall thinning analysis results.

주제어

표/그림 (18)

그림 Fig. 1 DB construction and 3D display using CHECWORKS program.
그림 Fig. 2 DB construction and 3D display using ToSPACE program.
그림 Fig. 3 NFA Boundary Condition.
그림 Fig. 4 NFA Evaluation Result.
표 Table 1 Boundary conditions for FAC and LDIE analyses
그림 Fig. 5 Window for inputting Boundary Condition of ToSPACE.
표 Table 2 Comparison of single-phase analysis results between CHECWORKS and ToSPACE
그림 Fig. 6 Comparison of Pressure in Single-Phase Fluid.
그림 Fig. 8 Comparison of Velocity in Single-Phase Fluid.
그림 Fig. 7 Comparison of Enthalpy in Single-Phase Fluid.
그림 Fig. 9 Comparison of Wear Rate in Single-Phase Fluid.
표 Table 3 Comparison of two-phase analysis results between CHECWORKS and ToSPACE
그림 Fig. 10 Comparison of Steam Quality in Two-Phase Fluid.
그림 Fig. 12 Comparison of Enthalpy in Two-Phase Fluid.
그림 Fig. 11 Comparison of Pressure in Two-Phase Fluid.
그림 Fig. 13 Comparison of Velocity in Two-Phase Fluid.
그림 Fig. 14 Comparison of Wear Rate in Two-Phase Fluid.
그림 Fig. 15 Comparison of LDIE Rate in Two-Phase Fluid.

AI 본문요약
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문제 정의

ToSPACE 프로그램은 기존 국내 원전에 적용하던 프로그램에서 나타난 각종 문제점을 개선하고 현장 배관감육관리 담당자의 편의 측면에서 기능을 개선한 프로그램이다. 본 논문에서는 감육해석 결과의 유효성 분석 측면에서 ToSPACE와 CHECWORKS 프로그램을 이용한 유동가속부식 및 액적충돌침식 해석 결과를 비교 분석한 내용을 소개하였다. 비교 결과 두 프로그램의 감육해석 경향은 비슷하였으나, CHECWORKS 프로그램에서는 공학적으로 논리가 맞지 않는 부분이 있는 것을 확인하였다.
이에 따라 과거 30여년간 한국에 축적된 배관감육관리의 경험을 바탕으로 하고, 현장 배관감육관리 담당자의 편의 측면에서 기능을 개선한 신규 배관감육관리 프로그램 즉, ToSPACE (total solution for piping and component engineering management) 프로그램을 개발하였다. 본 논문에서는 감육해석 결과의 유효성 분석 측면에서 ToSPACE와 CHECWORKS 프로그램을 이용한 유동가속부식 및 액적충돌침식 해석 결과를 비교 분석한 내용을 소개한다.

제안 방법

ToSPACE 프로그램과 CHECWORKS 프로그램의 해석 결과를 비교하기 위하여 두 프로그램으로 동일하게 간단한 배관라인 모델을 구성하였다. 모델의 컴포넌트 순서는 출구노즐 (N01), 직관 (P01), 엘보우 (E01), 직관 (P02), 엘보우 (E02), 티 (T01)이다.
단상 및 2상 유체 배관의 유동가속부식 해석을 위한 경계조건은 Table 1에서 볼 수 있으며, 해석결과 비교를 위하여 ToSPACE 프로그램과 CHECWORKS 프로그램에 동일한 경계조건을 적용하였다. 액적충돌침식은 2상 유체 조건에서만 발생 가능하므로 2상 유체 배관의 경계조건을 액적충돌침식 평가에도 동일하게 적용하였다.
한국은 과거 30여년 동안 고유의 프로그램이 없어 미국의 CHECWORKS 프로그램으로 배관감육을 관리하여 왔으나 현장 운영 측면에서 다소 많은 불편함을 겪어왔다. 이에 따라 과거 30여년간 한국에 축적된 배관감육관리의 경험을 바탕으로 하고, 현장 배관감육관리 담당자의 편의 측면에서 기능을 개선한 신규 배관감육관리 프로그램 즉, ToSPACE (total solution for piping and component engineering management) 프로그램을 개발하였다. 본 논문에서는 감육해석 결과의 유효성 분석 측면에서 ToSPACE와 CHECWORKS 프로그램을 이용한 유동가속부식 및 액적충돌침식 해석 결과를 비교 분석한 내용을 소개한다.
한국전력기술㈜에서는 지난 30여년 간 누적된 배관감육관리 경험과 노하우를 바탕으로 3D 기반 선진 배관감육관리 프로그램 (ToSPACE)을 개발하였다. ToSPACE 프로그램은 기존 국내 원전에 적용하던 프로그램에서 나타난 각종 문제점을 개선하고 현장 배관감육관리 담당자의 편의 측면에서 기능을 개선한 프로그램이다.

성능/효과

본 논문에서는 감육해석 결과의 유효성 분석 측면에서 ToSPACE와 CHECWORKS 프로그램을 이용한 유동가속부식 및 액적충돌침식 해석 결과를 비교 분석한 내용을 소개하였다. 비교 결과 두 프로그램의 감육해석 경향은 비슷하였으나, CHECWORKS 프로그램에서는 공학적으로 논리가 맞지 않는 부분이 있는 것을 확인하였다. 즉, 유속과 같이 동일한 프로그램에서 두 개의 다른 값을 계산한다는 것과 엔탈피와 같이 입력 경계조건과 다른 값을 해석에 반영하고 있다는 사실이 본 연구를 통하여 확인되었다.
비교 결과 두 프로그램의 감육해석 경향은 비슷하였으나, CHECWORKS 프로그램에서는 공학적으로 논리가 맞지 않는 부분이 있는 것을 확인하였다. 즉, 유속과 같이 동일한 프로그램에서 두 개의 다른 값을 계산한다는 것과 엔탈피와 같이 입력 경계조건과 다른 값을 해석에 반영하고 있다는 사실이 본 연구를 통하여 확인되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	배관 감육 현상을 일으키는 메커니즘에는 어떤 것들이 있는가?	원전 2차측의 배관은 내부에 고온 고압의 유체가 흐르기때문에 가동년수가 증가함에 따라 배관이 점차 얇아지는 감육 (Wall-thinning) 현상을 경험하게 된다. 배관의 감육을 유발시키는 메커니즘으로는 유동가속부식 (FAC, flowaccelerated corrosion), 액적충돌침식 (LDIE, liquid droplet impingement erosion), 캐비테이션 (Cavitation), 플래싱 (Flashing), 고체입자침식 (SPE, solid particle erosion) 등이 있다. 이러한 감육 손상으로 인하여 배관이 누설, 파단 되어 경제적 손실뿐 만 아니라, 인명 손실을 경험한 바 있다.
	감육 현상은 무엇인가?	원전 2차측의 배관은 내부에 고온 고압의 유체가 흐르기때문에 가동년수가 증가함에 따라 배관이 점차 얇아지는 감육 (Wall-thinning) 현상을 경험하게 된다. 배관의 감육을 유발시키는 메커니즘으로는 유동가속부식 (FAC, flowaccelerated corrosion), 액적충돌침식 (LDIE, liquid droplet impingement erosion), 캐비테이션 (Cavitation), 플래싱 (Flashing), 고체입자침식 (SPE, solid particle erosion) 등이 있다.

참고문헌 (6)

NRC Bulletin 87-01, Thinning of Pipe Walls in Nuclear Power Plants (1987).
NISA/METI Press Release, Automatic Shutdown of Unit 3 - 4th Report, Maeda and Amano (2004).
EPRI, Recommendations for an Effective Flow-Accelerated Corrosion Program(NSAC-202L-R4), EPRI Report 3002000563, Palo Alto, CA (2013).
F. J. Heymann, J. Appl. Phys., 40, 5113 (1969).

상세보기
K. M. Hwang, H. K. Seo, C. K. Lee, and W. C. Nam, World J. Nucl. Sci. Tech., 7, 1 (2017).

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K. M. Hwang and D. Y. Lee, Corros. Sci. Tech., 11, 218 (2012).

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