[논문]원전 격납건물 라이너플레이트 배면 콘크리트 채움 여부 점검 기술 개발

이정석; 김왕배; 곽동열

doi:10.20466/kpvp.2020.16.1.037

원전 격납건물 라이너플레이트 배면 콘크리트 채움 여부 점검 기술 개발
Development of Inspection Technique for Filling or Unfilling of Containment Liner Plate Backside Concrete in Nuclear Power Plant 원문보기

한국압력기기공학회 논문집 = Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping, v.16 no.1, 2020년, pp.37 - 41

이정석 (한국수력원자력 중앙연구원) , 김왕배 (한국수력원자력 중앙연구원) , 곽동열 (한국수력원자력 중앙연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

The Nuclear containment building is a main safety-related structure that performs shielding and conservation functions to prevent highly radioactive materials from leakage to the outside environment in the case of various environmental conditions and postulated accidents. The containment building contains a reactor, steam generator, pressurizer, tank, reactor coolant system, auxiliary system and engineering safety system, and is designed so that highly radioactive materials above the limits specified in 10 CFR 100 do not escape to the outside environment in the case of LOCA(Loss of Coolant Accident) for instance. The containment metal liner plate(CLP) is a carbon steel plate with a nominal plate thickness of 6 mm, which functions as a mold for the wall and dome of the containment building when concrete is filled, fulfills airtightness to prevent leakage of seriously radioactive materials. In recent years, backside corrosion was found on the liner plate in some domestic nuclear power plants. The main cause of backside corrosion was unfilled concrete. In this paper, an inspection technique of assessing filling suitability for CLP backside concrete is developed. Results show that the validity of inspection technique for CLP backside concrete using vibration sensor is successfully verified.

주제어

표/그림 (10)

그림 Fig. 1 Concrete placing method of containment building
그림 Fig. 2 Concrete placing method of containment building
그림 Fig. 3 DEWE-2010 measurement system
그림 Fig. 4 Zig for impact of CLP
그림 Fig. 5 Unfilled concrete of CLP backside
그림 Fig. 6 Position of sensor and impact
그림 Fig. 7 Vibration spectrum for sound area
그림 Fig. 8 Vibration spectrum for unfilled area
그림 Fig. 9 Vibration spectrum for bulged area
표 Table 1 Vibration spectrum results

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

최초 공극확인은 CLP를 절단하여 확인하였으나 CLP 절단으로 인한 막대한 보수비용과 수개월의 계획예방정비 공기연장이 수반되므로 CLP 절단 없이 콘크리트 채움 여부를 점검할 수 있는 방법 개발이 현안으로 대두되었다. 본 논문에서는 라이너 플레이트 또는 콘크리트에 손상을 주지 않고도 라이너플레이트 배면 콘크리트 미 채움 공간의 존재여부 및 그 위치를 정확히 파악하는 점검 장치 및 방법을 제안하고 실험 장치를 고안 및 실험을 통하여 점검 기준을 수립하였다.

제안 방법

2) 다양한 크기의 공극에서 수십 회의 실험을 통하여 건전부와 미 채움부의 진폭과 주파수 범위를 산정하여 점검 기준을 수립하였다.
3) 실험결과를 토대로 점검기준 및 점검방법에 대해 규제기관 승인을 득하고 점검 절차서를 개발하여 전 원전 CLP Hoop Stiffener 하부 등의 공극점검에 적용하였다.
CLP 위에 진동 가속도 센서를 설치하고 지그를 통하여 벽면과 수직 위치에서 강구를 자유 낙하하여 타격하였고 Fig. 6과 같이 타격 위치를 변경해 가면서 데이터를 취득하여 신호가 양호한 타격 지점을 선정하였다.¹⁾
DEWETRON사의 DEWE-2010 진동측정 장비와 새로 고안한 타격용 지그 및 강구를 사용하여 가장 양호한 신호가 취득되는 진동센서와 타격 위치에서 타격을 통하여 신호를 수집하였다. 신호 수집은 CLP와 콘크리트간의 다양한 접합 양상을 모두 감안하기 위하여 건전부, 미 채움부, Bulge부를 선택하였다.
금속 라이너플레이트 배면에 콘크리트가 채워진 경우와 채워지지 않은 경우는 금속 라이너플레이트를 금속 강구로 타격하면서 진동센서로 진동 주파수 및 진폭측정하면 주파수 및 진폭의 미세한 차이가 발생하는데 이 미세한 차이를 분석하여 콘크리트 채움 여부를 평가한다¹⁾. 강구에 의해 동일한 위치에너지로 금속 라이너플레이트를 타격 시 배면 콘크리트가 채워진 부위에서는 콘크리트가 감쇄 역할을 하여 주파수 및 진폭이 채워지지 않은 부위와 차이가 발생한다²⁾.
본 연구에서는 국내 최초로 라이너 플레이트 또는 콘크리트에 손상을 주지 않고도 라이너 플레이트 배면 콘크리트 미 채움 공간의 존재 여부 및 그 위치를 정확히 파악하는 점검 장치 및 방법을 개발하였고 개발된 실험 장치를 통해 실험을 수행하여 아래와 같은 결론을 도출하였다.
실험을 통해 가장 양호한 신호가 취득되는 진동 센서와 타격 위치와의 거리는 약 70∼80 ㎝로 선정되었다. 신호를 취득하여 기준신호와 시간 및 주파수 파형을 비교 분석하여 채움 여부를 판단한다²⁾. 점검 방법은 CLP 상에 위치를 달리하여 여러 횟수의 충격을 가하는 단계, 충격에 의해 발생한 신호가 CLP 배면에 위치한 콘크리트에 전달되어 CLP 위에 설치된 가속도 센서에 의해 감지되는 단계, 감지된 신호들을 파형으로 변환하는 단계, 감지된 신호들 중 기준신호를 특정하는 단계, 기준신호의 파형과 비교하여 미채움 신호를 선별하는 단계로 구분된다³⁾.
실험의 정확성을 위해 절단부위를 통해 내시경 카메라를 삽입하여 콘크리트 미 채움 부위를 확인하고 미 채움 부위와 주변의 건전부위 등을 통해 실험을 수행하였다. 실험의 신뢰성을 높이기 위해 현장에 존재하는 수 십개 이상의 길이와 높이가 다른 다양한 크기의 공극을 통해 실험을 진행하였고 최적의 결과를 도출하였다. Fig.
실험은 국내 원전에서 CLP 두께가 얇아진 부위에 대해 샘플 절단한 결과로부터 확인된 콘크리트가 미 채워진 부위를 활용하였다. 실험의 정확성을 위해 절단부위를 통해 내시경 카메라를 삽입하여 콘크리트 미 채움 부위를 확인하고 미 채움 부위와 주변의 건전부위 등을 통해 실험을 수행하였다. 실험의 신뢰성을 높이기 위해 현장에 존재하는 수 십개 이상의 길이와 높이가 다른 다양한 크기의 공극을 통해 실험을 진행하였고 최적의 결과를 도출하였다.
5는 절단부위 사진이며 절단부위 상부는 콘크리트 미 채움 부위임을 알 수 있다. 이 절단부위 주변 건전부위 및 원주방향으로 좌우의 미 채움 부위에 대하여 실험을 수행하였다.
3, 4와 같이 현장에서 회전기기 등의 진동측정 시 사용되는 오스트리아 DEWETRON사의 DEWE-2010 진동측정 장비와 새로 고안한 타격용 지그 및 강구를 사용하였다. 처음에는 강구에 줄을 달아 사람이 직접 타격하였으나 타격 지점이 일정하지 않고 동일한 위치에너지를 줄 수 없어 타격용 지그를 고안하여 적용함으로써 모든 부위에 동일한 위치에너지 부가를 통해 실험의 신뢰성을 확보하였다. 타격은 260g 무게의 강구를 사용하였다.

대상 데이터

격납건물은 발생할수 있는 각종 환경 여건 및 가상 사고로부터 고방사능 물질이 격납건물 외부로 누출되지 않도록 격리하고 보존하는 안전성 관련 구조물이다. 격납건물은 내면에 공칭두께 6 mm의 강판인 금속 라이너플레이트(CLP; Containment Liner Plate)와 금속 라이너 플레이트 배면에 약 120cm의 콘크리트가 채워진 상태로 구성되어 있다. 최근 국내 원전에서 격납용기 금속 라이너플레이트 외면에 부식이 발생하였으며, 부식의 주원인은 라이너 플레이트 배면에 콘크리트가 채워지지 않은 상태로 시공된 미채움(공극) 부위로 인한 부식 환경 조성으로 확인되었다.
DEWETRON사의 DEWE-2010 진동측정 장비와 새로 고안한 타격용 지그 및 강구를 사용하여 가장 양호한 신호가 취득되는 진동센서와 타격 위치에서 타격을 통하여 신호를 수집하였다. 신호 수집은 CLP와 콘크리트간의 다양한 접합 양상을 모두 감안하기 위하여 건전부, 미 채움부, Bulge부를 선택하였다. 다양한 크기의 공극에서 수집된 데이터를 분석한 결과 Fig.
3.1 실험장치

실험에서 사용된 진동 측정 장비는 Fig. 3, 4와 같이 현장에서 회전기기 등의 진동측정 시 사용되는 오스트리아 DEWETRON사의 DEWE-2010 진동측정 장비와 새로 고안한 타격용 지그 및 강구를 사용하였다. 처음에는 강구에 줄을 달아 사람이 직접 타격하였으나 타격 지점이 일정하지 않고 동일한 위치에너지를 줄 수 없어 타격용 지그를 고안하여 적용함으로써 모든 부위에 동일한 위치에너지 부가를 통해 실험의 신뢰성을 확보하였다.
실험은 국내 원전에서 CLP 두께가 얇아진 부위에 대해 샘플 절단한 결과로부터 확인된 콘크리트가 미 채워진 부위를 활용하였다. 실험의 정확성을 위해 절단부위를 통해 내시경 카메라를 삽입하여 콘크리트 미 채움 부위를 확인하고 미 채움 부위와 주변의 건전부위 등을 통해 실험을 수행하였다.
처음에는 강구에 줄을 달아 사람이 직접 타격하였으나 타격 지점이 일정하지 않고 동일한 위치에너지를 줄 수 없어 타격용 지그를 고안하여 적용함으로써 모든 부위에 동일한 위치에너지 부가를 통해 실험의 신뢰성을 확보하였다. 타격은 260g 무게의 강구를 사용하였다. 강구를 CLP 상에 위치를 달리하여 여러 횟수의 충격을 가하면 충격에 의해 발생한 신호가 CLP 배면에 위치한 콘크리트에 전달되고 CLP 위에 설치된 가속도 센서에 의해 감지된다.

성능/효과

1) 타격에 의한 진동 진폭 및 주파수 분석을 통하여 건전부와 미 채움부는 확연히 구분 가능함을 확인하였다.
실험을 통해 가장 양호한 신호가 취득되는 진동 센서와 타격 위치와의 거리는 약 70∼80 ㎝로 선정되었다.

후속연구

부위별로 수십 회의 실험을 통하여 도출된 진폭과 주파수의 범위를 Table 1에 나타내었다. 본 연구 결과로부터 도출된 진폭 및 주파수 범위는 원전 격납건물 라이너플레이트 배면 콘크리트 채움 여부 점검을 위한 기준 값으로 활용되며 점검절차서를 적용함으로써 전 원전 CLP Hoop Stiffener하부 등의 공극점검에도 적용 가능하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	격납건물이란 무엇인가?	격납건물은 원자로 냉각재 계통의 냉각재상실사고(loss of coolant accident), 주증기라인 파단사고(steam line break accident)와 같은 설계기준 사고 시 방사능 물질의 외부누출을 격리함으로써 고방사능물질의 피해로부터 발전소 근무자와 인근 주민을 보호하는 기능을 한다. 격납건물은 차단기능, 열 냉각 기능, 고립 기능 등을 수행하는 안전성 관련 구조물이다.
	격납건물의 기능은 무엇인가?	격납건물은 원자로 냉각재 계통의 냉각재상실사고(loss of coolant accident), 주증기라인 파단사고(steam line break accident)와 같은 설계기준 사고 시 방사능 물질의 외부누출을 격리함으로써 고방사능물질의 피해로부터 발전소 근무자와 인근 주민을 보호하는 기능을 한다. 격납건물은 차단기능, 열 냉각 기능, 고립 기능 등을 수행하는 안전성 관련 구조물이다.
	최근 규제기관에서 라이너플레이트 배면 콘크리트 미 채움 여부를 점검하도록 요구한 이유는 무엇인가?	격납건물은 내면에 공칭두께 6 mm의 강판인 금속 라이너플레이트(CLP; Containment Liner Plate)와 금속 라이너 플레이트 배면에 약 120cm의 콘크리트가 채워진 상태로 구성되어 있다. 최근 국내 원전에서 격납용기 금속 라이너플레이트 외면에 부식이 발생하였으며, 부식의 주원인은 라이너 플레이트 배면에 콘크리트가 채워지지 않은 상태로 시공된 미채움(공극) 부위로 인한 부식 환경 조성으로 확인되었다. 규제기관은 동일방법 시공원전을 포함한 모든 가동원전에 대해 라이너플레이트 배면 콘크리트 미 채움 여부를 점검하도록 요구하였다.

참고문헌 (4)

W. H. Hoppmann II, 2002, "Effect of Impact on Structures", Harris' Shock and Vibration Handbook 5th Edition, Chp. 9, McGAW-HILL, USA
A. Peter, 2018, Modal Testing : A Practitioner's Guide, Wiley, USA
J. F. Doyle, 2014, "Vibration of Plates and Shells", Nonlinear Structural Dynamics Using FE Methods, pp. 427-486, Cambridge University Press, England
R. B. Randall, 1987, Frequency Analysis 3rd Edition, Bruel & Kjaer, USA

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증