KR100301161B1 - 원자력증기발생기1차습분분리기보수장치 - Google Patents

Abstract

원격작업에 의해 신속한 작업이 가능하며, 작업자의 방사선 피복량을 줄이며, 코팅부위를 쉽게 검사함으로써 코팅의 불균일성을 해결할 수 있는 습분분리기의 보수장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 위하여, 코팅작업에 필요한 재료, 가스, 공기 등은 전송케이블을 통하여 외부로부터 공급하며, 가이드 레일 위에 설치된 고속용사 건을 상하좌우전후로 이동하면서, 상기 건에 설치된 카메라로 파손부위를 검사하며, 모든 장비는 원자로 격납용기 외부에 설치된 중앙종합제어기로 제어하는 것을 특징으로 하는 습분분리기 보수장치를 제공한다.

Description

원자력 증기발생기 1차 습분분리기 보수장치

본 발명은 원자력 증기발생기 1차 습분분리기를 보수하는 것이며, 보다 구체적으로는 코팅기술과 원격자동제어시스템을 사용하여 원자력 증기발생기 1차 습분분리기 보수장치에 관한 것이다.

일반적으로, 원자력 증기발생기는 대형 열교환기류에 속하는 제품으로서 이런 설비의 내부에는 열교환이 이루어질 수 있도록 수백 내지 수천 개의 금속재질 튜브("전열관" 또는 "세관"이라 한다)가 포함되어 있다. 이런 전열관의 내외부에는 물질 및 온도가 서로 다른 유체가 흐르며, 이 유체들의 열교환으로 증기가 발생된다. 발생된 증기는 건도가 25∼30%밖에 되지 않으므로 증기발생기 상부의 습분분리기에서 습분을 제거하여 건도 99.75% 이상의 증기를 생성시킨다.

한편 상기 습분분리기는 장시간 운전 중 습분의 흐름으로 인한 침식, 부식 등으로 소재의 두께가 얇아지는 결함이 발생하여 증기의 습분 제거효율이 급격히 감소되는 문제가 발생하고 있다. 또한 습분분리기 소재의 두께 감소로 생성된 각종 이물질이 2차 계통수의 오염을 가중시킬 수 있고, 유체와 동반 이동하여 2차측 제품에 치명적인 손상을 초래할 수 있다.

이와 같은 파손 문제를 해결하기 위한 방법으로서는 우선, 스월베인(swirl vane)과 라이져배럴(riser barrel)의 부식-침식이 심할 경우 습분분리기를 교체하는 방법이 있다.

한편 스월베인과 라이져배럴이 일정두께 이상을 유지하는 경우에는, 표면을 일정두께로 코팅하여 부식-침식을 방지함으로써 습분분리기를 교체하지 않고 습분분리기의 수명을 증기발생기의 수명 이상으로 유지하는 방법을 생각해 볼 수 있다.

미국특허 5,732,467에 고속용사 방법을 이용하여 파손된 부분을 보수하여 제품을 재사용하는 기술을 가스터빈 블레이드 대하여 적용된 예가 개시되어 있으나, 이 기술은 제품을 조립된 상태가 아닌 분리 상태에서 고속용사(HVOF, High Velocity Oxygen-Fuel) 코팅처리를 하고 다시 조립하는 공정이므로, 증기발생기 1차 습분분리기와 같이 분리가 불가능한 부품에는 적용될 수 없다.

또한 일반적 코팅과 달리 원자력 증기발생기의 경우에는 밀폐된 공간 내에서의 작업자의 방사선 피폭문제, 작업시간, 작업공간, 보수기술의 문제 등으로 인하여 보수작업에 어려움이 많다.

만일 원격작업이 가능하다면, 부품을 분리해 낼 필요도 없으며 또한 작업을 신속하게 끝낼 수 있어 작업자의 방사선 피복량을 줄이고, 코팅부위를 쉽게 검사하여 코팅을 균일하게 하여 상기 문제를 해결할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 용접에 의해서 고정됨으로써 종래의 기술로는 보수가 불가능한 부품인 습분분리기(스월베인과 라이져배럴로 구성)를 보수하기 위하여, 원격작업에 의해 신속한 코팅작업이 가능하게 하고 작업자의 방사선 피복량을 줄이며 코팅부위를 쉽게 검사함으로써 코팅의 불균일성을 해결할 수 있는 원자력 증기발생기 1차 습분분리기 보수장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 방법에 사용되는 증기발생기 1차 습분분리기 보수장치의 구성을 개념적으로 나타내는 도면,

도 2는 습분분리기의 스월베인과 라이져배럴 부위와 본 발명에 사용되는 보수장치의 가이드 레일과 이에 장착된 고속용사 건을 일부를 파단하여 개략적으로 나타내는 단면도,

도 3은 도 2의 I 부분(매뉴플레이터)을 확대하여 개략적으로 나타내는 도면,

도 4는 본 발명의 습분분리기 보수장치에 사용되는 고속용사 건의 한 실시예를 개략적으로 나타내는 단면도,

도 5는 (a) 및 (b)는 증기발생기 1차 습분분리기 스월베인 결함 부위의 보수 후 상태도,

도 6은 증기발생기 1차 습분분리기 라이져배럴 결함 부위의 보수 후 단면도이다.

(주요 도면부호의 설명)

16...스월베인(swirl vane) 20...라이져배럴(riser barrel)

43...카메라 44...중앙종합제어기

45....고속용사 건 47...코팅

62...가이드 레일 63...구동장치

65...회전구동장치 66...전후진구동장치

67...연결부 68...바퀴

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 습분분리기 보수장치는, 습분분리기의 스월베인(16)/라이져배럴(20) 상단부에 설치되는 가이드 레일(62)과, 상기 가이드 레일에 결합되고 상하좌우전후 방향전환이 가능한 고속용사 건(45)과, 상기 고속용사 건(45)에 결합되어 작업위치를 모니터링 하여 주는 카메라(43)와, 상기 카메라(43)에 결합되어 작업위치를 밝혀주는 전등(61)과, 방사능 구역 밖, 즉 원자로 격납용기 외부에 설치되고 모니터(39)를 구비하며 상기 고속용사 건(45) 및 카메라(43)를 원격제어하고 장비를 제어하는 중앙종합제어기(44)와, 상기 고속용사 건(45) 및 중앙종합제어기(44) 사이에 가스공급라인(41)으로 연결되는 분말공급기(40)와, 상기 중앙종합제어기(44)에 연결되는 플로우메터(38)와, 상기 플로우메터(38)에 가스라인(34)으로 연결되는 가스공급원(31, 32, 33)과, 상기 플로우메터(38)에 공기라인(37)으로 연결되는 공기정화기(35, 36)로 구성하되,

상기 가이드 레일(62)과 고속용사 건(45)간의 결합구조는 레일(62) 상부 및 좌우측에 형성된 홈에 바퀴(68)로 결합되는 전후진 구동부(66)와, 상기 전후진 구동부(66) 상부에 결합되는 좌우회전 구동부(65)와, 상기 좌우회전 구동부(65) 상부에 결합되고 상기 건(45)의 하부에 고정핀(64)으로 연결되어 있는 상하 구동부(63)로 구성되는 것을 그 기술적 요지로 한다.

상기한 보수작업에 필요한 재료, 가스, 공기 등은 전송케이블을 통하여 외부로부터 공급하며, 가이드 레일 위에 설치된 고속용사 건을 상하좌우전후로 이동하면서, 상기 건에 설치된 카메라로 파손부위를 검사하며, 모든 장비는 원자로 격납용기 외부에 설치된 중앙종합제어기로 제어하는 것을 특징으로 하는 습분분리기 보수방법을 요지로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 보수방법에 사용되는 자동 고속용사 시스템의 한 예를 나타내는 개략도이다. 도면에서, 이송용 가스(31), 산소가스(32), 프로필렌가스(33)에는 레귤레이터(46)가 설치되어 있으며, 고압의 공기는 공기정화기(35, 36)를 통해 공기라인(37)을 거쳐 플로우메터(38)로 공급된다. 가스라인(34)과 공기라인(37)은 플로우메터(38)에 설치된 제어장치가 중앙종합제어기(44)로 연결됨으로써 제어된다.

코팅작업은, 필요한 재료, 가스, 공기 등을 150∼250 미터의 전송케이블을 통하여 외부로부터 공급함으로써 이루어진다. 이 전송 케이블은 증기발생기 상부 2차측 통로를 통하여 작업 위치까지 이어져 자동 고속용사 코팅 장치에 연결된다.

코팅재료는 분말 및 가스공급라인(41)을 통하여 분말공급기(40)로부터 고속용사 건(45)으로 공급이 되는데, 공급되는 분말양은 1차로 분말공급속도 모니터(39)로 제어되고, 2차로 중앙종합제어기(44)로 조절이 가능하게 되어 있다.

도 2는 손상된 증기발생기 습분분리기의 스월베인과 라이져배럴을 보수하기 위하여 설치되는 가이드 레일(62)과 고속용사 건(45)을 나타낸다. 습분분리기 상부에는 가이드 레일(62)이 설치되며, 가이드 레일(62)에는 고속용사 건(45)과 구동장치 등을 포함하여 이루어지는 메뉴플레이터가 이동 가능하게 설치된다.

고속용사 건(45)은 도 4에 나타난 바와 같이, 에어캡 몸체(54), 압축공기 통로(48), 가스공급통로(49), 분말재료 이송통로(50), 노즐(51, 52), 에어 캡(53), 전극(55), 에어덮개(56), 연소가스 부분(57)으로 이루어진다.

용융지점 (58)에서 용융된 분말은 용융분말 비행입자(59) 상태로 일정한 분사각도(60)로 분사되어 스월베인(16), 라이져배럴(20)의 표면에 코팅(47)이 된다.

이때 CCD 카메라가 건(45)의 상부에 일체적으로 결합되어 있으므로 건(45)은 카메라와 함께 움직이게 된다. 따라서 카메라(43)를 통하여 스월베인(16)과 라이져배럴(20)의 위치 및 파손상태가 온라인으로 모니터되어, 각종 작업변수가 용이하게 조정될 수 있다. 상기 CCD 카메라(43)에는 작업 위치를 밝혀주는 전등(61)이 설치되어 있어 작업부위를 밝혀준다.

한편 스월베인(16)과 라이져배럴(20)의 파손 부위가 곡면 또는 경사를 이룰 수도 있으므로, 고속용사 건(45)은 자유로운 방향 전환이 가능하고 또한 파손위치까지 쉽게 이동될 수 있도록 되어 있다. 즉 도 3에 나타난 바와 같이 최대 90˚의 각도로 고속용사 건(45)을 상하이동시키는 상하구동장치(63)를 이용하여 손상된 부분에 고속용사 건(45)을 정확하게 위치시킨다. 상기 상하구동장치(63)는 고정핀(64)과 연결되어 있다. 건(45)의 좌우 방향 위치는 회전구동장치(65)에 의해 정해진다. 또한 건(45)이 습분분리기 상부에서 가이드 레일(62)을 따라 전진 또는 후진하면서 360˚ 회전하도록 전후진구동장치(66)로 구동한다. 가이드 레일(62)은 6개의 바퀴(68)에 의해 가이드 레일에 놓인 상태에서 레일을 따라 이동할 수 있다. 가이드 레일 중앙에는 바퀴(68)가 따라서 움직일 수 있도록 홈이 만들어져 있으며, 이를 통해 장치의 이탈을 방지하고 위치를 정확하게 제어할 수 있다. 또한 장치 조립을 원활하게 하기 위해 한쪽 바퀴와 연결되는 부분(67)을 이용하여 장치의 탈착이 원활하게 이루어지도록 되어 있다. 한편 상기 레일(62)에는 상부와 좌우 하부가 함몰되어 여기에 바퀴(68)가 결합될 수 있도록 되어 있다.

이와 같은 구성에 의해, 건은 스월베인의 파손부위(G), 라이져배럴의 파손부위(H)에 따라 자유롭게 이동하면서 코팅 보수한다.

상기 코팅장치와 연결되는 각종 라인은 원자로 격납용기의 외부에 설치된 중앙종합제어기(44)와 연결되어 통합적으로 제어된다. 중앙종합제어기(44)는 주전원(42), 가스유량, 압력, 코팅 분말 공급량, 속도, 공기의 유량/압력을 제어할 수 있는 동시에 작업위치를 판단할 수 있는 CCD 카메라(43)와 고속용사 건(45)을 원격 제어하는 구동장치들(63, 65, 66)을 통합 제어하는 장치이다.

상기한 구성의 본 발명에 의하면, CCD 카메라(43)에 의해 전송되는 화상을 방사능 구역 밖의 중앙종합제어기에 설치된 모니터를 이용하여 관찰하면서 보수할 수 있으며, 이에 따라 작업과 검사가 동시에 이루어져 보수시간이 대폭 단축될 수 있다.

본 발명에 의한 코팅이 완료된 상태의 스월베인(16)의 개략을 도 5의 (a) 및 (b)에, 라이져배럴(20)의 개략을 도 6에 나타내었다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면 종래의 고속용사에 의한 보수방법을 자동화된 원격제어 시스템과 연결함으로써, 원자력 증기발생기 내에서 파손된 1차 습분분리기의 스월베인과 라이져배럴 부위를, 설치된 상태에서 원거리 무인 자동코팅으로 보수할 수 있어, 고속용사 코팅부위의 불량 발생과 이로 인한 운전 중의 재파손이 방지된다.

Claims (1)

1. 습분분리기의 상단부에 설치되는 가이드 레일(62)과, 상기 가이드 레일에 결합되고 상하좌우전후 방향전환이 가능한 고속용사 건(45)과, 상기 고속용사 건(45)에 결합되어 작업위치를 모니터링 하여 주는 카메라(43)와, 상기 카메라(43)에 결합되어 작업위치를 밝혀주는 전등(61)과, 방사능 구역 밖, 즉 원자로 격납용기 외부에 설치되고 모니터(39)를 구비하며 상기 고속용사 건(45) 및 카메라(43)를 원격제어하고 장비를 제어하는 중앙종합제어기(44)와, 상기 고속용사 건(45) 및 중앙종합제어기(44) 사이에 가스공급라인(41)으로 연결되는 분말공급기(40)와, 상기 중앙종합제어기(44)에 연결되는 플로우메터(38)와, 상기 플로우메터(38)에 가스라인(34)으로 연결되는 가스공급원(31, 32, 33)과, 상기 플로우메터(38)에 공기라인(37)으로 연결되는 공기정화기(35, 36)로 구성하되,

   상기 가이드 레일(62)과 고속용사 건(45)간의 결합구조는 레일(62) 상부 및 좌우측에 형성된 홈에 바퀴(68)로 결합되는 전후진 구동부(66)와, 상기 전후진 구동부(66) 상부에 결합되는 좌우회전 구동부(65)와, 상기 좌우회전 구동부(65) 상부에 결합되고 상기 건(45)의 하부에 고정핀(64)으로 연결되어 있는 상하 구동부(63)로 구성되는 것을 특징으로 하는 원자력 증기발생기 1차 습분분리기 보수장치.