KR100822035B1 - Method for manufacturing heat tube with oxide layer of steam generator - Google Patents

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KR100822035B1
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김홍덕
정한섭
정용찬
황일순
이태현
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한국전력공사
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Abstract

A method for manufacturing a heat tube with an oxide layer of a steam generator is provided to improve reliability of an eddy current test and integrity of the steam generator and extend a lifetime of a pressurized water reactor. A method for manufacturing a heat tube with an oxide layer of a steam generator includes the steps of: manufacturing an oxide layer generation system including a chamber(S100); installing steam generator laboratory degraded tubes inside the chamber(S200); generating an oxide layer on the steam generator laboratory degraded tubes by simulating steam generator environment of a pressurized water reactor inside the chamber receiving the steam generator laboratory degraded tubes(S300); and measuring a thickness of the oxide layer formed on the steam generator laboratory degraded tubes by mounting a wire for measuring impedance of the oxide layer generated on the steam generator laboratory degraded tubes(S400).

Description

균열 산화막이 형성된 증기 발생기 전열관 시편 제작 방법{METHOD FOR MANUFACTURING HEAT TUBE WITH OXIDE LAYER OF STEAM GENERATOR}TECHNICAL FIELD METHOD OF MANUFACTURING STEAM GENERATOR HEADER TUBES SPECIFICATION WITH CRACK OXIDE

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 증기 발생기 전열관 시편 제작을 위한 고온 산화막 생성 시스템을 도시한 도면,1 is a view showing a high temperature oxide film production system for producing a steam generator heat pipe specimen according to an embodiment of the present invention,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 증기 발생기 전열관 시편 제작 방법을 나타내는 흐름도,2 is a flow chart showing a steam generator heat pipe specimen manufacturing method according to an embodiment of the present invention,

도 3은 산화막 커패시턴스를 산출하기 위한 측정된 교류 임피던스의 등가 회로를 도시한 도면이다.3 shows an equivalent circuit of the measured alternating current impedance for calculating the oxide capacitance.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

100 : 산화막 생성 시스템 110: 챔버100: oxide film generating system 110: chamber

120 : 수화학 조절부 130 : 환경 제어부120: hydrochemical control unit 130: environmental control unit

140 : 산화막 측정부 150 : 와류 전류 시험부140: oxide film measuring unit 150: eddy current test unit

본 발명은 증기 발생기 시편 제작 방법에 관한 것으로서, 특히 균열 산화막이 형성된 증기 발생기 전열관 시편을 제작하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a steam generator specimen, and more particularly to a method for manufacturing a steam generator heat pipe specimen formed with a crack oxide film.

일반적으로 증기 발생기는 가압 경수로(PWR: Pressurized Water Reactor)의 1차 순환 냉각수가 2차 순환 냉각수에 열을 전달하도록 하여 2차 순환 냉각수를 증기로 변환시키는 작용을 한다. 증기 발생기의 전열관은 내부가 1차 순환 냉각수와 닿고 외부가 2차 순환 냉각수가 닿는 구조를 가지므로 1차 순환 냉각수의 열을 2차 순환 냉각수로 전달한다. In general, the steam generator converts the secondary circulating coolant into steam by allowing the primary circulating coolant of the PWR (Pressurized Water Reactor) to transfer heat to the secondary circulating coolant. The heat transfer tube of the steam generator has a structure in which the inner circumferential coolant is in contact with the outer circulating coolant and the outer circumferential coolant is transferred to the secondary circulating coolant.

한편 1차 순환 냉각수는 핵연료에 의해 가열되기 때문에 방사능을 가진 상태이나 2차 순환 냉각수는 증기 발생기의 전열관을 통하여 열을 전달받기 때문에 방사능을 갖지 않은 상태이다. 즉 증기 발생기의 전열관은 1차 순환측과 2차 순환측의 압력 경계를 이루는 부분으로 1차 순환측의 방사성 물질이 2차 순환측으로 유입되지 않도록 하는 주요 안전 설비이다.On the other hand, since the first circulating coolant is heated by nuclear fuel, it is radioactive, but the second circulating coolant is not radioactive because it receives heat through the heat exchanger tube of the steam generator. In other words, the heat transfer tube of the steam generator is a part that forms a pressure boundary between the primary circulation side and the secondary circulation side, and is a main safety facility for preventing radioactive material from the primary circulation side into the secondary circulation side.

그러므로 증기 발생기의 전열관 튜브는 니켈-크롬계 합금인 'Alloy 600'과 같은 내식성과 기계적 특성이 우수한 재질로 형성된다. 그러나 원자력 발전이 진행되는 경우 증기 발생기의 전열관은 1차 순환측 및 2차 순환측 양측에 고온 및 고압의 상태에 놓이게 되어 장시간 원자력 발전이 진행되는 경우 IGA / IGSCC (InterGranular Attack / InterGranular Stress Corrosion Cracking)에 의해 손상될 수 있다.Therefore, the heat generator tube of the steam generator is formed of a material having excellent corrosion resistance and mechanical properties such as 'Alloy 600', a nickel-chromium alloy. However, in the case of nuclear power generation, the heat generator tube of the steam generator is in a state of high temperature and high pressure on both sides of the primary circulation side and the secondary circulation side, and when the nuclear power generation progresses for a long time, IGA / IGSCC (InterGranular Attack / InterGranular Stress Corrosion Cracking) It can be damaged by

이러한 증기 발생기의 전열관 손상은 1차 냉각수를 2차 순환측으로 누출시켜 1차 냉각수에 포함된 방사능을 외부로 유출시킬 우려가 있다. 방사능 유출은 안전에 직접적인 영향을 미치며 또한 심각한 환경 오염을 유발한다. 또한 보수를 위한 원자력 발전의 중단은 막대한 경제적 손실로 이어지게 된다.Damage to the heat transfer tube of the steam generator may leak the primary cooling water to the secondary circulation side to leak the radiation contained in the primary cooling water to the outside. Radioactive spills have a direct impact on safety and also cause serious environmental pollution. In addition, the disruption of nuclear power for repairs leads to enormous economic losses.

따라서 가동중인 가압 경수로의 안전성 확보와 수명 연장을 위해 증기 발생기 전열관의 건전성 확보를 위한 유지 활동과 연구가 필요하다. 와전류 시험(ECT: Eddy Current Technique)은 증기 발생기 전열관의 건전성을 평가하는 방법으로 비파괴 검사, 누설율 측정 및 파단 압력 예측이 중요한 역할을 하는 것으로 인식되고 있다.Therefore, maintenance activities and studies are needed to secure the integrity of the steam generator heat pipes in order to secure safety and extend the life of the pressurized water reactors in operation. Eddy Current Technique (ECT) is a method of evaluating the integrity of steam generator tubes, and it is recognized that non-destructive testing, leak rate measurement and break pressure prediction play an important role.

그런데 이러한 연구의 검증과 신뢰성을 확보하기 위하서는 무엇보다도 실제 원자력 발전을 진행하는 경우 증기 발생기 전열관에서 발생하는 자연 균열과 유사한 기계적 화학적 특성을 모사하는 증기 발생기 전열관 시편(Laboratory Degraded Tubes) 제작이 선행되어야 한다.However, in order to secure the verification and reliability of these studies, first of all, in the case of actual nuclear power generation, it is necessary to precede the production of laboratory degraded tubes that simulate the mechanical and chemical properties similar to the natural cracks generated in the steam generator tube. do.

기존의 연구 기관 중 일부에서는 와전류 시험 검증을 위한 증기 발생기 전열관 시편을 제작하는 데 성공하였다. 특히 미국 아르곤 국립 연구소(ANL: Argonne National Laboratory)와 원자력 연구소에서는 'Alloy 600' 전열관 튜브를 이용하여 상온 입계 균열을 만들어 내는 방법을 수립하였다. 이 방법은 상온에서 Na2O6S2·2H2O(Sodoum Tetrathionate) 수용액을 이용하여 부식 환경을 조성하고 내압 하중 인가법과 인장 하중 인가법을 통해 축 방향 균열과 원주 방향의 균열을 가지는 시편을 제작하여 와전류 시험(ECT)을 수행한다.Some of the existing research institutes have succeeded in fabricating steam generator tube specimens for eddy current test validation. In particular, the Argonne National Laboratory (ANL) and the Atomic Energy Research Institute (ARL) of the United States have established a method of creating grain boundary cracks at room temperature using the Alloy 600 tube. This method creates a corrosive environment by using Na 2 O 6 S 2 · 2H 2 O (Sodoum Tetrathionate) aqueous solution at room temperature, and uses specimens with axial cracks and circumferential cracks by pressure-bearing and tensile load application. Fabrication and eddy current test (ECT).

통상적으로 니켈(Ni) 합금 재질의 증기 발생기 전열관은 원자력 발전이 진행되는 가압 경수로의 1차 순환 냉각수와 2차 순환 냉각수에 직접 닿아 있기 때문에 표면에 니켈, 크롬, 철 산화막이 형성된다. 표면에 형성된 산화막은 전도성을 가지므로 비파괴 검사 수단인 와전류 시험의 정밀도에 영향을 미치는 주요한 요인이 된다.In general, nickel, chromium, iron oxide film is formed on the surface of the steam generator tube made of nickel (Ni) alloy because it is in direct contact with the first and second circulating coolant of the pressurized water reactor in which nuclear power generation proceeds. Since the oxide film formed on the surface has conductivity, it is a major factor influencing the accuracy of the eddy current test, which is a non-destructive inspection means.

그런데 종래 와전류 시험 검증을 위한 증기 발생기 전열관 시편은 실제 증기 발생기 전열관 균열에서 보여지는 표면 산화막과 균열 입계에 분포하는 산화막이 고려되지 않아 산화막에 의한 와전류 시험의 신뢰성에 문제점이 있다.However, the steam generator heat pipe specimen for verifying the conventional eddy current test has a problem in the reliability of the eddy current test by the oxide film because the oxide film distributed at the crack boundary and the surface oxide film actually seen in the crack of the steam generator heat pipe is not considered.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 가압 경수로 수화학 환경을 모사한 환경에서, 자연 균열에서 보여지는 표면 산화막이 형성된 증기 발생기 전열관 시편을 제작하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a steam generator heat pipe specimen having a surface oxide film as seen in natural cracking in an environment that simulates a hydrochemical environment with pressurized hard water.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 챔버를 포함하는 산화막 생성 시스템을 제작하는 단계; 상기 챔버 내부에 증기 발생기 전열관 시편을 설치하는 시편 장착 단계; 상기 증기 발생기 전열관 시편이 설치된 챔버 내부를 가압 경수로의 증기 발생기 환경으로 모사하여 상기 증기 발생기 전열관 시편에 산화막을 생성하는 환경 모사 단계; 및 상기 증기 발생기 전열관 시편에 생성된 산화막의 두께를 측정하는 산화막 측정 단계;를 포함한다.In order to solve the above technical problem, the present invention provides a method for manufacturing an oxide film production system including a chamber; A specimen mounting step of installing a steam generator heat pipe specimen in the chamber; An environment simulation step of generating an oxide film on the steam generator heat pipe specimen by simulating the inside of the chamber in which the steam generator heat pipe specimen is installed in a steam generator environment of a pressurized water reactor; And an oxide film measuring step of measuring a thickness of the oxide film generated on the steam generator heat pipe specimen.

여기서, 상기 산화막 측정 단계는, 상기 증기 발생기 전열관 시편에 생성된 산화막의 임피던스를 측정하기 위한 와이어를 부착하는 단계를 포함한다.Here, the oxide film measuring step includes attaching a wire for measuring the impedance of the oxide film generated on the steam generator heat pipe specimen.

또한 상기 산화막 측정 단계는, 상기 산화막의 임피던스를 측정하는 단계, 상기 임피던스를 이용하여 상기 산화막의 커패시턴스를 산출하는 단계 및 상기 산화막의 커패시턴스를 이용하여 상기 산화막의 두께를 산출하는 단계를 포함한다.The measuring of the oxide layer may include measuring an impedance of the oxide layer, calculating a capacitance of the oxide layer using the impedance, and calculating a thickness of the oxide layer using the capacitance of the oxide layer.

또한 상기 산화막 임피던스 측정 단계는 전기화학 임피던스 기법(Electrochemical Impedance Spectroscopy)를 이용하는 것이 바람직하다.In addition, the oxide film impedance measurement step is preferably using an electrochemical impedance spectroscopy (Electrochemical Impedance Spectroscopy).

또한 상기 산화막 커패시턴스 산출 단계는, 상기 산화막 임피던스의 등가 회로를 이용하는 것이 바람직하다.In the oxide capacitance calculation step, it is preferable to use an equivalent circuit of the oxide impedance.

또한 상기 산화막 두께 산출 단계는, 수학식

Figure 112006079849142-pat00001
을 이용하여 상기 산화막 두께를 산출하며, 상기 수학식에서 C는 상기 산화막의 커패시턴스이며, A는 상기 산화막의 면적이며, d는 상기 산화막의 두께이며,ε는 유전 상수(dielectric constant)이며, ε0는 상수 8.854 x 10-12 F/M인 것이 바람직하다.In addition, the oxide film thickness calculating step,
Figure 112006079849142-pat00001
The thickness of the oxide film is calculated by using C, wherein C is the capacitance of the oxide film, A is the area of the oxide film, d is the thickness of the oxide film, ε is the dielectric constant, and ε 0 is It is preferred that the constant is 8.854 x 10 -12 F / M.

또한 상기 환경 모사 단계는, 상기 챔버 내부의 용존 수소 농도 25 내지 35 cc/Kg로 유지하고, 용존 산소 농도 5ppb 이하로 유지하며, 상기 증기 발생기 전열관 시편 위치에서 온도 320℃ 이상, 압력 150 기압 이상을 40 시간 이상 유지하는 단계를 포함한다.In the environmental simulation step, the dissolved hydrogen concentration in the chamber is maintained at 25 to 35 cc / Kg, the dissolved oxygen concentration is maintained at 5 ppb or less, and the temperature of the steam generator heat pipe specimen at a temperature of 320 ° C. or higher and a pressure of 150 atm or higher. Maintaining for at least 40 hours.

이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 증기 발생기 전열관 시편 제작을 위한 고온 산화막 생성 시스템을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 증기 발생기 전열관 시편 제작을 위한 고온 산화막 생성 시스템(100)은, 챔버(110), 수화학 조절부(120), 환경 제어부(130), 산화막 측정부(140) 및 와류전류 시험부(150)를 포함한다,1 is a diagram illustrating a high temperature oxide film formation system for fabricating a steam generator heat pipe specimen according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the high temperature oxide film generating system 100 for fabricating a steam generator heat pipe specimen includes a chamber 110, a hydrochemical control unit 120, an environmental control unit 130, an oxide film measuring unit 140, and a eddy current It includes a test unit 150,

상기 챔버(110)는 환경 제어부(130)에 의해 제어되는 수화학 조절부(120)와 히터(122)에 의해 가압 경수로(도시되지 않음)의 고온 고압 증기 발생기 환경을 모의적으로 제공한다. 챔버(110) 내부는 수화학 조절부(120)와 연통되며 산화막 측정부(140) 또는 와류 전류 시험부(150)에 전기적으로 연결되는 시편 및 측정용 전극(116)이 장착된다. 여기서 시편은 와류 전류 측정용 시편(114) 및 교류 임피던스 측정용 시편(112)을 포함하며, 측정용 전극(116)은 AUEN(AU PH Electrode-Non PTFE) 또는 CU/CU2O/ZrO2 전극을 포함한다. 챔버(110) 외부는 챔버(110)를 감싸며 챔버(110) 내부를 고온 상태로 만드는 히터(122)가 설치된다. The chamber 110 simulates a high temperature and high pressure steam generator environment of a pressurized water reactor (not shown) by the hydrochemical control unit 120 and the heater 122 controlled by the environmental control unit 130. The interior of the chamber 110 communicates with the hydrochemical control unit 120 and is equipped with a specimen and measurement electrode 116 electrically connected to the oxide film measuring unit 140 or the eddy current test unit 150. Here, the specimen includes a specimen 114 for measuring the eddy current and the specimen 112 for measuring the AC impedance, and the measuring electrode 116 is formed of AUEN (AU PH Electrode-Non PTFE) or CU / CU 2 O / ZrO 2. An electrode. The outside of the chamber 110 surrounds the chamber 110 and a heater 122 is installed to make the inside of the chamber 110 at a high temperature.

상기 수화학 조절부(120)는 챔버(110) 내부와 연통되며 환경 제어부(130)의 제어에 따라 챔버(110)로 유입되는 물의 화학적 성분을 조절하여 챔버(110) 내부에 가압 경수로의 증기 발생기 내부 환경을 인위적으로 형성시킨다. 또한 수화학 조절 부(120)는 챔버(110) 내부에 설치된 시편(122,114)에 산화막이 생성되는 동안 챔버(110) 내부의 수화학 환경을 일정하게 유지한다. The hydrochemical control unit 120 is in communication with the interior of the chamber 110 and under the control of the environmental control unit 130 to adjust the chemical composition of the water flowing into the chamber 110 by the steam generator of the pressurized water reactor in the chamber 110 Artificially create the internal environment. In addition, the hydrochemical control unit 120 maintains a constant hydrochemical environment inside the chamber 110 while the oxide film is generated in the specimens 122 and 114 installed inside the chamber 110.

이를 위해 수화학 조절부(120)는 가압을 위한 펌프(Charging pump), 고압 유지를 위한 어큐뮬레이터(Accumulator), 열교환부(Regenerative heat exchanger) 등을 포함한다.To this end, the hydrochemical control unit 120 includes a charging pump, a accumulator for maintaining a high pressure, a heat exchanger, and the like.

상기 환경 제어부(130)는 챔버(110) 내부의 시편(112,114)에 산화막이 생성될 수 있도록 수화학 조절부(120)와 히터(122)를 제어하여 챔버(110) 내부가 가압 경수로의 고온 고압 증기 발생기 환경으로 모사되도록 한다. The environmental control unit 130 controls the hydrochemical control unit 120 and the heater 122 so that an oxide film may be formed on the specimens 112 and 114 in the chamber 110. Allow it to be simulated into a steam generator environment.

상기 산화막 측정부(140)는 챔버(110) 내부에 장착된 교류 임피던스 측정용 시편(112)에 생성되는 산화막을 실시간으로 측정한다. 산화막 측정부(140)는 산화막 두께의 실시간으로 측정하기 위하여 임피던스 스펙트라(Spectra) 측정용 주파수 응답 분석기(Frequency Response Analyser)와, 전기화학 임피던스 측정 프로그램을 이용하고, 임피던스 스펙트라 분석을 위해 임피던스 스펙트라 분석 프로그램을 이용할 수 있다. 여기서, 임피던스 스캔 주파수 범위는 106 내지 10-2로 하는 것이 바람직하다. The oxide film measuring unit 140 measures the oxide film generated in the specimen 112 for measuring the AC impedance mounted in the chamber 110 in real time. The oxide film measuring unit 140 uses a frequency response analyzer for measuring impedance spectra in order to measure the thickness of the oxide film in real time, an electrochemical impedance measuring program, and an impedance spectra analysis program for impedance spectra analysis. Can be used. Here, the impedance scan frequency range is preferably set to 10 6 to 10 −2 .

상기 와류 전류 시험부(150)는 챔버(110) 내부에 장착된 와류 전류 측정용 시편(114) 및 측정용 전극(116)을 통하여 와류 전류 등을 측정하고 이를 근거로 챔버(110) 내부의 수화학 조건의 안정성을 유지한다. 또한 와류 전류 시험부(150)는 챔버(110) 내부의 온도와 압력, 챔버(110) 내부 시편을 통해 측정된 와류 전류, 용 존 수소량(DH) 및 용존 산소량(DO), 도전율(Conductivity) 등을 실시간으로 측정하여 저장한다.The eddy current test unit 150 measures the eddy current and the like through the eddy current measurement specimen 114 and the measurement electrode 116 mounted inside the chamber 110, and based on the eddy current test unit 150 Maintain stability of chemical conditions. In addition, the eddy current test unit 150 is the temperature and pressure inside the chamber 110, the eddy current measured through the specimen inside the chamber 110, dissolved hydrogen (DH) and dissolved oxygen (DO), conductivity (conductivity) Measure and store the lights in real time.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 증기 발생기 전열관 시편 제작 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 2를 참조하면, 증기 발생기 전열관 시편 제작 방법은 고온 산화막 생성 시스템 제작 단계(S100), 시편 장착 단계(S200), 환경 모사 단계(S300) 및 산화막 측정 단계(S400)을 포함한다.2 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a steam generator heat pipe specimen according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the steam generator heat pipe specimen manufacturing method includes a high temperature oxide film production system manufacturing step (S100), a specimen mounting step (S200), an environmental simulation step (S300), and an oxide film measuring step (S400).

상기 고온 산화막 생성 시스템 제작 단계(S100)는 본 발명의 일실시예에 따라 증기 발생기 전열관 시편 제작을 위해 도 1에서 설명한 고온 산화막 생성 시스템을 제작한다. In the manufacturing of the high temperature oxide film production system (S100), the high temperature oxide film production system described with reference to FIG. 1 is manufactured for fabricating a steam generator heat pipe specimen according to an embodiment of the present invention.

고온 산화막 생성 시스템 제작 후, 초순수(Ultra pure water)로 챔버를 세척한다. 그리고 챔버의 연결 부분을 정해진 토크만큼 조인 후 압력을 상승시켜 연결 부분의 누설 여부를 확인한다. 가압 시험 후 추가적으로 온도를 상승시켜 다시 연결 부분의 누설 여부를 확인하는 것이 바람직하다.After fabrication of the high temperature oxide film production system, the chamber is washed with ultra pure water. After tightening the connection part of the chamber by a predetermined torque, the pressure is increased to check whether the connection part is leaked. After the pressure test, it is advisable to further increase the temperature to check for leaks in the connection.

그리고 고온 산화막 생성 시스템에 사용될 온도계와 압력계를 교정 장비를 이용하여 교정(calibration)한다. 한편 온도계와 압력계 구매시 교정된 것을 사용할 경우 교정 과정을 생략할 수 있다.The thermometer and manometer used in the high temperature oxide film formation system are calibrated using calibration equipment. On the other hand, if you use a calibrated thermometer and pressure gauge, you can skip the calibration process.

상기 시편 장착 단계(S200)는 와류 전류 측정용 시편과 교류 임피던스 측정용 시편을 미리 제작하여 준비한 고정체에 부착하여 챔버 내에 장착한다.The specimen mounting step (S200) is attached to a fixture prepared in advance by preparing a specimen for measuring the eddy current and the specimen for measuring the AC impedance, and is mounted in the chamber.

여기서 교류 임피던스 측정용 시편은 와류 전류 측정시 작업 전극(working electrode) 기능을 한다. 교류 임피던스 측정용 시편은 다음 단계를 통하여 얻어질 수 있다. 먼저 시편을 1cm2 의 면적을 가지도록 가공하고, 연마제 예를 들면 그리트 크기(Grit Size) 400, 600 또는 1000의 탄화규소 페이퍼(SiC Paper) 또는 3um의 알루미나(Alumina)을 이용하여 단계별로 연마한다. 각 단계 연마 후 증류수(distilled water) 환경하에서 초음파 세정으로 세정한 후 공기 중에서 건조시킨다. 그리고 임피던스 측정을 위하여 0.5mm 지름의 와이어(Alloy 600)를 시편 모서리에 스폿 용접(Spot Welding)한 후, 열 수축 테프론 튜브로 절연시킨다. Here, the specimen for measuring AC impedance serves as a working electrode when measuring the eddy current. Specimens for ac impedance measurement can be obtained by the following steps: First, the specimen is processed to have an area of 1 cm 2 and polished step by step using an abrasive, for example, SiC Paper of Grit Size 400, 600, or 1000, or 3 μm of Alumina. . After each step, the wafer is cleaned by ultrasonic cleaning in a distilled water environment and then dried in air. In addition, a 0.5 mm diameter wire (Alloy 600) is spot welded to the edge of the specimen for impedance measurement, and then insulated with a heat shrinkable Teflon tube.

상기 환경 모사 단계(S300)는 시편이 장착된 챔버에 가압 경수로 1차 순환측 환경을 인위적으로 형성시키는 단계이다. The environmental simulation step (S300) is a step of artificially forming the environment in the primary circulation side by pressurized hard water in the chamber in which the specimen is mounted.

본 실시예에서 가압 경수로 1차 순환측 환경을 모사하기 위한 고온 산화막 생성 시스템의 조건은 다음과 같다. 용존 수소 농도 25 내지 35 cc/Kg 바람직하게는 30cc/Kg, 용존 산소 농도 5ppb 이하, 붕소(B) 1200ppm, 리튬(Li) 2ppm, 염소 및 불소 이온 농도 각각 0.05ppm 이하, 25℃ 기준 PH 7.0±0.2, 전기 전도도 21 내지 22 us/cm, 시편 위치에서 온도 320℃ 이상, 시편 위치에서 압력 150 기압, 실험 지속 시간 40시간이다. In this embodiment, the conditions of the high temperature oxide film formation system for simulating the primary circulation side environment of the pressurized light water reactor are as follows. Dissolved hydrogen concentration 25 to 35 cc / Kg Preferably 30 cc / Kg, dissolved oxygen concentration 5ppb or less, boron (B) 1200ppm, lithium (Li) 2ppm, chlorine and fluorine ion concentrations respectively 0.05ppm or less, pH 7.0 ± 25 ℃ 0.2, electrical conductivity of 21 to 22 us / cm, temperature of 320 ° C. or higher at the specimen position, pressure of 150 atm at the specimen position, experiment duration of 40 hours.

여기서 붕소붕산(H3BO3)이 1200ppm 농도일 때, 수산화리튬(LiOH)은 300℃ 기준의 PH가 7.0이 되도록 조절한다. 또한 고순도 아르곤(Ar) 또는 질소(N2) 가스를 이용한 가스 정화(Gas Purging)를 실시하여 챔버 내부의 산소를 제거한 후 챔버 내부의 온도와 압력을 설정된 온도와 압력으로 올린다. 이러한 환경 모사 단계(S300) 을 통하여, 가압 경수로 1차 순환측 환경에서 생성되는 산화막이 챔버내에 장착된 시편에 형성된다. Here, when boron boric acid (H 3 BO 3 ) is 1200ppm concentration, lithium hydroxide (LiOH) is adjusted so that the pH of the reference 300 ℃ 7.0. In addition, gas purging using high purity argon (Ar) or nitrogen (N 2 ) gas is performed to remove oxygen in the chamber, and then the temperature and pressure inside the chamber are raised to a set temperature and pressure. Through this environment simulation step (S300), an oxide film generated in the pressurized water reactor primary circulation side environment is formed on the specimen mounted in the chamber.

상기 산화막 두께 산출 단계(S400)는 적절한 시간 간격으로 두 개의 임피던스 측정용 시편 사이의 임피던스를 측정하고 이를 이용하여 형성된 산화막의 두께를 산출한다. 산화막 두께 산출 단계(S400)는 320℃의 고온 및 150 기압의 고압을 유지하면서 와류 전류 시험을 수행하여 수화학 조건의 안정성을 확인하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.The oxide film thickness calculating step (S400) measures the impedance between two impedance measurement specimens at appropriate time intervals and calculates the thickness of the oxide film formed using the same. Oxide film thickness calculating step (S400) preferably further comprises the step of confirming the stability of the hydrochemical conditions by performing a eddy current test while maintaining a high temperature of 320 ℃ and a high pressure of 150 atm.

본 실시예에서 산화막 두께의 실시간 측정을 위하여 임피던스 측정용 시편 사이의 교류 임피던스를 시간 함수로 적용한 전기화학 임피던스 기법(ESI: Electrochemical Impedance Spectroscopy)을 사용한다.In this embodiment, electrochemical impedance spectroscopy (ESI) using an alternating current impedance between specimens for impedance measurement as a function of time is used for real-time measurement of oxide thickness.

구체적으로 측정된 교류 임피던스를 이용하여 산화막의 두께를 산출하는 방법을 설명한다. 이는 측정된 교류 임피던스를 이용하여 산화막 커패시턴스를 산출하는 단계와 산화막 커패시턴스를 이용하여 산화막의 두께를 산출하는 단계를 포함한다.The method of calculating the thickness of an oxide film using the measured AC impedance specifically, is demonstrated. This includes calculating an oxide capacitance using the measured alternating current impedance and calculating an oxide thickness using the oxide capacitance.

먼저 측정된 교류 임피던스를 이용하여 산화막 커패시턴스를 산출하는 단계를 설명한다. 산화막 커패시턴스는 측정된 교류 임피던스의 등가 회로를 이용하여 적절한 상수값을 대입한 후 최적화(fitting)하여 산출될 수 있다. 도 3은 산화막 커패시턴스를 산출하기 위한 측정된 교류 임피던스의 등가 회로를 예시한 도면이다.First, the step of calculating the oxide capacitance using the measured AC impedance will be described. The oxide capacitance may be calculated by substituting an appropriate constant value using an equivalent circuit of the measured AC impedance and then fitting. 3 illustrates an equivalent circuit of the measured alternating current impedance for calculating the oxide capacitance.

여기서, Rs는 용액 저항(Solution Resistance), Cox는 산화막 커패시턴스(Capacotance of the oxide), Rox는 산화막 저항(Resistance of the oxide), Cdl은 이중 레이어 커패시턴스(Doble Layer Capacitance), Rcorr은 부식 저항(Corrosion Resistance), L은 리드 와이어의 인덕턴스(Inductance effect of lead wire)를 의미한다. Where R s is the solution resistance, C ox is the capacitance of the oxide, R ox is the resistance of the oxide, and C dl is the double layer capacitance, R corr Is the corrosion resistance, and L is the inductance effect of lead wire.

다음으로 산출된 산화막 커패시턴스를 이용하여 산화막 두께를 얻는 과정을 설명한다. 산화막 두께는 아래 수학식1에 산출된 산화막 커패시턴스를 대입함으로 얻어질 수 있다.Next, the process of obtaining an oxide film thickness using the calculated oxide film capacitance will be described. The oxide film thickness can be obtained by substituting the oxide capacitance calculated in Equation 1 below.

Figure 112006079849142-pat00002
Figure 112006079849142-pat00002

상기 수학식1에서 C는 산화막의 커패시턴스[farad], A는 산화막의 면적[m2], d는 산화막의 두께,ε는 유전 상수(dielectric constant), ε0는 상수 8.854 x 10-12 F/M을 각각 의미한다. In Equation 1, C is the capacitance of the oxide film [farad], A is the oxide film area [m 2 ], d is the thickness of the oxide film, ε is a dielectric constant, ε 0 is a constant 8.854 x 10 -12 F / M means each.

표1은 적절한 시간 간격으로 두 개의 임피던스 측정용 시편 사이의 임피던스를 측정하고 측정된 임피던스의 등가 회로와 수학식1을 이용하여 산화막의 두께를 산출한 경우를 예시한다.Table 1 exemplifies a case where the thickness of the oxide film is calculated by measuring the impedance between two impedance measurement specimens at appropriate time intervals and using the equivalent circuit of the measured impedance and Equation (1).

1차 측정Primary measurement 2차 측정Secondary measurement 3차 측정3rd measurement 산화막 저항 (Rox)Oxidation Resistance (R ox ) 62.61 Ω62.61 Ω 76.13 Ω76.13 Ω 87.01 Ω87.01 Ω 산화막 커패시턴스(Cox)Oxide Capacitance (C ox ) 0.47087 uF0.47087 uF 0.45558 uF0.45558 uF 0.45249 uF0.45249 uF 산화막 두께(d)Oxide thickness (d) 0.18803 um0.18803 um 0.19435 um0.19435 um 0.19567 um0.19567 um

표 1에서 1차 측정, 2차 측정, 3차 측정은 일정한 시간 간격을 두고 순차적으로 임피던스를 측정한 것이다. 측정 시간이 경과할 수록 산화막의 저항은 커지고 커패시턴스는 감소함을 알 수 있다. 또한 산화막의 두께는 점점 증가한다.In Table 1, the primary, secondary, and tertiary measurements are impedance measurements taken sequentially at regular intervals. It can be seen that as the measurement time elapses, the resistance of the oxide film increases and the capacitance decreases. In addition, the thickness of the oxide film is gradually increased.

다음으로 최종적으로 원하는 두께의 산화막의 생성이 확인되면, 본 발명의 일실시예에 따른 증기 발생기 전열관 시편 제작 과정을 마무리하고, 증기 발생기 전열과 시편의 산화막의 표면 및 단면을 광학 현미경(Optical Microscope)이나 주사 전자 현미경(SEM: Scanning Electron Microscopy)으로 확인하고, 오제이 전자 현미경(Auger Electron Spectroscopy)등으로 관찰하여 형성된 산화막의 정보를 확인한다.Next, when the formation of the oxide film having a desired thickness is finally confirmed, the process of fabricating the steam generator heat pipe specimen according to the embodiment of the present invention is completed, and the surface and the cross-section of the steam generator heat transfer and the oxide film of the specimen are optical microscopes. In addition, it is confirmed by Scanning Electron Microscopy (SEM) and the information of the oxide film formed by observing by Auger Electron Spectroscopy (Auger Electron Microscopy).

본 발명에 따르면, 가압 경수로 수화학 환경을 모사한 환경에서, 자연 균열에서 보여지는 표면 산화막이 형성된 증기 발생기 전열관 시편을 제공할 수 있기 때문에 와류 전류 시험의 신뢰성을 향상시키고, 증기 발생기의 건전성 향상 및 가압 경수로의 수명을 연장 시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, since it is possible to provide a steam generator heat pipe specimen having a surface oxide film as seen in natural cracking in an environment that simulates a hydrochemical environment with pressurized hard water, it improves the reliability of the eddy current test, improves the integrity of the steam generator, and It has the effect of extending the life of pressurized water reactor.

Claims (7)

삭제delete 챔버를 포함하는 산화막 생성 시스템을 제작하는 단계;Fabricating an oxide film production system comprising a chamber; 상기 챔버 내부에 증기 발생기 전열관 시편을 설치하는 시편 장착 단계;A specimen mounting step of installing a steam generator heat pipe specimen in the chamber; 상기 증기 발생기 전열관 시편이 설치된 챔버 내부를 가압 경수로의 증기 발생기 환경으로 모사하여 상기 증기 발생기 전열관 시편에 산화막을 생성하는 환경 모사 단계; 및An environment simulation step of generating an oxide film on the steam generator heat pipe specimen by simulating the inside of the chamber in which the steam generator heat pipe specimen is installed in a steam generator environment of a pressurized water reactor; And 상기 증기 발생기 전열관 시편에 생성된 산화막의 임피던스를 측정하기 위한 와이어를 부착하여, 상기 증기 발생기 전열관 시편에 생성된 산화막의 두께를 측정하는 산화막 측정 단계;An oxide film measuring step of attaching a wire for measuring impedance of an oxide film generated on the steam generator heat pipe specimen and measuring a thickness of the oxide film formed on the steam generator heat pipe specimen; 를 포함하는 증기 발생기 전열관 시편 생성 방법.Steam generator heating tube specimen generation method comprising a. 제 2 항에 있어서, 상기 산화막 측정 단계는, The method of claim 2, wherein the measuring oxide film, 상기 산화막의 임피던스를 측정하는 단계, 상기 임피던스를 이용하여 상기 산화막의 커패시턴스를 산출하는 단계 및 상기 산화막의 커패시턴스를 이용하여 상기 산화막의 두께를 산출하는 단계를 포함하는 Measuring an impedance of the oxide film, calculating a capacitance of the oxide film using the impedance, and calculating a thickness of the oxide film using the capacitance of the oxide film; 증기 발생기 전열관 시편 생성 방법.Method of generating steam generator tube specimens. 제 3 항에 있어서, 상기 산화막 임피던스 측정 단계는 The method of claim 3, wherein the oxide impedance measurement step is performed. 전기화학 임피던스 기법(Electrochemical Impedance Spectroscopy)를 이용하는 Using electrochemical impedance spectroscopy 증기 발생기 전열관 시편 생성 방법.Method of generating steam generator tube specimens. 제 3 항에 있어서, 상기 산화막 커패시턴스 산출 단계는, The method of claim 3, wherein the oxide capacitance calculation step, 상기 산화막 임피던스의 등가 회로를 이용하는 Using an equivalent circuit of the oxide film impedance 증기 발생기 전열관 시편 생성 방법.Method of generating steam generator tube specimens. 제 5 항에 있어서, 상기 산화막 두께 산출 단계는, The method of claim 5, wherein the oxide film thickness calculating step, 수학식
Figure 112006079849142-pat00003
을 이용하여 상기 산화막 두께를 산출하며, 상기 수학식에서 C는 상기 산화막의 커패시턴스이며, A는 상기 산화막의 면적이며, d는 상기 산화막의 두께이며,ε는 유전 상수(dielectric constant)이며, ε0는 상수 8.854 x 10-12 F/M인
Equation
Figure 112006079849142-pat00003
The thickness of the oxide film is calculated by using C, wherein C is the capacitance of the oxide film, A is the area of the oxide film, d is the thickness of the oxide film, ε is the dielectric constant, and ε 0 is Constant 8.854 x 10 -12 F / M
증기 발생기 전열관 시편 생성 방법. Method of generating steam generator tube specimens.
제 6 항에 있어서, 상기 환경 모사 단계는, The method of claim 6, wherein the environment simulation step, 상기 챔버 내부의 용존 수소 농도 25 내지 35 cc/Kg로 유지하고, 용존 산소 농도 5ppb 이하로 유지하며, 상기 증기 발생기 전열관 시편 위치에서 온도 320℃ 이상, 압력 150 기압 이상을 40 시간 이상 유지하는 단계를 포함하는 Maintaining a dissolved hydrogen concentration of 25 to 35 cc / Kg in the chamber, maintaining a dissolved oxygen concentration of 5 ppb or less, and maintaining a temperature of at least 320 ° C. and a pressure of at least 150 atm for 40 hours at a position of the steam generator tube. Containing 증기 발생기 전열과 시편 생성 방법. Steam generator heat transfer and specimen creation method.
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