KR101034777B1 - 원자로 안전주입 배관의 비손상식 써멀슬리브 제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자로 냉각계통의 안전주입배관에 설치된 써멀슬리브를 제거하는 써멀슬리브 제거방법에 관한 것으로, 원자로 냉각계통 내부로 연삭부(60)와 상하부 실링장치(70, 80)를 구비한 로봇유닛을 투입하는 로봇유닛 투입단계(S100)와; 투입된 로봇유닛을 안전주입배관의 위치로 이송시키는 이송단계(S200)와; 이송된 로봇유닛으로부터 연삭부(60)를 안전주입노즐 내부로 위치시키는 조정단계(S300)와; 상기 상하부 실링장치(70, 80)를 써멀슬리브의 상하단에 각각 밀착시켜 실링하는 실링단계(S400)와; 상기 연삭부(60)를 사용하여 써멀슬리브의 그루브 면을 연삭하는 연삭단계(S500)와; 상기 연삭단계(S500)가 종료되면 두께가 얇아진 그루브 면(2B)에 외압을 부가하여 써멀슬리브를 안전주입배관의 내벽면으로부터 분리한 다음 써멀슬리브와 함께 로봇유닛을 하강시키는 분리단계(S600)와; 하강된 로봇유닛과 함께 써멀슬리브를 배출하는 배출단계(S700)로 이루어지는 것을 그 기술적 특징으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 구성을 통해 원자로 안전주입노즐의 상부 배관을 절단하지 않고도 안전주입배관의 내벽면을 손상시키지 않으면서 신속하고 효과적으로 안전주입배관으로부터 써멀슬리브를 제거할 수 있다.

Description

원자로 안전주입 배관의 비손상식 써멀슬리브 제거방법{Removing Method for Thermal Sleeve in Safety Injection Line of Nuclear Power Plant}

본 발명은 원자력발전소의 원자로 냉각계통의 안전주입배관의 내부에 삽입 설치되는 써멀슬리브(Thermal Sleeve)의 제거방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 안전주입배관의 내벽면을 손상시키지 않으면서도 안전주입배관의 노즐의 내벽면에 설치 고정되어 있는 써멀슬리브를 효과적이고 신속하게 제거할 수 있도록 하는 써멀슬리브의 제거방법에 관한 것이다.

원자력 발전소의 원자로 주냉각계통에는 비상시 주냉각계통에 냉각수를 공급할 수 있도록 안전주입배관이 설치되며, 이 안전주입배관의 입구쪽에는 도 1a에 도시된 바와 같이 안전주입노즐(100)이 구비되는데, 이 안전주입노즐(100)의 내부에는 외부로부터 약 20℃ 전후의 냉각수가 약 280∼300℃의 주냉각계통의 냉각수에 공급되는 경우 갑작스러운 온도 변화에 따른 열충격으로 인해 안전주입노즐의 내벽이 손상될 수 있기 때문에 이를 방지하기 위해 상하 양단이 개방된 원통 형상의 써멀슬리브(200)가 삽입 고정된다.

이때 원통형의 써멀슬리브를 안전주입노즐의 내벽면에 그냥 끼우게 되면 써멀슬리브가 고정되지 못하고 안전주입배관 내부를 흐르는 냉각수의 흐름에 따라 유동될 수 있기 때문에 이를 방지하기 위해 안전주입노즐에는 그 원주면을 따라 내측으로 움푹패인 띠 형상의 그루브(groove)를 형성한 다음, 이 부분에 써멀슬리브를 위치시킨 후, 써멀슬리브의 내부로부터 화약을 폭발시켜 그 폭발력에 따른 확관에 의해 써멀슬리브의 일부분이 그루브 내부로 압입되도록 함으로써 써멀슬리브가 안전주입노즐의 내벽면에 밀착 고정되도록 하고 있다.

그러나 화약의 충분한 폭발력에 의해 확관이 정상적으로 이루어져 써멀슬리브가 안전주입노즐의 내벽면에 견고하게 부착된 경우라 하더라도 장기간의 원자로 운전에 따른 냉각수의 유동에 의해 써멀슬리브가 변형되어 안전주입노즐로부터 이탈될 우려가 있다. 이 경우 오히려 원자로 설비에 치명적인 손상을 가져올 수 있기 때문에 발전사에 의해 이러한 써멀슬리브의 제거가 요구되고 있다.

또한 써멀슬리브가 안전주입노즐의 내벽면에 견고하게 부착된 경우에도 장기간 원자로를 운전함에 따라 그루브가 손상될 우려가 있으며, 이 경우에도 써멀슬리브를 먼저 제거한 후 그루브를 수리하여야 한다.

상기한 바와 같이 써멀슬리브의 일부분이 안전주입노즐의 내벽면에 형성된 그루브 속에 확관에 의해 압입되어 있기 때문에 써멀슬리브를 안전주입노즐로부터 쉽게 제거하기가 곤란하며, 이에 따라 써멀슬리브를 제거하기 위해 안전주입노즐의 상부 배관을 절단한 다음 써멀슬리브를 제거한 후, 다시 안전주입노즐의 상부 배관을 용접으로 연결하는 방법이 채택되기도 하였으나, 이 방법은 안전주입배관의 상부를 절단 및 용접하여야 하기 때문에 작업에 상당한 시간이 소요되는 문제점과 절단 및 용접 과정에서 원자로의 안전을 위해할 수 있다는 문제점이 있었다.

최근 이러한 문제점을 개선하기 위해 안전주입노즐의 상부 배관을 절단하지 않고도 써멀슬리브를 제거할 수 있는 방법이 특허 제10-0598352호로 제안된 바 있는데, 이 방법은 도 1b에 도시된 바와 같이 안전주입배관(100) 내벽면에 설치된 슬리브(200)를 그 내부에서 절단기에 의해 상, 중, 하부로 나누어 절단하여 제거하는 방법으로서 이 방법은 슬리브(200)의 절단 작업시 절삭칩 등이 발생되며, 이 발생된 절삭칩 등이 원자로 냉각계통 내에 비산되어 잔존하는 문제점이 있다.

또한 상기 방법은 절삭의 진행 정도를 외부에서 확인하기 어려우며, 이에 따라 자칫 안전주입노즐의 내벽면까지 절삭되어 손상될 우려가 있기 때문에 그대로 적용되지 못하고 실제의 작업시에는 종래의 방법과 마찬가지로 안전주입배관(100)의 상부 배관을 절단하여 제거하는 방식으로 실시되므로 종래의 기술이 가지는 문제점을 그대로 가지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 써멀슬리브의 제거방법이 가지는 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명은 안전주입배관을 절단하거나 안전주입배관의 내벽면을 손상시키지 않으면서도 신속하고 효과적으로 안전주입배관으로부터 써멀슬리브를 제거할 수 있는 써멀슬리브의 제거방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 원자로 냉각계통 내부로 연삭부와 상하부 실링장치를 구비한 로봇유닛을 투입하는 투입단계와; 투입된 로봇유닛을 안전주입배관의 위치로 이송시키는 이송단계와; 이송된 로봇유닛으로부터 연삭부를 안전주입노즐 내부로 위치시키는 삽입단계와; 상기 상하부 실링장치를 써멀슬리브의 상하단에 각각 밀착시켜 실링하는 실링단계와; 상기 연삭부를 사용하여 써멀슬리브의 그루브 면을 연삭하는 가공단계와; 연삭작업이 종료되면 써멀슬리브에 외압을 부가하여 써멀슬리브와 함께 로봇유닛을 하강시키는 분리단계와; 하강된 로봇유닛과 함께 써멀슬리브를 배출하는 배출단계로 이루어지는 것에 의해 달성된다.

본 발명은 안전주입노즐의 상부 배관을 절단하지 않고도 안전주입배관 노즐의 내벽면에 설치된 써멀슬리브를 제거할 수 있으므로 작업이 간단할 뿐만 아니라 작업시간이 단축되며, 또한 써멀슬리브의 그루브 면을 연삭하는 동안에 써멀슬리브의 상하단을 실링하므로 연삭과정에서 발생되는 연삭칩 등의 이물질이 원자로 냉각계통 내부로 유입되는 것이 방지된다.

또한 본 발명은 써멀슬리브의 그루브 면을 연삭하는 연삭부의 그라인딩 툴이 에어실린더에 의해 그루브 구간의 내벽에 일정한 압력으로 밀착 유지되기 때문에 연삭부의 마모에 따른 별도의 조정장치를 구비할 필요가 없으며, 또한 항상 일정한 양의 연삭량을 기대할 수 있다.

또한 본 발명은 카메라 등과 같은 모니터링 장치에 의해 연삭작업과 그 진행상태를 계속 모니터링할 수 있으므로 과다한 연삭에 의해 안전주입노즐의 내벽면이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

또한 본 발명은 써멀슬리브 제거에 사용된 장치의 배출과 분리된 써멀슬리브의 배출을 별도로 수행할 필요 없이, 실링에 의해 써멀슬리브를 물고 있는 로봇유닛의 배출만으로 써멀슬리브의 배출(제거)을 동시에 수행할 수 있다.

도 1a는 종래의 원자로 냉각계통의 안전주입노즐의 예를 보인 단면도,
도 1b는 원자로 냉각계통의 안전주입노즐에 설치된 써멀슬리브를 제거하는 종래의 방법의 예를 보인 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 원자로 안전주입배관 내부의 써멀슬리브의 제거방법의 순서도,
도 3은 본 발명에 따른 로봇유닛의 일례를 보인 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 써멀슬리브의 그루브 구간이 제거된 예를 보인 부분 확대도,
도 5는 본 발명에 따른 써멀슬리브가 제거되는 예를 보인 상태도이다.

이하에서는 본 발명의 구성과 작용에 대해 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 원자로의 냉각계통의 일부를 구성하는 안전주입배관의 노즐 내에 설치되는 써멀슬리브를 제거하는 방법에 관한 것으로서, 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 원자로 냉각계통 내부로 로봇유닛을 투입하는 로봇유닛 투입단계(S100), 로봇유닛을 안전주입배관의 위치로 이송시키는 이송단계(S200), 이송된 로봇유닛에서 연삭부를 안전주입노즐 내부로 삽입하는 조정단계(S300), 써멀슬리브의 상하단을 실링하는 실링단계(S400), 써멀슬리브의 그루브 구간을 연삭하는 연삭단계(S500), 써멀슬리브에 외압을 부가하고 하강시키는 분리단계(S600) 및 써멀슬리브를 배출하는 배출단계(S700) 등을 포함한다.

이하에서는 상기한 써멀슬리브 제거방법을 그 작업순서에 따라 첨부된 도 2 내지 도 5의 실시 도면을 참조하여 좀 더 상세하게 설명한다.

① 로봇유닛 투입단계(S100)

본 발명에 사용되는 로봇유닛은 도 3에 도시된 바와 같이 써멀슬리브의 그루브 부분을 연삭하는 연삭부(60), 연삭부(60)를 안전주입노즐의 설치 경사각에 경사에 맞춰 가이드하는 조향대(10), 조향대(10)를 따라 왕복 슬라이딩되는 승강장치(20) 및 써멀슬리브의 상하부를 각각 실링하는 상하부 실링유닛(70, 80) 등의 구성을 포함하는데, 본 단계는 이러한 구조의 로봇유닛을 원자로 냉각계통 내부로 투입하는 단계로서, 이 단계는 원격 조정에 의해 행해지며, 이를 위해 이동 상황 등을 실시간으로 모니터링할 수 있도록 카메라를 포함하는 다수의 모니터링장치가 설치된다.

② 이송단계(S200)

이 단계는 상기의 투입단계(S100)를 통해 로봇유닛이 원자로의 냉각계통 내부로 투입되면 설치된 모니터링장치의 도움을 받아 로봇유닛을 안전주입배관의 내부로 이송시키는 단계이다.

③ 조정단계(S300)

이 단계는 상기 이송단계(S200)를 통해 로봇유닛이 안전주입배관 내부로 이동되고 나면, 로봇유닛의 조향대(10)를 안전주입노즐의 설치각도에 맞춰 상승시키고, 조향대(10)의 경사각이 적정한 각도로 설치되면 조향대(10)를 따라 왕복 슬라이딩되는 승강장치(20)를 사용하여 연삭부(60)를 안전주입노즐의 내부로 밀어 넣어 연삭부(60)를 작업 대상이 되는 써멀슬리브(2)가 위치하는 곳에 위치시키는 단계이다.

이때 연삭의 상, 하부 실링유닛(70, 80)과 연삭부(60)는 모두 수축된 상태이고, 이에 의해 로봇유닛이 안전주입노즐 내부로 쉽게 삽입될 수 있다.

④ 실링단계(S400)

이 단계는 안전주입노즐 내부에 삽입된 로봇유닛에 구비된 상, 하부 실링유닛(70, 80)을 써멀슬리브(2)의 상하단에 각각 밀착시켜 써멀슬리브(2)의 상하부가 밀폐되도록 하는 단계로서, 이에 의해 연삭부(60)에 부착된 그라인딩 툴에 의한 써멀슬리브(2)의 그루브 면을 연삭하는 과정에서 절삭칩이 발생되더라도 이 절삭칩이 원자로의 냉각계통 속에 낙하되지 않으며, 이를 위해 본 발명의 상, 하부 실링유닛(70, 80)은 압축공기에 의해 확장/수축하는 구조의 슬라이딩 조(Sliding Jaw) 형태가 사용될 수 있다.

⑤ 연삭단계(S500)

이 단계는 써멀슬리브(2)의 그루브 면을 연삭하여 제거하는 단계로서, 그루브의 폭에 해당하는 연삭부(60)의 그라인딩 툴이 에어실린더(50)의 피스톤(51) 끝단에 설치 고정되고, 이러한 그라인딩 툴은 연삭부(60)의 중심축(30)을 따라 회전하는 회전체(40)의 외주면을 따라 다수 개(통상 3개) 배치되며, 상기 회전체(40)는 구동모터(45)에 의해 구동됨으로써 써멀슬리브의 그루브 면에 대한 연삭작업이 이루어진다.

그리고 본 발명은 그루브 면을 연삭하는 그라인딩 툴이 에어실린더(50)의 피스톤(51) 끝단에 설치 고정되기 때문에 연삭작업이 진행됨에 따라 그리인딩 툴이마모되더라도 에어실린더(50)가 압축공기의 압력에 의해 그루브 면에 항상 일정하게 밀착 유지되기 때문에 작업자가 별도로 그라인딩 툴의 피연삭물(써멀슬리브)에 대한 압력을 조정하지 않고도 그루브 구간이 연삭되는 정도에 따라 공기압이 가중되면서 항상 균일한 연삭작업이 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명의 연삭부(60)의 상부에는 카메라 등이 포함된 다수의 모니터링장치(90)가 설치되어 있어 이를 통해 연삭부(60)에 의한 연삭작업을 실시간으로 모니터링할 수 있으며, 이에 의해 정교한 연삭작업이 가능하여 과도한 연삭에 의한 안전주입노즐의 손상을 방지할 수 있다.

⑥ 분리단계(S600)

상기의 연삭단계(S500)에 의해 써멀슬리브(2)의 그루브 면(2A)의 대부분이 연삭되어 박판 정도의 두께가 얇아진 그루브 면(2B) 만이 남게 되면 작은 외압으로도 써멀슬리브(2)가 안전주입노즐(1)로부터 쉽게 제거될 수 있다.

다시 말해, 상기 과정에 의해 써멀슬리브(2)의 그루브 면(2A)이 얇아지게 되더라도 써멀슬리브(2) 자체로는 안전주입노즐(1)로부터 쉽게 분리될 수 없으므로 안전주입 배관의 SI펌프 또는 별도의 외장 펌프로 냉각수를 가압하게 된다. 이때 가압된 압력은 상, 하부 실링유닛(70, 80)에 의해 상하가 실링된 써멀슬리브(2)에 외압으로 작용하게 되어 두께가 얇아진 그루브 면(2B)이 써멀슬리브(2) 내측으로 쉽게 함몰되게 되고 이에 의해 써멀슬리브(2)가 안전주입노즐(1)로부터 쉽게 분리된다.

이후 승강장치(20)를 하강시켜 연삭부(60)를 안전주입배관의 노즐로부터 빠져나게 한 다음, 다시 조향대(10)를 하강시켜 로봇유닛 내에 연삭부(60)와 제거된 써멀슬리브를 수납한다.

이와 같이 본 발명은 써멀슬리브(2)를 제거하는 과정에서 상하부 실링유닛(70, 80)에 의해 써멀슬리브(2)의 양단이 실링되도록 함으로써 연삭과정에서 발생된 미세한 연삭칩이 원자로 냉각계통에 유입되는 것이 방지되며, 아울러 써멀슬리브(2)를 더욱 안전하게 제거할 수 있다.

⑦ 배출단계(S700)

이 단계는 연삭작업에 의해 안전주입배관의 노즐로부터 제거된 써멀슬리브가 수납된 로봇유닛을 원자로 외부로 이송시켜 배출하는 단계로서, 이 단계에 의해 써멀슬리브(2)가 배출되면 이를 격리시켜 폐기함으로서 작업이 완료된다.

본 발명은 상기와 같이 써멀슬리브의 양단을 상하부 실링유닛(70, 80)에 의해 실링한 다음, 써멀슬리브(2)의 그루브 부분을 연삭작업에 의해 연삭하여 박판으로 만들어 주고, 안전주입 배관의 SI펌프 또는 별도의 외장 펌프로 냉각수를 가압하여 이러한 외압에 의해 제거함으로써 연삭작업 과정에서 생성되는 연삭칩이 원자로 냉각계통 내부에 비산되는 것이 방지되고, 또한 모니터링 장치에 의해 연삭작업을 계속 모니터링하면서 연삭작업을 수행할 수 있으며, 절삭작업에 비해 상대적으로 절삭량이 작은 연삭작업에 의해 써멀슬리브 내의 그루브 면을 제거하기 때문에 정교한 작업이 가능하며, 써멀슬리브의 제거 과정에서 안전주입배관의 내벽면이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

1: 안전주입노즐 2: 써멀슬리브
2A : 그루브 면 2B: 두께가 얇아진 그루브 면
10: 조향대 20: 승강장치
30: 중심축 40: 회전체
45: 구동모터 50: 에어실린더
51: 피스톤 60: 연삭부
70: 상부 실링유닛 80: 하부 실링유닛
90: 모니터링 장치 100: 압축용 실린더

Claims (4)

1. 원자로 냉각계통의 안전주입배관 내벽면에 설치된 써멀슬리브의 제거방법에 있어서,
   원자로 냉각계통 내부로 연삭부(60)와 상하부 실링장치(70, 80)를 구비한 로봇유닛을 투입하는 로봇유닛 투입단계(S100)와;
   투입된 로봇유닛을 안전주입배관의 위치로 이송시키는 이송단계(S200)와;
   이송된 로봇유닛으로부터 연삭부(60)를 안전주입노즐 내부로 위치시키는 조정단계(S300)와;
   상기 상하부 실링장치(70, 80)를 써멀슬리브의 상하단에 각각 밀착시켜 실링하는 실링단계(S400)와;
   상기 연삭부(60)를 사용하여 써멀슬리브의 그루브 면(2A)을 연삭하는 연삭단계(S500)와;
   상기 연삭단계(S500)가 종료되면 두께가 얇아진 그루브 면(2B)에 외압을 부가하여 써멀슬리브를 안전주입배관의 내벽면으로부터 분리한 다음 써멀슬리브와 함께 로봇유닛을 하강시키는 분리단계(S600)와;
   하강된 로봇유닛과 함께 써멀슬리브를 배출하는 배출단계(S700)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 원자로 안전주입배관 내부의 써멀슬리브 제거방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 실링단계(S400)는 수축된 상하부 실링유닛(70, 80)이 써멀슬리브(2)의 상하측으로 각각 배치되고, 에어실린더의 팽창에 의해 상기 상하부 실링유닛(70, 80)이 써멀슬리브의 상하측을 각각 실링하는 것을 특징으로 하는 원자로 안전주입배관 내부의 써멀슬리브 제거방법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 연삭단계(S500)에서의 연삭작업은 모니터링장치(90)를 통해 실시간으로 모니터링되는 것을 특징으로 하는 원자로 안전주입배관 내부의 써멀슬리브 제거방법.
   
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서,
   상기 연삭단계(S500)에서 그루브 면(2A)을 연삭하는 연삭부(60)의 그라인딩 툴은 에어실린더에 의해 그루브 구간의 내벽에 밀착 유지되는 것을 특징으로 하는 원자로 안전주입배관 내부의 써멀슬리브 제거방법.

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