KR101070322B1

KR101070322B1 - 중수로형 연료교환기 스태틱씰 테스트 장치

Info

Publication number: KR101070322B1
Application number: KR1020110043954A
Authority: KR
Inventors: 조성제
Original assignee: 진흥산업 주식회사
Priority date: 2011-05-11
Filing date: 2011-05-11
Publication date: 2011-10-06

Abstract

본 발명은 중수로형 연료교환기 스태틱씰 테스트 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명의 중수로형 연료교환기 스태틱씰 테스트 장치는 그 내부에 스태틱씰(10)이 장착되는 장착부(100)와; 상기 장착부(100)에 장착된 스태틱씰(10)의 일측으로 체결력을 가하는 체결력 가압부(200)와; 상기 스태틱씰(10)의 타측으로 시험수압을 가하는 시험부(300)와; 상기 체결력 가압부(200)와 시험부(300)로부터 제공되는 정보를 출력하는 모니터링부(400) 및; 상기 체결력 가압부(200)와 시험부(300)를 제어하여 적절한 유압과 수압이 가해지도록 하는 제어부(500)를 포함하는 것을 그 기술적 특징으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 구성에 의해 실제로 원자로 연료채널과 연료교환기 사이에 스태틱씰(10)을 장착하지 않고도 쉽게 그 결함여부를 판단할 수 있어 스태틱씰(10)을 실제로 장착하여 시험하거나 또는 실험결과 결함이 발견된 스태틱씰을 교체하여 다시 시험하는 데에 소요되는 시간과 비용을 줄일 수 있다.

Description

중수로형 연료교환기 스태틱씰 테스트 장치{TESTING DEVICE FOR STATIC SEAL OF CANDU FUELING MACHINE}

본 발명은 중수로형 연료교환기 스태틱씰 테스트 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 중수로형 원자로의 연료를 교환하는 과정에서 냉각재의 유출을 방지하도록 연료교환기와 원자로 연료채널 사이에 설치되는 금속재의 스태틱씰의 밀봉성능과 내구성을 시험하는 데에 사용되는 중수로형 연료교환기 스태틱씰 테스트 장치에 관한 것이다.

중수로형 원자로는 연료를 교환하기 위해 원자로의 가동을 완전히 중지하는 가압경수로형 원자로와 달리 원자로가 가동되고 있는 상태에서도 연료를 교환할 수 있기 때문에 가압 경수로형 원자로에 비해 가동효율이 상대적으로 높다는 장점이 있다.

중수로형 원자로에 있어서 원자로 가동 중 연료를 교환할 때에는 원자로를 이루는 연료채널의 양단에 각각 1대씩의 연료교환기를 부착시킨 다음, 1대의 연료교환기에서 새로운 연료를 장전하면서 사용 후 연료를 밀어내고, 맞은편에 설치된 다른 1대의 연료교환기에서는 밀려나오는 사용 후 연료를 수납하게 되는데, 이때 연료교환기와 원자로 연료채널의 결합 부위에서 누설이 생기는 경우 원자로 방사능 물질이 함유된 1차 냉각재가 외부로 유출될 수 있으며 이를 방지하기 위해 연료교환기와 원자로 연료채널의 결합 부위에는 금속재(INCONEL X-750)로 이루어진 스태틱씰(Static Seal)이 설치되어 이들 사이를 밀봉하게 된다.

이와 같은 스태틱씰(10)은 도 1에 도시된 바와 같이 원형의 링 형상으로 제작되며, 원자로 운전 중에 연료교환을 위해 원자로의 양단에 연료교환기가 부착되었을 때 원자로 1차 냉각재의 누설을 차단하는 역할을 하는 극히 중요한 부품으로서 높은 신뢰성이 요구되는데, 이에 따라 일반적으로 스태틱씰(10)을 3개월마다 새 것으로 교체하여 사용하며, 그 외에도 연료교환 과정에서 1차 냉각재가 유출되는 것을 사전에 방지하기 위해 연료교환 작업 전에 연료교환기를 원자로 연료채널에 부착시킨 후 자체적인 누설시험을 하고 이때 약간의 누설징후가 있는 경우에도 스태틱씰을 교체한다.

그러나 상기와 같은 기능을 가진 스태틱씰(10)은 일반적으로 수입하여 사용하고 있기 때문에 이러한 스태틱씰 각각에 대한 테스트를 수행할 수 없는 실정이며, 이에 따라 스태틱씰을 육안으로 검사한 후 연료교환기와 원자로 연료채널 사이에 실제로 스태틱씰을 설치하여 자체 누설시험을 통해 그 내구성과 성능을 평가하고 있다

이에 따라 공급된 스태틱씰에 눈에 보이지 않는 미세한 결함이 있는 경우에도 이를 평가할 수 있는 테스트 설비가 없기 때문에 이 스태틱씰을 실제로 설치하여 시험하여 본 후에야 그 결함을 알 수 있으며, 이 경우 스태틱씰의 설치 및 교환에 상당한 시간과 인력이 소모되는 문제가 있다.

따라서 스태틱씰을 연료교환기와 원자로 연료채널 사이에 설치하기 전에 스태틱씰이 설치되는 조건과 동일한 조건하에서 각각의 스태틱씰의 내구성과 밀봉성능을 평가할 수 있는 테스트 장치의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 요구에 부응하여 개발된 것으로, 본 발명은 스태틱씰을 연료교환기와 원자로 연료채널 사이에 설치하기 전에 스태틱씰이 실제로 설치되어 사용되는 조건과 동일한 조건 하에서 각각의 스태틱씰의 내구성과 밀봉성능을 평가할 수 있는 테스트 장치와 이를 이용한 시험장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 중수로형 연료교환기 스태틱씰 테스트 장치를, 그 내부에 스태틱씰이 장착되는 장착부와; 상기 장착부에 장착된 스태틱씰의 일측으로 체결력을 가하는 체결력 가압부와; 상기 스태틱씰의 타측으로 시험수압을 가하는 시험부와; 상기 체결력 가압부와 시험부로부터 제공되는 정보를 출력하는 모니터링부 및; 상기 체결력 가압부와 시험부를 제어하여 적절한 유압과 수압이 가해지도록 하는 제어부를 포함하여 구성하는 것에 의해 달성된다.

본 발명은 스태틱씰을 연료교환기와 원자로 연료채널 사이에 실제로 장착하지 않고도 실제의 설치조건과 동일한 조건하에서 각각의 스태틱씰의 내구성과 밀봉성능을 평가할 수 있기 때문에 스태틱씰의 성능에 대한 신뢰성이 향상되는 동시에 설치에 따른 인력과 시간이 대폭 줄어드는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 스태틱씰의 예를 보인 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 중수로형 연료교환기 스태틱씰 테스트 장치의 예를 보인 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 중수로형 연료교환기 스태틱씰 테스트 장치의 실시예를 보인 회로도이다.

이하에서는 본 발명의 구성을 바람직한 실시예를 도시한 첨부도면을 통해 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 원자로 연료채널의 단부와 연료교환기의 구조를 모사하여 구성한 부분에 스태틱씰(10)을 장착한 다음, 실제의 원자로 연료채널의 단부와 연료교환기 사이에 작용하는 체결력과 수압시험 압력 하에서 스태틱씰의 성능을 시험할 수 있도록 하는 장치로서, 이를 위해 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 크게 장착부(100), 체결력 가압부(200), 시험부(300), 모니터링부(400) 및 제어부(500)를 포함한다.

장착부(100)는 시험하고자 하는 스태틱씰(10)이 그 내부에 안착되는 부분으로서 이를 위해 후술하는 유압실린더(210)와 측정탱크(310) 사이에는 장착부(100)가 마련된다.

그리고 상기 장착부(100)에 장착된 스태틱씰(10)에는 후술하는 체결력 가압부(200)와 시험부(300)에 의해 실제의 원자로 연료채널의 단부와 연료교환기 사이에 작용하는 체결력과 수압시험 압력과 동일한 힘과 압력이 가해지게 된다.

체결력 가압부(200)는 상기 장착부(100)의 일측에 원자로 연료채널의 단부와 연료교환기 사이에 작용하는 체결력에 상당하는 힘을 부가하여 장착부(100)에 안착된 스태틱씰(10)의 성능을 시험할 수 있도록 하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명에서는 도 3에 도시된 바와 같이 장착부(100)에 장착된 스태틱씰(10)의 일측과 접촉되는 유압실린더(210)와, 상기 유압실린더(210)의 내부로 작동유를 공급하는 유압펌프(220)와, 상기 유압펌프(220)를 통해 공급되는 작동유의 압력을 측정하는 압력게이지(230) 및 상기 유압실린더(210)와 상기 유압펌프(220) 사이에 설치되어 후술하는 제어부(500)의 제어에 의해 상기 유압실린더(210)로 작동유를 공급하거나 차단하는 압력조절밸브(240)를 포함한다.

상기와 같은 구조에 의해 유압펌프(220)를 통해 펌핑된 작동유가 유압실린더(210) 내로 공급되면 이에 의해 유압실린더(210)의 로드(도면부호 없음)가 인출되면서 유압실린더(210)와 후술하는 측정탱크(310) 사이에 위치하는 장착부(100)에 장착된 스태틱씰(10)의 일측면을 가압하게 되고, 이에 의해 스태틱씰(10)이 밀리면서 측정탱크(310)에 접촉된 후 이에 밀착되면서 견고하게 고정된 다음, 작동유의 압력에 의해 체결력과 동일한 크기의 힘이 스태틱씰(10)의 일측면에 가해지게 된다.

상기와 같이 스태틱씰(10)을 장착부(100)에 장착 또는 탈착될 수 있도록 하기 위해 유압실린더(210) 로드는 약 20cm의 행정(stroke)을 가지도록 설계된다.

그리고 체결력 가압부(200)에 의해 유압실린더(210)에 가해지는 작동유의 압력은 후술하는 제어부(500)의 제어에 의해 조절되는데, 이때 원자로 연료채널의 단부와 연료교환기 사이에 가해지는 체결력의 크기는 약 30 ton이므로 이에 상당하는 크기의 힘이 스태틱씰(10)의 일측면에 가해지도록 압력이 조절되며, 이때 스태틱씰(10)에는 100 ~ 120 kgf/cm²범위의 면접촉압이 가해지게 된다.

그리고 유압펌프(220)에 의해 공급되는 작동유의 압력이 필요 이상의 크기로 공급되지 않도록 유압펌프(220)의 출력측에는 릴리프밸브(R)가 설치되는 것이 바람직하다.

시험부(300)는 상기와 같은 절차에 의해 장착부(100)에 장착된 상태에서 스태틱씰(10)의 일측에 일정 크기의 수압을 가하여 스태틱씰(10)의 성능을 측정하는 부분으로서, 이를 위해 시험부(300)는 스태틱씰(10)의 일측면과 면접촉되는 측정탱크(310)와, 상기 측정탱크(310) 내부에 적정 압력의 물을 공급하는 펌프(320)와, 상기 정탱크(310)에 공급되는 물의 압력을 조절하는 감압밸브(340)를 포함한다.

그리고 펌프(320)의 토출구 측에는 펌프(320)에 의해 공급되는 물의 압력이 적절히 유지될 수 있도록 릴리프밸브(R)가 설치된다.

상기와 같은 구조로 이루어진 시험부(300)에 후술하는 제어부(500)의 제어에 의해 일정 크기의 수압이 가해지면 이 압력이 스태틱씰(10)을 가압하게 되고, 이에 의해 스태틱씰(10)로부터 누설되는 누설량 등을 측정함으로써 스태틱씰(10)의 양, 불량을 판단하게 된다.

모니터링부(400)는 상기 체결력 가압부(200)와 시험부(300)에 공급되어야 하는 유압 및 수압의 크기와, 스태틱씰(10)의 누설량과 같은 측정에 필요하거나 측정결과와 같은 각종 정보들을 입력받아 화면으로 출력하는 부분으로서 이 모니터링부(400)는 각종 데이터를 입력받아 출력시키는 프로그램이 설치된 컴퓨터 본체와 이 컴퓨터 본체와 연결된 디스플레이로 구성될 수 있다.

이러한 모니터링부(400)는 무선통신이 가능한 휴대용 단말기로 구성될 수도 있다.

제어부(500)는 상기 모니터링부(400)에서 출력되는 각종 정보를 참고하여 사용자가 이를 제어하여 시험의 시작과 정지를 지시하고, 상기 체결력 가압부(200)와 시험부(300)에 입력되는 유압 및 수압을 조절하여 공급함으로써 스태틱씰(10)에 적절한 크기의 유압과 수압을 부가하여 스태틱씰(10)의 누설량을 측정하도록 하는 부분으로서, 상기한 바와 같이 스태틱씰(10)이 상기 장착부(100)에 안착되고 나면 상기 체결력 가압부(200)와 시험부(300)를 차례로 제어하여 적절한 유압과 수압을 공급한 다음, 그 상태를 계속 유지하면서 누설량을 측정하거나 이를 지정된 횟수만큼 반복 수행함으로서 스태틱씰(10)의 성능을 평가할 수 있도록 한다.

이하에서는 상기와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 스태틱씰 테스트 장치를 이용하여 스태틱씰(10)의 내구성과 밀봉성능을 테스트하는 방법에 대해 설명한다.

(1) 내구성 시험

본 발명의 스태틱씰 테스트 장치를 이용하여 스태틱씰(10)의 내구성을 시험할 때에는 먼저 시험대상이 되는 스태틱씰(10)을 유압실린더(210)와 측정탱크(310) 사이에 마련된 장착부(100)에 설치한다. 이때 스태틱씰(10)은 수작업에 의해 설치될 수도 있고, 경우에 따라서는 자동화시스템에 의해 스태틱씰(10)이 자동으로 설치되는 것으로 실시될 수 있다.

상기 과정에 의해 스태틱씰(10)이 유압실린더(210)와 측정탱크(310) 사이에 마련된 장착부(100)에 설치되고 나면, 체결력 가압부(200)를 제어하여 유압실린더(210)를 작동시켜 스태틱씰(10)을 장착부(100)에 견고하게 장착시킨 다음, 유압실린더(210)에 의해 스태틱씰(10)의 일측면을 더욱 가압하여 체결력에 상당하는 힘을 부가한 후, 스태틱씰(10)의 타측면에 위치하는 시험부(300)에 적정의 시험압력(수압)을 공급한다.

이때 원자로 연료채널의 단부와 연료교환기 사이에 작용하는 체결력(약 30 ton)에 상당하는 힘이 가해지도록 스태틱씰(10)에는 적어도 27.2 ton 이상의 힘을 가하며, 이때 스태틱씰(10)에는 100 ~ 120 kgf/cm²범위의 면접촉압이 가해지게 된다.

그리고 스태틱씰(10)에 과도하게 높은 수압이 공급되는 것이 방지되도록 시험부(300)에 설치된 릴리프 밸브(R)의 세팅압력을 시험압력의 110%로 세팅한다.

또한 시험부(300)에 가해지는 압력의 크기는 원자로 연료채널에 의해 가해지는 수압에 상당하는 크기의 압력으로서 100 ~ 110 kgf/cm²의 범위를 가지며, 이때 급격히 상승된 수압이 스태틱씰(10)에 가해짐으로써 스태틱씰(10)이 손상되는 것이 방지되도록 수압을 공급할 때에는 시험압력의 75%까지는 25% 단위로, 75 ~ 100%까지는 5% 단위로 서서히 압력을 증가시켜 공급한다.

상기와 같은 절차에 의해 스태틱씰(10)의 양 측면에 적절한 크기의 유압과 수압이 가해지고 나면, 이들 압력을 약 10분간 그대로 유지시켜 이 시간 동안 스태틱씰(10)로부터의 누설량을 측정한 다음, 다시 상기 과정을 정해진 횟수(60회) 만큼 반복 수행하여 누적 누설량이 일정값 이상인지 여부를 판단함으로써 스태틱씰(10)의 내구성을 평가한다.

(2) 밀봉성능 시험

본 발명의 스태틱씰 테스트 장치를 이용하여 스태틱씰(10)의 밀봉성능을 시험할 때에도 내구성 시험에서와 같이 먼저 시험대상이 되는 스태틱씰(10)을 유압실린더(210)와 측정탱크(310) 사이에 마련된 장착부(100)에 설치한 다음, 스태틱씰(10)의 유압실린더(210)에 의해 일측면을 더욱 가압하여 체결력에 상당하는 힘을 부가한 후, 스태틱씰(10)의 타측면에 위치하는 시험부(300)에 적정의 시험압력(수압)을 공급한다.

상기와 같은 절차에 의해 스태틱씰(10)의 양 측면에 적절한 크기의 유압과 수압이 가해져 시험압력에 도달되고 나면, 이 시험압력을 약 15분간 유지시켜 이 시간 동안 스태틱씰(10)로부터의 누설량을 측정하여 스태틱씰(10)의 밀봉성능을 평가한다.

이때 체결력 가압부(200)와 시험부(300)에 각각 가해지는 유압 및 수압의 크기와 승압절차는 위의 내구성 시험에서와 동일하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 원자로 연료채널과 연료교환기 사이에 스태틱씰(10)이 실제로 장착되었을 때 가해지는 압력과 조건을 그대로 모사하여 스태틱씰(10)을 시험하기 때문에 스태틱씰(10)을 실제로 장착하지 않고도 쉽게 그 결함의 존재여부를 판단할 수 있을 뿐만 아니라 스태틱씰에 결함이 있는 경우 스태틱씰을 교환하여 재설치하는 데에 소요되는 시간과 비용을 줄일 수 있다.

10: 스태틱씰 100: 장착부
200: 체결력 가압부 210: 유압실린더
220: 유압펌프 230: 압력게이지
240: 압력조절밸브 300: 시험부
310: 측정탱크 320: 펌프
330: 물공급유닛 340: 감압밸브
R: 릴리프밸브

Claims

내부에 스태틱씰(10)이 장착되는 장착부(100)와;
상기 장착부(100)에 장착된 스태틱씰(10)의 일측으로 체결력을 가하는 체결력 가압부(200)와;
상기 스태틱씰(10)의 타측으로 시험수압을 가하는 시험부(300)와;
상기 체결력 가압부(200)와 시험부(300)로부터 제공되는 정보를 출력하는 모니터링부(400) 및;
상기 체결력 가압부(200)와 시험부(300)를 제어하여 유압과 수압이 가해지도록 하는 제어부(500)를 포함하는 것을 특징으로 하는 중수로형 연료교환기 스태틱씰 테스트 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 체결력 가압부(200)는 상기 스태틱씰(10)의 일측과 면접촉되는 유압실린더(210)와, 상기 유압실린더(210) 내부로 유체를 제공하는 유압펌프(220) 및 상기 제어부(500)의 제어를 통해 유로를 개폐 조절하는 압력조절밸브(240)를 포함하는 것을 특징으로 하는 중수로형 연료교환기 스태틱씰 테스트 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 시험부(300)는 상기 스태틱씰(10)의 타측과 면접촉되는 측정탱크(310)와, 상기 측정탱크(310) 내로 물을 공급하는 펌프(320)를 포함하는 것을 특징으로 하는 중수로형 연료교환기 스태틱씰 테스트 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 시험부(300)에 수압을 공급할 때에는 시험압력의 75%까지는 25% 단위로, 75 ~ 100%까지는 5% 단위로 서서히 압력을 증가시켜 공급하는 것을 특징으로 하는 중수로형 연료교환기 스태틱씰 테스트 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 체결력 가압부(200)는 상기 스태틱씰(10)의 일측으로 100 ~ 120 kgf/cm²범위의 면접촉압이 가해지고,
상기 시험부(300)는 상기 스태틱씰(10)의 타측으로 100 ~ 110 kgf/cm²범위의 수압이 가해지도록 제어되는 것을 특징으로 하는 중수로형 연료교환기 스태틱씰 테스트 장치.