KR101104891B1 - 리스크정보활용 배관가동중 검사부위 선정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 각 배관의 파손 시에 예상되는 조건부 리스크와 배관파손확률을 곱하여 리스크값을 노심손상빈도로 계산하고, 전체 배관의 리스크값 대비 평가대상 배관이 차지하는 리스크값의 리스크중요도를 결정하고 이 중요도에 따라 순차적으로 검사대상부위를 선정한다. 배관파손 시의 조건부 리스크는 발전소 확률론적안전성평가 모델을 활용하여 계산하고, 배관파손확률은 확률론적파괴역학 코드를 이용하여 계산한다. 배관파손조건부 리스크와 배관파손확률을 곱하면 평가대상 배관이 갖는 리스크값을 구할 수 있다. 확률론적안전성평가 모델을 활용하여 평가한 배관파손조건부 리스크값에 배관파손확률을 곱하여 리스크를 계산하고 배관파손에 의한 리스크를 합계하여 각 평가대상 배관이 기능을 상실할 경우에 배관부위별 리스크가 전체에서 차지하는 비중을 고려하여 리스크중요도가 높은 배관부터 순차적으로 검사대상으로 선정한다. 선정된 배관 내 검사대상 용접부와 비파괴검사방법을 선정하고 검사계획을 수립하여 시행한다.
배관검사, 비파괴검사, 리스크정보, 확률론적안전성평가, PSA, RRW

Description

리스크정보활용 배관가동중 검사부위 선정 방법{RISK-INFORMED INSERVICE INSPECTION TECHNOLOGIES FOR PIPING}
본 발명은 배관가동중 검사부위를 선정하는 방법에 관한 것으로, 특히 원자력발전소, 가스플랜트, 석유화학플랜트 등에 설치되어 압력경계를 이루는 배관의 파손에 따른 리스크정보를 활용해서 배관가동중 비파괴검사를 하기 위한 검사부위를 선정하는 방법에 관한 것이다.
종래 기술은 전력산업기술기준(KEPIC; Korea Electric Power Industry Code) 원전가동중검사(MI) 코드 요건에 따라 설계 시에 원자력발전소 각 배관에 부여된 안전등급(1, 2, 3등급)에 따라 일정률의 샘플링검사를 수행하고 있다. 종래 기술은 동일한 안전등급 배관이라도 관련 계통의 기능 및 설치위치에 따라서 발전소의 리스크에 미치는 영향이 다르다는 점을 반영하지 못하고 있으며, 특히 검사부위를 선정함에 있어서 발전소 운전 중에 얻어지는 배관파손과 관련된 발전소의 고유한 정보를 반영하지 못하고 있다.
이와 같은 문제점을 해소하기 위해, 본 발명에서는 발전소의 안전성을 입증하기 위하여 배관파손조건부 리스크와 배관파손확률을 구한 후 관련 배관이 갖는 리스크중요도를 구함으로써, 배관의 리스크중요도를 바탕으로 검사부위를 선정하는 것을 목적으로 한다. 특히, 배관은 일반적으로 확률론적안전성평가(PSA; Probabilistic Safety Assessment) 모델에 모델링되어 있지 않으므로, 동일한 피해를 야기할 수 있는 대체기기를 선정하여 리스크를 정량화하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적은 본 발명에 의해서 달성되는데, 본 발명에 따른 리스크정보를 활용해서 배관의 검사부위를 선정하기 위한 방법은, 확률론적안전성평가 모델을 활용하여 정성적으로 관련 배관파손 시 사고결말을 평가하고, 배관 재질 및 계통특성을 고려하여 분절화하는 제1 단계;와, 상기 제1 단계를 거쳐 배관파손을 조건으로 초기사건발생 및 계통기능상실을 유발할 가능성이 있는 배관인지 확률론적안전성평가 모델을 활용하여 정성적으로 평가하는 제2 단계;와, 상기 제2 단계를 거쳐 배관파손 시 동일한 피해를 야기할 수 있는 대체기기를 선정하여 배관파손에 따른 리스크를 정량화하여 배관파손조건부 리스크를 구하는 제3 단계;와, 상기 제2 단계를 거쳐 배관파손 시 초기사건발생 및 계통기능상실이 예상되는 배관에 대하여 배관파손확률을 구하는 제4 단계;와, 상기 제3 단계 및 제4단계를 거쳐 상기 배관파손조건부 리스크와 상기 배관파손확률을 이용해서 배관의 리스크중요도를 구하는 제5 단계;와, 상기 제5 단계를 거쳐 리스크중요도를 고려하여 검사대상배관을 결정하는 제6 단계;와, 상기 제6 단계를 거쳐 검사대상배관 내에서 검사부위를 선정하는 제7 단계;를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 리스크정보를 활용해서 배관의 검사부위를 선정하기 위한 방법은, 상기 제5 단계에서 상기 배관파손조건부 리스크와 상기 배관파손확률을 이용해서 배관의 리스크중요도를 구함에 있어서, 상기 배관파손조건부 리스크와 상기 배관파손확률을 곱해서 배관부위별 리스크를 계산하고, 배관부위별 리스크를 합해서 배관 전체의 리스크를 계산한 후, 각각의 배관이 전체 리스크에서 차지하는 비중을 계산해서 배관의 리스크중요도를 구할 수 있다.
종래의 기술은 이미 결정된 리스크중요도에 따라 일정률의 검사를 수행하지만, 본 발명은 통계적인 도구를 이용하여 배관부위별 리스크를 정량적으로 평가하여 이를 근거로 검사대상부위를 선정함으로써 객관적인 평가를 할 수 있다는 장점이 있다.
종래의 기술은 발전소 설계 시에 결정론적인 개념으로 규정한 배관의 안전등급에 따라 일정률의 샘플링 검사를 수행하지만, 본 발명에서는 분석범위 내의 배관 각 부위별로 발전소 안전성에 미치는 리스크를 평가하여 이에 따라 맞춤식 비파괴검사를 수행함으로써, 검사물량을 약 50%이상 감소시킬 수 있고, 적은 비용으로 중요한 부위에 대한 집중적인 검사를 수행할 수 있다.
본 발명이 적용될 수 있는 범위에 있어서, 원자력발전소뿐만 아니라 가스 및 석유화학 플랜트 등의 배관에도 적용될 수 있으며, 종사자 및 일반 대중의 안전에 중요한 배관을 포함하는 플랜트에 두루 적용할 수 있다. 안전성 관련 배관뿐만 아니라 비안전성 관련 배관 중에서 발전소 이용률 또는 경제성에 미치는 영향이 막대할 경우에도 본 발명을 적용할 수 있으므로 경제성 향상에도 이바지할 수 있다.
본 발명에서는 각 배관의 파손 시에 예상되는 조건부 리스크와 배관파손확률을 곱하여 리스크값을 노심손상빈도로 계산하고, 전체 배관의 리스크값 대비 평가대상 배관이 차지하는 리스크값의 리스크중요도를 결정하고 이 중요도에 따라 순차적으로 검사대상부위를 선정한다. 배관파손 시의 조건부 리스크는 발전소 확률론적안전성평가 모델을 활용하여 계산하고, 배관파손확률은 확률론적파괴역학(PFM; Probabilistic Fracture Mechanics) 코드를 이용하여 계산한다. 배관파손조건부 리스크와 배관파손확률을 곱하면 평가대상 배관이 갖는 리스크값을 구할 수 있다. 확률론적안전성평가 모델을 활용하여 평가한 배관파손조건부 리스크값에 배관파손확률을 곱하여 리스크를 계산하고 배관파손에 의한 리스크를 합계하여 각 평가대상 배관이 기능을 상실할 경우에 배관부위별 리스크가 전체에서 차지하는 비중을 고려하여 리스크중요도가 높은 배관부터 순차적으로 검사대상으로 선정한다. 선정된 배관 내 검사대상 용접부와 비파괴검사방법을 선정하고 검사계획을 수립하여 시행한다.
도 1은 리스크정보를 활용해서 가동중인 배관의 검사부위를 선정하기 위한 방법의 흐름도이다. 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 배관의 가동중에 리스크정보 를 활용해서 배관의 검사부위를 선정하기 위한 방법을 이하에서 상세히 설명한다.
제1 단계는 배관정의 및 분절화 단계(블록 101)이다. 배관 도면을 사용하여 분석범위를 결정하고, 평가단위별로 번호를 부여한다. 관련 배관이 파손될 경우 예상되는 사고결말을 확률론적안전성평가 모델을 활용하여 정성적으로 평가하고, 배관 재질 및 계통특성을 고려하여 배관을 분절화한 후 평가 수행을 위한 고유번호를 부여한다.
제2 단계는 정성적인 피해평가 단계(블록 103)이다. 배관파손을 조건으로 초기사건 및 계통 기능상실을 유발할 가능성이 있는 배관인지 확률론적안전성평가 모델을 활용하여 정성적으로 평가한다.
제3 단계는 배관파손에 따른 리스크 정량화 단계(블록 105)이다. 제2 단계인 정성적인 피해평가에서 배관파손 시 초기사건발생 및 계통기능상실이 예상되는 배관에 대해서만 발전소 확률론적안전성평가 모델을 활용하여 배관파손 시 예상되는 리스크를 정량화해서 배관파손조건부 리스크를 구한다. 배관은 일반적으로 확률론적안전성평가 모델에 모델링되어 있지 않으므로 당해 배관에 대한 대체기기를 선정해서 이 대체기기의 확률론적안전성평가 모델을 활용한다. 대체기기의 선정은 배관이 파손되었을 때와 동일한 피해를 야기할 수 있는 기기를 대체기기로서 선택하는 방식으로 이루어지는데, 일반적으로는, 배관이 연결되어 있는 기기로서 확률론적안전성평가 모델에 모델링되어 있는 기기가 선정된다.
배관파손에 따른 리스크를 정량화하기 위해 대체기기를 선정하는 구체적인 방법에 대해서 도 2에서 도시된 원자로 냉각재 주입계통의 개략도를 참조하여 설명 한다. 도 2에서 TK는 저장조(Tank), IS는 주입계통(Injection System), MOV는 모터구동밸브(Motor Operatored Valve), PMP는 펌프(Pump), 역지밸브는 CV(Check Valve), RCS는 원자로냉각재계통(Reactor Coolant System)의 약자이다. 도 2에서 저장조(TK-0), 역지밸브들(CV-0, CV-A, CV-B), 펌프들(PMP-A, PMP-B), 원자로냉각재계통(RCS)은 원자로 냉각재 주입계통에 포함된 기기 또는 시스템들로서 확률론적안전성평가 모델에 모델링되어 있으며, 하나의 전단밸브(MOV-A)는 개방되어 있는 상태이고, 다른 하나의 전단밸브(MOV-B)는 닫혀 있는 상태이다. 저장조(TK-0)에서 전단밸브들(MOV-A 및 MOV-B)에 이르는 배관 IS-1이 파손되면 저장조(TK-0) 또는 역지밸브(CV-0)를 대체기기로 선정하여 리스크를 정량화한다. 전단밸브(MOV-A)에서 펌프(PMP-A)를 거쳐 역지밸브(CV-A)에 이르는 배관 IS-2는 파손 시 전단밸브(MOV-A)가 개방되어 있기 때문에 배관 IS-1과 마찬가지로 저장조(TK-0) 또는 역지밸브(CV-0)를 대체기기로 선정하여 이의 기능이 상실되는 것으로 모델링하여 리스크를 정량화한다. 전단밸브(MOV-B)에서 펌프(PMP-B)를 거쳐 역지밸브(CV-B)에 이르는 배관 IS-3은 파손시 전단밸브가 닫혀 있어 한 트레인만 기능상실이 되기 때문에 배관 IS-2와 다르게 펌프(PMP-B) 또는 역지밸브(CV-B)의 기능이 상실된 것으로 모델링하여 리스크를 정량화한다. 역지밸브 후단에서 합류된 배관 IS-4 및 IS-5는 배관 IS-1 또는 IS-2와 같은 방법으로 정량화하며, 배관 IS-5는 RCS와 연결된 배관이므로 RCS도 추가적으로 고려하여 초기사건을 정량화한다.
제4 단계는 배관파손확률평가 단계(블록 107)이다. 제2 단계인 정성적인 피해평가에서 배관파손 시 초기사건발생 및 계통기능상실이 예상되는 배관에 대해서 배관파손확률을 평가한다. 배관파손확률은 확률론적파괴역학 코드를 사용하여 수행하며, 비파괴검사를 수행하기 전과 수행 후의 예상값을 40년 누적값으로 얻을 수 있다.
제5 단계는 제3 단계에서 구한 배관파손조건부 리스크와 제4 단계에서 구한 배관파손확률을 곱해서 배관부위별 리스크를 노심손상빈도(CDF; Core Damage Frequency) 값으로 계산하고, 배관부위별 리스크를 모두 합해서 배관 전체의 리스크를 계산한 후, 각각의 배관의 리스크가 배관 전체의 리스크에서 차지하는 비율을 계산해서 배관별 리스크중요도를 구한다. 리스크중요도는 평가인자인 리스크감소달성치(RRW; Risk Reduction Worth) 값으로 계산한다.
배관부위별 리스크는 다음과 같이 구한다.
리스크(배관 1) = 배관파손조건부 리스크(배관 1) * 배관파손확률(배관 1)
리스크(배관 2) = 배관파손조건부 리스크(배관 2) * 배관파손확률(배관 2)
...
리스크(배관 n) = 배관파손조건부 리스크(배관 n) * 배관파손확률(배관 n)
배관 전체의 리스크는 다음과 같이 구한다.
배관 전체의 리스크 = 리스크(배관 1) + 리스크(배관 2) + 리스크(배관 3)
...... + 리스크(배관 n)
각 배관별 리스크중요도는 수학식 1과 같이 구한다.
Figure 112009059500204-pat00001
제6 단계는 종합적인 검토를 하여 검사대상배관을 결정하는 단계(블록 109)이다. 각 배관별로 리스크중요도인자(RRW 값)와 평가 배관 관련 각종 정보를 전문가패널에 상정한다. 전문가패널에서는 RRW 값 계산의 타당성을 평가하고 각종 정보를 참조하여 검사대상배관을 최종결정한다. 리스크중요도인자(RRW 값)이 1.005 이상인 배관을 우선적으로 검사대상으로 선정한다.
제7단계는 검사대상배관에서 검사부위를 선정하는 단계이다. 전문가패널에서 검사대상으로 선정한 배관에는 여러 개의 용접부위가 존재할 수 한다. 검사대상 배관 내에서 검사대상 용접부를 선정하고 예상되는 손상메커니즘에 따라 적절한 비파괴검사방법을 선정한다.
본 명세서에 사용된 용어는 단지 구체적인 실시예를 서술하기 위한 목적이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 단수형태는, 문맥이 분명하게 복수가 아님을 가리키지 않는다면, 복수형태 또한 포함하는 것으로 의도된다.
상술한 내용 및 그 등가물들은 다양한 형태로 구현될 수 있다는 것이 상기 설명으로부터 이해될 것이다. 그러므로, 본 발명에 대한 설명이 특정 실시예와 관 련하여 서술되었지만, 본 발명의 진정한 범위는 이하의 청구항들 및 당업자들에게 그 자체로 연상될 수 있는 임의의 등가물들을 포함하며, 본 명세서에서 서술된 특정 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
도 1은 리스크정보를 활용해서 가동중인 배관의 검사부위를 선정하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 2는 배관파손에 따른 리스크를 정량화하기 위해 대체기기를 선정하는 방법을 설명하기 위한 원자로 냉각재 주입계통의 개략도이다.

Claims (2)

  1. 배관의 가동중에 리스크정보를 활용해서 배관의 검사부위를 선정하기 위한 방법으로서,
    확률론적안전성평가 모델을 활용하여 정성적으로 관련 배관파손 시 사고결말을 평가하고, 배관 재질 및 계통특성을 고려하여 분절화하는 제1 단계;
    상기 제1 단계 이후에, 배관파손을 조건으로 초기사건발생 및 계통기능상실을 유발할 가능성이 있는 배관인지 확률론적안전성평가 모델을 활용하여 정성적으로 평가하는 제2 단계;
    상기 제2 단계 이후에, 배관파손 시의 경우와 동일한 피해를 야기할 수 있는 기기를 대체기기로 선정하고, 대체기기의 확률론적안전성평가 모델을 이용해서 배관파손에 따른 리스크를 정량화하여 배관파손조건부 리스크를 구하는 제3 단계;
    상기 제2 단계 이후에, 배관파손 시 초기사건발생 및 계통기능상실이 예상되는 배관에 대하여 확률론적파괴역학 코드를 사용하여 배관파손확률을 구하는 제4 단계;
    상기 제3 단계 및 제4단계 이후에, 상기 배관파손조건부 리스크와 상기 배관파손확률을 곱해서 배관부위별 리스크를 노심손상빈도(CDF; Core Damage Frequency) 값으로 계산하고, 배관부위별 리스크를 모두 합해서 배관 전체의 리스크를 계산한 후, 각각의 배관의 리스크가 배관 전체의 리스크에서 차지하는 비율을 계산해서 배관별 리스크중요도를 RRW(Risk Reduction Worth) 값으로 구하는 제5 단계;
    상기 제5 단계 이후에, RRW 값이 1.005 이상인 배관을 검사대상배관으로 결정하는 제6 단계; 및
    상기 제6 단계 이후에, 검사대상배관 내에서 검사부위를 선정하는 제7 단계;를 포함하고,
    상기 대체기기는 배관이 연결되어 있는 기기로서 확률론적안전성평가 모델에 모델링되어 있는 기기가 선정되는 것을 특징으로 하는 배관의 가동중에 리스크정보를 활용해서 배관의 검사부위를 선정하기 위한 방법.
  2. 삭제
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