KR101387820B1 - 원자력 발전소용 배관구조 및 시공방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원자력 발전소용 배관구조에 관한 것이며, 본 발명의 원자력 발전소용 배관구조는 원자력 발전소 내의 구조물 간을 서로 연결하기 위한 배관구조에 있어서, 상기 구조물에 배근된 철골 내에 삽입되어 외측으로 일부가 돌출되는 파이프 형태의 슬리브; 상기 슬리브의 직경보다 작은 직경으로 구비되어 일단이 상기 슬리브 내부에 삽입되며, 상기 구조물 외부에서 시공이 용이하도록 타단이 상기 슬리브 외부에 노출되는 연결관, 상기 연결관과 일체로 형성되어 상기 연결관의 외주면으로부터 외측으로 연장되며, 단부가 상기 슬리브 직경의 높이에서 상기 슬리브 측으로 절곡되어 상기 슬리브의 단부와 맞닿아 용접되는 플랜지부를 구비하는 커넥터; 상기 구조물 외부에서 상기 연결관의 타단과 용접되며, 상기 구조물의 외측으로 연장되는 파이프;를 포함하되, 상기 플랜지부는 플럭스 코어드 아크 용접 방식(FCAW:Flux-Cored Arc Welding)에 의하여 상기 슬리브와 용접되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명에 의하면, 구성 간의 접합영역을 최소화하여 유체의 누설을 방지함으로써 원자력 발전소의 안정성을 확보하는 동시에, 시공기간을 줄일 수 있는 원자력 발전소용 배관구조가 제공된다.

Description

원자력 발전소용 배관구조 및 시공방법{PIPE STRUCTURE FOR NUCLEAR POWER PLANT AND METHOD FOR CONSTRUCTING THEREOF}
본 발명은 원자력 발전소용 배관구조 및 시공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유체의 누설이 방지되도록 견고하게 실링된 상태의 유지가 가능한 원자력 발전소용 배관구조 및 시공방법에 관한 것이다.
원자력 발전소의 배관은 주어진 운전 조건 하에서 주어진 기능을 수행하고, 수명기간 동안 건전성(integrity)를 유지함으로써 신뢰성을 보장받을 수 있다. 배관 신뢰성 확보를 위한 활동은 설계, 건설, 운전, 그리고 품질관리 전반에 걸쳐 수행된다. 특히, 배관설계의 경우, 기계설계와 재질설계, 그리고 운전조건에 대한 설계를 통해 기계적 건전성을 평가하고 확인하고 있다.
종래의 원자력 발전소 구조물 간을 연결하는 배관은 구조물에 삽입된 슬리브와 헤드 플레이트가 결합된 파이프가 상호 접합되는 구조를 갖는다.
도 1은 종래의 원자력 발전소용 배관구조 시공방법의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
이러한 종래의 배관구조의 시공방법에 대하여 설명하면, 먼저 슬리브를 구조물에 삽입한다. 그 후에, 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 파이프(12)의 외주면에 홈이 형성된 결합링(13)을 용접, 접합하고, 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 결합링(13)을 둘러싸는 헤드 플레이트(14)를 용접하여 접합한다.
그리고 나서, 도 1(c)에 도시된 바와 같이, 헤드 플레이트(14)가 결합된 파이프(12)는 크레인 등에 의하여 인양된 상태에서 슬리브(11)에 용접됨으로써 최종 배관구조가 완성된다.
다만, 상술한 종래의 시공방법에 의한 배관구조의 경우에는 총 3회의 용접공정이 수행되는 것으로서, 3부분의 용접된 영역(w)에서 유동하는 유체가 누설될 가능성이 증가하는 문제가 있다.
또한, 파이프가 크레인 등에 의하여 헤드플레이트(14)가 인양되어 공중에서 부양된 상태에서 슬리브(11)와의 용접공정이 진행되므로 공정이 난해하고, 시공기간이 증가한다는 문제가 있었다.
또한, 헤드플레이트(14)의 수직벽면이 슬리브(11)의 테두리면과 용접되는 것으로서, 이러한 T자형 용접공정은 숙련된 기술자의 시공에 의하여만 수행될 수 있다는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 구성 간의 접합영역을 최소화하여 유체의 누설을 방지함으로써 원자력 발전소의 안정성을 확보하는 동시에, 시공기간을 줄일 수 있는 원자력 발전소용 배관구조 및 시공방법을 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 원자력 발전소 내의 구조물 간을 서로 연결하기 위한 배관구조에 있어서, 상기 구조물에 배근된 철골 내에 삽입되어 외측으로 일부가 돌출되는 파이프 형태의 슬리브; 상기 슬리브의 직경보다 작은 직경으로 구비되어 일단이 상기 슬리브 내부에 삽입되며, 상기 구조물 외부에서 시공이 용이하도록 타단이 상기 슬리브 외부에 노출되는 연결관, 상기 연결관과 일체로 형성되어 상기 연결관의 외주면으로부터 외측으로 연장되며, 단부가 상기 슬리브 직경의 높이에서 상기 슬리브 측으로 절곡되어 상기 슬리브의 단부와 맞닿아 용접되는 플랜지부를 구비하는 커넥터; 상기 구조물 외부에서 상기 연결관의 타단과 용접되며, 상기 구조물의 외측으로 연장되는 파이프;를 포함하되, 상기 플랜지부는 플럭스 코어드 아크 용접 방식(FCAW:Flux-Cored Arc Welding)에 의하여 상기 슬리브와 용접되는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소용 배관구조에 의하여 달성된다.
삭제
또한, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 원자력 발전소 내의 구조물 간을 서로 연결하기 위한 배관구조를 시공하는 방법에 있어서, 상기 구조물 외부에서 파이프 형태의 슬리브와 커넥터를 용접하여 배관모듈을 제작하는 배관모듈 제작단계; 상기 구조물 외부에서 시공이 용이하도록 상기 배관모듈의 단부가 상기 구조물로부터 외측으로 노출되도록 상기 배관모듈을 인양하여 구조물에 배근된 철근 내에 삽입하는 삽입단계; 상기 배관모듈이 상기 구조물에 고정되도록 콘크리트를 타설하는 타설단계; 상기 구조물 외부에서 노출된 배관모듈의 단부에 파이프를 용접하는 용접단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소용 배관구조 시공방법에 의해 달성된다.
또한, 상기 배관모듈 제작단계 전에, 파이프 형태의 상기 슬리브를 준비하는 슬리브 준비단계; 및 상기 슬리브 보다 작은 직경의 연결관, 상기 연결관과 일체로 형성되어 상기 연결관의 외주면으로부터 외측으로 연장되되 단부가 절곡되는 플랜지부를 구비하는 커넥터를 준비하는 커넥터 준비단계;를 더 포함하고, 상기 배관모듈 제작단계에서는 상기 슬리브 내에 상기 연결관의 일단이 수용되며 타단이 외부로 노출된 상태에서 상기 플랜지부의 절곡된 단부를 상기 슬리브와 용접하여 상기 배관모듈을 제작 할 수 있다.
또한, 상기 배관모듈 제작단계에서 상기 플랜지부와 상기 슬리브는 플럭스 코어드 아크 용접 방식(FCAW:Flux-Cored Arc Welding)에 용접될 수 있다.
본 발명에 따르면, 접합부분을 최소화하여 유체의 누설 가능성이 있는 영역을 최소화할 수 있는 원자력 발전소용 배관구조이 제공된다.
또한, 용접공정의 횟수를 최소화함으로써 누설 가능성을 감소시킬 수 있는 원자력 발전소용 배관구조 시공방법이 제공된다.
또한, 슬리브와 커넥터를 지상에서 코어드 아크 용접 방식(FCAW)을 이용하여용접, 접합하여 배관모듈을 제작함으로써, 신속하고 견고한 용접이 가능하고 전체적으로 시공기간이 줄어들 수 있으며, 정밀하고 견고한 용접이 가능하다.
또한, 슬리브와 커넥터는 서로 마주보며 동일한 직경을 가지는 테두리 면을 상호 접합하는 것이므로, 용이하고 견고한 용접이 가능하다.
또한, 연결관으로부터 외부로 돌출되는 플랜지부가 방열핀의 역할을 하여 콘크리트 타설시 발생하는 열이 플랜지부를 통하여 외부로 신속하게 배출될 수 있다.
도 1은 종래의 원자력 발전소용 배관구조 시공방법의 일례를 개략적으로 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원자력 발전소용 배관구조를 개략적으로 도시한 것이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 원자력 발전소용 배관구조 시공방법에서 슬리브 준비단계(a)와 커넥터 준비단계(b) 공정을 개략적으로 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 원자력 발전소용 배관구조 시공방법에서 배관모듈 제작단계 공정을 개략적으로 도시한 것이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 원자력 발전소용 배관구조 시공방법에서 삽입단계를 개략적으로 도시한 것이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 원자력 발전소용 배관구조 시공방법에서 타설단계를 개략적으로 도시한 것이고,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 원자력 발전소용 배관구조 시공방법에서 용접단계를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 원자력 발전소용 배관구조 및 원자력 발전소용 배관구조 시공방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원자력 발전소용 배관구조를 개략적으로 도시한 것이다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 원자력 발전소용 배관구조(100)는 원자력 발전소 구조물 간의 상호 유체 유동로를 연결하기 위한 배관구조에 관한 것으로서, 배관모듈(110)과 파이프(120)를 포함한다.
상기 배관모듈(110)은 구조물(S)의 내부공간과 외부로부터 유체를 공급하는 파이프(120)를 상호 연결하기 위한 것으로서, 슬리브(111)와 커넥터(112)를 포함한다.
상기 슬리브(111)는 구조물(S)의 내부에 삽입되어 후술하는 커넥터(112)와 파이프(120)를 견고하게 지지하기 위한 것으로서, 소정 직경을 갖는 파이프 형태로 마련된다.
슬리브(111)는 연결 대상이 되는 원자력 발전소 구조물(S)에 배근된 철골(f) 내에 삽입되며, 후술하는 커넥터(112)가 접합된 상태에서 콘크리트가 최종적으로 타설되어 견고하게 고정된다.
상기 커넥터(112)는 슬리브(111)와 파이프(120)를 견고하게 연결하기 위한 매개체로서, 연결관(113)과 플랜지부(114)를 포함한다.
상기 연결관(113)은 슬리브(111)의 외경보다 작은 외경으로 형성되는 파이프 형태의 구성요소로서, 일단부는 슬리브(111)의 내부에 수용되고 타단부는 후술하는 파이프(120)와 연결되어, 파이프(120)로부터 공급되는 유체를 구조물 내에 실질적으로 공급하기 위한 통로가 된다.
상기 플랜지부(114)는 슬리브(111)의 단부와 실질적으로 접합되는 부재로서, 연결관(113)의 외주면의 법선방향을 따라서 외측으로 돌출되며, 종단부는 커넥터(112) 측으로 절곡된다.
플랜지부(114)의 절곡된 단부는 슬리브(111)의 단부와 플러스 코어드 아크 용접 방식(FACW:Flux-Cored Arc Welding)에 의하여 접합되는 것으로서, 이러한 시공방법에 대해서는 후술한다.
상기 파이프(120)는 연결대상이 되는 한 쌍이 구조물(S) 사이에 개재되어, 구조물(S) 간 유동하는 유체의 연결통로가 되는 것으로서, 외부에 노출되는 연결관(113)의 단부와 용접되어 체결된다.
한편, 시공 순서상 커넥터(112)와 슬리브(111)가 구조물(S)에 시공된 후에 파이프(120)가 최종 접합되는 것이 바람직하며, 상세한 시공방법 및 시공순서에 대해서는 후술한다.
따라서, 상술한 원자력 발전소용 배관구조(100)에 대해서 다시 한번 설명하면, 커넥터(112)와 슬리브(111)가 상호 접합된 상태에서 원자력 발전소의 구조물(S) 내부에 삽입되고, 유체의 유동로를 형성하는 파이프(120)는 노출되는 커넥터(112)의 단부, 즉, 연결관(113)의 노출되는 단부와 용접되어 상호 접합된다.
지금부터는 본 발명의 일실시예에 따른 원자력 발전소용 배관구조 시공방법(S100)에 대하여 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 원자력 발전소용 배관구조 시공방법(S100)은 원자력 발전소 구조물(S) 내에 유체를 공급하기 위한 배관구조를 시공하는 방법에 관한 것으로서, 슬리브 준비단계(S110)와 커넥터 준비단계(S120)와 배관모듈 제작단계(S130)와 삽입단계(S140)와 타설단계(S150)와 용접단계(S160)를 포함한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 원자력 발전소용 배관구조 시공방법에서 슬리브 준비단계(a)와 커넥터 준비단계(b) 공정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3(a)에 도시된 바와 같이, 상기 슬리브 준비단계(S110)는 후술하는 배관모듈 제작단계(S130)에서 제작되는 배관모듈(110)의 구성요소 중 하나인 슬리브(111)를 마련하는 단계로서, 본 단계에 의하여 소정의 직경을 가지는 파이프 형태의 슬리브(111)가 마련된다.
도 3(b)에 도시된 바와 같이, 상기 커넥터 준비단계(S120)는 후술하는 배관모듈 제작단계(S130)에서 제작되는 배관모듈(110)의 구성요소 중 나머지 하나인 커넥터(112)를 마련하는 단계이다.
본 단계에서 준비되는 커넥터(112)는 슬리브(111)와 파이프(120)를 견고하게 연결하기 위한 매개체로서, 슬리브(111)의 외경보다 작은 외경으로 형성되는 파이프 형태의 연결관(113) 및 연결관(113)의 외주면에 법선방향을 따라서 외측으로 돌출되는 플랜지부(114)로 구성된다.
또한, 연결관(113)의 외주면을부터 외측으로 돌출되는 플랜지부(114)의 최종단부 영역(115)은 굽혀져 절곡된다. 이때, 절곡되는 플랜지부(114)의 최종단부 영역(115)은 슬리브(111)를 향하며 연결관(113)의 외주면과는 나란한 방향으로 형성된다. 또한, 상호 간에 접촉되어 접합될 수 있도록 플랜지부(114)의 최종단부 영역(115)의 외경 및 두께는 슬리브(111)의 외경 및 두께와 동일하게 마련되는 것이 바람직하다.
한편, 본 실시예에서 커넥터(112)는 우수한 내구성을 구현하기 위하여 연결관(113)과 플랜지부(114)가 일체형으로 형성된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 원자력 발전소용 배관구조 시공방법에서 배관모듈 제작단계 공정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 배관모듈 제작단계(S130)는 마련된 슬리브(111)와 커넥터(112)를 상호 결합하여 배관모듈(110)을 제작하는 단계이다.
먼저, 플랜지부(114)의 절곡된 종단부 영역(115)과 슬리브(111)의 단부의 테두리 면이 마주볼 수 있도록 커넥터(112)와 슬리브(111)를 배치한다. 즉, 상술한 바와 같이, 플랜지부(114) 최종단부 영역(115)의 직경은 슬리브(111)의 직경과 동일한 것으로서, 접합되는 면은 서로 마주보게 된다.
이후에, 플랜지부(114)와 슬리브(111)의 대향면을 접촉시킨 상태에서 용접하여 결합시킨다. 이때, 본 단계에서 플랜지부(114)와 슬리브(111)는 플럭스 코어드 아크 용접 방식(FCAW:Flux-Cored Arc Welding)에 의하여 결합된다.
즉, 플럭스 코어드 아크 용접은 튜브형태의 용접 와이어에 플럭스(Flux)를 충진한 상태에서 용접 아크열로 플럭스를 태움으로써 발생하는 이산화탄소(CO2)가 주성분인 쉴드가스를 이용하여 용접부를 보호하는 동시에 안정된 용접 방식으로서, 본 기술분야에서 널리 알려진 것이므로 상세한 설명은 생략한다.
한편, 본 배관모듈 제작단계(S130)에서는 용접공정의 전후에 수행되는 예열처리공정 및 후열처리공정이 추가될 수도 있다.
따라서, 본 단계에 의하면, 용접에 의하여 커넥터(112)와 슬리브(111)가 접합되는 배관모듈(110)이 제작된다. 특히, 지상에서 플럭스 코어드 아크 용접에 의하여 배관모듈(110)이 제작되므로 신속하고 견고한 용접이 가능하다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 원자력 발전소용 배관구조 시공방법에서 삽입단계를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 삽입단계(S140)는 제작된 배관모듈(110)을 철근(f)이 배근된 구조물(S)에 삽입하는 단계이다.
본 단계에서는 상기 공정에서 미리 제작된 배관모듈(110)을 크레인 등의 견인장비를 이용하여 인양하여 구조물(S)의 배근된 철근(f) 사이로 삽입한다. 이때, 삽입 시공시에 배관모듈(110)은 전체가 삽입되는 것이 아니라, 커넥터(112)의 일부, 즉, 연결관(113)의 단부는 구조물(S)의 외부에 노출될 수 있을 정도로만 삽입한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 원자력 발전소용 배관구조 시공방법에서 타설단계를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 타설단계(S150)는 배관모듈(110)이 삽입된 상태에서 철근(f)이 배근된 구조물(S) 내로 콘크리트를 타설하는 단계이다.
즉, 본 단계에서는 구조물(S)의 내부 및 구조물(S)에 삽입된 상태에서 단부가 노출되는 배관모듈(110)에 콘크리트를 타설하여 양생하며, 본 단계에 의하여 배관모듈(110)과 구조물(S)이 상호 견고하게 결합된다.
한편, 본 타설단계(S150)에서 타설되는 콘크리트로부터 발생하는 열은 커넥터(112)의 플랜지부(114)를 통하여 외부로 신속하게 배출됨으로써, 전체적인 구조물(S)의 안정성이 확보될 수 있다. 즉, 외측으로 돌출되는 플랜지부(114)가 방열핀의 역할을 함으로써, 콘크리트 타설시 신속한 배열이 가능하다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 원자력 발전소용 배관구조 시공방법에서 용접단계를 개략적으로 도시한 것이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 용접단계(S160)는 상술한 공정에 의하여 구조물(S)의 외부에 노출되는 연결관(113)과 파이프(120) 간을 상호 접합시키는 단계이다.
즉, 본 용접단계(S160)에서는 용접을 통하여 외부로부터 유체가 전달되는 파이프(120)를 연결관(113)과 서로 접합한다. 다만, 본 단계에서의 용접공정은 견고한 결합이 가능한 것이라면 상술한 플럭스 코어드 아크 용접 방식에 제한되지 않는다.
따라서, 본 실시예에 의하면, 용접을 통한 접합부분이 감소함으로써 원자력 발전소의 배관에서 유체가 누설되는 것을 방지하여 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 지상에서 용접을 통하여 슬리브와 커넥터를 미리 접합하여 배관모듈을 제작하므로, 크레인 등에 의하여 인양된 상태에서 접합하는 종래의 경우보다 정밀하고 견고한 접합이 가능하다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100 : 본 발명의 일실시예에 따른 원자력 발전소용 배관구조
110 : 배관모듈 120 : 파이프

Claims (5)

  1. 원자력 발전소 내의 구조물 간을 서로 연결하기 위한 배관구조에 있어서,
    상기 구조물에 배근된 철골 내에 삽입되어 외측으로 일부가 돌출되는 파이프 형태의 슬리브;
    상기 슬리브의 직경보다 작은 직경으로 구비되어 일단이 상기 슬리브 내부에 삽입되며, 상기 구조물 외부에서 시공이 용이하도록 타단이 상기 슬리브 외부에 노출되는 연결관, 상기 연결관과 일체로 형성되어 상기 연결관의 외주면으로부터 외측으로 연장되며, 단부가 상기 슬리브 직경의 높이에서 상기 슬리브 측으로 절곡되어 상기 슬리브의 단부와 맞닿아 용접되는 플랜지부를 구비하는 커넥터;
    상기 구조물 외부에서 상기 연결관의 타단과 용접되며, 상기 구조물의 외측으로 연장되는 파이프;를 포함하되,
    상기 플랜지부는 플럭스 코어드 아크 용접 방식(FCAW:Flux-Cored Arc Welding)에 의하여 상기 슬리브와 용접되는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소용 배관구조.
  2. 삭제
  3. 제1항의 원자력 발전소용 배관구조를 이용하여, 원자력 발전소 내의 구조물 간을 서로 연결하기 위한 배관구조를 시공하는 방법에 있어서,
    상기 구조물 외부에서 파이프 형태의 슬리브와 커넥터를 용접하여 배관모듈을 제작하는 배관모듈 제작단계;
    상기 구조물 외부에서 시공이 용이하도록 상기 배관모듈의 단부가 상기 구조물로부터 외측으로 노출되도록 상기 배관모듈을 인양하여 구조물에 배근된 철근 내에 삽입하는 삽입단계;
    상기 배관모듈이 상기 구조물에 고정되도록 콘크리트를 타설하는 타설단계;
    상기 구조물 외부에서 노출된 배관모듈의 단부에 파이프를 용접하는 용접단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소용 배관구조 시공방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배관모듈 제작단계 전에,
    파이프 형태의 상기 슬리브를 준비하는 슬리브 준비단계; 및 상기 슬리브 보다 작은 직경의 연결관, 상기 연결관과 일체로 형성되어 상기 연결관의 외주면으로부터 외측으로 연장되되 단부가 절곡되는 플랜지부를 구비하는 커넥터를 준비하는 커넥터 준비단계;를 더 포함하고,
    상기 배관모듈 제작단계에서는 상기 슬리브 내에 상기 연결관의 일단이 수용되며 타단이 외부로 노출된 상태에서 상기 플랜지부의 절곡된 단부를 상기 슬리브와 용접하여 상기 배관모듈을 제작하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소용 배관구조 시공방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배관모듈 제작단계에서 상기 플랜지부와 상기 슬리브는 플럭스 코어드 아크 용접 방식(FCAW:Flux-Cored Arc Welding)에 용접되는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소용 배관구조 시공방법.
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