KR101626252B1 - 원자로 냉각재 배관 시공방법 - Google Patents

원자로 냉각재 배관 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 원자로 냉각재 배관 시공방법은, 반응기의 출구와 증기 발생기를 연결하는 고온관들을 용접 연결시키는 단계; 반응기와 냉각재 펌프를 연결시키는 4 세트의 저온관을 동시 정렬시키고, 용접 연결시키는 단계; 증기발생기의 노즐에 연결된 중간관 엘보우를 4개소 용접 연결시키는 단계; 상기 증기발생기의 노즐에 연결된 중간관 엘보우와, 냉각재 펌프의 케이싱 흡입구 하단을 연결시키기 위한 U형 스풀 모듈관을 4 세트 제작하는 단계; 상기 U형 스풀 모듈관을 각각 상기 증기발생기의 노즐에 연결된 중간관 엘보우와, 냉각재 펌프의 케이싱 흡입구 하단 사이에서 4 세트를 동시에 용접 연결시키는 단계; 및 상기 4 세트의 U형 스풀 모듈관의 용접 완료후에, 각각의 잔류 응력의 최종 측정 및 평가 단계;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 증기발생기의 노즐에 연결된 중간관 엘보우와, 냉각재 펌프의 케이싱 흡입구 하단 사이에서 상기 U형 스풀 모듈관을 4 개소 동시 용접하여 원자로 설비의 고온관, 저온관, 중간관 최종 연결(closure loop)의 용접 수축으로 인해 발생하는 슬라이딩 베이스의 침하를 방지하고, 슬라이더의 작동 불일치를 방지할 수 있는 우수한 효과를 얻을 수 있다.

Description

원자로 냉각재 배관 시공방법{METHOD FOR CONSTRUCTING THE CLOSURE LOOP OF REACTOR COOLANT SYSTEM}
본 발명은 원자로 냉각재 계통설비에 구비된 원자로 냉각재 배관 시공 공정에 관한 것으로, 보다 상세히는 CE형 2 LOOP 원자로 냉각재 배관의 가장 핵심 구간인 최종 연결구간(Closure loop)을 U형 배관 모듈을 활용하여 현장에서 용접 연결시켜서, 용접으로 인한 수축응력이 횡(수평)방향으로 미치지 않고, 종(수직)방향으로만 작용하도록 함으로써, 원자로 냉각재 배관의 고온관, 저온관, 중간관 최종 연결구간의 연결용접 후에 존재하는 잔류 하중을 최소화하여 원자로 냉각재 설비의 고온 기능시험과 운전중에 발생하는 펌프 진동 발생, 증기발생기의 상하부 지지대의 간극요건 불일치, 각종 부품들간의 접촉 현상을 방지할 수 있고, 그에 따른 원자로의 안정적인 가동, 세관 마모에 따른 설비 고장 방지, 및 원자로 내구 수명을 증대시키도록 개선된 원자로 냉각재 배관 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로, 원자로 발전소는 국내의 예를 들면, 컨버스천 엔지니어링(Combustion Engineering :CE)의 시스템플러스 80(한빛 3,4호기), 한국 표준형 원전(한울3,4,5,6호기 및 한빛 5,6호기), OPR1000(신고리 1,2호기), APR1400(신고리 3,4호기, 신울진 1,2호기, UAE 원전 1~4호기), 2-루프 가압경수로(Pressurized Water Reactor)등이 있다.
원자로 발전소(이하, 간략히 "원자로"라 한다)는 대한민국 등록특허공보 제10-1473665호의 "원자력 발전소의 부품 교체용 배관 지지 장치"에도 기재된 바와 같이, 격납 건물 내에 원자로 냉각재 계통(RCS:Reactor Coolant System)이 구비된다.
도 1을 참조하면, 이러한 원자로 발전소(이하, 간략히 "원자로"라 한다)의 기본 구조가 도시되어 있다.
이와 같은 원자로(1)는 격납 건물 내에 원자로 냉각재 계통(RCS:Reactor Coolant System)이 구비된다.
이와 같은 원자로 냉각재 계통은, 중앙에 원자로를 담고 있는 반응기(5)와, 이에 연결된 적어도 하나의 열전달 회로(7)를 가진다.
도 1에서는 두 개의 열전달 회로가 반응기(5)에 병렬로 연결된 것이 도시되어 있다.
각 회로(7)는 2대의 증기 발생기(9)와, 반응기(5) 및 증기 발생기(9) 사이에서 냉각재를 순환시키는 적어도 하나의, 보통 4대의 냉각재 펌프(11)를 포함 한다. 각 회로(7)는 3개의 메인 배관을 포함하고, 메인 배관은 대구경으로 마련되며, 회로의 주요 부품과 연결된다. 이에 더하여 회로(7)는 냉각재의 온도 및 압력을 일정하게 유지하도록 하는 가압기(미 도시)를 포함 한다.
첫 번째 대구경 배관 또는 고온관(hot leg)(13)은 내경 42인치 직경의 대형관으로서, 반응기(5)의 일측과, 증기 발생기(9)의 냉각재 챔버의 흡입부 일측에 연결되어 반응기(5) 내의 노심(core)과 접촉되어 가열된 냉각재를 증기 발생기(9)로 전송 한다.
크로스 오버 레그(cross-over leg)로 불리는 순환관(15)은 증기 발생기(9)의 냉각재 챔버의 토출부 일측 및 냉각재 펌프(11)의 와류실 흡입부 일측을 연결 한다.
그리고, 저온관(Cold leg)(17)은 냉각재 펌프(11)의 와류실과 반응기(5) 사이를 연결 한다. 또한, 증기 발생기(9)에서 냉각되고 냉각재 펌프(11)에 의해 인출된 냉각재는 순환관(15), 저온관(17)을 통하여 반응기(5)로 전송되어 노심을 냉각 한다.
이와 같은 원자로에서, 각각의 증기 발생기(9)는, 그 하부측이 슬라이딩 베이스(34) 상에 다수의 스터드 앵커(미 도시)에 의해서 고정 지지되며, 이와 같은 슬라이딩 베이스(34)는 포지드 앵커 플레이트(36)상에 마련된 다수의, 예를 들면 4개의 반구형 슬라이더(38)상에서 지지되어 원자로의 운전중에 발생하는 미세한 좌우 움직임을 수용하도록 되어 있다.
이와 같은 슬라이딩 베이스(34)와 포지드 앵커 플레이트(36)의 구조가 도 2에 도시되어 있다.
즉, 각각의 증기 발생기(9)는, 도 2에 도시된 바와 같은 포지드 앵커 플레이트(36)상에서 다수의 슬라이더(38)에 의해서 슬라이딩이 가능하게 지지되며, 유압 장치(40)에 의해서 상하 승하강이 가능하도록 되어 있다.
도 3에는, 이와 같은 원자로 냉각재 계통설비에 구비된 원자로 냉각재 배관의 종래의 시공 공정이 도시되어 있고, 도 4에는 원자로 냉각재 배관 계통이 평면으로 도시되어 있다.
즉, 반응기(5), 증기 발생기(9) 및 4대의 냉각재 펌프(11)의 배치 후에, 단계(C1)에서 반응기(5)의 출구와 증기 발생기(9)를 연결하는 고온관(hot leg)(P001,P010)을 먼저 용접 연결 한다.
이와 같은 단계(C1)에서는 반응기(5)측을 먼저 용접후, 증기발생기(9) 측을 후에 용접하며, 내면용접 & 응력 제거 열처리 작업(PWHT)을 실시 한다.
그리고 다음으로는, 단계(C2)에서, 반응기(5)와 냉각재 펌프(11)를 연결시키는 제1 세트의 저온관(P005, P014)을 정렬시키고, 용접 연결 한다.
또한 다음으로는, 단계(C3)에서, 반응기(5)와 냉각재 펌프(11)를 연결시키는 제2 세트의 저온관(P009, P018)을 정렬시키고, 용접 연결 한다.
이때는 냉각재 펌프(11)의 케이싱, 수직 지지대와 크레비스 스포트가 슬라이딩 베이스(34)에 연결된 상태서 용접이 이루어지게 된다.
CE형 원자로의 설치지침서(Installation Guideline)에는 냉각재 펌프(11)의 출입측과 입구측에 원자로배관 연결 용접시는 할 때에는 영구지지대 대신 임시지지대 사용을 권장 한다. 그 이유는 용접 수축으로 인한 움직임을 허용하며 펌프 지지대에 구속력이 남지 않게 하는 목적이다. 이 방법은 한빛 3,4호기에서 적용되었다. 그러나 설치 방법의 선택은 시공계약자의 역무로 설치지침서에 명시되어 있어, 그 후 부터는 영구지지대를 사용하여 설치하는 방식을 적용하는 것이 업계의 통상적인 시공법이다.
이러한 저온관은 그 용접전에 원자로 냉각재 펌프(11)의 케이싱과 수직 컬럼 스포트를 영구적으로 설치 완료한 상태서 용접되어 원자로 냉각재 펌프(11)의 플랜지면의 수평고도의 어느 정도 기울어짐은 허용된다. 4개 펌프의 중심선은 용접 수축량을 미리 보상하여 용접을 하게 된다.
수동용접의 경우 종방향 용접 수축 7~9mm이 대부분이고, 용접기사가 변위를 인식하면서 변위가 발생되면 반대방향으로 용접 작업을 지시하여 회전 수축에 대응하는 시공방법을 적용하여만 회전 수축에 대한 변위를 보상하면서 용접이 가능하다.
오비털 자동용접(Orbital automatic welding)은 수축은 5~6mm 범위이지만, 용접헤드가 한 방향으로 회전하며 계속 용접을 하므로 종방향 수축 이후에 횡(회전) 수축이 연이어 발생하는 특성이 있다. 이로 인해 원자로 냉각재 펌프는 수평고도는 최초 설치 상태의 수평을 유지하지 못하고 기울어지는 특성이 있다.
다음으로는, 단계(C4)에서, 반응기(5)와 냉각재 펌프(11)를 연결시키는 제1 세트의 저온관(P005, P014)과, 제2 세트의 저온관(P009, P018)의 응력 제거 열처리 작업(PWHT)을 실시 한다.
그리고, 다음으로는 단계(C5)에서, 냉각재 펌프(11)의 케이싱 흡입구에 각각 엘보우(P004, P008, P013, P017)를 취부하여 용접을 하게 된다.
이와 같은 상세 구조가 도 5에 기재되어 있다.
즉, 냉각재 펌프(11)의 케이싱 흡입구 하단에 각각 엘보우(P004, P008, P013, P017)를 취부하여 용접연결 한다.
이때는 엘보우(P004, P008, P013, P017)는 한쪽만 용접이 되므로 구속이 없는 상태이다. 한편 증기발생기(9)의 출구관 일측에 엘보우(P002, P006, P011, P015)는 독립공정으로 먼저 용접이 되어 이때도 구속이 없는 상태다.
이와 같은 엘보우 용접공정이 완료되면, 단계(C5a)에서 나머지 최종연결 구관의 순환관 L 자형 스풀을 설치하기 위해 연결구간을 측량으로 실측하여 가공치수를 산출하고, 순환관 L 자형 스풀(P003, P007, P012, P016)를 공장 가공하여 현장 맞춤을 하게 된다.
이와 같은 종래의 최종 연결 L 자형 스풀(P003, P007, P012, P016)을 가공하기 위해 현장 측량을 해보면, 펌프용기가 기울어진 만큼 최종 연결 L 자형 스풀(P003, P007, P012, P016)의 반대편(증기발생기의 출구노즐)이 올라오는 현상이 발견되며, 이는 저온관 용접으로 발생된 펌프용기의 플랜지면의 경사와 관련되어 있다.
따라서, 증기발생기(9)의 출구노즐에 연결하려면 정상장인 정렬작업을 할 수가 없어 현장 실측하여 최종 연결 L 자형 스풀(P003, P007, P012, P016)을 가공후 정렬 작업을 하게 된다.
증기발생기(9)의 출구관 측의 가공량의 경험치는 수동용접을 적용한 경험치는 최대 9mm정도이며, 자동용접의 경우는 60mm로 설계길이 보다 높이를 줄이는 가공이 요구되어 펌프용기 플랜지면의 경사가 수동용접보다 자동용접이 더 많이 발생 한다.
이러한 최종 연결 L 자형 스풀(P003, P007, P012, P016)의 정렬(FIT-UP)이 끝나면, 단계(C6)에서, 최종 연결 L 자형 스풀(P003, P007)의 용접작업을 실시하고, 단계(C7)에서, 최종 연결 L 자형 스풀(P012, P016)의 용접작업을 실시 한다.
이와 같은 단계(C6)(C7)에서는, 각각 최종 연결 L 자형 스풀(P003, P007, P012, P016)와, 펌프(11)의 흡입측의 엘보우와 가용접을 하여 종방향 수축 5mm가 용착되면, 증기발생기(9)의 출구측과 가용접을 하게 된다.
그리고, 다음으로는, 단계(C8)에서 최종 연결 L 자형 스풀(P003, P007, P012, P016)을 전용접하고, 응력 제거 열처리 작업(PWHT)을 실시 한다.
또한 다음으로는, 단계(C9)에서 용접 완료후에 최종 측량을 하며, 단계(C10)에서 원자로 냉각재 펌프 수평 지지대의 설치 단계가 실행된다.
이 과정 까지가 CE형 2-LOOP 원자로에 적용되어온 통상적인 냉각재 배관 계통의 배관 시공 방식이다.
그러나, 이와 같은 종래의 시공방법은 최종 연결 L 자형 스풀(P003, P007, P012, P016)를 가공완료 후, 용접을 할 경우 저온관 방향으로 완전히 구속된 상태에서 용접 수축이 발생되어야 하므로, 이 과정에서 과대한 수축응력이 발생하여 용접중 저온균열이 수동용접에서 발생된 사례가 있었다.
용접부에서, 용접구속이 많은 경우, 용접부에 예열온도를 기술기준보다 높여 용접시공을 하면 저온균열은 방지할 수 있는 것이 일반적인 용접기술이다.
그러나, 냉각재 펌프 수직 컬럼 스포트(Vertical column support)가 영구적으로 설치되어 있으므로, 용접 수축이 발생시 배관 용접부에만 존재하는 것이 아니고, 수직컬럼 스포트가 앵커볼트에 고정되어 구속되어 있기 때문에, 수축에 대응하려는 힘이 앵커볼트(anchor bolt)와 펌프 수직지지대에 잔류하게 된다.
즉, 종래의 시공방법은 도 5에 도시된 바와 같이, 최종 연결 L 자형 스풀(P003, P007, P012, P016)을 시공하는 경우, 냉각재 펌프(11)의 케이싱 흡입구 하단에 설치된 엘보우(P004, P008, P013, P017)에서는, 수직방향으로 용접선이 형성되어 용접이 이루어지고, 증기발생기(9)의 출구관 측 엘보우(P002, P006, P011, P015)에서는 수평방향으로 용접선이 형성되어 용접이 이루어진다.
따라서, 냉각재 펌프(11)의 케이싱 흡입구 하단에 설치된 엘보우(P004, P008, P013, P017)의 수직방향으로 용접선에 의해서는 최종 연결 L 자형 스풀(P003, P007, P012, P016)의 길이방향(횡방향)으로 용접 수축이 발생되고, 증기발생기(9)의 출구관 측 엘보우(P002, P006, P011, P015)의 수평방향으로 용접선에 의해서는 최종 연결 L 자형 스풀(P003, P007, P012, P016)의 수직방향(종방향)으로 용접 수축이 발생된다.
그리고 이와 같은 용접 수축에 대응하려는 또 다른 현상은 증기발생기의 슬라이딩 베이스(34)에도 영향을 미친다. 즉, 증기발생기(9)의 노즐측과 중간관 연결용접시 발생하는 용접 수축 5mm에 대응하려는 반력이 증기발생기(9)의 슬라이딩 베이스(34)에 가해져서 용접전과 용접후의 슬라이딩 베이스 스커트의 수평고도가 1mm 정도 침하된다.
뿐만 아니라, 최종 연결 L 자형 스풀(P003, P007, P012, P016)의 용접부에서 이루어지는 응력제거 열처리 작업에 의해서 응력은 제거되지만, 스포트 구조와 기 응력제거 열처리가 끝난 증기발생기(9) 노즐과, 펌프(11)의 노즐에는 잔류응력이 생기게 된다.
즉 슬라이딩 베이스(34)의 침하와, 펌프 수직컬럼 스포트(Vertical column support)에 잔류한 하중(Preload)은 용접부에 대한 응력제거 열처리를 하더라도 펌프 수직컬럼 스포트에는 잔류 하중이 남게 된다.
이러한 잔류하중은 원자로 작동시 배관 움직임을 발생시키는 한 원인이다.
실제로, 미국 Milestone point 2호기의 증기발생기(9)의 교체공사를 수행한 벡텔엔지니어링이 원자로 냉각재 펌프에 잔류한 하중제어에 실패한 사유로 교체 공사기간이 대폭 연장된 사례가 발생되었다. 통상적인 교체공사 기간은 80일 전후였으나, 이 Milestone point 2호기에서는 185일 소요되었고, 방사선 피폭량도 통상적인 교체사업에 비해 3배 이상 피폭 기록으로 남아 있다.
또한, 원자로 냉각재 펌프(11)의 스포트와 증기발생기(9)의 슬라이딩 베이스(34)에 잔류하중이 남아 있으면, 고온 기능 시험중에 원자로 냉각재 계통의 열팽창 거동에 영향을 미쳐 증기발생기(9)의 상부지지대에 있는 키이/키웨이(미 도시)간에 유지되어야 할 고온간극 요건에 영향을 미치고, 또한 방진기(SNUBBER)의 상온(heat-up전/cool-down후) 핀과 핀간 거리(Pin-to-pin)가 설계기준을 초과하는 문제가 있다.
그리고, 원자로의 정상운전 중에 진동(vibration)이 발생하여 증기발생기(9)의 세관 마모가 상업운전 초기 부터 발생되게 된다. 그리고 심한 경우는 원자로 냉각재 펌프(11)에 고진동을 초래하게 된다.
이와 같이 종래의 원자로 냉각재 배관 시공에 따른 문제점들은 최종 연결 L 자형 스풀(P003, P007, P012, P016)의 용접부에서 종 수축과 횡 수축이 발생되고, 그과정에서 증기발생기(9)의 하부지지구조와 냉각재 펌프(11)의 수직컬럼 스포트에 잔류하중(spring back force)이 남게 된다.
즉, 종래의 공정은 영구지지대를 사용하여 원자로 냉각재 펌프(11)의 입구관, 출구관에 용접을 하게 되므로 구속력이 남게 된다.
따라서, 종래의 공정은 구속력의 작용으로 인해 펌프케이싱의 수평고도에 영향을 미쳐 용접부에 결함이 발생되면, 보수용접으로 인해 국부적인 수축이 발생되어 펌프 케이싱의 수평고도가 설계 기준치를 벗어나는 문제가 있다.
이러한 잔류하중의 결과로서, 최종 연결 L 자형 스풀(P003, P007, P012, P016)를 용접하면 슬라이딩 베이스(34)에 수축으로 인한 압축하중이 발생되어 침하가 생긴다. 이 침하는 슬라이더(38)와 베이스 플레이트간에 마찰력을 증가시킨다.
이러한 침하량이 슬라이딩 베이스(34)에 잔류하는 하중으로 볼 수 있다. 이러한 잔류하중은 원자로의 기동초기에 슬라이더(38)의 마찰력을 증가시켜서 횡방향 미끌림 작동을 크게 저해하는 특성이 있다.
즉, 상기 슬라이딩 베이스(34)는 설치공차(레벨공차 +/- 0.889mm 이내)를 만족해야 하는 것이 설계요건이다. 그러나 최종 연결 L 자형 스풀(P003, P007, P012, P016)의 연결 용접시에는 2개소 용접을 동시에 수행하는 관계로 수직 방향(종방향)의 용접 수축력이 슬라이딩 베이스에 압축력으로 작용하게 된다.
이러한 용접 공정은 용접 수축으로 인해 수직 방향(종방향)으로 설계 허용치보다 약 0.9~1.1mm 마이너스(-) 방향의 용접변위가 발생되며, 이는 슬라이딩 베이스(34)에 압축력으로 잔류하게 된다. 이 압축력은 기동초기에 마찰력을 증가시켜 횡방향(수평 방향)의 미끌음을 억제하는 특성이 있다.
결과적으로, 종래의 원자로 냉각재 배관 용접공접은, 원자로 냉각재 펌프(11)의 영구지지대(수직컬럼 스포트)를 설치하고 저온관을 용접완료하고, 최종 연결 L 자형 스풀(P003, P007, P012, P016)을 용접할 경우에 증기발생기(9)의 하부 지지대와, 원자로 냉각재 펌프(11)의 수직컬럼 지지대에 잔류하중이 존재하는 현상은 회피할 수 없게 된다.
따라서, 슬라이딩 베이스(34)가 변형되어 수평을 유지 못하고 기울어지면, 결과적으로 원자로 냉각재 펌프(11)와 증기발생기(9)의 관련지지 구조물의 변형과 간섭으로 인해 진동응력(vibration stress)을 더욱 가중시키게 된다.
이러한 진동응력은 증기발생기(9)의 세관 마모의 원인이 될 뿐 아니라, 마모는 튜브(세관) 표면을 응력을 증가시켜서 세관의 응력부식균열을 야기시키게 된다. 또한 RCS 계통에 연결된 배관에 피로를 가중시키게 된다.
이러한 상태로 장주기 운전되면, 원자로 냉각재 펌프의 내장품 마모, 원자로 냉각재 펌프의 메카니컬 실(mechnical seal)과 소구경 배관의 누설로 이어진다.
한편, 원자로 냉각재 배관의 용접시공은 단순히 용접부로 보기보다는 비록 수축, 변형을 동반하는 용접이음부이지만 이를 정밀한 기계적 이음 수준으로 관리해야 할 필요성이 있다. 즉, 설계 목적을 구현하기 위한 시공기술의 중요성은 말로 다할 수 없지만, 원설계자 시공지침서(Installation guideline)에서 권고하는 지침은 수동용접 지침에 해당되어 신고리 1,2호기부터 자동용접을 적용하는 경우는 고려되지 않아 일부 공정이나 시공기술의 보완이 필요한 부분이 있다.
시공지침서에는 고온관 용접시에만 두 사람이 서로 반대 위치에서 동시에 벨런스 용접하도록 권하고 있다. 그러나 자동용접에서는 용접헤드가 한 방향으로 회전하는 방식을 거의 대부분 적용하여 횡 수축(원주방향) 제어에 실패한 결과로 야기된 문제점이 들어난다, 즉, 용접부에 대한 비파괴 품질에 너무 치우친 나머지 용접 수축 및 변형으로 인한 RCS 계통의 기구학적인 운전 특성이 간과되어 온 관계로 자동용접이 적용된 이후부터 증기발생기(9), 냉각재 펌프(11)의 정위치(True position)를 벗어나는 문제점이 많이 발생되고, 기기 진동 문제도 자주 발생되어. 자동용접 적용에 따른 보다 정밀한 용접 시공기술의 개발이 절실한 실정이다.
따라서, 당업계에서는 원자로의 구조적 진동을 최소화하여 증기 발생기의 세관 마모와, 원자로 냉각재 계통 설비의 마모(wear)를 방지할 수 있는 기술 개발이 절실하게 요구된다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소시키기 위한 것으로서, 신규 원자로 배관 시공시, 고온관, 저온관, 중간관 최종 연결(closure loop)의 용접 수축으로 인해 발생하는 증기발생기 지지구조인 슬라이딩 베이스의 침하를 방지하고, 슬라이더의 작동 불일치를 방지할 수 있으며, 원자로 냉각재 펌프의 구조적 진동과 증기발생기 세관 마모를 방지할 수 있는 원자로 냉각재 배관 시공방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 원자로 냉각재 계통설비에 구비된 원자로 냉각재 배관 시공 방법에 있어서,
증기 발생기와 고온관들을 먼저 용접하고 반응기의 출구와 고온관을 연결시키는 단계;
반응기와 냉각재 펌프를 연결시키는 4 세트의 저온관을 동시 정렬시키고, 용접 연결시키는 단계;
증기발생기의 노즐에 연결된 중간관 엘보우를 4개소 용접 연결시키고 난 뒤, 상기 증기발생기의 노즐에 연결된 중간관 엘보우와, 냉각재 펌프의 케이싱 흡입구 하단을 연결시키기 위한 U형 스풀 모듈관을 4 세트 제작하는 단계;
상기 U형 스풀 모듈관을 각각 상기 증기발생기의 노즐에 연결된 중간관 엘보우와, 냉각재 펌프의 케이싱 흡입구 하단 사이에서 4 세트를 동시에 용접 연결시키는 단계; 및
상기 4 세트의 U형 스풀 모듈관의 용접 완료후에, 각각의 잔류 응력의 최종 측정 및 평가 단계;를 포함하고, 상기 증기발생기의 노즐에 연결된 중간관 엘보우와, 냉각재 펌프의 케이싱 흡입구 하단 사이에서 상기 U형 스풀 모듈관을 4 개소 동시 용접하여 원자로 설비의 고온관, 저온관, 중간관 최종 연결(closure loop)의 용접 수축으로 인해 발생하는 슬라이딩 베이스의 침하를 방지하고, 슬라이더의 작동 불일치를 방지할 수 있도록 구성된 원자로 냉각재 배관 시공방법을 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는, 상기 반응기의 출구와 증기 발생기를 연결하는 고온관들을 용접 연결시키는 단계는, 고온관에 의한 용접 수축으로 발생되는 슬라이딩 베이스의 침하 변위와 하중을 감지하고, 상기 슬라이딩 베이스의 하부에 설치된 유압 장치들을 활용하여 슬라이딩 베이스를 미세하게 상승시켜서 침하 변위를 보상하면서 이루어진다.
그리고 본 발명은 바람직하게는, 상기 반응기와 냉각재 펌프를 연결시키는 4 세트의 저온관을 동시 정렬시키고, 용접 연결시키는 단계는, 각각의 저온관(cold leg)의 용접전에 용접 수축에 대응하여 냉각재펌프 용기의 수평고도와 중심선이 움직이는 것을 방지하는 클램핑 로더를, 철골을 이용하여 설치하고, 용접 수축으로 인한 냉각재펌프 상부 플랜지면의 수평방향 움직임에 대응하면서 이루어진다.
또한 본 발명은 바람직하게는, 상기 반응기와 냉각재 펌프를 연결시키는 4 세트의 저온관을 동시 정렬시키고, 용접 연결시키는 단계는, 4개 저온관의 루프를 동시에 용접하되, 반응로를 중심으로 대각 방향으로 서로 대칭되는 루프별로 2개의 용접헤드의 회전방향을 서로 반대되게 회전시킴으로써 회전 수축에 효과적으로 대응하면서 이루어진다.
그리고 본 발명은 바람직하게는, 상기 U형 스풀 모듈관을 각각 상기 증기발생기의 노즐에 연결된 중간관 엘보우와, 냉각재 펌프의 케이싱 흡입구 하단 사이에서 4 세트를 동시에 용접 연결시키는 단계는, 8개소 용접이 동시에 이루어질 때, 반응로를 중심으로 서로 대각방향으로 대칭된 루프에서 밸런스 용접이 되도록 용접헤드는 서로 방대방향으로 회전하게 하여 회전 수축에 대응하면서 이루어진다.
또한 본 발명은 바람직하게는, 상기 U형 스풀 모듈관을 각각 상기 증기발생기의 노즐에 연결된 중간관 엘보우와, 냉각재 펌프의 케이싱 흡입구 하단 사이에서 4 세트를 동시에 용접 연결시키는 단계는, 각각의 U형 스풀 모듈관의 하부에 압축 스프링을 내장한 임시지지대를 설치하여 용접 수축 영향으로 U형 스풀 모듈관의 자중으로 인해 발생될 용접균열을 방지하기 위해 상기 압축 스프링의 탄성 복원력으로 자동 보상하여 용접 수축에 대응하여 U형 스풀 모듈관의 자중에 의한 용접균열을 방지하면서 이루어진다.
본 발명에 따른 원자로 냉각재 배관 시공방법에 의하면, 2 루프, 4루프의 가압 경수로형 원자로의 냉각재 배관 계통에서, 펌프 흡입측에 먼저 엘보우 용접하고 증기발생기 출구 노즐측에 부착된 엘보우 사이에 사전 제작된 U형 스풀을 모듈화하여 용접 고정시킴으로써, 고온관, 저온관, 중간관 최종 연결(closure loop)의 용접 수축으로 인해 발생하는 슬라이딩 베이스의 침하를 방지하고, 슬라이더의 작동 불일치를 방지할 수 있다.
그리고, 중간관 최종 연결(closure loop) 부분에서, U형 스풀 4개를 동시에 용접하고, 용접시 용접헤드의 회전 방향을 반대방향으로 회전하게 하여 기동시 증기발생기의 이동이 한쪽으로 치우치게 되는 회전응력을 적게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 종래의 방식인 L자형 스풀에 비해 U자형 스풀을 사전 제작하여 용접시공하므로써 단지 수평 방향의 수축은 발생하지 않은 상태에서, 단지 수직 방향의 수축만 발생되므로, 종래의 L자형 스풀 시공 방식에 비해 증기발생기 하부 지지대와 펌프 지지대에 미치는 잔류하중은 거의 없게 된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 원자로 냉각재 배관 계통의 신규건설시, 원자로 냉각재 배관 시공으로 인한 잔류하중을 효과적으로 제거시켜서, 증기발생기 하부 지지대, 원자로 냉각재 펌프지지대에 남는 잔류하중을 효과적으로 제거하여 운전중 구조적인 기기 진동 문제를 방지할 수 있고, 진동으로 인한 증기발생기의 세관 마모와, 원자로 냉각재계통 설비의 마모를 방지할 수 있는 우수한 효과가 얻어질 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 최종 연결(closure loop) 부분에서, 용접으로 인하여 냉각재 배관 계통에 주는 영향은 수직방향의 수축외에는 어떠한 영향도 미치지 않기 때문에, 최종 연결(closure loop) 부분의 용접중에 원자로 내부구조물을 병행시공하는 데에도 효과적이다.
도 1은 원자로의 반응로, 증기발생기 및 냉각재 펌프들을 포함하는 냉각재 계통(RCS:Reactor Coolant System)을 도시한 외관 사시도이다.
도 2는 원자로의 증기발생기 하부에 설치되는 슬라이딩 베이스, 유압장치, 슬라이더와 포지드 앵커 플레이트의 구조를 도시한 외관 사시도이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 원자로 냉각재 배관 시공방법을 차례로 도시한 공정 순서도이다.
도 4는 원자로의 반응로, 증기발생기 및 냉각재 펌프들을 포함하는 냉각재 계통(RCS:Reactor Coolant System)을 도시한 평단면도이다.
도 5는 종래의 기술에 따라서, 최종 연결 L 자형 스풀을, 냉각재 펌프의 흡입측의 엘보우와 증기발생기의 출구측 엘보우 사이에서 연결시키는 설명도이다.
도 6은 본 발명에 따른 원자로 냉각재 배관 시공방법을 차례로 도시한 공정 순서도이다.
도 7은 본 발명에 따라서, U형 스풀 모듈관을 증기발생기의 노즐에 연결된 중간관 엘보우와, 냉각재 펌프의 케이싱 흡입구 하단 사이에서 연결시키는 설명도이다.
도 8은 본 발명에 따라서, U형 스풀 모듈관의 하부에 스프링을 구비한 임시 지지대를 설치한 상태를 도시한 설명도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명 한다.
본 발명에 따른 원자로 냉각재 배관 시공방법(100)은, 도 6에 전체적으로 도시된 바와 같다.
즉, 본 발명에 따른 원자로 냉각재 배관 시공방법(100)은, 원자로 냉각재 배관 설치 전에 선행적으로 조치되어야 할 것이, 원자로는 어떠한 조건에서도 움직임이 없도록 완전히 고정되어야 한다.
또한, 다음으로는 증기발생기(9)의 슬라이딩 베이스(34) 설치전에, 도 2에 도시된 바와 같이, 포지드 앵커 플레이트(36) 상에 다수의 유압 장치(40)와 로더 셀(미 도시)을 설치 한다.
상기 증기발생기(9)의 교체에는 이 유압 장치(40)를 이용해 정밀 설치용으로 활용되지만, 신규 원전 설치시에는 정밀설치용으로 사용하지 않고 원자로 냉각재 배관 용접 수축에 대응하기 위한 변위(displacement) 장치로 사용된다.
본 발명에 따른 원자로 냉각재 배관 시공방법(100)은, 단계(S1)에서, 반응기(5), 증기 발생기(9) 및 4대의 냉각재 펌프(11)의 배치 후에, 반응기(5)의 출구와 증기 발생기(9)를 연결하는 고온관(hot leg)(P001,P010)을 먼저 용접 연결 한다.
이와 같은 단계(S1)에서는 증기발생기(9) 측을 먼저 10mm 정도 가용접한 후, 동시연결 용접하며, 내면용접 & 응력 제거 열처리 작업(PWHT)을 실시 한다.
이와 같은 단계(S1)에서, 증기발생기(9)와 고온관(P001,P010)이 정렬이 되고, 용접이 시작되면, 증기발생기(9)의 고온관 노즐과 연결배관 간에 용접 수축이 있어난다. 이때 슬라이딩 베이스(34)에 압축하중이 발생되므로 유압 장치(40)와 로더셀에서 변위량과 하중을 감지하여 역으로 변위를 미세하게 발생시킨다.
그리고, 대략 42인치 직경의 고온관(P001,P010)의 용접 두께 약 25mm 용착 동안에, 고온관(P001,P010)에 표시된 수평마크의 고도 변위를 모니터링하고, 25mm 용접이 완료되면 유압 장치(40)의 압력을 제거 한다. 두 개의 루프에 대한 고온관(P001,P010)의 용접이 완료되면, 응력제거 열처리를 하고, 고온관(P001,P010)에 표기된 수평 마크의 고도 편차를 측정하여 기록으로 남긴다.
즉, 본 발명은 종래의 원자로 냉각재 배관 최초 용접시공방법에서 적용하지 않았던 두 고온관(P001,P010)의 수평 중심선을 기준으로 양면에 고온관 외부면에 편편하게 가공된 면(ultrasonic flowmeter transducer: 검사를 위한 목적으로 가공)에 표시된 수평 마크(dot stamp mark)를 표시하여, 이 수평 마크가 고온관 용접 중에 변화가 없도록 용접을 한다.
그 방법으로는 표식된 도트 수평 마크 중심선은, 증기발생기(9)와 고온관(P001,P010)의 엘보 용접 동안에, 용접 수축으로 변동이 생기는 것을 방지하기 위해서, 도 2에 도시된 바와 같은 슬라이딩 베이스(34)의 하부에 있는 유압 장치(40)를 이용해 수축에 대응하도록 하도록 한다. 즉, 용접 수축에 의해 슬라이딩 베이스(34)에 하중이 전달되면 유압 장치(40)가 그 하중을 상쇄하는 반력을 발생시키는 원리로 작동된다.
또한, 이러한 수평 마크는 증기발생기(9)의 교체사업을 대비한 고온관 표시마크의 고도변경 추이를 분석할 수 있는 기초자료로 활용할 수 있다.
한편, 이러한 고온관(P001,P010)의 용접시, 고온관(P001,P010)에는 내부에 고정러그를 부착하여 실시 한다. 이러한 고정 러그는 1인치 두께 용착 구간의 5mm의 용접 수축을 2~3mm 수준으로 줄일 수 있다. 용접 순서는 증기발생기 입구노즐과 고온관 연결용접을 먼저하고, 7~8용접 패스 이후에 반응기 출구관과 고온관 용접을 착수한다.
즉, 상기 고온관(P001,P010) 용접시, 상술한 방법을 사용하는 것은 용접 수축으로 인한 증기발생기(9)의 이동을 최소화하기 위함이다.
그리고 다음으로는, 단계(S2)에서, 반응기(5)와 냉각재 펌프(11)를 연결시키는 제1 및 제2 세트의 저온관(P005, P009, P014, P018)을 동시 정렬시키고, 용접 연결 한다.
이때는 냉각재 펌프(11) 측을 각각 먼저 10mm 정도 용접한 후, 4개소의 저온관(P005, P009, P014, P018)을 동시연결 용접하며, 내면용접 & 응력 제거 열처리 작업(PWHT)을 실시 한다.
이와 같은 단계(S2)에서는, 4세트의 저온관(P005, P009, P014, P018) 용접전에, 원자로 냉각재펌프(11)의 케이싱과 수평 지지대(미 도시)를 핀(Pin) 연결하는 곳에 변위(displacement) 장치(미 도시)를 설치하여 저온관(P005, P009, P014, P018) 용접중에 펌프용기 중심선이 설계도면 위치에 벗어나지 않도록 용접 수축에 따른 수평방향 움직임에 대응하도록 한다.
즉, 각각의 저온관(cold leg)(P005, P009, P014, P018)의 용접전에 용접 수축에 대응하여 냉각재펌프(11) 용기의 수평고도와 중심선이 움직이는 것을 방지하는 클램핑 로더(140)를, 도 7에 도시된 바와 같이, 철골(142)을 이용하여 설치하고, 용접 수축으로 인한 냉각재펌프(11) 상부 플랜지면의 수평(level) 및 위치(position)를 유지하게 한다.
그리고, 이러한 저온관(P005, P009, P014, P018) 정렬이 끝나면, 배관 내부에 수직방향의 종 수축과 회전 수축에 대응하도록 고정 러그(미 도시)를 45도, 135도, 225도, 315도 등간격으로 취부 한다.
또한, 저온관(펌프 출구측) 용접이 시작되면, 케이싱의 수평과 위치 변동을 모니터링하면서 역변위 장치(미도시)를 이용해 수축의 수평 방향의 이동의 대응과, 자동용접 장치 헤드의 위치를 변경하면서 수평고도를 유지하도록 용접위치를 변경시킨다.
또한, 각각의 저온관(P005, P009, P014, P018)의 25mm 용착이 완료되면, 중간응력제거 열처리를 실시 한다. 이는 연속적인 용접으로 인한 종 수축과 회전 수축의 영향중 종 수축의 영향을 제거함으로써, 펌프 용기의 위치 이동을 방지하고, 25mm 이후 용착되는 회전 수축만 제어하기 위한 방법이다.
종래 기술에서는, 저온관 용접시 대각선 방향으로 제1 세트의 저온관(P005, P014)을 먼저 시공하고, 제2 세트의 저온관(P009, P018)을 나중에 용접하였다.
그러나, 4세트의 저온관(P005, P009, P014, P018) 용접시 발생되는 회전 수축에 대응하기 위해서는, 바람직하게는 4개 저온관 스풀을 동시에 용접하고 자동용접 장비의 헤드 회전 방향을 대칭되는 루프별로 2개의 용접헤드가 서로 반대로 회전하게 하는 것이다.
본 발명은 이러한 회전변위를 효과적으로 제어하기 위해서 4개 저온관(P005, P009, P014, P018)의 루프를 동시에 용접하되, 용접헤드 회전방향을 대칭되는 루프별로 2개의 용접헤드의 회전방향을 서로 반대되게 회전되게 함으로써 회전 수축에 효과적으로 대응할 수 있다.
다음으로는, 단계(S3)에서, 증기발생기(9)의 노즐에 연결된 중간관 엘보우(P002, P006, P011, P015)를 각각 4개소 용접 & 응력 제거 열처리 작업(PWHT)을 실시 한다.
그리고, 동시에 최종 연결구간(CLOSE LOOP)을 4개소 본뜨기 측정 한다.
즉, 단계(S3)는, 상기 저온관(P005, P009, P014, P018)의 용접과는 별개공정이지만, 증기발생기(9)의 출구 측에 부착되는 엘보우(P002, P006, P011, P015)는, 저온관(P005, P009, P014, P018)의 용접완료전에 용접이 완료되어, 이후에 설명되는 U형 스풀 모듈관(P003+P004),(P007+P008),(P012+P013),(P015+P016)의 설치를 위한 측정을 하도록 한다. 상기 엘보우(P002, P006, P011, P015)의 부착시에도 내부에 러그를 취부하여 종 수축과 회전 수축에 대응하도록 한다.
또한, 다음으로는 단계(S4)에서, 최종 연결구간(Closure loop)용 U형 스풀 모듈관(P003+P004),(P007+P008),(P012+P013),(P015+P016)을 제작 한다.
이와 같은 상세 구조가 도 7에 도시되어 있다.
즉, 본 발명은 증기발생기(9)의 노즐에 연결된 중간관 엘보우(P002, P006, P011, P015)와, 냉각재 펌프(11)의 케이싱 흡입구 하단을 연결시키기 위한 최종 연결구간(Closure loop)용 스풀로서, U형 스풀 모듈관(P003+P004),(P007+P008), (P012+P013),(P015+P016)을 제작 한다.
이때, 상기 U형 스풀 모듈관(P003+P004),(P007+P008),(P012+P013), (P015+P016)는 단계(S5)에서와 같이, 최종 연결구간(CLOSE LOOP)을 4개소에서 본뜨기 측정한 값과 비교하면서 정밀하게 현장 가공하게 된다.
또한, 이와 같은 가공 단계(S5)에서는, 상기 U형 스풀 모듈관(P003+P004),(P007+P008),(P012+P013),(P015+P016)의 부분 조립 용접시, 사전 측정된 스풀 길이에 일치하도록 용접시 종 수축과 회전 수축을 모니터링 하면서 용접 한다.
이때에는 각각의 배관 내면에 정렬 러그(Alignment lug)를 부착하고 용접한 후에 응력 제거 열처리 작업(PWHT)을 실시 한다.
즉, U형 스풀 모듈관(P003+P004),(P007+P008),(P012+P013),(P015+P016)의 사전 제작시, 배관 내면에 횡 수축 및 회전 수축을 최소화하기 위한 정렬 러그를 부착하여 용접하게 되며, 이 방법은 통상적인 배관에서는 적용하지 않는 방법이나, 요구되는 U형 스풀 모듈관(P003+P004),(P007+P008),(P012+P013),(P015+P016)의 길이를 정확하게 유지하기 위해서 효과적이다.
이렇게 하므로써 종전의 최종 연결 L 자형 스풀(P003, P007, P012, P016)의 가공치수가 설계치수와 상이하여 공장 가공하여 재 반입하여 지연되는 공정을 없앨 수 있다.
다음으로, 본 발명은 단계(S6)에서, 증기발생기(9)의 노즐에 연결된 중간관 엘보우(P002, P006, P011, P015)와, 냉각재 펌프(11)의 케이싱 흡입구 하단을 연결시키기 위하여 U형 스풀 모듈관(P003+P004),(P007+P008),(P012+P013), (P015+P016)를 정렬 배치 한다.
이와 같은 단계(S6)에서, U형 스풀 모듈관(P003+P004),(P007+P008),(P012+P013),(P015+P016)의 정렬은 그 하부에 임시지지대(110)를 설치하여 자중(dead weight)에 대응하도록 한다.
이러한 임시지지대(110)의 역활은 초기 정렬시 자중을 지지할 뿐 아니라, 용접이 진행됨에 따른 용접 수축 영향으로 U형 스풀 모듈관이 하강되는 것을 내장된 스프링(120)이 자동 고도를 조정하는 기능도 있다.
즉, 이렇게 하므로서 슬라이딩 베이스(34)에 가해질 수 있는 용접 수축에 의한 침하를 방지하는 효과도 있다.
또한, 다음으로는 단계(S7)에서, 원자로 냉각재펌프(11)의 수평 지지대 설치 (그라우트 타설 제외) 작업이 이루어진다.
그리고, 다음으로는, 단계(S8)에서 U형 스풀 모듈관(P003+P004),(P007+P008),(P012+P013),(P015+P016)을 4개소 동시에 전용접하고, 응력 제거 열처리 작업(PWHT)을 실시 한다.
즉, 단계(S8)에서는, U형 스풀 모듈관의 용접의 벨런스를 유지하기 위해 4개 U형 스풀 모듈관(P003+P004),(P007+P008),(P012+P013),(P015+P016)을 동시 용접하는 공정으로 구성된다. 즉, 4개소 용접이 동시에 이루어질 때 반응로를 중심으로 서로 대각방향으로 대칭된 루프에서 밸런스 용접이 되도록 용접헤드는 서로 방대방향으로 회전하게 하여 회전 수축을 방지하게 된다.
이때, 상기 U형 스풀 모듈관을 용접전에 펌프의 수평지지대를 영구 설치 한다.
또한, 최종 연결 용접작업 동안에, 슬라이딩 베이스(34)에 침하량이 발생되면 하중를 인지할 수 있는 로더 셀을 설치하여 임시지지대의 유압 장치(40)를 사용하여 하중을 상쇄시키는 역 변위를 미세하게 조정하면, 용접으로 인한 잔류하중을 경감시키고, 최종 연결용접 완료후 원자로 냉각재 계통에 최소한의 잔류응력만 남도록 시공하게 된다.
이와 같은 U형 스풀 모듈관의 용접이 이루어지면, 이때에는 원자로의 내장품은 병행시공하여도 무방하다. 그 이유는 용접 수축이 상하방향으로만 일어나므로 주변 구조물에 어떠한 영향을 미치지 않기 때문이다.
즉, 본 발명에 의하면, 도 7에 도시된 바와 같이, 종래의 방식인 L자형 스풀에 비해 U자형 스풀을 사전 제작하여 용접시공하므로써 단지 수평 방향의 수축은 발생하지 않은 상태에서, 단지 수직 방향의 수축만 발생되므로, 종래의 L자형 스풀 시공 방식에 비해 증기발생기 하부 지지대와 펌프 지지대에 미치는 잔류하중은 거의 없게 된다.
만약, 국부적인 용접 결함이 발생될 경우는 국부적인 보수용접에 따른 용접응력은 예열온도 150℃ 이상으로 템프 비드 테크닉을 이용해서 국부응력이 최소화 되도록 보수 한다.
종래의 최종 연결 L 자형 스풀(P003, P007, P012, P016) 용접에는 수직방향의 용접 수축에 대응할 수 없어서 슬라이딩 베이스(34)와 냉각재 펌프(9)의 지지대에는 용접 수축에 상응하는 잔류하중이 있게 된다.
그러나, 본 발명은 U형 스풀 모듈관(P003+P004),(P007+P008),(P012+P013), (P015+P016)를 통해서 양쪽 연결 용접하므로써 구속력을 최소화할 수 있고, 스프링(120)과 유압 장치(40)를 이용하여 슬라이딩 베이스(34)에 작용하는 마찰 저항을 적게 하는 효과가 있다.
또한 다음으로는, 단계(S9)에서 용접 완료후에 잔류 응력의 최종 측정 및 평가를 하며, 단계(S10)에서 용접 완료후 설비를 최종 측량하게 된다.
상기와 같이 본 발명의 기술적 사상은 비록 원자로 냉각재 계통설비에 원자로 냉각재 배관이 용접으로 연결되어 있지만, 그 배관 설치과정에서 용접 수축의 제어를 통해 별개의 기계가 아닌 원자로, 증기발생기, 원자로 냉각재펌프, 가압기를 일체화된 설비로 간주하고 시공 관리함으로써 종래의 시공 방법과 다른 것이다.
따라서, 본 발명은 신규 원자로 냉각재 배관 건설시, 증기발생기 하부 지지대와 냉각재펌프 지지대에 용접 잔류 하중을 효과적으로 제거시켜서 슬라이딩 베이스의 침하를 방지하고, 슬라이더의 작동 불일치를 방지할 수 있음으로써 원자로계통설비의 구조적 진동을 최소화하고, 증기발생기 세관 마모와, 냉각재계통 설비의 진동으로 인한 마모(wear)를 방지할 수 있는 우수한 효과가 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 원자로 냉각재 배관 시공방법에 의하면, 2 루프, 4루프의 가압 경수로형 원자로의 냉각재 배관 계통에서, 펌프 흡입측에 먼저 엘보우 용접하고 증기발생기 출구 노즐측에 부착된 엘보우 사이에 사전 제작된 U형 스풀을 모듈화하여 용접 고정시킴으로써, 고온관, 저온관, 중간관 최종 연결(closure loop)의 용접 수축으로 인해 발생하는 슬라이딩 베이스의 침하를 방지하고, 슬라이더의 작동 불일치를 방지할 수 있다.
그리고, 중간관 최종 연결(closure loop) 부분에서, U형 스풀 4개를 동시에 용접하고, 용접시 용접헤드의 회전 방향을 반대방향으로 회전하게 하여 기동시 증기발생기의 이동이 한쪽으로 치우치게 되는 회전응력을 적게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 종래의 방식인 L자형 스풀에 비해 U자형 스풀을 사전 제작하여 용접시공하므로써 단지 수평 방향의 수축은 발생하지 않은 상태에서, 단지 수직 방향의 수축만 발생되므로, 종래의 L자형 스풀 시공 방식에 비해 증기발생기 하부 지지대와 펌프 지지대에 미치는 잔류하중은 거의 없게 된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 원자로 냉각재 배관 계통의 신규건설시, 원자로 냉각재 배관 시공으로 인한 잔류하중을 효과적으로 제거시켜서, 증기발생기 하부 지지대, 원자로 냉각재 펌프지지대에 남는 잔류하중을 효과적으로 제거하여 운전중 구조적인 기기 진동 문제를 방지할 수 있고, 진동으로 인한 증기발생기의 세관 마모와, 원자로 냉각재계통 설비의 마모를 방지할 수 있는 우수한 효과가 얻어질 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 최종 연결(closure loop) 부분에서, 용접으로 인하여 냉각재 배관 계통에 주는 영향은 수직방향의 수축외에는 어떠한 영향도 미치지 않기 때문에, 최종 연결(closure loop) 부분의 용접중에 원자로 내부구조물을 병행시공하는 데에도 효과적이다.
본 발명은 상기에서 도면을 참조하여 특정 실시 예에 관련하여 상세히 설명하였지만 본 발명은 이와 같은 특정 구조에 한정되는 것은 아니다. 당 업계의 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술 사상 및 권리범위를 벗어나지 않고서도 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이다. 예를 들면, 상기에서 설명된 단계들은 그 작업 공정상 일부 서로 다른 순서로 이루어질 수도 있을 것이다. 그렇지만 그와 같은 단순한 공정 순서 변경 또는 임시 구조물의 일부 설계적인 수정 구조들은 모두 명백하게 본 발명의 권리범위 내에 속하게 됨을 미리 밝혀 두고자 한다.
1: 원자로 5: 반응기
7: 열전달 회로 9: 증기 발생기
11: 냉각재 펌프 13: 고온관
15: 순환관 17: 저온관(Cold leg)
34: 슬라이딩 베이스 36: 포지드 앵커 플레이트
38: 슬라이더 40: 유압 장치
100: 본 발명에 따른 원자로 냉각재 배관 시공방법
110: 임시지지대 120: 스프링
140: 클램핑 로더 142: 철골
P001,P010: 고온관
P005, P009, P014, P018: 저온관
P002, P004, P006, P008, P011, P013, P015, P017: 엘보우
P003, P007, P012, P016: L 자형 스풀
P003+P004, P007+P008, P012+P013, P015+P016: U형 스풀 모듈관
C1 ~ C10: 종래 기술에 따른 원자로 냉각재 배관 시공 단계
S1 ~ S10: 본 발명에 따른 원자로 냉각재 배관 시공 단계

Claims (6)

  1. 원자로 냉각재 계통설비에 구비된 원자로 냉각재 배관 시공 방법에 있어서,
    증기 발생기와 고온관들을 먼저 용접하고 반응기의 출구와 고온관을 연결시키는 단계;
    반응기와 냉각재 펌프를 연결시키는 4 세트의 저온관을 동시 정렬시키고, 용접 연결시키는 단계;
    증기발생기의 노즐에 연결된 중간관 엘보우를 4개소 용접 연결시키고 난 뒤, 상기 증기발생기의 노즐에 연결된 중간관 엘보우와, 냉각재 펌프의 케이싱 흡입구 하단을 연결시키기 위한 U형 스풀 모듈관을 4 세트 제작하는 단계;
    상기 U형 스풀 모듈관을 각각 상기 증기발생기의 노즐에 연결된 중간관 엘보우와, 냉각재 펌프의 케이싱 흡입구 하단 사이에서 4 세트를 동시에 용접 연결시키는 단계로서, 8개소 용접이 동시에 이루어질 때, 반응로를 중심으로 서로 대각방향으로 대칭된 루프에서 밸런스 용접이 되도록 용접헤드는 서로 반대방향으로 회전하게 하여 회전 수축에 대응하면서 이루어지도록 하는 단계; 및
    상기 4 세트의 U형 스풀 모듈관의 용접 완료후에, 각각의 잔류 응력의 최종 측정 및 평가 단계;를 포함하고, 상기 증기발생기의 노즐에 연결된 중간관 엘보우와, 냉각재 펌프의 케이싱 흡입구 하단 사이에서 상기 U형 스풀 모듈관을 4 개소 동시 용접하여 원자로 설비의 고온관, 저온관, 중간관 최종 연결(closure loop)의 용접 수축으로 인해 발생하는 슬라이딩 베이스의 침하를 방지하고, 슬라이더의 작동 불일치를 방지할 수 있도록 구성된 것임을 특징으로 하는 원자로 냉각재 배관 시공방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반응기의 출구와 증기 발생기를 연결하는 고온관들을 용접 연결시키는 단계는, 고온관에 의한 용접 수축으로 발생되는 슬라이딩 베이스의 침하 변위와 하중을 감지하고, 상기 슬라이딩 베이스의 하부에 설치된 유압 장치들을 활용하여 슬라이딩 베이스를 미세하게 상승시켜서 침하 변위를 보상하면서 이루어지는 것임을 특징으로 하는 원자로 냉각재 배관 시공방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 반응기와 냉각재 펌프를 연결시키는 4 세트의 저온관을 동시 정렬시키고, 용접 연결시키는 단계는, 각각의 저온관(cold leg)의 용접전에 용접 수축에 대응하여 냉각재펌프 용기의 수평고도와 중심선이 움직이는 것을 방지하는 클램핑 로더를, 철골을 이용하여 설치하고, 용접 수축으로 인한 냉각재펌프 상부 플랜지면의 수평방향 움직임에 대응하면서 이루어지는 것임을 특징으로 하는 원자로 냉각재 배관 시공방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 반응기와 냉각재 펌프를 연결시키는 4 세트의 저온관을 동시 정렬시키고, 용접 연결시키는 단계는, 4개 저온관의 루프를 동시에 용접하되, 반응로를 중심으로 대각 방향으로 서로 대칭되는 루프별로 2개의 용접헤드의 회전방향을 서로 반대되게 회전시킴으로써 회전 수축에 효과적으로 대응하면서 이루어지는 것임을 특징으로 하는 원자로 냉각재 배관 시공방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 U형 스풀 모듈관을 각각 상기 증기발생기의 노즐에 연결된 중간관 엘보우와, 냉각재 펌프의 케이싱 흡입구 하단 사이에서 4 세트를 동시에 용접 연결시키는 단계는, 각각의 U형 스풀 모듈관의 하부에 압축 스프링을 내장한 임시지지대를 설치하여 용접 수축 영향으로 U형 스풀 모듈관의 자중으로 인해 발생될 용접균열을 방지하기 위해 상기 압축 스프링의 탄성 복원력으로 자동 보상하여 용접 수축에 대응하여 U형 스풀 모듈관의 자중에 의한 용접균열을 방지하면서 이루어지는 것임을 특징으로 하는 원자로 냉각재 배관 시공방법.
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