KR20030042862A

KR20030042862A - 증기발생기 전열관 보수용 슬리브의 수압확관 및 누수시험겸용장치

Info

Publication number: KR20030042862A
Application number: KR1020010073665A
Authority: KR
Inventors: 한원진; 박광수; 김우성
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2001-11-26
Filing date: 2001-11-26
Publication date: 2003-06-02
Also published as: KR100453630B1

Abstract

본 발명은 수압에 의한 러버 블래더의 팽창력으로 슬리브를 확관하는 것과 확관부위를 용접한 후, 용접부의 누수시험을 하는 것을 하나의 장치로 수행할 수 있도록 한 증기발생기 전열관 보수용 슬리브의 수압확관 및 누수시험 겸용장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 수압확관 및 누수시험 겸용장치는 증기발생기의 전열관(62) 결함부위를 슬리브(61)로 보수하는 장치에 있어서, 메인 제어부(1)에 연결된 상, 하부 블래더 호스(24,44)를 통해 고압의 압력수를 각각 공급받는 상, 하부 블래더(22,42), 상기 상, 하부 블래더(22,42) 사이에 결합되어 상기 메인 제어부(1)에 연결된 수압공급관 호스(34)를 통해서 공급되는 고압의 압력수를 상기 전열관(62)의 내벽과 상기 상, 하부 블래더(22,42) 사이의 공간으로 공급하는 수압공급관(32) 및, 상기 상, 하부 블래더(22,42)와 상기 수압공급관(32)을 상기 전열관(62)과 상기 전열관(62)에 삽입된 상기 슬리브(61) 내의 수압확관 또는 누수시험 위치로 정위치시키는 위치설정수단으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 수압확관 및 누수시험 겸용장치에 의하면, 슬리브의 수압확관 및 누수시험을 하나의 맨드릴을 이용하여 수행할 수 있게 되므로 슬리브의 수압확관 후 누수시험을 위해서 공구를 교환할 필요가 없어서 작업시간을 줄일 수 있고 공정을 단순화 할 수 있게 된다.

Description

증기발생기 전열관 보수용 슬리브의 수압확관 및 누수시험 겸용장치{An apparatus using both for hydraulic expansion and leak test of sleeve for repairing a steam generator tube}

본 발명은 증기발생기 전열관 보수장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가압수형 원자력 발전시스템에 사용되는 증기발생기의 전열관 결함을 보수하는 슬리빙(sleeving)공정에서 슬리브(sleeve)의 수압확관과 확관 후의 수압 누수시험을 하나의 장치로 수행할 수 있도록 한 전열관 보수용 슬리브의 수압확관 및 누수시험 겸용장치에 관한 것이다.

일반적으로 가압수형 원자력 발전시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 연쇄핵 반응을 일으키는 원자로(200)와, 원자로(200)의 노심에서 발생한 열을 빼내는 1차 냉각계(300)와, 1차 냉각계(300)로부터 전달되는 열에 의해 2차 냉각계(500)의 냉각수를 기화하기 위한 증기 발생기(100) 및 발생된 증기를 공급받아 구동되는 터빈(400)을 포함하여 구성된다. 여기에서 증기 발생기(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 전열관(162)으로 이루어지는 열교환기로서, 내부의 방사능을 함유한 고온 고압의 1차 냉각수와 전열관(162) 외부의 2차 냉각수 사이에 열교환을 일으켜 증기를 발생시키는 장치이다. 구체적으로, 증기 발생기(100)는 증기출구(120), 습분분리기(140), 전열관(162), 전열관 지지대(164), 전열관 시트(166), 입구측 수실(170), 출구측 수실(172) 및 외부셀(190) 등으로 구성되어 있다.

위와 같이 구성된 증기 발생기(100)에 의하면 운전 중 도 1의 원자로(200)에서 배출된 방사능 물질을 함유한 1차 냉각수가 입구노즐(180)을 통해 입구측 수실(170)로 유입되어 전열관 시트(166)에 관통 형성된 수천개의 구멍을 통하여 전열관(162) 내부로 들어가며 전열관(162)을 돌아서 출구측 수실(172)로 복귀하여 출구노즐(182)을 통해 원자로(200)로 다시 들어간다. 이 때, 순수한 2차 냉각수는 유입노즐(150)을 통해 유입되어 전열관(162)의 외면에서 전열관(162)을 통해 전달된 열에 의해 증기를 발생시킨다. 이렇게 발생된 증기는 증기출구(120)를 통해 터빈(400)으로 보내지게 된다.

그런데 이와 같은 증기발생기(100)의 운전 중에 전열관(162)은 응력부식균열 등의 결함으로 인해 누수가 발생될 수 있으며, 이 경우 방사능 유출이라는 심각한문제가 발생되기 때문에 이러한 결함을 반드시 보수하여야 증기 발생기(100)의 정상적인 운전이 가능하게 된다.

전열관의 보수방법으로 다양한 기술이 개발되고 있다. 이러한 기술 중의 하나로 결함 또는 파손된 전열관 보다 직경이 작고 적당한 길이를 갖는 슬리브를 전열관 내부의 파손 위치에 장착한 후 슬리브를 확관시킴으로써 결함 부위의 내주면에 정밀 용접하는 슬리빙 기술이 있다. 슬리빙 기술은 슬리브의 확관방식에 따라 폭발확관, 롤확관 및 수압확관 등으로 구분된다. 폭발확관 방법은 확관율의 제어가 용이하지 않으며 확관 후 폭발 잔류물 등이 남게 되므로 세척 등의 후공정을 필요로 하는 등의 문제가 수반된다. 또한 롤확관 방법은 기계적으로 슬리브를 확관하는 기술로서 슬리브의 확관부분에 잔류응력이 남게 되는 문제가 있었다. 이에 반해 수압확관 방법은 수압의 정밀한 제어를 통해 전열관의 확관율을 용이하게 제어할 수 있고, 확관 후 잔류물이 전혀 없어서 후 공정이 거의 필요가 없는 등의 장점이 있다.

한편, 이러한 슬리빙을 통한 전열관의 보수를 위해서는 무엇보다도 증기 발생기의 보수전, 후에 전열관의 누수검사가 필수적이다. 증기발생기의 전열관 누수시험과 관련된 기술로는 미국 특허 제 4,211,107호, 제 4,172,492호, 제 5,377,530호 등이 있다. 상기 미국 특허 제 4,211,107호는 제작 전이나 혹은 운전 중에 전열관을 열교환기로부터 분리하여 수압시험을 할 수 있는 방법으로서, 전열관의 한 쪽을 플러그를 이용하여 막은 후 전열관 시트 하부에서 수압을 공급하여 전체 전열관을 한 번에 검사한다. 그러나 이 기술은 전체 전열관을 한꺼번에 검사할 수 있는장점에도 불구하고 정확한 결함위치를 검출해내는 데 한계를 가지는 문제점이 있었다. 또한, 원자력 증기 발생기는 방사능 누출이 있기 때문에 해체 후 검사는 불가능하다. 이에 반해, 미국 특허 제 4,172,492호는 열교환기 설치현장에서 직접 수압시험하는 방법으로, 원 쓰루 타입(one thru type)의 증기발생기의 전열관 결함검사에 센서를 이용하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 이 방법은 정확한 위치 검출이라는 측면에서 수압시험방법보다 성능이 떨어지는 문제점이 있었다. 이 외에도 미국 특허 제 5,377,530호는 개개의 전열관을 짧은 범위로 수압시험하는 방법으로서 상부와 하부의 실 블래더(seal bladder)와 그리퍼 멤버(gripper member)를 이용해서 전열관을 패킹한 후 가운데의 홈을 통해 수압을 공급하는 장치를 개시하고 있다. 이 장치는 정확한 전열관의 결함위치를 검출할 수 있는 등 수압시험 성능은 비교적 우수하나 수압확관방법에서와 마찬가지로 자체에 수압확관 기능을 가지고 있지 않기 때문에 확관에 이용하기 곤란하므로 수압확관을 위해서는 별도의 장비와 작업을 부가해야 하는 문제점을 가지고 있었다. 특히, 증기 발생기의 전열관을 보수하기 위해 전열관에 슬리브를 삽입하여 확관하면서 수압누수시험을 함께 할 수 있는 기술은 없었다.

본 발명은 위와 같은 종래의 슬리브 수압확관과 이에 따른 누수시험 방법 및 장치가 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로 증기발생기 전열관의 결함 보수기술인 슬리빙 공정 중 슬리브의 수압확관과 보수 후의 수압누수시험을 하나의 장치로 가능하도록 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 가압수형 원자력 발전시스템을 도시한 개략도.

도 2는 일반적인 증기발생기를 도시한 개략도.

도 3은 본 발명에 따른 맨드릴을 이용하여 슬리브를 수압확관하고 누수시험하는 전체시스템을 도시한 개략도.

도 4는 도 3에 도시된 맨드릴을 도시한 상세도.

도 4 a는 도 3에 도시된 맨드릴을 A-A선에 따른 횡단면도.

도 4 b는 도 3에 도시된 맨드릴을 B-B선에 따른 횡단면도.

도 4 c는 도 3에 도시된 맨드릴을 C-C선에 따른 횡단면도.

도 5는 본 발명에 따른 맨드릴을 슬리브 내에 장착한 모습을 도시한 개략도.

도 6은 본 발명에 따른 맨드릴을 이용하여 슬리브를 수압확관하고 용접한 부분을 도시한 단면도.

도 7은 본 발명에 따른 맨드릴을 이용하여 슬리브를 수압확관하고 용접한 부분의 누수여부를 시험하는 모습을 도시한 개략도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 메인 제어부 3 : 미세증폭기

5 : 부스터 7 : 나사

9 : 칼라 10 : 맨드릴

12 : 조심장치 14 : 롤러

16 : 엔코더 18, 19 : 커플링

22 : 상부 러버 블래더 24 : 상부 러버 블래더 호스

26 : 상부 러버 블래더 호스홀 32 : 수압공급관

34 : 수압공급관 호스 36 : 수압공급관 호스홀

38 : 수압공급관 홀 42 : 하부 러버 블래더

44 : 하부 러버 블래더 호스 46 : 하부 러버 블래더 호스홀

61 : 슬리브 62 : 전열관

63 : 용접부 66 : 전열관시트

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위해, 증기발생기의 전열관 결함부위를 슬리브로 보수하는 장치에 있어서, 메인 제어부에 연결된 상, 하부 블래더 호스를 통해 고압의 압력수를 각각 공급받는 상, 하부 블래더, 상, 하부 블래더 사이에 결합되어 메인 제어부에 연결된 수압공급관 호스를 통해서 공급되는 고압의 압력수를 전열관의 내벽과 상, 하부 블래더 사이의 공간으로 공급하는 수압공급관 및, 상, 하부 블래더와 수압공급관을 전열관과 전열관에 삽입된 슬리브 내의 수압확관 또는 누수시험 위치로 정위치시키는 위치설정수단으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 증기발생기 전열관 보수용 슬리브의 수압확관 및 누수시험 겸용장치를 제공한다.

이하, 첨부도면을 참조로 본 발명의 증기발생기 전열관 보수용 슬리브의 수압확관 및 누수시험 겸용장치를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 증기발생기 전열관 보수용 슬리브의 수압확관 및 누수시험 겸용장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 물을 공급하는 메인 제어부(1), 메인 제어부(1)에서 연결되어 나와 맨드릴(10)로 물을 공급하는 상, 하부 러버 블래더 호스(24, 44), 수압공급관 호스(34), 메인 제어부(1)에서 각 호스(24, 34, 44)를 통하여 물을 공급받아 수압확관 및 누수시험을 하는 맨드릴(10)로 구성되어 있다.

맨드릴(10)의 내부구조는 도 4에 도시된 바와 같이, 하부 러버 블래더(42), 수압공급관(32), 상부 러버 블래더(22), 위치설정수단 등으로 이루어져 있다. 하부 러버 블래더(42)는 하부 러버 블래더 호스(44)의 홀(46)을 통해 하부 러버블래더(42)로 공급되는 고압의 압력수가 새어 나오지 않도록 밀봉되어 있어서 하부 러버 블래더(42)로 물이 공급되면 수압에 의해 팽창가능하게 되어 있다. 하부 러버 블래더 호스(44)에는 미세증폭기(3)가 부착되어 있어 수압을 조정할 수 있다. 도 4 c에 도시된 바와 같이, 메인 제어부(1)에서 맨드릴(10) 내부로 연결된 세 개의 호스(24,34,44)중 하부 러버 블래더 호스(44)는 하부 러버 블래더(42) 내에 삽입되어 있고 그 삽입된 부분의 호스(44) 주위로 4개의 홀(46)이 뚫려 있어서 호스(44)에서 사방으로 물이 뿜어져 나올 수 있도록 되어 있다. 나머지 두 개의 호스(24,34)는 하부 러버 블래더(42)를 관통해서 수압공급관(32)으로 연결되어 있다.

수압공급관(32)은 둘레에 많은 홀(38)이 뚫려 있는 원통형 관으로 되어 있고 하부 러버 블래더(42)와 커플링(19)으로 연결되어 서로 착탈식 결합이 가능하게 되어 있어 수압공급관(32)과 하부 러버 블래더(42)의 길이를 달리 제작하여 전열관(62)형태에 따라 교환해서 사용 할 수 있다. 수압공급관 호스(34)에는 부스터(5)가 부착되어 있어 수압을 조정할 수 있다. 도 4 b에 도시된 바와 같이, 수압공급관(32)으로 연결된 두 개의 호스(24,34) 중 수압공급관 호스(34)는 수압공급관(32) 내에 삽입되어 있고 그 삽입된 부분의 호스(34) 주위로 4개의 홀(36)이 뚫려 있어서 호스(34)에서 사방으로 고압의 압력수가 뿜어져 나와 수압공급관(32) 둘레의 홀(38)로 물이 흘러 나와 전열관(62)의 내벽과 상, 하부 블래더(22,42) 사이의 공간으로 공급된다. 나머지 호스인 상부 러버 블래더 호스(24)는 수압공급관(32)을 관통해서 상부 러버 블래더(22)로 연결되어 있다.

상부 러버 블래더(22)는 수압공급관(32)과 커플링(18)으로 연결되어 있어 서로 착탈식 결합이 가능하고 하부 러버 블래더(42)와 모양과 작용이 동일하다. 상부 러버 블래더 호스(24)에는 미세증폭기(3)가 부착되어 있어 수압을 조정할 수 있다. 도 4 a에 도시된 바와 같이, 상부 러버 블래더 호스(24)는 상부 러버 블래더(22) 내에 삽입되어 있고 그 삽입된 부분의 호스(24) 주위로 4개의 홀(26)이 뚫려 있어서 호스(24)에서 사방으로 고압의 압력수가 뿜어져 나와 하부 러버 블래더(42)가 팽창할 수 있도록 되어 있다.

상, 하부 블래더(22,42)와 수압공급관(32)을 전열관(62)과 전열관(62)에 삽입된 슬리브(61) 내의 수압확관 또는 누수시험 위치로 정위치시키는 위치설정수단은 엔코더(16), 롤러(14)가 있는 조심장치(12), 나사(7)와 칼라(9)로 이루어져 있다. 엔코더(16)는 상부 러버 블래더(22)의 위에 부착되어 있고 슬리브(61)의 확관위치를 검출하는 역할을 한다. 조심장치(12)는 엔코더(16) 상부에 부착되어 있고 맨드릴(10)을 전열관(62) 내부의 중심에 위치시키는 역할을 한다. 조심장치(12)에는 한 쌍의 롤러(14)가 구비되어 있고 롤러(14)가 전열관(62) 내부 벽면에 밀착되도록 롤러(14)를 벽면으로 밀어주는 구조로 되어 있어 슬리브(61)를 확관할 부위까지 맨드릴(10)을 용이하게 이동시킬 수 있도록 되어 있다. 나사(7)와 칼라(9)는 맨드릴(10)의 하부에 장착되어 나사(7)를 회전시켜 맨드릴(10)을 전열관(62)과 전열관(62)에 삽입된 슬리브(61) 내의 수압확관 또는 누수시험을 하는 위치에 정위치시키는 역할을 한다.

이제, 위와 같이 구성된 본 발명의 증기발생기 전열관 보수용 슬리브의 수압확관 및 누수시험 겸용장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.

맨드릴(10)을 도 5에 도시된 바와 같이, 전열관(62) 내에 삽입하고 맨드릴(10)의 엔코더(16)를 이용하여 슬리브(61)를 확관할 부위를 추적해서 나사(7)를 회전시켜 맨드릴(10)을 전열관(62)과 전열관(62)에 삽입된 슬리브(61) 내에 슬리브(61)를 수압확관할 부위에 위치시킨다. 그런 다음, 메인 제어부(1)에서 물을 최대 2,500psi로 상부 러버 블래더 호스(24)와 하부 러버 블래더 호스(44)에 공급한다. 이 때 확관할 부분이 한 곳이면 위의 두 호스(24,44)중 하나에만 물을 공급하고 두 곳이면 둘 다에 물을 공급한다. 러버 블래더 호스홀(26,46)을 통하여 물이 사방으로 뿜어져 나오면서 그 수압에 의해 러버 블래더(22,42)가 팽창하게 되어 그 팽창력으로 슬리브(61)를 확관시킨다. 이 때 미세증폭기(3)를 이용해서 수압을 미세하게 조절하면서 증폭하면 러버 블래더(22,42)의 팽창력을 조절할 수 있어 슬리브(61)의 확관정도를 조절할 수 있게 된다(S1).

이와 같이 슬리브(61)를 확관한 다음, 도 6에 도시된 것 처럼 슬리브의 확관된 부분의 외면과 전열관(62)의 내면을 레이저 용접 또는 티그 용접을 하게 된다. 그리고 나서 도 7에 도시된 바와 같이, 용접부(63)의 누수시험을 한다. 용접부(63)를 중심으로 용접부(63)의 위로는 상부 러버 블래더(22)가 있도록 하고 아래로는 하부 러버 블래더(42)가 있도록 하는 위치까지 나사(7)를 회전시켜 맨드릴(10)을 이동시킨다(S2).

그런 다음, 메인 제어부(1)에서 물을 상, 하부 러버 블래더 호스(24,44)에 공급하면 러버 블래더 호스홀(26,46)을 통하여 물이 사방으로 뿜어져 수압에 의해 러버 블래더(22,42)가 팽창해서 용접부(63)의 위 아래를 완전히 밀봉한다. 그리고나서 메인 제어부(1)에서 물을 수압공급관 호스(34)에 공급하면 수압공급관 홀(38)을 통하여 슬리브(61)에 물이 채워진다(S3).

이렇게 계속해서 수압공급관(32)으로 수압을 점차 높여가면서 관찰한 결과, 수압강하가 관찰되면 누수가 발생하는 것이다.

슬리브의 수압확관 및 누수시험을 하나의 맨드릴을 이용하여 수행할 수 있으므로 슬리브의 수압확관 후 누수시험을 위해서 공구를 교환할 필요가 없다. 상부 러버 블래더, 수압공급관, 하부 러버 블래더가 각각 커플링으로 연결되어 있어 각각의 길이를 달리 제작하여 전열관의 길이에 따라 분리, 결합해서 사용하면 원자력증기 발생기의 모든 형태의 전열관에 적용이 가능하다. 따라서 작업시간을 줄일 수 있고 공정을 단순화 할 수 있어서 비용절감과 작업능률향상에 큰 효과가 있다.

Claims

증기발생기의 전열관(62) 결함부위를 슬리브(61)로 보수하는 장치에 있어서,

메인 제어부(1)에 연결된 상, 하부 블래더 호스(24,44)를 통해 고압의 압력수를 각각 공급받는 상, 하부 블래더(22,42), 상기 상, 하부 블래더(22,42) 사이에 결합되어 상기 메인 제어부(1)에 연결된 수압공급관 호스(34)를 통해서 공급되는 고압의 압력수를 상기 전열관(62)의 내벽과 상기 상, 하부 블래더(22,42) 사이의 공간으로 공급하는 수압공급관(32) 및, 상기 상, 하부 블래더(22,42)와 상기 수압공급관(32)을 상기 전열관(62)과 상기 전열관(62)에 삽입된 상기 슬리브(61) 내의 수압확관 또는 누수시험 위치로 정위치시키는 위치설정수단으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 증기발생기 전열관 보수용 슬리브의 수압확관 및 누수시험 겸용장치.
제1 항에 있어서,

상기 상, 하부 블래더 호스(24,44)에는 미세증폭기(3)가 부착되어 있고 상기 수압공급관 호스(34)에는 부스터(5)가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 증기발생기 전열관 보수용 슬리브의 수압확관 및 누수시험 겸용장치.
제1 항에 있어서,

상기 상, 하부 블래더(22,42)와 상기 수압공급관(32)은 커플링(18,19)으로서로 연결되어 있어 착탈식 결합이 가능한 것을 특징으로 하는 증기발생기 전열관 보수용 슬리브의 수압확관 및 누수시험 겸용장치.
제1 항에 있어서,

상기 위치설정수단은 상부 블래더(22)의 위쪽면에 부착되어 상기 슬리브(61)의 수압확관 및 누수시험 위치를 찾도록 되어 있는 엔코더(16)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 증기발생기 전열관 보수용 슬리브의 수압확관 및 누수시험 겸용장치.
제1 항에 있어서,

상기 위치설정수단은 한 쌍의 롤러(14)에 의해 상기 전열관(62) 내주면에 탄력적으로 지지되는 조심장치(12)가 상단에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 증기발생기 전열관 보수용 슬리브의 수압확관 및 누수시험 겸용장치.
제1 항에 있어서,

상기 위치설정수단은 맨드릴(10) 하단의 칼라(9)에 관통 삽입되는 나사부(7)에 의해 상기 맨드릴(10)을 이동시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 증기발생기 전열관 보수용 슬리브의 수압확관 및 누수시험 겸용장치.
증기발생기의 전열관(62) 결함부위에 대한 슬리빙 보수방법에 있어서,

상기 메인 제어부(1)에서 상기 상, 하부 블래더 호스(24,44)를 통해 상기 상, 하부 블래더(22,42)에 물을 공급해서 상기 상, 하부 블래더(22,42)를 팽창시켜 상기 슬리브(61)를 확관하는 단계(S1), 상기 슬리브(61)를 확관해서 용접한 용접부(63)를 중심으로 상기 용접부(63)의 위로는 상기 상부 블래더(22)가 위치하도록 아래로는 상기 하부 블래더(42)가 위치하도록 상기 맨드릴(10)을 이동시키는 단계(S2), 상기 상, 하부 블래더(22,42)를 팽창시켜 상기 용접부(63)의 위 아래를 완전히 밀봉하고 나서 상기 수압공급관 홀(38)을 통하여 상기 슬리브(61)외주면과 상기 전열관(62) 내주면 사이에 물을 채워서 누수시험을 하는 단계(S3)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수압확관 및 누수시험 방법.