연구 필요성 (1/3) - kins연구 필요성 (2/3) 국내∙외 안전 현안 및 규제기술...

KINS

장기가동원전 안전성 확보 규제기술 개발

박 정 순 [email protected] 연구정책단, 연구총괄실

2012. 4.3 ~ 4.4 제16회 원자력안전기술정보회의

Contents

연구 필요성

전단계 연구

연구 내용

추진전략 및 중점사항

예상 연구 성과

요 약

2 Korea Institute of Nuclear Safety

연구 필요성 (1/3)

국내∙외 원자력 환경 및 시사점

후쿠시마 원전 사고 이후 노후 원전의 안전성에 대한 국민의 관심이 증폭됨

• 후쿠시마 제1원전 1호기는 40년 운전, 2~4호기는 30년 이상 운전

국내 가동원전 21기 중 9기가 20년 이상 장기운전, 1기는 30년 이상 계속운전 중임 (전세계 150여개 원전이 30년 이상 운전)

경년열화는 시간이 지남에 따라 누적되어 결국 원전 주요기기의 손상 및 기능 상실을 초래할 수 있음

경년열화로 인한 손상을 평가할 수 있는 건전성 평가 기술과 효과적인 경년열화 관리 및 완화를 위한 규제기술 개발이 필요

Global Nuclear Reactor, By Age(2010.6)

3


국내∙외 안전 현안 및 규제기술 개발의 필요성

가동년수 증가에 따라 증기발생기, 원자로헤드 등 노후 기기의 교체와 경년열화 완화대책이 개발, 적용되고 있음

• 기기 교체 및 경년열화 완화대책 적용을 위한 심사 및 검사지침 개발 필요

경년열화 평가 및 관리가 상대적 미흡한 기기에서 경년열화로 인한 손상 사례 증가

• 원자로내부구조물, 접근제한설비 등에 대한 건전성 평가 및 효과적 경년열화 관리를 위한 규제기준 개발 필요

[증기발생기 교체계획] [배플포머볼트 균열] [RVI* 경년열화 취약부] [접근제한설비 경년열화]

4 *RVI: 원자로내부구조물 Korea Institute of Nuclear Safety


국내∙외 안전 현안 및 규제기술 개발의 필요성

일본에서 발생한 극한자연재해에 대한 국내 원전의 안전성 확인 필요

• 설계기준초과지진에 대한 원전 주요기기 내진 안전성 평가 및 이에 대한 규제기준 개발 필요

신규 규제 수요 및 규제 요건 변경에 대비한 선행 연구 필요

• 대형냉각재상실사고(LB-LOCA) 재정의 대비 활성 손상 기구 또는 경년열화를 고려한 확률론적 건전성 평가 기법 개발 필요

설계기준초과지진에 대한 내진 안전성 평가 모델 활성손상기구 고려를 위한 확률론적 건전성 평가

기법 개발


전단계 연구 (1/6)

과제명 연구성과물

1 월성1호기 계속운전 경년열화관리계획 및 시간제한수명평가 규제기술 개발

월성1호기 경년열화관리계획 및 시간제한수명평가 규제검증기술

증기발생기 세관 건전성 평가 코드 등 규제평가코드(9건) 유동가속부식 평가지침 등 평가지침(3건) 및 규제지침(6건)

2 원전 PWSCC* 및 열피로 규제지침 및 경년열화 종합관리방안 개발

PWSCC 규제지침 열피로에 의한 배관 건전성 평가 규제지침 경년열화 종합관리 고시

3 이종용접부 가동중검사 기량검증 및 열화민감소재 신뢰성평가 규제기술 개발

이종금속용접부 가동중검사 기량검증 체계 평가를 위한 규제지침

열화민감소재 재료열화관리 프로그램

4 원자력발전소 안전관련 케이블 및 전동기 진단 규제기술 개발

안전관련 케이블 및 전동기 열화평가 및 상태감시 규제기술

국내외 케이블 데이터베이스 케이블 관리 관련 규제기준 및 지침

6 * PWSCC: 일차냉각수응력부식균열 Korea Institute of Nuclear Safety


월성1호기 계속운전 경년열화관리계획 및 시간제한수명평가 규제기술 개발 월성1호기 계속운전 AMP(9항목) 및 TLAA(7항목)에 대한 규제기술 개발

규제지침서 및 평가지침서 개발

• 규제지침: 결함위치탐지계통 배관, 증기발생기 세관관리, 유동가속부식 등

• 평가지침: Weak Link, 고에너지배관 파단해석 등

평가프로그램 개발

• 결함연료 위치탐지계통 마모 평가 검증, 증기발생기 세관 건전성평가 검증, 압력관 결함해석 검증, 부등침하 해석 검증 등을 위한 프로그램 개발

데이터베이스 구축

• 월성 1호기 증기발생기 세관 검사결과 및 월성 1호기 2차측 배관 정보 등을 데이터베이스로 구축


[규제지침(증기발생기 세관)] [평가지침(Weak Link)] [부등침하 해석 검증프로그램] [압력관 결함 해석 검증프로그램]

전단계 연구(3/6)

원전 PWSCC 및 열피로 규제지침 및 경년열화 종합관리방안 개발 PWSCC, 열피로에 대한 규제 기술 및 경년열화 관리를 위한 고시안을 개발함.

PWSCC 규제기술 개발

• PWSCC 규제관리시스템(R-PWSCC) 및 잔류응력 평가 프로그램 등 개발

• 규제지침 개발: PWSCC 현황조사, 건전성평가, 완화대책, 손상처리, 검사 지침

배관 열피로 규제기술 개발

• 건전성평가 수행: 분기관 및 Mixing Tee에 관한 열유동 및 피로 해석

• 규제지침 개발: 분기관 및 Mixing Tee에 관한 규제지침(선정기준, 상세평가 등)

경년열화 종합관리 교과부고시(안) 개발

• 각 원전별 경년열화 데이터베이스 및 경년열화 규제관리시스템(R-Aging) 구축

• 경년열화 종합관리 교과부고시(안) 개발

– 발전소 전 수명기간(설계→제작 및 건설→운전→계속운전)에 걸친 경년열화 관리를 위함


[Mixing Tee 열유동 해석] [경년열화 규제관리시스템] [PWSCC 규제 지침] [PWSCC 규제관리시스템] [열피로 규제지침]


이종용접부 가동중검사 기량검증 및 열화민감소재 신뢰성평가 규제기술 개발 이종금속용접부 기량검증 능력을 향상하고, 열화민감소재에 대한 평가기술을 개발함.

이종금속용접부 가동중검사 기량검증 평가기술 개발

• 국제공동연구(PINC, PARENT) 참여하여 용접 노즐(DMW*, BMI**, WOL***)에 대한 국제 다자간 비교시험에 착수하여 라운드로빈 테스트 수행

• 이종금속용접부 내 UT 빔 추적모델개발

보수용접부 잔류응력완화를 위한 기술개발

• 레이져피닝, 유도가열열처리, WOL, Inlay에 대한 해석을 수행, 잔류응력 완화정도 비교 분석

열화민감소재 PMMD 프로그램 평가기술 개발

• 원자력재료열화연구회(PRIMA NET) 구축 및 PMMD 국제포럼(IFRAM) 구성

• Working Group을 통한 가동원전 재료열화연구 우선순위 도출


[노즐배관/BMI 시험편 좌표선정] [열화연구 우선순위 도출] [DMW 내 UT 빔 추적모델] [잔류응력 완화효과(LP+)]

*DMW: 이종금속용접부, **BMI:하부계측노즐, ***WOL: 오버레이용접, +LP: 레이저피닝


원자력발전소 안전관련 케이블 및 전동기 진단 규제기술 개발 케이블 열화감시 및 전동기 고장진단에 대한 규제기술을 개발함.

안전관련 케이블 열화 진단 기술 개발

• 국내외 케이블 종류/재질 데이터베이스 구축

• 3단자 체적저항률을 이용한 케이블 열화 진단 기술 개발

• 열화평가 장비개발 특허 (고저항 절연재료인 절연체의 3단자 체적저항률 측정)

• 케이블 상태감시 및 열화평가 규제기준 및 규제지침 개발

안전관련 유도전동기 진단 및 규제 기술 개발

• 전동기 운전 특성 연구(전원 모선 사고, 외부 과도현상(낙뢰)에 대한 동작 평가)

• 입력 전원 신호 분석을 통한 고장 진단 및 전동기 결함 예측기술개발

– 회전자 바 파손 및 편심 불량 신호 확인 가능

• 유도전동기 토크-속도-전류(TSC) 특성 해석: 신월성 FSAR 심사에 반영

– 격납건물 살수 펌프 전동기 TSC 검증 및 개선 요구


[고저항 절연재료 케이블 저항률 측정 기술] [유도전동기 토크-속도-전류 특성 해석]

G

MTr

UAT #1

1E 4.16kV A

UAT #2

Kori #1

Generator

GCB

G

RCP

EDG

ESF

N-1E 4.16kV A

1E 480V A

120V vital bus A

125V Battery

Inverter

1E 4.16kV BRCP

EDG

N-1E 4.16kV B

1E 480V B

Kori #2

Generator

CB 120

CB 220 CB 320

CB 420

CB 520

T/L #2 T/L #1

To SUT

G

MTr

UAT #1

1E 4.16kV A

UAT #2

Kori #1

Generator

GCB

G

RCP

EDG

ESF

N-1E 4.16kV A

1E 480V A

120V vital bus A

125V Battery

Inverter

1E 4.16kV BRCP

EDG

N-1E 4.16kV B

1E 480V B

Kori #2

Generator

CB 120

CB 220 CB 320

CB 420

CB 520

T/L #2 T/L #1

To SUT

[전동기 지락사고 모의 시뮬레이션]


•경년열화 관리프로그램 •시간제한 수명평가

월성1호기 계속운전 평가

• PWSCC, 열피로, PTS*

설계 미반영 경년열화 평가

•이종금속용접부 검사 •케이블/전동기 감시

경년열화 검사 및 감시

•기기 보수 및 교체 •경년열화 완화대책

노후 기기 관리 규제 요건 개발

•원자로내부구조물 •접근제한설비

경년열화 관리 미흡 기기 선정

•기기 내진 검증 요건 • LB-LOCA+ 재정의

안전 현안/ 규제 요건 변경 대비

경년열화 데이터베이스

경년열화 규제검증코드

경년열화 법령 및 기준

경년열화 규제관리 시스템 구축

• 원전 노후화로 주요기기 교체 및 완화대책 본격 수행

• 관리 및 연구개발 미흡 기기의 경년열화 손상 사례 증가

• 설계기준초과지진에 대한 주요기기 내진 검증 필요

• LB-LOCA 재정의 대비 경년열화 기구 반영 파손확률 평가

규제기준/규제지침

심사/검사지침

기술지침

데이터베이스

검증평가 프로그램

전단계 연구결과와 통합하여

종합적 경년열화 관리 시스템

구축

전단계 및 현 기획 과제와의 연계성

11 *PTS: 가압열충격 +LB-LOCA: 대형냉각재상실사고 Korea Institute of Nuclear Safety

연구 내용 (1/5)

연구 목표 설정


원전 주요기기 동적영향 및 파손확률 평가 규제기술 개발

접근제한설비 경년열화평가 및 핵심기기 열화관리 규제기술 개발

원자로내부구조물 경년열화관리 및 평가 규제기술 개발


연구 내용 (2/5)

과제명

목 표


• 접근제한설비 경년열화평가 및 핵심기기 열화관리 규제기술 개발 • 원자로내부구조물 경년열화관리 및 평가 규제기술 개발 • 원전 주요기기 동적영향 및 파손확률 평가 규제기술 개발

내 용

제1세부과제 제2세부과제 제3세부과제

• 접근제한설비

가동중검사 요건 개발

• 접근제한설비 건전성

평가 및 완화대책 평가

• 핵심기기 교체 등에

관한 심사 및 검사지침

개발

• 예방적 재료열화관리

종합 가이드라인 구축

• 원자로내부구조물

경년열화관리

규제기술 개발


건전성평가 규제검증

체계 구축


건전성평가 지침 개발

• 원전 기기 성능기반

내진설계 규제요건

개발

• 환경피로 및 가상

배관파단 동적영향

평가 규제기술 개발

• LB-LOCA 재정의 대비

배관파손확률평가

규제기술 개발


연구 내용 (3/5)

제1세부 접근제한설비 경년열화평가 및 핵심기기 열화관리 규제기술 개발

필요성

• 접근이 제한되어 검사/관리가 미흡하였던 접근제한설비의 손상 사례 증가로 인해 검사 신뢰성 확보, 완화대책 개발 요구

• 설비 노후화로 인해 핵심기기 교체/보수 사례 증가 예상 • 재료 열화를 사전에 예방하기 위한 예방적 재료열화 관리 요구

[기기교체] [매설배관 누설] [매설배관 막힘] [열화민감도 분석]

내 용

• 접근제한설비 경년열화 평가 접근제한설비 경년열화평가 및 완화대책 기술지침 개발 접근제한설비 데이터베이스 구축

• 핵심기기 열화관리 규제기술 개발 핵심기기 열화관리(보수/교체 포함) 심사지침 개발 핵심기기 열화관리(보수/교체 포함) 검사지침 개발

• 예방적 재료열화관리 종합 가이드라인 구축 예방적 재료열화관리 기술지침 개발


연구 내용 (4/5)

제2세부 원자로내부구조물 경년열화관리 및 평가 규제기술 개발

필요성

• 원자로내부구조물 배플포머볼트 균열 발생 등 손상사례 증가 • 원자로내부구조물 건전성 평가 기술기준 및 평가절차 미흡 • 장기가동운전을 위한 원자로내부구조물 경년열화관리 강화 및 규제방안 제시 필요

[RVI* 경년열화 취약부] [배플포머볼트 균열발생] [원자로내부구조물 건전성 평가]

내 용

• 원자로내부구조물 경년열화 평가 원자로내부구조물 경년열화 데이터베이스 구축 원자로내부구조물 경년열화 관리 프로그램 심사지침 개발

• 원자로내부구조물 건전성 평가 원자로내부구조물 FSI+ 및 하중지지능력 평가 원자로내부구조물 지진해석 프로그램 개발

• 원자로내부구조물 건전성 평가 검증체계 구축 원자로내부구조물 건전성 평가 기술지침 개발 원자로내부구조물 건전성 평가 검증 프로그램 개발

15 *RVI: 원자로내부구조물 +FSI: 유체-구조물 상호작용 Korea Institute of Nuclear Safety

연구 내용 (5/5)

제3세부 원전 주요기기 동적영향 및 파손확률 평가 규제기술 개발

필요성

• 설계기준초과지진에 대한 원전 주요기기 내진 안전성 평가 요구 • 원전 주요기기 환경피로 및 동적영향 평가 관련 규제기준 개발 필요 • LB-LOCA 재정의 대비 활성 손상 기구 또는 경년열화를 고려한 확률론적 건전성 평가 기법 개발 필요

[후쿠시마원전사고] [지진 대비 기기 내진안전성 평가] [확률론적 건전성 평가]

내 용

• 원전 주요기기 동적영향 평가 설계기준초과 동적하중에 대한 안전여유도 평가 기술 개발

• 환경피로 및 가상배관파단 동적영향 평가 환경피로를 고려한 가상배관파단 동적영향 평가 프로그램 개발 가상배관파단 동적영향 평가 규제기준 개발

• LB-LOCA 재정의 대비 확률론적 건전성 평가 기술 및 규제요건 개발 가동원전 배관 손상 데이터베이스 구축 LB-LOCA 재정의 대비 기술지침 개발


추진전략 및 중점사항

CODAP, IFRAM, PARTRIDGE*

연구결과 신뢰성 확보

국제공동연구 참여

규제현안/경험 적극 반영 규제활용성 극대화

규제전문인력 연구수행

경년열화 관리 건전성 평가 신규 규제 수요

기기교체/보수 심사/검사지침

접근제한설비/완화대책 평가

1

과제

설계기준초과 동적 하중/내진검증

활성열화기구 반영 확률론적 건전성 평가

3

과제

2

과제

RVI 경년열화관리 프로그램 심사지침

RVI 건전성 평가 검증체계 구축

규제기술 개발 연구 수행

•주기적안전성평가 심사 •계속운전 심사 •경년열화관리 프로그램 심사

•건전성 평가 규제검증 •접근제한설비 검사 •기기 보수/교체 심사 •기기 보수/교체 검사 •설계기준초과하중 대비 설비보강 요건 도출

•내진검증 심사 • LB-LOCA 규제요건 개발

장기가동원전 안전성확보 [규제활용]

17 * CODAP: Component Operational Experience, Degradation and Aging Program, *IFRAM: International Forum for Reactor Aging Management * PARTRIDGE: Probabilistic Analysis as a Regulatory Tool for Risk-Informed Decision Guidance

예상 연구 성과 (1/2)

• 원자로내부구조물 경년열화관리 심사지침

• 원자로내부구조물 건전성평가 기술지침

• 원자로내부구조물 경년열화 데이터베이스

• 원자로내부구조물 지진해석 프로그램

• 원자로내부구조물 한계하중 평가 프로그램

• 원자로내부구조물 건전성평가 검증 프로그램


• 환경영향을 고려한 배관 피로평가 기술지침

• 배관파손확률 평가 기술지침

• LB-LOCA 재정의 기술지침

• 국내외 건설/가동원전 배관 손상 데이터베이스

• 배관파손확률 평가 프로그램(활성열화기구 고려)

• 가상배관 동적영향 평가 프로그램


• 핵심기기 열화관리(보수/교체 포함) 심사지침

• 핵심기기 열화관리(보수/교체 포함) 검사지침

• 접근제한설비 가동중검사 요건 및 검사지침

• 접근제한설비 경년열화 완화대책 평가 기술지침

• 예방적 재료열화관리 기술지침

• 예방적 재료열화평가 데이터베이스


최종 연구 성과


예상 연구 성과 (2/2)

1차년도(2012년도) 연구 성과

• 원자로내부구조물 경년열화 데이터베이스

• 원자로내부구조물 균열발생 평가 보고서

• 원자로내부구조물 주요부위 유동특성분석 보고서


• 원전 주요 기기 내진설계 기술분석 보고서

• 건설/가동원전 국내외 배관 손상 데이터베이스

• 가상 배관파단 동적영향 평가 기술분석 보고서


• 균열탐지확률 50% 이하 접근제한설비 기술분석 보고서

• 국내외 가동원전 핵심기기 보수/교체사례 분석 보고서

• 예방적 재료열화평가 우선순위 데이터베이스

접근제한설비 경년열화평가 및 핵심기기 열화관리 규제기술개발


요 약

가동원전 운전연수의 증가와 후쿠시마 원전 사고로 인해 장기가동원전 안전성에 대한 사회적 관심이 증가하고 있음.

전단계(2010년~2011년) 연구를 통하여 다음 항목에 대한 경년열화 관리 규제기술 및 경년열화 종합관리 방안을 마련함.

월성 1호기 계속운전 AMP 및 TLAA

이종금속용접부 PWSCC, 배관 열피로, 케이블 및 전동기 열화

규제 현안, 신규 규제 수요 등을 고려하여 다음에 대한 연구를 수행할 예정임.




최종 연구 성과물을 전단계 연구성과와 통합하여 경년열화 규제관리 시스템에 반영하고, 규제활동에 적극 활용할 예정임.


Korea Institute of Nuclear Safety 21

연구 필요성 (1/3) - kins연구 필요성 (2/3) 국내∙외 안전 현안 및 규제기술...

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