국내 원전 감육배관 관리기술체계91차적관리기준(tcrit) :...

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탄소강배관탄소강배관 감육감육 관리관리 프로그램의프로그램의건전성건전성 평가평가 기술기술

제제1111회회 원자력원자력 안전기술안전기술 정보회의정보회의

2006.04.06~072006.04.06~07

한국원자력안전기술원한국원자력안전기술원

한전전력연구원한전전력연구원 이성호이성호, , 박치용박치용

한수원한수원㈜㈜ 환경기술원환경기술원 박상규박상규, , 이요섭이요섭

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제11회 원자력 안전기술 정보회의

순서순서

탄소강배관 감육 관리 프로그램

감육배관에 대한 건전성 평가 기술 적용 현황

국내 원전 감육배관 건전성 평가 사례

현행 건전성 평가 기술 기준의 보수성 검토

감육배관 건전성 평가 기술 기준 개선 필요성 및 개선 방향

요약

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탄소강배관탄소강배관 감육감육 관리관리 프로그램프로그램 대상대상

원전 2차측 증기사이클 구성 배관

안전등급(ASME Sec.Ⅲ) + 비안전등급(ASME B31.1)

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탄소강배관탄소강배관 감육감육 관리관리 프로그램프로그램

목적

감육 현상에 의한 배관 누설 또는 파단 예방

발전소 출력 감발 또는 발전정지 가능성 최소화

원전 안전성 확보와 안정적 전력 생산 및 공급에 기여

기본요소

어디를 검사할 것인가?

어떻게 검사할 것인가?

현 감육 상태를 어떤 기준으로 평가할 것인가?

현 감육 상태에서 어떤 후속조치를 취할 것인가?

표준기술행정절차서 정비-10, 탄소강배관 감육 관리 (’02.09~)

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탄소강배관탄소강배관 감육감육 관리관리 절차절차 (1/2)(1/2)

→ 배관, 기기별 감육속도, 잔여수명 예측

1.감육현황 해석 감육관리 대상 선정

감육관리 DB 구축

FAC 모델해석

감육관리 우선순위 설정

정상상태에서 유량형성 배관비정상상태에서 자동 유량형성 가능 배관

2″초과 배관 : 대구경, CHECWORKS DB2″이하 배관 : 소구경, 소구경배관 DB

※ 2 ″이하 소구경 배관 : 파열영향을 고려하여 배관파단의 영향이 경미하지 않을 경우 관리대상으로선정

수화학 해석 (Water Chemistry Analysis)

열수력 해석 (Network Flow Analysis)

감 육 해 석 (Wear Rate Analysis)

Safety : 안전등급 배관 및 기기

Level Ⅰ : 잔여수명 짧고 감육속도 빠름

Level Ⅱ : 잔여수명 짧고 감육속도 완만

Level Ⅲ : 잔여수명 길고 감육속도 빠름

Level Ⅳ : 잔여수명 길고 감육속도 완만((계속계속))

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탄소강배관탄소강배관 감육감육 관리관리 절차절차 (2/2)(2/2)

2.검사대상 선정

3.두께검사

4.검사결과 조치

-분기관(Branch Line)-용존산소 농도가 낮은 배관-응축수가 고이는 습증기 배관-오리피스, 레듀서, 밸브 등 유량제어기 후단-엘보우,티,익스팬더 등 급격 유로변화 부위-공동(Cavitation), 기화(Flashing) 발생 부위

도면, 이전 검사자료, 교체 배관, 표면조건, 접촉매질, 장비 교정 등

잔여수명 ½ 해당 주기 전에 검사 및 평가

검사결과 DB화 감육량, 감육속도, 잔여수명 등

사 전 준 비

검 사 수 행

오 류 검 사

건전성 평가

주요 검사대상 부위

검사자 및 검사부서장 재검토

-최소요구두께를 만족하지 못하거나 1주기이내에 최소요구두께에 도달하는 배관▷: 건전성 평가 (ASME CC N-597)

차기 검사주기 결정

초음파 두께측정장비 사용

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감육배관에감육배관에 대한대한 건전성건전성 평가평가 기술기술 적용적용 현황현황 -- 국외국외

미국

안전등급(ASME) : NSAC-202L-R2가 충족되는 조건하에서ASME CC N-597의 사안별 허용

비안전등급(ANSI): 운영자 자체 설정 기준 또는 기존 기준 준용

일본

안전등급: 구체적 기준 제시 없으며 설계 최소요구두께 기준식 준용

비안전등급: 파열압력에 의한 평가식, 또는 실제응력 및 운전압력을도입하여 설정된 자체적 기준으로 관리

프랑스

실제 물리적인 실험값을 최소요구두께 계산식에 반영

영국

비안전등급: BS7910에서의 파열압력 실험에 기반한 손상압력기준

종합

안전등급 : 설계기준을 준용 또는 일부 완화하여 사용

비안전등급 : 다양한 기준을 운영자 자체적으로 변형하여 사용

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ASME CC NASME CC N--597597에에 대한대한 NRC NRC 입장입장 ((안전계통안전계통 범위범위))

RG 1.147에서 연속 3번째 조건부로 수용상태로 남아 있음

기술행정 측면의 승인, 기술적 측면의 불승인을 의미

‘건전성평가 및 절차’는 개별 사안에 대해 검토승인 요구

개별 사안 검토에서는 독립적으로 승인된 사례 다수임

N-597의 기술행정적 기준에 대해 동의

현재 수준의 N-597 기술 기준 보완 필요

실증자료로 입증 요구

전제조건 : EPRI NSAC-202L-R2 준수

검사, 예측 등 감육배관 관리 활동

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감육배관에감육배관에 관한관한 건전성건전성 평가평가 기술기술 적용적용 현황현황 -- 국내국내

EPRI NSAC-202L-R2에 따라 감육부위 선정 및 관리, 검사, 감육율 예측,

잔여수명산정 등이 수행되고 있음

안전등급/비안전등급 구분 없이

1차적 관리 기준(tcrit) : 설계기준 최소요구두께(tmin) 준용

관리여유(tmeas – tcrit)가 부족할 경우 CC N-597에 따른 평가

1주기 이내에 1차 관리 기준 (tcrit) 이하로 감육 될 경우

현 주기 측정최소두께가 1차 관리 기준 (tcrit) 이하인 경우

정기검사에서 개별 사안에 대해 검토 승인

)(2 D

oDcrit yPS

DPt+

=

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ASME Code Case NASME Code Case N--597 597 개략도개략도

Examination Results, tmeas

Predicted thickness at next examination, tp

tp>0.875tnom

Perform engineeringevaluation

Accept As-IsRepair/replacement/reduce time to ISI

Monitor

tcutoff<tp<0.875tnom tp< tcutoff

tp > tmin

No

Yes

Requirement met?

Yes

No

Beyond the scope of this Case

•Class 1 : tp < 0.3 tnom



or 0.5 tmin

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ASME Code Case NASME Code Case N--597597에서의에서의 공학적공학적 평가평가 개략도개략도

tp > 0.9tmin

limited conditions

Limited transverse extent

Limited axial and transverse extent

Unlimited transverse extent

Elbows and bends

Reducers

1. distance from branch, x < D i

2. small end transition of a reducer

3. inner portion of elbows and bends

tp > taloc

Stress Criteria

MonitorRepair/Replacement/Reduce time to ISI

Engineering Evaluation

NoYes

Yes

No

Yes No

No

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건전성건전성 평가평가 사례사례 -- 주급수계통주급수계통 엘보엘보

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건전성건전성 평가평가 사례사례 -- 두께측정두께측정

설계압력 : 2,050 psi

설계온도 : 500 ℉

운전압력 : 1,500 psi

운전온도 : 455 ℉

공칭외경 : 24.0 inch

스케쥴 : 120

공칭두께 : 1.812 inch

재질 : A234 WPB

최소요구두께 : 1.555 inch

운전시간 : 58,993 hr (6 Cy.)

최소측정두께 : 1.703 inch

U/S Main, M06

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건전성건전성 평가평가 사례사례 -- 감육감육 및및 잔여수명잔여수명 평가평가

감육량 = 0.754 inch

감육속도 = 감육량/운전시간

= 0.754 / 58,993

= 1.285×10-5 [inch/hr]

차기 주기 예상 최소두께(tp)

= 1.703 - (1.285×10-5)×(11520)

= 1.5549 [inch]

잔여수명 : 0.9994 주기

ASME CC NASME CC N--597 597 평가평가 진입진입

차기 주기 예상 최소두께 [tp=1.5549 inch]가 공칭두께의 87.5% 이하

0.875×tnom = 1.586 inch

ASME Code Case NASME Code Case N--597597의의 공학적공학적 평가평가 진입진입

차기 주기 예상 최소두께 [tp=1.5549 inch]가 최소요구두께의 90% 이상

0.9×tmin = 1.400 inch

ASME Code Case NASME Code Case N--597597의의 Stress Criteria Stress Criteria 평가평가 진입진입

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건전성건전성 평가평가 사례사례 -- B31.1 B31.1 응력평가응력평가 기준기준

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건전성건전성 평가평가 사례사례 -- 응력평가응력평가

차기 주기 예상 최소두께(tp)에서도 Stress Criteria 만족

SL = 8,118psi ≤ 1.0Sh = 15,000psi

SOL = 9,309psi ≤ 1.2Sh = 18,000psi

SE = 5,529psi ≤ 1.2SA+f(Sh-Sc) = 22,500psi

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건전성건전성 평가평가 사례사례 -- 종합의견종합의견

평가 대상 엘보에서의 최소측정두께(1.703 inch)는 설계기준 최소요구두께(1.555 inch) 이상으로 현 주기에서의 두께기준 건전성은 확보하고 있음

두께분포 표에서와 같이 Intrados(내측)와 Extrados(외측)의 두께가 큰 차이를보이고 있으며 이 두께 차는 현 주기까지 본 엘보가 겪은 감육과 제작공차를내포하고 있음

그러나 금번 계획예방정비에서의 최초검사 데이터로부터 감육 및 제작공차의정도를 정량화 할 수는 없으므로 두께 차 전체를 감육으로 가정하여 보수적으로평가해야 함

표준기행 정비-10을 따라 한 주기의 단독 두께데이터를 활용한 평가방법을 적용하여 감육량 및 감육속도를 도출하였으며, 본 속도로 감육이 진행될 경우 0.9994주기 (≒1.0주기) 이후에 설계기준 최소요구두께인 1.555 inch에 도달할 것으로계산됨

표준기행을 따라 ASME Code Case N-597을 적용한 결과, 제작공차를 고려한“차기 주기 예상 최소두께(=1.5549 inch) > 0.875×tnom(=1.586 inch)” 조건은만족하지 못하나 공학적평가 기준인 “차기 주기 예상 최소두께(=1.5549 inch) > 0.9×tmin(=1.400 inch)” 및 “Stress Criteria”는 충분히 만족하는 것으로 평가됨

상기 사항을 종합하여 고려해 볼 때 차기 주기에서의 확인검사 및 감육평가를통해 동 엘보에서 발생하는 실질적인 감육속도를 확인한 후 후속검사 주기를설정하는 것이 타당할 것으로 판단됨

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현행현행 건전성건전성 평가평가 기술기술 기준의기준의 보수성보수성 검토검토

사례 엘보의 경우, 보수적 감육속도를 고려하였음에도 불구하고 약6주기

이후에야 응력기준을 만족하지 못하는 두께에 도달하는 것으로 검토됨

tp ≒ 0.55×tmin = 0.855 inch

동 예상두께에서도 CC 적용범위[0.2×tnom(0.362 inch) 이상] 만족함

감육배관 건전성 평가식 간의 두께 비교에서 손상 예상두께에 비해

약 2.8배의 두께기준 안전여유를 확보하는 것으로 검토됨

정상운전 중 내압에 의해 파열이 일어나는 두께(trupture)

trupture = [PODO/2σf] = (1500 × 24) / (2 × 60,000) = 0.30 inch

≒ 0.19×tmin

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두께비두께비 감소에감소에 따른따른 응력응력 변화변화 ((사례사례 엘보엘보))

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응력평가응력평가 기준기준 만족만족 하에서의하에서의 지속사용가능지속사용가능 시간시간 ((사례사례 엘보엘보))

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감육배관감육배관 건전성건전성 평가식평가식 간의간의 두께두께 기준기준 비교비교

Thic

kness

공칭두께(tnom)

Cons. Code(tmin)

N-597(0.875×tnom)

N-597(절대교체기준)

Hoop's stressPCORRC

RSM(압력만고려)

RSM(압력+모멘트)

PiTEP(압력만고려)

PiTEP(압력+모멘트)

Thic

kness

손상 예상두께

현행 관리기준 두께

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감육배관감육배관 건전성건전성 평가평가 기술기술 기준기준 개선개선 필요성필요성

배관의 감육결함에 대한 건전성 평가 기술 기준 존재 이유

감육손상에 의한 배관 파단을 방지하고

보수 및 교체의 정비 시점을 명확히 파악하여

기술적으로 투명하면서도 경제적인 배관 관리를 하기 위함

감육배관의 안전한 관리를 위해서는 검사부위 선정, 검사, 건전성평가,

장기적 완화 대책 등의 요소들이 적절히 조화되어야 함

원전 2차 계통에서 검사해야 할 부위가 많기 때문에 점검필요 부위의

누락 없이 대상을 선정하는 것은 가장 중요한 요소임

설계조건과 운전조건의 차이에서 나타나는 현상으로 인해 측정두께가

현행 최소요구두께에 근접하면 감육율에 무관하게 해당부위가 반복

하여 검사부위로 선정되고 있음

이는 검사부위 선정의 유효성을 감소시키며 전체 배관을 안전하게 관리

하는데 부담을 주고 있음

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감육배관감육배관 건전성건전성 평가평가 기술기술 기준기준 개선개선 방향방향

배관의 감육손상에 대한 건전성 평가기준의 설정 및 적용을 위해서는

1. 안전 및 비안전 등급에 대한 명확한 적용 범위 및 기준의 분리가 우선

안전등급 배관에 대해서는 원전 안전성을 고려

비안전등급 배관에 대해서는 구조건전성을 고려

2. 건전성 평가 절차의 구조는 CC N-597을 준용

CC N-597의 불합리한 공학적 평가식을 대체

용접부 인근, 엘보우 내면 및 분기관 등의 실제 발생하는 감육부위가 평가될

수 있도록 적용 범위를 확장

3. 기술 기준의 일관성 유지

Class 1 배관과 Class 2&3 배관, 비안전 등급 배관에 대한 공학적 평가식의

명확화 및 단순화

감육결함 가동원전 평가 기준과 균열성 결함 평가 기준인 ASME Sec. XI

App.C와의 일관성 및 설계기준과의 일관성도 동시에 유지

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요약요약

원전 2차 계통을 대상으로 하는 탄소강배관 감육 관리 프로그램 소개함

국내외 감육배관에 대한 건전성 평가 기술 적용현황을 소개함

국내 원전 감육엘보에의 적용 사례를 통해 현행 건전성 평가 기술 기준의

보수성 및 안전여유도를 검토하였음

현행 감육배관 건전성 평가 기술 기준의 개선 필요성과 개선 방향을 제안

하였음

원전 운영자뿐만 학술 및 규제 측면에서의 합리적 관리 기준을 설정하기

위한 공통 노력이 필수적인 것으로 사료됨

국내 원전 감육배관 관리기술체계91차적관리기준(tcrit) :...

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