원자로 압력용기 스터드 홀 에서 와이어 브러싱에 따른 나사산 표면변화 및 이물질 제거 특성

Abstract

원자력 발전소에서 원자로는 핵분열 반응이 안전하게 일어날 수 있게 하는 압력용기와 원자로 헤드로 구성 된 중요한 설비 중 하나로서 원자로 압력용기와 원자로 헤드는 스터드 볼트와 스터드 홀에 의해 조립되어 운전 중 원자로 내부가 고온, 고압의 상태에서 기밀을 유지할 수 있도록 한다. 그중에서 스터드 홀의 표면상태는 원자로 헤드의 기밀과 결합력에 영향을 미칠 뿐 아니라 표면상태에 따라 스터드 볼트와의 고착과 같은 정비사항을 발생시켜 발전소 정비일정 지연과 같은 차질을 발생시킬 수 있다. 정비일정 지연의 경우 발전소 운전과 밀접한 관련이 있어 시기에 따라 전력 공급에 밀접한 연관을 가지게 되며 이를 방지하고자 원자로 용기 스터드 홀의 경우 핵연료 교체 주기에 수동 및 자동의 방법으로 와이어 브러싱을 실시하여 표면의 상태를 관리하고있다. 와이어 브러싱의 주요목적은 나사산 표면에 잔류하고 있는 고온고압의 과정에서 경화된 이물질 제거이며 그 중에서 자동 방법의 와이어 브러싱 모듈의 경우 회전을 통해 개별 와이어가 스터드 홀 나사산 방향으로 돌출되는 형태로서 회전수에 따른 운전변수와 와이어 브러싱의 형상에 따른 형상변수가 존재하며 이에 따라 나사산 표면손상이 발생하거나 이물질 제거 여부가 결정된다 이번 연구에서는 와이어 브러싱 모듈을 제작하여 운전변수는 회전수를 형상변수는 와이어 소선두께, 재질 및 형상을 변경하였으며, 와이어 브러싱 조건에 따른 표면거칠기 변화를 보기 위한 나사산 가공 샘플과 이물질 제거 특성을 보기위한 나사산 표면 도색 샘플을 제작하여 실험 후 레이저 마이크로스코프로 데이터를 취득하였다. 본 연구를 통해 스터드 홀 표면관리의 방안으로서 주로 사용되는 자동 스터드 홀 클리닝 시스템의 와이어 브러싱 대한 최적 조건을 제시하고, 와이어 브러싱이 원자로 스터드 홀 나사산 표면에 미치는 영향과 이물질 제거 특성을 정량화시켰다. 이는 올바른 장비사용 및 시설안전에 활용될 수 있을 것으로 예상된다.