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가동원전사업

배관 및 배관지지대 평가

고리 3,4호기 및 영광 1,2호기가동원전 출력증강 기술개발

2006. 04. 06

원자력사업단가동원전사업

1

가동원전 출력증강 기술개발 – 배관 및 배관지지대 평가

가동원전사업

- 차 례 -

I. 개요

II. 역무범위

III. 평가방법

IV. 평가내용

V. 결언

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가동원전사업

출력증강조건에 대한 BOP 분야 11개 항목별 평가 수행

핵증기공급계통 보조계통 성능 평가

핵증기공급계통 보조기기 건전성 평가

BOP 계통 기기 건전성 평가

격납건물 건전성 평가

BOP 안전분석 및 재해 평가

주증기, 급수 및 동력변환 계통 성능 평가

냉각수계통 평가

공기조화계통 평가

계측 및 전기계통 평가

방사선 차폐 및 선량 평가

전력공급계통 평가

출력증강 전·후 공정변수(온도, 압력, 유량 등) 검토 및 그 변경으로 인한 영향을

평가하여 배관계통의 건전성 입증

I. 개 요

3


가동원전사업

0

5

10

15

20

25

30

35

MUR PU SPU EPU 기타

PWR

BWR

0

5

10

15

20

25

30

35

1970's 1980's 1990's 2000's

MUR

SPU

EPU

기타

I. 개 요

◆ 해외 출력증강 적용현황

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가동원전사업


ECCS, RHRS, CVCS 계통의 배관 및 지지대 평가

BOP 연계계통(AFWS, CCWS, CSS, SFPCS)의 배관 및 지지대 평가

II. 역무범위

BOP계통 기기 건전성 평가

배관 및 지지대 평가(MS, FW, CD, ES, SD, HD, TPCCW, TPOCW, WO,

NSCW 계통)

In-line Equipment 평가

전기계통 평가

안전성관련 구조물 평가

기기검증

방화벽 및 관통부 밀봉재 평가

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가동원전사업

설계입력변수 확정

설계입력변수 확정

NSSS설계연계 자료

NSSS설계연계 자료

T/G열평형도및 공정변수

T/G열평형도및 공정변수

원설계입력

변수

원설계입력

변수

출력증강조건수용

출력증강조건수용

Yes

No

Yes

No

계산서상세평가

계산서상세평가

중대영향중대영향 경미영향경미영향 영향미미영향미미 영향없음영향없음

연구분야별상세보고서/관련 계산서

개정

연구분야별상세보고서/관련 계산서

개정

◆ 평가 흐름도

III. 평가방법

설계입력변수 조건

완화 ?

원 설계/ 인허가기준

만족 ?

관련 분야 FEEDBACK

재해석(상세분석) 또는 설비변경

재해석(상세분석) 또는 설비변경

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가동원전사업

설계입력 및 참고 자료

NSSS 연계자료 및 T/G 연계자료

역무별 평가보고서

핵증기공급계통 보조계통 성능분석

BOP 안전분석 및 재해평가

주증기, 급수 및 동력변환계통 성능평가

냉각수계통 평가

Design Spec. for Piping Systems and Supports

타분야의 원 설계계산서 및 개정계산서

발전소 준공 이후 발행된 해당 설계변경서

III. 평가방법

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가동원전사업

평가방법

원 설계기준, 인허가자료 및 기술기준을 근거로 평가

ASME Sec. III : 1977 Ed. up to Winter 1977 Addenda

ANSI B31.1 : 1977 Ed. up to December 1977 Addenda

출력증강 전후, NSSS 및 BOP 계통의 공정변수(온도, 압력, 유량 등)

비교, 검토

영향이 있는 계산서 상세평가

응력준위, 관통부하중 및 기기 노즐하중의 여유도 검토

배관파단위치, 지지대 하중, 배관 변위 영향 평가

발전소 준공 이후 발행된 설계변경서 검토

계산서에 대한 영향 4 등급으로 분류, 중대영향 또는 경미한 영향이

있는 계산서 개정

III. 평가방법

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가동원전사업

배관응력한계

ASME Sec. III Class 2&3 배관 : NC-3600

MA : 배관 자중 및 기타 지속하중에 의해 발생하는 합성 MOMENT

MB : 일시적 하중에 의해 발생하는 합성 MOMENT

MC : 열팽창하중(앵커 고정점 변위 하중)에 의해 발생하는 합성 MOMENT

III. 평가방법

1.0 Sh ≥ PDO/4tn + 0.75i*MA/Z = SSL(8) 식설계조건

SA ≥ i*MC/Z = SE(10) 식

2.4 Sh ≥ PmaxDO/4tn + 0.75i*(MA+MB)/Z = SOL(9) 식Level D

1.8 Sh ≥ PmaxDO/4tn + 0.75i*(MA+MB)/Z = SOL(9) 식Level C

1.2 Sh ≥ PmaxDO/4tn + 0.75i*(MA+MB)/Z = SOL(9) 식Level B

Sh + SA ≥ PDO/4tn + 0.75i*MA/Z + i*MC/Z = STE(11) 식Level A, B

응력한계적용공식운전조건

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가동원전사업

배관응력한계 (계속)

ANSI B31.1 배관 : Para. 104.8

MA : 배관 자중 및 기타 지속하중에 의해 발생하는 합성 MOMENT

MB : 일시적 하중에 의해 발생하는 합성 MOMENT

MC : 열팽창하중(앵커 고정점 변위 하중)에 의해 발생하는 합성 MOMENT

III. 평가방법

Sh + SA ≥ PDO/4tn + 0.75i*MA/Z + i*MC/Z = STE(14) 식지속하중 + 열팽창 하중

SA ≥ i*MC/Z = SE(13) 식열팽창 하중

1.2 Sh ≥ PmaxDO/4tn + 0.75i*(MA+MB)/Z = SOL(12) 식일시적 하중

1.0 Sh ≥ PDO/4tn + 0.75i*MA/Z = SSL(11) 식지속하중

응력한계적용공식운전조건

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배관파손(Piping Failure)

FSAR 3.6.2절 (USNRC BTP MEB 3-1)

III. 평가방법

대기압 초과

최대200 ℉/275 psig

정상운전 조건

(9)식 + (10)식 ≤ 0.4(1.2*Sh + SA)내진 1등급

비내진1등급

ANSI B31.1 Para. 104.8

NC-3652 (9)식 + (10)식 ≤ 0.8(1.2*Sh + SA)

용접부의 손상으로 필수기기 및구조물에 영향을 미칠 수 있는 부위

균열(Crack)

중에너지배관

(12)식 + (13)식 ≤ 0.8(1.2*Sh + SA)

파단(Break)

고에너지배관

기준파손유형분류

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가동원전사업


계통별 공정변수 검토

NO

NO

NO

NO

NO

NO

NO

과도해석영향

영향 없음

영향 없음

집수조 최고온도 증가

일부 배관 온도 증가

집수조 최고온도 증가

영향 없음

영향 없음

비고

NO*보조급수계통7

NO*사용후연료저장조냉각계통

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YES격납건물살수계통5

YES1차 기기냉각수계통4

YES잔열제거계통3

NO*화학 및 체적제어계통2

NO*비상노심냉각계통1

온도/압력변경

배관계통항목

IV. 평가내용

(NO* : 원 설계 운전압력 및 온도는 출력증강조건을 포함하며, 설계압력 및 온도는 변경 없음.)

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가동원전사업

IV. 평가내용

계통별 배관응력계산서 상세평가

잔열제거계통

응력해석(최대 정상운전) 온도 : 350 ℉, 일부 배관의 경우 250 ℉

출력증강 온도 : 집수조 최고온도 상승 (247 ℉ → 252 ℉)

출력증강 압력 : 변경 없음(원 설계압력 이하)

온도변화로 인한 영향 미미함

결과 : 출력증강조건 수용 가능함

1차 기기냉각수계통

응력해석(최대 정상운전) 온도 : 215 ℉, 일부 배관 130 ℉

출력증강 온도 : 최고온도 상승 160 ℉ → 163 ℉


온도상승 구간의 열응력은 최대 10 %이므로 온도 상승은 수용 가능함


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가동원전사업

IV. 평가내용

계통별 배관응력계산서 상세평가 (계속)

격납건물살수계통

응력해석(최대 정상운전) 온도 : 275 ℉, 350 ℉

출력증강 온도 : 집수조 최고온도 상승 (247 ℉ → 252 ℉)


출력증강 온도 적용 시 열응력 감소


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가동원전사업

IV. 평가내용

BOP계통 기기 건전성 평가

계통별 공정변수 검토

HBD에 따라 변경NOYES급수가열기배수계통6

영향 없음NONO*2차 기기냉각수계통7

영향 없음NONO*2차 기기냉각해수계통8

영향 없음NONO*필수냉각수계통9

NO

NO

NO

NO

NO

YES

과도해석영향

FSAR의 요건으로 변경

영향 없음

HBD에 따라 변경

HBD에 따라 변경

온도 증가

과도하중 증가

비고

YES1차 기기냉각해수계통10

NO*증기발생기취출수계통5

YES추기계통4

YES복수계통3

YES주급수계통2

NO*주증기계통1

온도/압력변경

배관계통항목

(NO* : 원 설계 운전압력 및 온도는 출력증강조건을 포함하며, 설계압력 및 온도는 변경 없음.)

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IV. 평가내용

계통별 배관응력계산서 상세평가

주증기계통

응력해석(최대 정상운전) 온도 : 560 ℉

출력증강 온도 : 534.9 ℉


유량증가에 따른 Steam Hammer 하중 증가에 대한 추가평가 수행


주급수계통

응력해석(최대 정상운전) 온도 : 440 ℉

출력증강 온도 : 445.9 ℉


온도상승에 따른 영향 미미함


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가동원전사업

IV. 평가내용


복수계통

응력해석(최대 정상운전) 온도 : 320/290 ℉

출력증강 온도 : 320/296 ℉


온도상승에 따른 일부 배관 추가평가 수행


추기계통 및 급수가열기배수계통

응력해석(최대 정상운전) 온도 : 대부분 출력증강 온도를 포괄


일부 배관 온도상승에 따른 추가평가 수행


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가동원전사업

IV. 평가내용


1차 기기냉각해수계통

응력해석(최대 정상운전) 온도 : 93/83 ℉

출력증강 온도 : 116.5/92 ℉


온도상승에 따른 일부 배관 추가평가 수행


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IV. 평가내용

배관지지대

기존 지지대가 보수적으로 설계

자중, 열팽창하중, 지진하중, 과도하중 등이 조합된 전체하중에 대하여 설계

하중 조합 시 각각의 하중은 원래 하중의 115 %로 적용되었으므로, 열팽창

하중이 증가하여도 전체하중에 대한 영향은 미미함.

배관과 지지대 부재 사이의 간극이 열팽창변위를 흡수하여 열팽창하중 일부

상쇄됨.

ASME Sec. XI, IWA-4300 요건 검토IWA-4300은 부품이나 계통의 설계나 형상이 변경될 때 적용

IWA-9000 에 의하면 Rerating 은 Design Rating 변경으로 정의

출력증강으로 일부 운전압력/온도가 변하여도 설계압력/온도는 불변

출력증강으로 일부 변경된 사항은 체계적으로 평가 및 문서화

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V. 결언

평가결과

배관계통은 출력증강조건에서 건전성 유지 확인

응력해석계산서 개정 : 고리3,4호기-4 건, 영광1,2호기-2 건

설계방법론 습득

출력증강 평가 방법

문서화 과정 등

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가동원전사업

감사합니다 !

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