원자로 냉각재 펌프(rcp) 시험설비 개념설계 보고서 · 2011. 1. 28. · plan to...

KAERI/TR-3715/2009 기술보고서

원자로 냉각재 펌프(RCP) 시험설비

개념설계 보고서

Conceptual Design Report of RCP Test Facility

한 국 원 자 력 연 구 원

제 출 문

한국원자력연구원장 귀하

본 보고서를 “원자로 냉각재 펌프(RCP) 시험설비 구축 및 시험” 과제의 기

술보고서로 제출합니다.

제목 : 원자로 냉각재 펌프(RCP) 시험설비 개념설계 보고서

2009. 01. 08.

주 저 자 : 정 원 명

작 성 자 : 정 장 환

정 흥 준

권 태 순

이 규 일

여 지 원

박 진 석

김 창 회

박 종 순

- i -

요 약 문

국내에서 개발을 추진하고 있는 대용량 수직원심형 APR1400급 원자로냉

각재펌프(RCP)는 원자력발전소에 설치하기에 앞서 제작된 RCP 펌프의 성능

검증을 위하여 RCP 성능시험 및 내구성 시험, 전동기 무부하시험 등 RCP

설계시방서에서 요구하는 각종 성능시험을 실제 원자로 운전조건에서 수행

하여야 한다. 한국원자력연구원은 이와 같은 RCP의 성능을 검증하고 운전

신뢰성을 확인하기 위한 RCP 시험설비를 구축을 추진 중이다.

한국원자력연구원에서는 국가에서 추진 중인 전력연구개발사업(NuTech

2015)의 일환으로 ‘원자로냉각재펌프(RCP) 시험설비 구축 및 시험’ 과제의

수행을 통하여 RCP 시험시설을 2011년까지 당 연구원 부지 내에 구축하고,

운영하게 된다. 따라서 RCP 시험시설의 건설을 위한 설계를 수행하기에 앞

서 현재 개발 중인 APR1400 원자로냉각재펌프(RCP)의 특성과 시험요건, 시

설 여건 등을 고려하여 안전성과 공정 운전의 효율성이 확보된 RCP 시험설

비의 설계를 수행하기 위해 필요한 기본적인 설계개념을 정립하여 제시하였

다. 본 보고서에 제시된 설계개념들을 기준으로 RCP 시험설비의 설계가 수

행되며, 설계과정에서 RCP 시험설비에서 요구되는 성능을 보증하기 위하여

합리적이고, 공학적인 근거에 의해 수정되고, 보완될 것이다.

S U M M A R Y

A Reactor Coolant Pump (RCP) is under development for an application

to the APR 1400 Nuclear Power Plant in Korea. KAERI has been

developed a RCP test facility to verify the performance of RCP and motor

- i -

on the basis of the design requirements of the APR 1400 RCP.

The basic design of the RCP test facility was launched in Jul, 2008,

and the detailed design would be finished by Sep, 2009. KAERI has a

plan to finish the construction of the RCP test facility as the

NuTech-2015 project by mid of 2011.

KAERI performed a conceptual design of the RCP test facility. In this

report, a basis design for the loop flow condition, a constitution concept

of RCP test loop, and an auxiliary system were proposed.

- III -

목 차

제 1 장 서 론 ······························································································· 1

제 2 장 RCP 시험설비 현황 ········································································· 4

제 1 절 서 설 ······························································································· 4

제 2 절 KSB 시험설비 ·············································································· 4

1. 개 요 ······························································································ 4

2. 시험설비 용량 및 설계 자료 ···················································· 5

3. 시험설비의 구성 ·········································································· 5

4. 시험설비 운전 ············································································ 8

5. 시험설비 평가 ·············································································· 9

제 3 절 ABB-CE 시험설비 ······································································ 9

1. 개 요 ······························································································ 9

2. 시험설비 용량 및 설계 자료 ···················································· 10

3. 시험설비의 구성 ·········································································· 10

4. 시험설비 운전 ·············································································· 12

5. 시험설비 평가 ·············································································· 13

제 4 절 WEC 시험설비 ············································································· 13

1. 개 요 ······························································································ 13

2. Full size 펌프의 성능예측 방법 ·············································· 13

3. Full size 펌프의 성능 시험절차 ·············································· 14

4. 시험설비 평가 ·············································································· 15

제 5 절 Andritz 시험설비 ········································································· 15

1. 개 요 ······························································································ 15

2. 시험설비 및 시험내용 ································································ 16

3. 시험설비 평가 ·············································································· 18

- IV -

제 6 절 기타 시험설비 ··············································································· 18

1. Shenyang Pump Manufactory 시험설비 ······························· 18

2. Jeomeon 시험설비 ······································································· 19

제 3 장 APR1400 RCP 시험시설 ································································ 20

제 1 절 서 설 ······························································································· 20

제 2 절 APR1400 RCP 시험요건 ···························································· 20

1. 개 요 ······························································································ 20

2. RCP 전동기 무부하 시험 ·························································· 22

3. RCP 성능시험 ·············································································· 22

4. RCP 내구성시험 ·········································································· 24

제 3 절 RCP 시험설비 기준용량 및 계통 구성 ··································· 27

1. 개 요 ······························································································ 27

2. RCP 시험설비 설계용량 ···························································· 28

3. 시험설비 계통 구성 ···································································· 29

제 4 절 분야별 설계 개념 ········································································· 39

1. 개 요 ······························································································ 39

2. 기계 및 배관 설비 ······································································ 39

3. 전기설비 ························································································ 46

4. 계측제어 및 DAS 설비 ····························································· 55

5. 건물 및 건물설비 ········································································ 65

제 5 절 RCP 시험설비 배치 개념 ··························································· 72

1. 개 요 ······························································································ 72

2. RCP 시험설비 공간 배치 개념 ················································ 72

3. RCP 시험설비 기기 배치를 위한 고려사항 ·························· 76

- V -

표 목 차

표 3-1. APR1400 RCP 시험조건 요약 ······················································· 21

표 3-2. RCP 및 RCP 전동기 냉각기 설계조건 ········································ 38

그 림 목 차

그림 1-1. RCP 시험설비 구축 일정표 ························································ 2

그림 2-1. KSB 시험설비 개략계통도 ························································· 5

그림 2-2. ABB-CE 시험설비의 개략계통도 ············································· 10

그림 2-3. ABB-CE 시험설비의 주 루프 구성도 ····································· 11

그림 2-4. Andritz RCP 성능 및 운전성 시험계획 ·································· 17

그림 2-5. SPM RCP 시험설비 개략계통도 ··············································· 19

그림 3-1. RCP 시험설비 계통 개념도 ························································ 29

그림 3-2. Preliminary P.&I. Diagram for RCP Auxiliary System ·· 30

그림 3-3. RCP 설계사양 ················································································ 31

그림 3-4. RCP 내부 구성도 ·········································································· 32

그림 3-5. RCP 시험설비 Draft P&I Diagram ········································· 33

그림 3-6. 유량제어를 위한 주 루프 배관 (Case 1) ································ 34

그림 3-7. 유량제어를 위한 주 루프 배관 (Case 2) ································ 34

- VI -

그림 3-8. 154 kV 수변전설비 배치도 ························································ 47

그림 3-9. 전압계통 구성 개념도 (RCP와 보조설비 계통 동일) ········· 49

그림 3-10. 전압계통 구성 개념도 (RCP와 보조설비 계통 분리) ······· 49

그림 3-11. 계측제어계통의 기본 구성도 ···················································· 56

그림 3-12. DAS 구성도 ················································································· 63

그림 3-13. RCP 시험설비 부지 위치 (붉은 사각형) ······························· 66

그림 3-14. RCP 시험설비 계통 배치 개념도 ············································ 72

그림 3-15. RCP 시험설비 배치개념도 (1안) ············································· 73





- 1 -

제 1 장 서 론

국내 원자력 발전소에 설치된 원자로냉각재펌프(RCP: Reactor

Coolant Pump)는 지금까지 수입에 의존해 왔으나, 지식경제부 주관의 ‘전력

산업연구개발 사업(NuTech-2015)’의 일환으로 APR1400 원자로냉각재펌프

(RCP)의 국내 개발을 수행하고 있다. APR1400 원자로냉각재펌프는 대용량

수직원심펌프로서 원자력발전소의 성능 및 안전성 보증을 위해 원자력발전

소에 설치하기에 앞서 제작된 RCP의 성능검증을 위하여 성능시험 및 내구

성시험, 전동기 무부하시험 등 RCP 설계시방서에서 요구하는 각종 성능시험

을 실제 원자로 운전조건에서 수행하여야 한다. 따라서 RCP의 성능을 검증

하고 운전신뢰성을 확인하기 위해서는 RCP 시험설비의 구축이 필수적으로

요구된다.

한국원자력연구원에서는 국내에서 개발 중에 있는 APR1400 RCP의 성능

검증을 위하여 ‘APR1400급 원자로냉각재펌프(RCP) 개발’ (두산중공업) 과제

(주관기관: 두산중공업)의 세부과제로서 ‘원자로냉각재펌프(RCP) 시험설비

구축 및 시험’ 과제를 수행하고 있다. 과제의 연구 목표는 ‘원자로 운전조건

에서 시험할 수 있는 고온고압 APR1400 RCP 시험설비를 구축하여 RCP의

성능검증시험과 내구성시험을 수행함’로 설정되었다.

RCP 시험설비 구축일정은 그림 1-1과 같으며 주요 추진사항은 다음과 같

다.

○ 1단계 : 과제기간(2007년 8월 1일 ～ 2010년 7월 31일)

(1) 기본설계 및 상세설계 완료(2009년 9월)

(2) 부지정지를 위한 공사 착수

○ 2단계 : 과제기간(2010년 8월 1일 ～ 2013년 7월 31일)

(1) 시설공사 완료(2011년 12월)

(2) 시운전

(3) APR1400 RCP Prototype 성능시험(2012년 말)

RCP 시험시설의 건설을 위한 기본설계와 상세설계의 수행에 앞서 개념설

계를 과제 1차 년도에 수행하게 되었다. RCP 시험시설 개념설계에서는 현

재 개발 중인 APR1400 원자로냉각재펌프(RCP)의 특성과 시험요건, 시설 여

- 2 -

건 등을 고려하여 안전성과 공정 운전의 효율성이 확보된 RCP 시험설비의

기본설계와 상세설계를 수행하기 위해 필요한 기본적인 설계개념들을 정립

하여 제시하였으며, 설계과정에서 RCP 시험설비에서 요구되는 성능을 검증

하기 위하여 합리적이고, 공학적인 근거에 의해 수정, 보완 될 것이다.

그림 2-1. RCP 시험설비 구축 일정표

RCP 시험설비는 국내에서 개발되어 신규 원자력발전소에 공급되는

APR1400 RCP의 성능검사와 뿐만 아니라 현재 검토 중에 있는 APR+ RCP

의 성능검사, OPR1000 RCP를 포함한 가동 중에 있는 기존 원전 RCP의 운

전 예비품인 임펠러 등 수력 회전체의 성능검증을 국내에서 수행하는데 활

용될 수 있다. 또한, 원자력발전소의 운전 중에 발생 가능한 과도상태, 사고

상태 및 고온고압 운전조건을 본 시험설비를 이용하여 모사할 수 있으므로

가동 중인 원자로 계통의 안전성 관련 기계 구조적 열수력학적 현안을 규명

하는데도 활용이 가능할 것으로 기대된다.

RCP 시험설비는 다음과 같은 주요설비들로 구성된다.

(1) 지지대를 포함하는 RCP/Motor 계통설비

(2) 주 Loop 계통설비

(3) 보조계통설비(밀봉수, 냉각수, 윤활유, 질소가스 및 압축공기 공급설

비 등),

(4) 전원공급설비

- 3 -

(5) DAS 및 계측/제어설비

(6) 시험설비 건물 및 중량물 취급설비 등

그리고 시험설비 건물은 다음과 같은 기반시설을 갖추어야 한다.

(1) 시험설비의 설치, 운전 및 유지보수를 위한 공간

(2) 외부에서 반입되는 RCP 분해조립 공간

(3) 시험을 위한 준비실

(4) 부품 및 공구 저장실

(5) 시험운전을 위한 운영실과 사무실 등

또한, 건물 운영을 위해 갖추어야 하는 (1) 환기 및 위생설비, (2) 조명/접

지 및 (3) 통신설비, (4) 화재방호설비 등 건물설비, (5)진입도로 및 주차장,

조경 등 일체의 모든 설비를 갖추어야 한다.

본 RCP 시험설비 개념설계서는 기본설계와 상세설계 수행을 위한 기본 자

료로서 적용된다.

- 4 -

제 2 장 RCP 시험설비 현황

제 1 절 서 설

RCP 시험설비 현황은 국내의 원자력발전사업에 참여한 기관이 보

유한 해외 시험설비에 대한 자료를 중심으로 조사되었다. 해외 시험설비 및

시험기술 현황은 국내에 건설될 APR 1400 RCP 시험설비의 최적 설계를 위

한 참고자료로 활용하기 위하여 해외 특정 RCP 시험설비를 선정하여, 국내

RCP 시험설비의 설계를 위한 기본요건을 설정하기 위한 기초 자료로 활용

하고자 작성되었다.

현재까지 원자력발전소의 일차계통의 원자로냉각재펌프를 공급한 실적과

원천 기술을 갖춘 기관은 Westinghouse (구 CE), Jeumont, Curtiss-Wright

(구 WEC의 EMD), MHI, KSB, Andriz, Sulzer-Bingham, BW/IP 등 이며,

각각 독자적인 RCP 모델을 갖추고 있다. 각 기관마다 고유의 성능검증 절

차를 갖고 있으며, 시험 설비의 운용 방법이 상이하고 자료의 접근이 제한되

어 모든 시험설비에 대한 동등한 수준의 검토는 구조적으로 불가능하다. 따

라서 시험설비의 구체적인 기술사양(Design Specification) 및 시험기술 현황

에 대한 검토는 각각의 시험 설비에 따라 다른 수준의 검토가 수행되었다.

제 2 절 KSB 시험설비

1. 개 요

KSB가 보유한 설비는 원자력발전소의 운전조건에서 원자로냉각재펌프의

전부하 시험이 가능한 설비로 시험 루프, 보조기기, 원격제어를 위한 제어실,

주파수변환기, 펌프의 조립 및 보수를 위한 작업장 등으로 구성되어 있다.

그림 2-1은 원자로냉각재펌프의 시험설비의 시험루프에 대한 개략계통도를

보여준다. 시험루프는 RCP 유량시험을 위한 주 루프, 시험루프의 온도제어

를 위한 냉각기, RCP 전동기/베어링/밀봉장치 냉각을 위한 보조 냉각장치,

밀봉수 주입과 시험루프의 압력을 조절하기 위한 충전/회수 장치 그리고 담

- 5 -

수저장탱크로 구성되어 있다. RCP의 유량은 루프의 끝단에 병렬로 설치된 8

개의 버터플라이 밸브로 조절되며, 흡입 배관에 설치된 오리피스형 유량계로

유량을 측정하도록 되어 있다. 그리고 다양한 크기 및 형태의 RCP를 시험

할 수 있도록 흡입배관과 토출배관이 spool 형태로 설치되어 펌프의 높이에

맞도록 높이 조절이 가능하고 흡입배관의 형상의 조절이 가능하다.

그림 3-1. KSB 시험설비 개략계통도

2. 시험설비 용량 및 설계 자료

시험설비의 용량 및 주요 설계 자료는 다음과 같다.

- 최대 시험 유량 : 60,000 m3/hr

- 밀봉수 주입 유량 : ≥ 2 m3/hr

- 전력 용량 : 12 MWe

- 전기 주파수 : 50Hz 혹은 60Hz

- 전압 : 380 ～ 13,800 V (조절가능)

- 계통 운전온도 : 20 ～ 350℃ (조절 가능)

- 계통 운전압력 : 10 ～ 180 bar (조절 가능)

- 6 -

3. 시험설비의 구성

가. 주 루프

RCP가 설치되고 성능시험을 위한 주요 변수의 측정을 위해 구성된 루

프로 다음과 같이 설계되어 있다.

- 주 루프의 흡입 및 토출 배관은 열 저항성이 높은 저합금강이며, 물과

접촉하는 내부는 스테인리스 스틸로 피복되어 있다.

- 유량 및 계통저항의 조절은 suction과 discharge line사이에 부착되어

있는 8개의 버터플라이 밸브의 개도를 조절하여 유량을 조절한다.

- 시험되는 펌프의 흡입과 토출배관을 쉽게 연결할 수 있도록 흡입 및

토출배관이 플랜지로 펌프 흡입부와 토출부에 연결되어 다양한 크기의

펌프에 대한 시험이 가능하며, 배관의 높이 또한 조절이 가능하다.

- 루프의 주 배관의 진동 흡수를 위해 진동격리 행어가 설치되어있다.

- 루프의 주 배관의 내경이 흡입배관은 950 mm이며, 토출배관은 1100

mm이다.

- 루프의 설계 온도는 350 ℃이며, 설계 압력은 180 bar이다.

- 전체 루프의 체적은 약 70 m3 이다.

나. 주 냉각기

RCP는 상온 조건과 고온조건에서 성능 및 내구성 시험이 수행되어야

하므로 시험 설비의 온도 조절이 필요하다. 펌프에서 발생되는 열을 효과적

으로 제거하여 계통의 온도를 시험조건에 맞도록 유지하기 위해 냉각기가

사용된다. 냉각기의 주요 사양은 다음과 같다.

- 형태 : 밀폐형 고압 water-to-air cooler

- 최대 냉각능력 : 약 50 ℃/hr

- 냉각기 용량 : 약 12 MW

- 온도제어능력 : ±4℃ (대기온도 40℃ 기준)

- 동절기 대비 heating system 설치

다. 보조 냉각기

시험용 모터 내부의 권선 냉각, 펌프 및 모터의 베어링 오일 냉각, 그

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리고 계통의 저압계통 내에서 발생된 열의 냉각을 위해 냉각탑 형태의 냉각

기가 설치되었으며, 냉각기의 주요 사양은 다음과 같다.

- 형태 : 개방형 저압 water-to-air 냉각기

- 냉각기 용량 : 약 5.8 MW

- 최대 수용 유량 : 200 m3/hr

- 냉각기의 입․출구 온도: 입구 -40℃, 출구온도 -25℃

라. 충전펌프

RCP 내의 밀봉재 냉각과 계통의 압력조절을 위해 3대의 piston type의

펌프가 사용되었으며, 각각의 용량은 약 5 ～ 6 m3/hr으로 추정된다. 펌프

동력은 30 kW이며, 압력맥동은 ±3 Bar 정도이다.

마. 수질관계 계통

원자로냉각재펌프의 성능 시험 요건중 수질 요건을 충족시키기 위해

시험에 사용되는 물은 일반 수돗물을 'Water Softening Plant'에 통과시켜

사용자가 요구하는 수질요건에 맞도록 조절할 수 있다. 생산된 담수는 130

m3 용량의 저장탱크에 저장되고 시험루프에 공급된다. 밀봉재로부터 누설수

도 이 탱크로 회수된다.

바. Motor-generator set

RCP 전동기가 2개의 주파수(50 Hz와 60Hz)에서 사용 가능하며, 380V

～ 13,800 V 사이의 전압조절 그리고 RCP 전동기의 직입기동 시 발생되는

기동전류 impulse를 방지하기 위하여 MG set가 사용된다.

MG set은 전기모터, 기어 박스 및 발전기로 구성되어 있으며, RCP 전동기

의 기동시 정격전류의 6배에 해당되는 기동전류조건에서 35초 동안 10 MW

의 전동기를 가동시킬 수 있다. 또한, 발전기의 여자기에서 전기제어계통의

전압이 안정화되어 펌프 기동시 전압의 감소가 발생하지 않도록 한다.

사. 측정장비

시험설비는 다음과 같은 계측장비가 설치되어 있다.

- 유량측정 : 오리피스 형태의 유량계

- 8 -

- 수두측정 : 차압전송기

- 계통압력 : 압력 계측기와 전기적 신호 전송기

- 온도 : 저항온도 감지기

- 속도 : 전기적 카운터

- 동력 : 전동기의 Watt-meter method

아. 안전 장비

시험설비로부터 작업자의 보호를 위해 다음과 같은 안전 설비가 갖추

어져 있다.

- 시험설비는 콘크리트 벽으로 완전히 둘러싸여 있다.

- 고온부위는 보온재로 싸여있다.

- 시험설비는 외부에 설치된 중앙제어실에서 작동이 가능하도록 되어있

다.

- 저소음으로 시험 중 건물 내 다른 작업이 가능하도로 설계되어 있다.

4. 시험설비 운전

가. 루프의 유량조절

펌프의 흡입배관과 토출배관의 양단 끝에 평행하게 설치되는 8개의 버

터플라이 밸브가 유량 조절용으로 사용된다. 펌프의 성능시험에 요구되는 유

량조건은 8개의 밸브를 순차적으로 조절하여 얻도록 설계되어 있다.

나. 압력 및 체적조절

시험설비는 압력 및 체적조절을 위한 별도의 가압기가 설치되지 않았

으며, 계통은 전체 체적이 물로 채워져 있는 solid 상태에서 충전유량과 유출

유량의 제어를 통해 계통의 압력을 조절한다. 충전유량은 3개의 피스톤 펌프

의 가동 수를 이용해 조절되며 유출유량은 주 냉각기의 후단에 설치된 유량

조절밸브를 통해 수행된다.

다. 시험장치의 압력조절

원자로냉각재펌프는 약 10 MW 정도의 열을 일정하게 제공하므로 온

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도 조절을 위해 냉각기를 통한 냉각량을 조절하여 온도를 유지한다. 냉각량

은 주 루프로부터 냉각기를 통과하는 유량을 조절함으로써 조절된다.

5. 시험설비 평가

KSB사가 보유하고 있는 설비는 가압경수로, 가압중수로, 비등 경수로등

모든 종류의 원자력발전소에 공급될 수 있는 여러 모델의 원자로냉각재펌프

를 발전소 운전 조건에서 시험할 수 있도록 설계되어 있다. 이러한 설비는

추후 ABB-CE사의 시험설비 건설에 참조 설비로 활용되었으나, 시험설비의

설계 및 건설이 1980년도 이전에 이루어졌고 다양한 모델의 펌프의 시험을

목표로 건설되어 시험설비의 용량의 과도하게 크고, 계측설비가 오래된 기술

을 사용하여 현재 성능시험에서 요구되는 ASME PTC 규격에 맞지 않을 가

능성이 높다. 따라서 KSB 시험설비는 국내에 도입될 RCP 시험설비의 기본

모델로 부적합한 것으로 평가된다.

제 3 절 ABB-CE 시험설비

1. 개요

ABB-CE 시험설비는 KSB 시험설비를 참조로 하여 미국 내 13개 원전

수주를 목표로 개발된 System 80 원자력발전소인 가압경수로용 원자로냉각

재펌프의 시험에 적합한 시험설비이다. 따라서 ABB-CE사의 시험설비는 전

용 펌프 케이싱이 고정 설치되어있으며, 60 Hz의 전동기에 맞도록 설계되어

별도의 MG set를 갖추고 있지 않다.

시험설비는 KSB 설비와 같이 원자력발전소의 운전조건에서 원자로냉각재

펌프의 전부하시험이 가능한 설비로 시험루프, 보조기기, 원격제어를 위한

제어실, 펌프의 조립 및 보수를 위한 작업장 등으로 구성되어있다.

그림 2-2은 원자로냉각재펌프의 시험설비의 계통 및 주 루프에 대한 개략계

통도를 보여준다. 시험 루프는 RCP 유량시험을 위한 주 루프, 시험 루프의

온도제어를 위한 냉각기, RCP 전동기/베어링/밀봉장치 냉각을 위한 보조 냉

각장치, 밀봉수 주입과 시험루프의 압력을 조절하기 위한 충전/회수 장치로

구성되어 있다. RCP의 유량은 루프의 끝단에 병렬로 설치된 2개의 버터플

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라이 밸브와 하나의 오리피스로 조절되며, 흡입 배관에 설치된 벤츄리 유량

계로 유량을 측정하도록 되어 있다.

그림 2-2. ABB-CE 시험설비의 개략계통도

2. 시험설비 용량 및 설계 자료

시험설비는 "ASME Performance Test Codes"에 따라 수직, 단단형, 단흡

입 원심펌프의 성능시험을 할 수 있도록 설계되고 건설되었다. 설비의 최대

시험 유량은 11.67 m3/sec 이고, 최대 온도 343℃와 최대 압력 17.24 MPaA

에서 운전이 가능하도록 설계되었다. 수용 가능한 최대 전동기 용량은 약 12

MWe 이다.

3. 계통의 구성

가. 주 루프

주 루프는 내부가 스테인리스강으로 피복되어 있는 915 mm 반경의 탄

소강 배관으로 길이가 약 21.3 m이며, 그림 2-3에서 보는 바와 같이 3개의

곡관배관으로 흡입배관과 토출배관이 연결되어 있다. 두개의 배관은 유량조

절을 위해 버터플라이 밸브가 설치되며, 가운데의 배관은 계통의 최소 저항

값으로 설정된 유량제어용 오리피스가 설치되어 있다. 시험되는 유량 범위가

넓을 경우 저항값이 다른 오리피스를 교체 사용해야 한다.

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그림 2-3. ABB-CE 시험설비의 주 루프 구성도

나. 유량계

주 루프의 유량은 교정된 915 mm x 640 mm의 벤츄리 튜브에 의해

측정되고 계통 내 유체의 온도와 압력을 고려해 유량을 산출한다.

다. Data 수집 계통

측정된 모든 변수들은 통합한 컴퓨터를 통해 기록되며 시험 중 분석을

위해 선택된 변수들에 대해 실시간 디스플레이가 가능하도록 구성되어 있다.

시험에서 측정된 변수들은 시험시간 동안 발생된 현상들이 시험시간 내 언

제 발생되었는지 이력의 확인이 가능하도록 기록된다.

라. 냉각기

계통 내 루프의 온도제어와 펌프 및 전동기의 기기냉각수 온도를 제어

하기 위한 온도조절장치가 설치되어있다. 주 루프 내 유체온도는 주 루프 내

순환되는 물의 일부를 water-to-air 냉각기로 순환시켜 조절된다. 원자로냉

각재펌프로부터 일정한 열이 유체에 전달되므로 계통이 도달할 수 있는 최

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소온도는 대기의 온도에 따라 달라 질수 있다.

기기냉각수는 폭넓은 온도범위와 수질관리를 위해 밀폐형으로 설계되었으

며, 증발기형 냉각기에 의해 온도가 조절된다.

마. 충전 펌프

하나의 왕복동 형태의 충전펌프가 계통의 압력조절과 밀봉계통으로 밀

봉수를 공급하며 밀봉 공급수 배관에는 온도조절용 가열기가 설치되어 있다.

4. 시험설비 운전

가. 루프의 유량조절

주 루프의 유량조절을 위해 펌프의 흡입배관과 토출배관의 양단 끝에

설치되는 버터플라이 밸브 2개와 오리피스가 사용된다. 전체 유량조절 범위

가 결정되면 최대 유량조건에서 2개의 버터플라이 밸브가 완전 개방된 조건

에서 오리피스가 sizing된 후 설치되고 시험된다. 이보다 작은 유량조건에서

의 시험을 위해서는 2개의 버터플라이 밸브의 개도를 조절한다. 만약 2개의

밸브에 의한 유량조절로 최소 유량조건을 만들 수 없을 때에는 저항 계수값

이 더 큰 오리피스로 교체후 시험을 수행한다.

나. 압력 및 체적조절

시험설비는 압력 및 체적조절을 위한 별도의 가압기가 설치되지 않았

으며, 계통은 전체 체적이 물로 채워져 있는 solid 상태에서 충전유량과 유출

유량의 제어를 통해 계통의 압력을 조절하는 것으로 판단되나 이에 대한 자

세한 정보가 없다. 하나의 충전 펌프가 사용된다.

다. 계통의 압력조절

원자로냉각재펌프는 계통 내 약 10 MW 정도의 열을 일정하게 제공하

고 있어 계통 내 온도 조절을 위해 냉각기를 통한 냉각량을 조절하여 온도

를 유지한다. 냉각량은 주 루프로부터 냉각기를 통한 유량을 조절함으로써

조절된다.

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ABB-CE사가 보유하고 있는 설비는 ABB-CE / KSB RCP Type R01의

펌프 시험에 적합하도록 설계되었으며, 다른 시험설비에 비해 비교적 최근에

설치된 시설로 현재 국내 기술진에 친숙한 ASME PTC Code 요건에 따라

설계 되었다. 전체 설비의 용량도 APR1400 RCP의 시험에 필요한 용량과 유

사하므로 국내 시험설비의 구성에 참조될 수 있는 최적의 설비로 판단된다.

제 4 절 WEC 시험설비 (Curtiss-Wright EMD사)

1. 개 요

WEC RCP의 수력적 성능특성은 축소 모델에서 수행된 시험 결과를 모사

하여 얻는다. 모델시험을 통해 다음과 같은 펌프성능을 취득한 후 full flow

시험설비에서 정격 운전조건에서 검증하고 필요시 수정하여 사용한다.

- Total head

- BHP

- Hydraulic efficiency

- RPM

- Hydraulic axial thrust

- Net positive suction head

이 모델시험 data는 상사의 법칙을 이용해 full size 펌프의 성능을 정확하

게 예측한다. WEC사는 “WEC P-2 full flow test loop”로 불리는 전유량 시

험설비에서 정격운전 조건에서 취득된 성능자료를 이용해 모델시험의 성능

곡선을 검증하며, 필요시 성능곡선을 수정하여 사용한다. 이 설비는 WEC의

RCP 모델 93A, 93A1, 100과 100D에 대한 정격 유량조건 시험이 가능한 용

량을 갖추고 있다.

WEC사의 모델시험 data를 full size 펌프의 수력적 성능으로 변경하는 절

차와 전유량 시험 절차는 다음과 같다.

2. Full size 펌프의 성능예측 방법

축소비는 0.41 이며, 모델시험을 통해 취득된 성능곡선은 일련의 H1 기술

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기준에 제시된 수학적 상사법칙을 근거로 유량, 수두 및 축동력 관계식을 이

용하여 full-size 수력성능을 예측한다.

모델시험과 full-scale 펌프 운전간의 이상적 관계가 성립되어야만 적용된

상사성이 유지된다. 즉, 완전한 Reynolds No, Surface roughness, Dimension

에서의 완전한 상사성이 유지되어야 하나, 현실적으로 다소 차이가 존재하게

되므로 WEC는 이러한 차이로부터 오차를 최소화하기 위해 보정인자를 사용

하였으며, 여기에는 임펠러 출구면적, 상대적 표면거칠기의 편차로 인한 영

향과 열팽창 등을 고려하는 modeling을 통하여 유량 및 수두를 보정하였다.

3. Full size 펌프의 성능 시험절차

시험설비의 계통저항은 정격 운전조건에서의 펌프 수두와 가능한 근접하

도록 설정되고 그 점에서만 운전되고 시험된다. 시험조건은 측정된 값을 기

준으로 다음과 같은 조건을 만족되어야 한다.

- 온도: 운전온도 ±5.6 ℃ (10 ℉)

- 압력: 운전압력 ±0.34 MPa (50 psi)

가. 계통의 저항

성능시험을 위해서 펌프의 유량은 정격 수두조건에서 설계유량의 100%

에서 105% 사이의 유량이 얻어지도록 계통의 저항이 결정되어야 한다. 계통

저항은 여러 개의 bore를 갖는 판형 오리피스가 사용되며, 필요시 bore를 메

우는 방법으로 저항값을 조절한다.

나. 계측기

- 계통의 수두 측정은 압력전송기가 사용되며 첫 번째 시험 이전에 교

정되고 매 6개월 마다 재교정하여 사용한다.

- 펌프 토출 측 온도측정을 위해 열전대가 사용되며, 첫 번째 시험 이전

에 교정되고 매 6개월 마다 재교정하여 사용한다.

- 전동기 소요동력 측정을 위해 전력미터가 사용되며, 첫 번째 시험 이

전에 교정되고 매 6개월 마다 재교정하여 사용한다.

- 회전속도는 축진동 감시기로부터 측정되며, 계측기 제작사에 의해 교

정되고, 매 1년마다 시험설비 운영자에 의해 적정한 운전이 검증된다.

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다. 정격조건에서의 운전

계통의 온도는 펌프 열에 의해 30분당 약 27.8 ℃ (50 ℉) 정도 속도로

증가 시키며, 압력은 저온 취성에 의한 취성 파괴 가능성을 배제하기위해 지

시된 P-T 곡선의 제한치 이내가 되도록 조절한다.

모든 RCP는 271.1 ℃ (520 ℉) 이상 유체온도에서 최소 16시간 동안 운전

되어야 한다.

라. 과도조건 시험

다음과 같은 과도조건의 시험이 수행된다.

- 밀봉재 상실과 복구 시험

- Thermal barrier의 냉각수 상실과 복구 시험

- 관성 서행능력시험

- # 2 밀봉재 과압시험


구 WEC가 보유하고 있는 설비에 대한 정보가 제한적이여서 설비에 대한

검토보다는 시험방법에 대한 검토가 주로 수행되었다. WEC는 전 유량시험

을 통한 펌프의 수력적 성능측정이 아닌 모델펌프 시험결과로부터 성능을

예측하고 전 유량조건에서 이를 검증하는 방법을 사용하고 있다. 이러한 방

법은 APR1400급 RCP 성능시험 방법과 맞지 않는 방법으로 국내 시험설비

의 참조 모델로 적용하기에는 부적합 것으로 판단된다. 단, WEC와 같이 펌

프성능 예측에 필요한 충분한 자료 및 기술이 확보된다면 모델시험을 통한

전 유량조건에서의 펌프성능을 예측하는 방법을 향후에 적용하는 방법이 경

쟁력 제고차원에서 검토될 필요가 있다.

제 5 절 Andritz 시험설비

1. 개 요

Andritz는 모델시험을 통한 수력학적 성능 예측 및 평가를 수행하며, 기계

적 건전성 및 운전성 평가는 작은 임펠라를 이용한 부분유량 시험을 통해

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수행하였다. 따라서 전 유량시험을 위한 full flow test 설비는 보유하고 있지

않다. 중국의 SPM이 보유한 시험설비 (미국의 Byron-Jackson Pump의 시

험설비)에서 중국 Hainam 원자력발전소에 공급된 RCP의 성능시험을 수행하

였다.

2. 시험설비 및 시험내용

RCP 성능 및 운전성 시험을 위한 정격 운전조건은 다음과 같다.

- 유량: 16,800 m3/hr

- 수두: 60 m

- 전동기 용량: 4000 kW

- 운전 압력: 14.95 MPa

- 운전온도: 287.9 ℃

- 속도: 1490 rpm

성능시험은 그림 2-4와 같은 시험계획에 따라 시험되었으며 시험결과는 다

음과 같다.

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그림 2-4. Andritz RCP 성능 및 운전성 시험계획

가. 펌프

성능시험 결과는 예상했던 대로 펌프의 운전성이 입증되었으며, 축진동

측정과 관련된 문제를 제외하고는 어떠한 문제점도 발견되지 않았고, 축의

자성화에 따른 축진동 측정 시 측정 불량이 발생되어 자성을 제거 후 측정

되었다.

나. 전동기

전동기 베어링의 오일 누설이 발생되어 베어링의 관련 부품을 교체한

것 이외는 만족스런 운전성을 보였다.

다. 시험설비

펌프 열로 계통을 가열한 후 고온조건에서 시험이 수행되었다. 유량 측

정용 벤츄리 튜브 압력 탭의 용접부에서 균열이 발생하여 보수되었다. 또한

대기 온도가 높은 조건에서는 시험 온도조건의 유지가 어려워 시험이 가능

한 기간을 12월초에서 2월 중순으로 제한하였다. 또한, 전력공급량이 충분치

않아 시험기간 중에 동일한 전력선으로 전원을 공급받는 기기 중 일부의 가

동를 정지하여야 했다.

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라. 측정 장비

수두와 유량 측정을 위해 사용된 모든 압력전송기에 Drift error가 존재

하여 측정 전․후에 교정되었다. 그러나 Drift error에 대한 원인은 규명되지

않았다.


Andritz 보유 설비가 아니며, 펌프 성능시험만 Andriz가 수행하였으므로

시험설비 설계 및 건설에 직접적인 참고는 될 수 없으나 시험계획 및 시험

중 trouble shooting 계획의 수립에 참고가 될 수 있을 것으로 판단된다.

제 6 절 기타 시험설비

1. Shenyang Pump Manufactory 시험설비

중국에 있는 펌프 제조회사로 미국의 Byron Jackson사로부터 RCP 시험

설비를 도입하여 운영 중에 있다. 이 시설의 개략계통도는 그림 2-5에 표기

된 것과 같으며, 그 외의 시설에 대한 상세자료는 입수되지 않았으나 Andriz

사가 이 시설을 이용해 펌프 성능시험한 자료는 앞에 이미 기술되어 있다.

개략계통도에 표기된 내용을 기준으로 시험설비 기준 용량과 구성을 다음에

기술하였다.

가. 시험설비 기준 용량

SPM RCP 시험설비의 시험용량은 다음과 같다.

- Rated Flow rate : 23,000 m3/hr

- Max. Flow rate : 27,000 m3/hr

- System Pressure : 15.5 MPa

- System Temperature : 310 ℃

- Max. Test Loop Temperature : Approx. 310 ℃

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그림 2-5. SPM RCP 시험설비 개략계통도

나. 시험설비 구성

주 루프는 배관 구경은 36 inch 이고, 유량조절은 펌프 흡입부와 토출

부에 ball tank (직경 72 inch)를 설치하고, ball tank 간에 구경 24 inch 배

관 branch를 설치하여 각 branch에 설치된 유량조절 발브로 유량을 제어하

도록 하였다. 온도조절은 냉각루프에 1, 1.5. 2, 2.5 inch 크기의 4개의 배관

branch에 각각 발브를 설치하여 시험 온도조건에 맞도록 냉각 유량을 조절

하도록 하였다. 그리고 밀봉수와 루프 공급수와 하나의 동일한 저장조와 공

급펌프를 이용하며, 저장조에는 질소를 공급 (저장조 압력 170～275 Pa)하여

산소의 혼입을 방지하도록 하였다.

2. Jeomeon 시험설비

자체적인 Full load 시험설비는 갖추고 있지 않지만 첫 번째 제품에 대해

프랑스의 전력청이 보유하고 있는 “Gennevilliers Test Loop”을 이용하였으

며, 별도의 생산품 검증시험은 수행하지 않는 것으로 판단된다. 대신,

Jeomeon사는 모델시험을 통해 펌프의 수력학적 성능을 예측하는 방법을 활

용하고 있다.

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제 3 장 APR1400 RCP 시험시설

제 1 절 서 설

RCP 시험시설은 국내에서 개발 중에 있는 APR1400 RCP의 신뢰성

확보를 위하여 RCP 설계시방서에서 요구하는 RCP 시험요건을 기준으로

RCP 성능시험 및 내구성시험, 전동기 무부하시험 등을 수행하기 구축된다.

따라서 본 개념설계서는 현재 개발 중인 APR1400 원자로냉각재펌프(RCP)

의 특성과 시험요건, 시설 여건 등을 고려하여 안전성과 공정 운전의 효율성

이 확보된 RCP 시험설비의 설계를 수행하기 위해 시험시설의 개념을 정립

하여 제시하였다.

RCP 시험설비 시험루프 계통은 RCP/Motor 계통, 주 Loop 계통, 보조계통

으로 구성되며, 기계 및 배관설비, 154 KV 등 전원공급 설비를 포함하는 전

기설비, 계측제어설비 및 DAS, 기타 건물 및 건물 부대설비 등으로 구성된

다. 주 시험루프 계통은 주 Loop 배관, 주 Loop 냉각계통, 주 Loop 압력조절

계통 등으로 구성되며, 보조계통으로서는 RCP 밀봉수 공급계통, RCP 및 시

험 Loop에 설치되는 열교환기를 위한 기기냉각수 공급계통, RCP Standstill

Seal에 공급되는 질소가스 공급계통, 계측제어설비와 공압장치 등에 필요한

압축공기 공급계통 등으로 구성된다.

본 장에서는 RCP 시험시설의 기준자료인 RCP 시험요건과 시험요건에 근

거한 시험설비 기준용량을 설정하고, 앞에서 기술한 외국의 RCP 시험시설

현황과 주변 여건 등을 고려하여 시험설비 계통별, 분야별 설계개념을 정립

하여 제시하였다.

제 2 절 APR1400 RCP 시험요건

1. 개 요

본 시험요건은 국내에서 개발되어 신규로 건설되는 APR1400 원자력발전

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소 공급되는 원자로냉각재펌프(RCP)의 성능을 검증하고, 운전 신뢰성을 확

보하기 위하여 발주자에 의해 요구되는 시험요건으로서 RCP 전동기 무부하

시험, RCP 성능시험(Production Test) 및 내구성 시험(Type Test)으로 구분

하여 수행된다. 시험요건에서 제시된 시험 내용을 유형별로 다음에 기술하였

으며, 주요 RCP 시험조건을 정리하여 표 3-1에 표기하였다. 그리고 원심펌

프인 RCP 성능시험에는 ‘ASME PTC 8.2(1990), Power Test Code for

centrifugal pumps’를 적용하게 된다.

표 3-1. APR1400 RCP 시험조건 요약

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2. RCP 전동기 무부하 시험

전동기 무부하 시험은 전동기를 RCP 축에 연결하지 않은 조건에서, 특정

변수들을 측정하여 기준 조건이 유지되는지를 확인하는 시험이다. 따라서,

이를 측정하여 감시할 수 있도록 계통이 구성되어야 하며, 이 시험은 전동기

공급자 참여 하에 수행하게 된다.

- 베어링 온도

- 권선 온도

- 전동기 진동

- 전기적 특성 측정 (Power, Current, RPM)

상기 내용 이외에도 전동기 냉각수의 유량 및 온도, Oil level 등을 측정,

감시할 수 있도록 설계에 고려되어야 한다.

3. RCP 성능시험 (Production Test ; 50-hour Test)

RCP 성능시험은 상온조건(Cold condition) 성능시험과 고온조건(Hot

condition) 성능시험으로 구분되고, 50 시간에 걸쳐 수행되며, 시험 중에 상

온조건과 고온조건에서 각각 5회씩의 기동 및 정지시험을 수행하게 된다.

상온조건 및 고온조건 성능시험에서 측정되어 확인되는 주요 내용은 다음

과 같다.

- Performance data (수두/BHP/효율/전력량 vs. 유량)

- 펌프 casing 차압에 따른 유량

- 전력량 확인을 위한 전압 및 전류

- 펌프 흡입 및 토출부에서 pressure pulsation

- 펌프 및 전동기 frame 진동, 축 Orbit

- 펌프 흡입부에서 온도 및 압력

- 시험 루프에서 온도 및 압력

- 밀봉수 주입 유량, 온도 및 압력

- HP Cooler Inlet & Outlet 온도

- HP 누설수 유량 및 온도

- LP 누설수 유량

- 펌프 및 전동기 Cooler 냉각수 유량, Inlet & Outlet 온도

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- Interseal cavity 압력

- Seal 온도

- 윤활 베어링 온도 및 Oil Cooler Outlet 온도

- Oil 압력

- 전동기 권선 온도 등

가. 상온조건 성능시험 운전조건

상온조건에서 성능시험은 상온조건에서 성능곡선을 구하고, 요구되는

운전조건에서 운전상태가 허용기준치를 초과하지 않는지를 확인하는 시험으

로서 성능곡선의 신뢰성 확보를 위하여 최소 10 points 이상 측정되어야 하

며, 적어도 1 point는 정격유량(Rated Condition)의 ±2% 이내 이어야 한다.

상온조건 성능시험의 운전조건은 다음과 같다.

1) 루프 압력 : 156.07 kg/cm2A ±1% (Suction Loop 기준)

2) 루프 온도 : ≤ 110 oC (Suction Loop 기준)

* 시험 중 루프 온도 total variation : ≤ 10 oC

3) 루프 유량 : 정격유량의 90% ～ Runout flow

4) 밀봉수 주입 유량 : 1700 ～ 1800 ℓ/hr (공급자 자료 확인 필요)

5) HP 누설수 유량 : 900 ～ 1100 ℓ/hr (공급자 자료 확인 필요)

6) LP 누설수 유량 : 추후 제공 (공급자 자료 확인 필요)

나. 고온조건 성능시험

고온조건에서 성능시험에 의해 고온조건에서 성능곡선을 구하고, 요구

되는 운전조건에서 허용기준치를 초과하지 않는지를 확인하는 시험으로서

성능곡선의 신뢰성 확보를 위하여 최소 10 points 이상 측정되어야 하며, 고

온조건의 성능시험은 정격조건에서 시험이 기동 및 정지시험 시간을 제외하

고, 25시간 이상 운전되어야 한다.

고온조건 성능시험의 운전조건은 다음과 같다.


2) 루프 온도 : 290.6 ±5 oC (Suction Loop 기준)


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4. RCP 내구성시험 (Type Test : 500-hour Test)

RCP 내구성시험은 펌프의 운전 건전성을 검증하기 위하여 다양한 조건에

서 수행하는 시험으로서 500 시간에 걸쳐 수행되며, 시험 중에 상온조건과

고온조건 각각 15회씩의 기동 및 정지시험을 수행하게 된다. 내구성시험의

종류별 시험 항목 및 운전조건은 다음과 같다.

가. Hydraulic performance test

본 시험은 앞에서 기술한 고온조건의 성능시험과 같은 운전조건에서

장시간 운전시험과 기동 및 정지시험을 통하여 펌프의 성능과 기계적 신뢰

성을 확인하는 시험으로서 정격조건에서 기동 및 정지시험 시간을 제외하고,

250시간 이상 운전되어야 한다. 시험을 통하여 측정되어 확인되는 주요 내용

은 성능시험과 동일하며, 다음과 같다.

- Performance data (수두/BHP/효율/전력량 vs. 유량)

- 펌프 casing 차압에 따른 유량

- 전력량 확인을 위한 전압 및 전류

- 펌프 흡입 및 토출부에서 pressure pulsation

- 펌프 및 전동기 frame 진동, 축 Orbit

- 펌프 흡입부에서 온도 및 압력

- 시험 루프에서 온도 및 압력

- 밀봉수 주입 유량, 온도 및 압력

- HP Cooler Inlet & Outlet 온도

- HP 누설수 유량 및 온도

- LP 누설수 유량

- 펌프 및 전동기 Cooler 냉각수 유량, Inlet & Outlet 온도

- Interseal cavity 압력

- Seal 온도

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- 윤활 베어링 온도 및 Oil Cooler Outlet 온도

- Oil 압력

- 전동기 권선 온도 등

그리고 장시간 운전시험은 고온조건 성능시험의 운전조건과 동일한 조건으

로 다음과 같다.







나. NPSHR 검증시험

NPSHR 검증시험은 제시된 NPSHR 곡선의 흡입압력 조건과 동일한

조건에서 RCP 운전시험을 수행하여 비정상적인 진동이나 소음 등이 발생하

지 않는지를 검증하는 시험으로서 모델시험을 통해 측정된 data로부터 예측

된 NPSHR 곡선이 Prototype RCP에 일치하는지를 확인하게 된다.

NPSHR 검증시험 시험을 통하여 측정되는 주요 항목은 진동 및 소음 준위

의 측정을 중점으로 성능시험과 동일하며, 시험을 위한 운전조건은 다음과

같다.

1) 루프 압력 : NPSHR 곡선과 일치하는 압력




다. Coastdown 검증시험

Coastdown 검증시험은 RCP의 1차 안전성 분석에서 추정한 관성서행

능력의 검증을 위한 시험으로서 전원공급이 중단되는 경우 RCS 순환유체의

압력이 낮아져서 최소 한계열유속비(DNBR)에 이를 수 있는데 “최소 DNBR

은 통상운전 시 및 운전시의 이상과도변화 시에 있어서 허용한계치 이상이

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어야 한다.”는 안전요건을 만족하는지를 확인하는 시험이다.

Coastdown 검증시험을 통하여 측정되는 주요 항목은 Speed (RPM) 대비

시간, RCP 유량 대비 시간을 측정하여 Coastdown 특성곡선을 측정하는 것

이 중요하다. 나머지 측정 항목은 성능시험과 동일하며, 시험을 위한 운전조

건은 다음과 같다.



3) 루프 유량 : 정격유량 ± 2%

라. Runout 조건 운전시험

RCP Runout 조건 운전시험은 플랜트의 기동 또는 Cooldown 시에

Runout 유량조건에서도 기계적인 문제가 발생하지 않고 정상적으로 작동되

는지를 확인하는 시험이다.

Runout 조건 운전시험 시험을 통하여 측정되는 주요 항목은 성능시험과

동일하며, 시험을 위한 운전조건은 다음과 같다.




3) 루프 유량 : Runout flow ± 2%

마. Seal transient test

Seal transient test는 RCP seal의 밀봉수 냉각시스템에서 예상되는 이

상조건에서도 펌프의 건전성이 유지되는지 확인하는 시험으로서 다음의 이

상조건에서 시험을 수행한다.

- RCP 운전 중 밀봉수 공급 중단

- RCP 공운전 중 밀봉수 공급 중단

- RCP 운전 중 밀봉수 공급 및 HP-cooler 냉각수 공급 동시 중단

- RCP 공운전 중 밀봉수 공급 및 HP-cooler 냉각수 공급 동시 중단

Seal transient test를 통하여 측정되는 주요 항목은 성능시험과 동일하며,

시험을 위한 운전조건은 다음과 같다.

- 27 -




바. Thrust bearing transient test

Thrust bearing transient test는 RCP thrust bearing cooler에 제한된

시간동안 냉각수가 공급되지 않는 이상조건에서도 펌프의 건전성이 유지되

는지 확인하는 시험이다. Thrust bearing transient test를 통하여 측정되는

주요 항목은 성능시험과 동일하며, 시험을 위한 운전조건은 다음과 같다.




제 3 절 RCP 시험설비 기준용량 및 계통 구성

1. 개 요

RCP 시험설비는 국내에서 개발 중에 있는 APR1400 RCP의 실제 규모를

기준으로 성능시험 및 내구성 시험의 수행을 주 대상으로 고려하고, 원전 원

자로계통 안전 현안 시험 검증, 고온/고압 대용량 일반 산업용 기기 검증 등

의 부수적인 용도에도 적용이 가능하도록 고려하였다. 단, 현재 거론되고

APR+ RCP의 경우는 아직 확정되지 않아 개념설계 단계에서는 고려하지 않

고, 추후 확정이 되면 설계과정에서 반영하는 것으로 하였다.

APR1400 RCP는 규모 면에서 높이가 펌프와 전동기를 포함하면 펌프 지

지물을 제외하고 약 12 m, 전동기의 직경이 약 4 m, 펌프 casing의 외경이

약 2.7 m 이고, 무게는 전동기와 펌프 assembly가 각각 약 80 ton으로 예

상되며, 설계 자료를 기준으로 운전 압력과 온도는 RCP 설계 자료를 기준으

로 약 180 bar / 350 oC 로서 고압과 고온 조건에서 운전되는 초대형 펌프이

다. 따라서 설치되는 RCP 시험설비는 고온고압의 대용량 시설로서 시험루프

의 배관 구경이 38 inch(호칭경 기준) 이고, 길이가 약 30 m에 이를 것으로

- 28 -

예상된다. 전원설비는 RCP 구동을 위해 요구되는 13,200 V 전압과 약 10

MW(정격용량 기준)의 전력량을 고려하여야 하며, 13 MWt 이상의 냉각용

량을 갖는 냉각계통이 시험설비에 포함되어야 한다.

본 절에서는 RCP 시험설비의 기준용량을 국내에서 개발되어 공급될

APR1400 RCP의 시험요건과 설계 용량을 기준으로 하여 시험루프의 설계기

준 유량, 압력 및 온도를 설정하였으며, RCP 시험설비의 계통을 RCP 공급

자(두산중공업)에 의해 공급되는 RCP 및 전동기 계통, 주 루프 계통, 보조계

통으로 구분하여 구성된 각 계통의 개념을 기술하였다.

2. RCP 시험설비 설계용량

RCP 시험설비는 기준 용량은 본 시험설비를 이용하여 성능시험과 내구성

시험을 수행하게 되는 ARP1400 RCP의 시험요건에서 제시된 운전조건의 최

대 유량, 온도 및 압력과 RCP 설계용량을 기준으로 설정되었으며, 이를 기

준으로 안전하고 효율적인 운전이 가능하도록 시험루프 계통을 구성, 설계하

여야 한다.

가. 설계 유량

RCP 시험요건에서 제시된 성능시험 유량 범위는 정격유량의 90%부터

Runout 조건까지로 6.91 ～ 10.4 ㎥/sec 에 해당되며, 정격유량(Rated Flow)

이 7.67 ㎥/sec 이다. 이를 기준으로 RCP 시험루프 설계 유량을 정격유량의

165%인 12.7 ㎥/sec로 설정하였다.

나. 설계 온도

RCP 시험요건에서 제시된 성능시험 온도 조건은 상온조건이 110 ℃

이하 이고, 고온조건이 290.6 ±5 ℃ 이며, RCP의 설계온도가 343 ℃ 이다.

따라서 RCP 시험루프 설계 온도를 RCP의 설계 온도와 동일한 343 ℃로 설

정하였다. 참고로 RCP seal의 설계 온도는 343 ℃ 이다.

다. 설계 압력

RCP 시험요건에서 제시된 성능시험 압력 조건은 156 kg/㎠ ±1% 이

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고, RCP 설계 압력은 17.6 MPa 이다. 따라서 RCP 시험루프 설계 온도를

RCP의 설계 압력과 17.6 MPa 설정하였으며, 참고로 RCP의 시험 압력은

22.0 MPa 이다.

3. 시험설비 계통 구성

RCP 시험설비 계통은 RCP 및 전동기 계통, 주 Loop 계통, 보조계통(밀

봉수, 냉각수, 윤활유, 질소가스 및 압축공기 공급설비)로 구성된다.

RCP 시험설비 유체계통은 그림 3-1에 나타난 바와 같이 RCP 및 전동기

계통, 주 Loop 배관과 주 Loop의 냉각(우회 Loop)과 압력조절(충수 및 유출

수 Loop)계통을 포함하는 주 Loop 계통, 보조계통으로는 RCP Seal에 공급

되는 밀봉수와 RCP 및 열교환기를 위한 냉각수, RCP Standstill Seal에 공

급되는 질소가스, 계측제어설비와 공압 장비 등에 필요한 압축공기 공급계통

등으로 구성된다.

그림 3-1. RCP 시험설비 계통 개념도

- 30 -

가. RCP 및 전동기 계통

RCP 및 전동기 계통은 공급사에서 제공한 그림 3-2의 RCP Auxiliary

System에 대한 Preliminary P&I Diagram에 표기된 내용과 같이 구성된다.

그림 3-2. Preliminary P. & I. Diagram for RCP Auxiliary System

- 31 -

RCP 설계사양 및 지지대를 포함한 내부 구조는 그림 3-3과 3-4에 표기된

내용과 같다. RCP 구동을 위하여 펌프 Seal 밀봉수, 전동기 공기 및 윤활유

냉각기와 펌프 윤활유 냉각기 등에 공급되는 냉각수, 윤활유, Standstill Seal

기밀성 유지를 위한 질소가스 등이 RCP 제작사에서 제시되는 공급요건을

고려하여 설비 용량을 설정하고, 필요한 설비들을 구성하여야 한다.

RCP 계통에 설치되는 냉각기는 전동기의 공기냉각기와 윤활유 냉각기,

RCP 윤활유 냉각기와 밀봉수 고압냉각기가 장착되어 공급되며, 펌프와 전동

기의 회전축에 축진동, 회전속도, Position 등과 Bearing, 윤활유 등의 온도,

Level, 압력 등을 감시하기 위한 계측기 sensor들 대부분은 부착되어 공급될

것으로 예상되나 RCP 및 전동기 공급자에 의해 공급되는 상세 내역을 확인

후 결정될 사안이다. 그리고 계측기들이 부착되어 공급되더라도 RCP 시험

중에 RCP 계통의 감시 및 제어, 계측 자료들에 대한 수집, 기록을 위하여

별도의 계측제어 장비들이 고려되어야 하며, 이는 RCP 공급자가 공급하는

계측기들과의 Interface를 고려하여 구성되어야 한다.

그림 3-3. RCP 설계사양

- 32 -

그림 3-4. RCP 내부 구성도

나. 주 루프 계통

RCP 시험설비 주 루프 계통은 RCP 시험요건서에 근거한 유량, 압력,

온도 범위에서 제시된 성능시험 및 내구성시험을 효율적으로 수행하기 위하

여 그림 3-5의 Draft P&I Diagram에 표기된 내용과 같이 RCP Casing,

RCP 흡입구와 토출부를 연결하는 주 배관 Loop, 주 Loop의 온도제어를 위

한 우회 배관 Loop, 주 Loop의 압력유지 및 제어를 위한 유출수 (Letdown

Water) Loop 배관 및 충수 (Bleeding Water) 공급 Loop 배관 등으로 구성

된다. 그리고 주 배관 루프는 유량 측정을 위한 Venturi type 유량계와 유량

제어를 위한 Branch 배관, Orifice, Butterfly Valve 등과 필요한 온도, 압력

계측기 등으로 구성된다.

1) 유량 제어

주 루프 계통의 유량제어는 주 배관 흡입배관에 설치되는 Venturi

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type 유량계에 의해 계측되며, 유량제어는 Orifice의 교체 없이 주 루프

Branch 배관에 설치되는 Butterfly Valve의 개폐에 의해서 조절이 가능하도

록 개념을 설정하였다. 이 경우 Branch 배관의 구경과 가지 수는 관련 전문

Vendor에 의해 제시되는 유량 제어를 위한 신뢰성 있는 밸브의 개폐 범위를

고려하여 선정되어야 한다.

그리고 Branch 배관의 개념은 그림 3-6의 Case 1과 같이 배관을 이용하는

방법과 그림 3-7의 Case 2와 같이 Ball tank를 설치하여 이를 이용하는 방

안 등 다양한 Geometry를 검토한 후 유량제어의 효율성, 소요 공간, 운전성

등을 고려하여 결정하여야 한다.

그림 3-5. RCP 시험설비 Draft P&I Diagram

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그림 3-6. 유량제어를 위한 주 루프 배관 (Case 1)

그림 3-7. 유량제어를 위한 주 루프 배관 (Case 2)

2) 온도 제어

주 순환계통의 온도제어를 위한 우회 루프 배관이 주 배관 상부에서

분기하여 주 배관 하부로 연결되도록 설치되며, 우회 루프 배관은 순환펌프

(필요시), 냉각기, Control Valve와 온도, 압력, 유량 계측기, 필요한 Valve

및 Orifice 등으로 구성된다.

온도제어는 주 루프에 설치되는 Temperature Controller(TIC)와 연계하여

우회 루프에 설치되는 Temperature Control Valve(TCV)와 Orifice가 설치되

는 By-pass 라인을 통해 조절되도록 개념을 설정, 구성하였다.

Heating Rate과 Cooling Rate은 열충격에 의한 응력을 고려할 때 50 ℃/hr

를 기준으로 하는 것이 바람직할 것으로 보이며, 상세한 Heat-up Rate는 응

력해석을 통하여 루프배관의 안전성을 확인한 후 결정하여야 한다.

그리고 온도제어를 위한 우회 루프의 구성에서 루프의 운전조건이 고압인

- 35 -

것을 고려하여 가능한 순환펌프의 사용을 배제하à고려건이적이고 경제적인 냉

각능력가능한 순환해야 한다. 주 루프 설계에서 RCP의 축동력이 약 10 MW

이상으로 시험루프 유체에 가해지는 열량을려건이적인 제거를 위한 냉각기

설계가 매우 중요하므로 냉각기 용량 및 형태의 선정에 특히 유의해야 한다.

냉각기의 용량기준은 하절기 가장 낮은 시험 온도조건의 유지가 최대용량

기준이 되며, 동절기 가장 높은 시험 온도조건이 최소용량 기준이 되도록 순

환해야 한다.

3) 압력제어

주 순환계통의 압력을 제어하기 위해서 충수 및 유출수 루프 배관이

설치되며, 충수 루프 배관은 Pressurizing 펌프와 유량, 압력 계측기 등으로

구성되고, 주 배관 상부로 연결된다. 유출수 루프 배관은 냉각기, Control

Valve와 온도, 압력, 유량 계측기, 필요한 Valve 및 Orifice 등으로 구성된다.

주 순환계통의 압력제어는 주 루프에 설치되는 Pressure Controller(PIC)와

연계하여 유출수 루프배관에 설치되는 Pressure Control Valve(PCV)와 충수

공급을 위한 Pressurizing Pump를 통해 조절되도록 한다. 특히, 유출수가

고압, 고온 조건의 루프배관에서 상압, 상온의 순수저장조로 배출됨으로 인

한 온도, 압력 차에 의한 충격으로 인한 안전성을 고려하여 유출수 압력과

온도를 낮추기 위한 Restriction Orifice와 냉각기가 설치되도록 개념을 설정,

구성하였다.

그리고, 정상 운전조건에서 RCP로 공급되는 밀봉수 유량과 밀봉 누설수

유량의 차이만큼의 유량을 항상 일정하게 유출되도록 하여 주 배관의 압력

상승을 방지하도록 설계하였다.

다. RCP 보조계통

RCP 시험루프 보조계통으로는 RCP 밀봉수 및 충수 공급계통, RCP 및

RCP 전동기 냉각수 공급계통, 윤활유 공급계통, 질소가스 공급계통 및 압축

공기 공급계통으로 구성된다.

1) 밀봉수 및 충수 공급계통

밀봉수 및 충수 공급계통은 RCP 펌프 Seal에 공급되는 밀봉수와 주

시험 Loop로 공급되는 충수를 공급하게 되며, 주 루프의 압력을 유지하기

- 36 -

위한 기능을 가지게 된다. 밀봉수와 충수는 동일한 수질의 순수를 사용하게

되며, RCP 제작사에서 요구하는 수질조건을 고려하여 한국원자력연구원 중

앙공급시설에서 공급되는 순수(Demi-water)를 처리하여 공급하게 된다.

밀봉수 및 충수 공급계통의 구성은 중앙공급시설에서 공급되는 순수를 저

장하는 1차 순수저장조, 수처리장치(Deionizer), 처리 후 순수저장조까지는

공유하게 되며, 밀봉수 및 충수 공급펌프, Filter와 배관, 계측제어설비 등으

로 구성되는 공급 배관은 분리하여 설치하게 된다. 밀봉 누설라인은 저압라

인과 고압라인으로 구분되어 온도, 압력 및 유량이 계측되도록 하며, 저압

밀봉수 누설유량은 적은 유량이므로 배수하고, 고압밀봉 누설수는 순환되어

재사용하도록 설계해야 한다. 그리고 처리 후 순수저장조에는 공기 접촉으로

인한 산소 용존 등을 배제하기 위하여 저장조 상부에 질소가스 Purging 시

스템이 설치되어야 한다.

공급되는 밀봉수와 충수의 수질은 다음의 수질요건을 만족하여야 한다.

* 밀봉수/충수 수질요건

- Conductivity : < 5.0 mho/cm

- pH (20 ℃) : 4.5 ～ 10.6

- Halogens : Chloride ; < 0.60 ppm

Fluoride ; < 0.40 ppm

- Visual Clarity : No turbidity, oil or sediment

- Hydrazine inhibitor(N2H4) : 30 ～ 50 ppm*

* 밀봉수 공급요건

- 밀봉수 유량 1,800 ℓ/hr

- 밀봉수 압력(HP Cooler 전단 기준) 168 kg/cm²A

- 밀봉수 온도 15.5 ～ 65.5 ℃

- 고압밀봉수 누설유량 1,000 ℓ/hr

- 저압밀봉수 누설유량 5 ～ 20 ℓ/hr

- 밀봉누설수 온도 최대 100 ℃

- 밀봉누설수 압력(고압/저압) 10 bar / 6 bar

2) 냉각수 공급계통

냉각수는 RCP 기기냉각수와 시험루프 냉각기 및 기기냉각수 온도제

- 37 -

어를 위해 설치되는 냉각탑에 공급되는 2차 냉각수로 구분된다. 기기냉각수

는 RCP 및 RCP 전동기 윤활유 냉각 및 RCP 전동기 공기냉각을 위해 RCP

에 장착되어 공급되는 열교환기 형태의 냉각기와 밀봉수 공급라인에 설치되

는 고압냉각기(HP Cooler), 주 Loop 유출수와 밀봉누설수의 냉각을 위하여

회수라인에 설치되는 기기 냉각기에 열교환용으로 공급된다. 기기 냉각수의

수질요건은 hydrazine inhibitor에 기준을 제외준을 제밀봉수 수질요건치되동일

하or에연구원 중앙공급시설에서 공급되는 순수를 그대r에일하할 수 있

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냉각기 수량열부하

(Btu/s)

유량

(US gal/h)

압력강하

(psi)

RCP 윤활유 냉각기 3 30,367.5508

(최대 610)8.0

RCP 고압 냉각기 1 추후 제공 추후 제공 추후 제공

RCP 전동기 윤활유

냉각기2 130,320

1,712

(최대 2,054)6.32 psi

RCP 전동기 공기 냉각기 2 33415,600

(최대 18,720)8.7 psi

표 3-2. RCP 및 RCP 전동기 냉각기 설계조건

3) 윤활유 공급 및 수집계통

윤활유는 RCP 및 RCP 전동기에 부착되는 윤활유 저장조에 채워지게

되며, 윤활유 공급계통의 저장조, 윤활유 순환펌프와 열교환기 형태의 윤활

유 냉각기, 계측기기 등으로 구성된다.

대부분의 윤활유 계통 설비는 RCP 제작자가 공급하게 되며(추후 공급범위

확인 필요), 시험설비에는 RCP에 부착되는 윤활유 저장조에 윤활유를 공급

하고, 누설 윤활유와 필요시 Drain을 위한 윤활유 수집장치 등과 RCP 공급

자가 공급하게 되는 윤활유 계통의 계측제어기기를 고려하여, 윤활유 저장조

의 저장량, 윤활유 공급 압력 및 온도, 윤활유 순환펌프의 조작 및 운전상태

감시 등을 위한 중앙제어실 계측제어설비와 일부 현장계측기기의 설치가 설

계에 고려되어야 한다.

RCP 윤활유 수집장치는 누설 윤활유 수집하기에 충분한 크기의 배관을 갖

추고, 수집탱크의 용량은 RCP 및 RCP 전동기 전체 윤활유 계통에 체류하고

있는 전량을 수용할 수 있는 규모로 고려되어야 한다.

4) 질소 가스 공급계통

질소 가스는 RCP 정지 시 Standstill Seal의 기밀성 유지를 위하여 공

급하게 되며, 기화장치가 내장된 액체 질소 Cylinder와 압력제어장치로 구성

된다. RCP Standstill Seal로 공급되는 질소가스 공급조건은 RCP 제작자가

제시하게 되며, 현재 제시된 조건은 공급압력 6 bar, 유량 (추후 제공) ℓ

/min이고. 공급되는 질소가스의 순도 99.99%에 산소를 5 ppm 미만으로 함유

하여야 한다.

- 39 -

그리고 밀봉수 저장조에는 공기의 혼입으로 인한 산소의 용존을 방지하기

위하여 약 25 mmAq 정도의 질소를 Covering 가스로 공급하는 것이 바람직

하며, 밀봉수 Injection 펌프 흡입 안정기와 맥동 완충기(Accumulator)에도

공기의 혼입을 방지하기 위하여 질소 가스의 공급이 필요할 수도 있으므로

관련기기 제작사와 협의를 통하여 설계에 반영 여부를 결정하여야 한다.

5) 압축공기 공급계통

압축공기 공급계통은 계측제어장비(계측기 공기)와 Air 공구와 같은

장비에 사용을 위하여 공급된다. 압축공기는 당 연구원 중앙원동실에서 공급

되는 압축공기 주 배관으로부터 분기하여 인입하게 되며, 압축공기 유분 및

수분을 제거하기 위한 Filter와 Surge tank, 압력제어장치 등으로 구성된다.

압축공기의 공급조건은 계측제어장비 설계요건을 고려하여 유분이 없고,

최대 이슬점 －40 ℃ 이하, 소요 유량 조건에서 최소 5.3 kg/cm²에서 최대

7.4 kg/cm²을 만족하도록 설계되어야 한다.

제 4 절 분야별 설계 개념

1. 개 요

RCP 시험시설은 국내 개발사에 의해 제작되어 공급되는 RCP와 전동기

및 시험루프와 연계되는 배관 및 부속기기 등 기계 및 배관설비, 계측제어

및 DAS 설비, 154 KV TR을 포함하는 전기설비, 시험동 건축 구조물과 건

물설비 등으로 구성되며, 본 절에서는 각 분야별 설계 개념을 정립하여 기술

하였다.

2. 기계 및 배관 설비

가. 시험루프

주 루프 배관에는 RCP 성능시험 및 내구성 시험조건에서 요구하는 유

량과 압력, 온도 범위를 효율적으로 계측하고 제어할 수 있는 계측제어장비

들을 포함하여 구성하여야 하며 다음의 개념들이 설계에 반영되어야 한다.

- 40 -

1) 주 루프

성능시험 시험조건에서 요구하는 넓은 범위의 유량을 효율적으로 제

어하기 위하여 여러 개의 지관(branch)과 orifice 또는 유량제어 밸브의 설치

등 루프 배관의 최적화를 위한 설계를 고려하여야 한다. 주 루프에 공급하는

충수를 공급하기 위한 배관은 루프 상단, 유출수 배관은 루프 하단부에 설치

되도록 설계에 고려하는 것이 바람직하다. 주 루프의 온도 제어를 위해 설

치되는 우회 냉각루프 배관은 주 루프 배관의 최하단부에 설치되는 것이 바

람직하며, 주 루프의 배기를 위한 배기설비가 설계에 고려되어야 한다. 그

리고 시험설비의 주 루프 배관을 과압으로부터 보호하기 위해 적절한 압력

방출 밸브 등이 설계에 고려되어야 한다.

그리고 주 루프의 계측기는 앞에서 시험조건으로 제시된 유량, 온도 및

압력조건을 고려하여 RCP의 흡입 및 토출 루프에서의 유량, 온도, 압력 및

차압을 효율적으로 계측 및 제어가 이루어지도록 시스템을 구성하여야 한다.

유량계로는 36 인치(추후확정) 용접 금속판 벤츄리 유량계의 사용을 검토

하며, 유량계의 정밀도 및 설치요건을 고려하여 충분한 직관거리가 유지되어

야 한다. 이 경우 두 개의 벤츄리 차압이 독립적인 압력전송기로 측정되고

각각 유량으로 환산되어, 산술평균값이 성능시험 결과로 사용되어야 한다.

유체 밀도를 계산하기 위해 유량계 후단 배관에서 유체의 온도 및 압력을

측정할 수 있는 계측기를 설치한다. 온도계측은 3-Wire RTD를 우선 적용하

며, K-Type Thermocouple (Lead part : 3 mm ungrounded, Special Grade,

Support 1/4 inch 이상 Fitting Type)은 지정 위치에만 적용한다. 유량계, 압

력계, 제어밸브 등은 Internal Loop Power Supply Type이며, 4～20 mA 출

력 Signal Type을 우선 적용한다.

주 루프의 온도제어는 주 루프 배관에 설치되는 온도 Controller와 우회 루

프 배관에 설치되는 Control Valve를 연계하여 제어되도록 하며, 주 루프의

압력제어는 주 루프 배관에 설치되는 압력 Controller와 유출수 루프 배관에

설치되는 Control Valve 및 충수 루프를 연계하여 제어되도록 한다.

2) 우회 냉각루프

RCP는 상온과 고온 조건에서 성능 및 내구성 시험을 수행하여야 하

므로 주 Loop의 온도제어가 필요하다. 따라서 주 루프 온도조절계통은 RCP

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펌프 축동력에 의해 유체로 전달되는 열로 인한 온도상승을 제어하기 위하

여 냉각기를 포함한 우회 냉각루프를 설치하여 순환함으로서 주 루프의 시

험온도를 조절하는 기능을 갖는다. 우회 냉각루프는 순환펌프, 냉각설비, 온

도제어를 위한 유량제어, 압력 및 온도를 계측, 제어하기 위한 계측제어설비

등으로 구성된다. 우회 루프의 설계 유량은 제시된 시험조건을 기준으로 열

용량 및 차압 제어방안 등을 고려하여 적정 유량을 계산하여 설정하여야 한

다.

우회 냉각루프에 순환펌프의 설치여부 및 위치와 관련하여 주 루프의 압력

balance에 대한 해석을 통하여 바람직한 방안을 설계에 반영하여야 하며, 시

험조건에서 제시된 온도제어 범위를 고려하여 냉각기 전문제조업체의 기술

지원을 통하여 냉각기 용량, 최대 냉각능력, 온도제어능력 등을 계산하여 기

준사양을 결정하는 것이 바람직하다.

적용할 냉각기 형태는 냉각용량 및 고압조건에서 적용성 등을 고려하여

밀폐형 water-to-air 냉각기를 포함한 효율적인 냉각기 형태를 검토하여 바

람직한 냉각기 형태를 선정하여야 하고, 동절기에 성능 및 내구성 시험의 수

행을 위하여 heating system의 설치가 필요한지를 검토하여 설계에 반영하

여야 한다.

시험루프 온도제어를 위한 계측제어설비는 앞에서 시험조건으로 제시된 주

루프의 온도제어가 용이하도록 용량과 계통을 설계하여 계측제어 조건을 설

정하여야 하며, 냉각기 입출 배관에서 유체의 유량, 온도 및 압력과 냉각기

수조 수위 등을 효율적으로 계측 및 제어가 용이하도록 시스템을 구축되어

야 하며, 우회 냉각 루프에 Control Valve를 설치하고 주 루프 배관에 설치

되는 온도 Controller와 연계하여 냉각기로 공급되는 순환 유량과 냉각기 운

전조건을 제어함으로서 시험조건에서 제시된 주 루프의 온도를 유지할 수

있도록 계측제어 시스템을 구축하여야 한다.

3) 충수 및 유출수 루프

시험루프로 시험유체인 순수를 공급하고 RCP 시험조건에서 제시된

압력조건을 유지하고, 제어하기 위하여 충수와 유출수 루프가 설치된다.

충수 루프는 주 루프에 지속적인 보충수 공급 및 압력유지를 위해 설치되

며, 충수는 밀봉수 저장조로부터 공급된다. 충수 루프는 충수 공급펌프와 공

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급압력 및 유량, 온도를 계측, 제어하는 설비로 구성되며, 충수 루프의 설계

유량은 제시된 RCP 시험조건을 기준으로 공급압력 및 유량과 제어방안 등

을 고려하여 적정 압력과 유량을 설정하여야 한다. 그리고 공급되는 충수의

온도(상온)를 고려하여 주 Loop에서 온도유지 및 상온의 충수 공급으로 인

한 주 Loop 연결 부위에서의 열충격 등을 분석, 검토하여 공급되는 충수 배

관에 가열기의 설치 여부를 설계에 반영하여야 한다.

유출수 루프는 주 루프에 시험압력을 제어하기 위하여 설치되며, 유출수는

주 루프로부터 밀봉수 저장조로 배출되며, 주 루프의 압력 Controller와 연계

되는 유출수 제어설비, 유출수를 냉각시키기 위한 열교환기와 유량, 온도를

계측, 제어하는 설비로 구성된다. 유출수 루프의 설계 유량은 설계자가 앞

에서 제시된 RCP 시험조건을 기준으로 공급압력 및 유량과 제어방안 등을

고려하여 적정 압력과 유량을 설정하여야 하며, 유출수 냉각을 위한 열교환

기의 용량은 유출수 온도와 밀봉수 저장조와 온도 및 압력차를 고려하여 밀

봉수 저장조에서 충격 등을 분석하여 설계하여야 한다.

충수 루프의 계측기는 앞에서 시험조건으로 제시된 주 루프의 온도 및 압

력조건을 고려하여 제어가 용이하도록 설계자가 용량과 계통을 설계하고 계

측제어 조건을 설정하여야 하며, 충수의 유량을 제어할 수 있도록 루프에

Flow Control Valve 및 Controller를 설치하고, 충수의 공급압력은 충수공급

펌프와 연계하여 압력제어가 되도록 제어계통을 구성한다.

유출수 루프의 계측기는 앞에서 시험조건으로 제시된 주 루프의 압력 및

온도를 고려하여 제어가 용이하도록 설계자가 용량과 계통을 설계하여 계측

제어 조건을 설정하며, 유출수의 유량은 주 루프의 압력을 고려하여 유출수

루프에 압력 Control Valve를 설치하여 주 루프의 압력 Controller와 연계하

여 제어되도록 설계한다.

나. 펌프

시험설비에 설치되는 펌프와 관련된 설계개념으로서 각 펌프의

NPSHR을 만족해야 하며 적절한 여유도를 고려해야 한다. 각 펌프의 흡입관

은 기체의 포집을 방지할 수 있어야 하며, 충전펌프의 방출수는

원자로 냉각재 펌프(rcp) 시험설비 개념설계 보고서 · 2011. 1. 28. · plan to...

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