원자력발전소, 온라인으로 ‘종합 검진’한다
‘원자로계통 구조건전성 통합 감시/진단 시스템’ 본격 적용
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가동 중인 원자력발전소의 주요기기를 온라인으로 ‘종합검진’하게 돼 화제다.
한국원자력연구원(원장 양명승)은 핵심 기기 및 구조물의 건전성과 이상 발생 여부를 온라인으로 ‘종합 검진’하는 ‘원자로계통 구조건전성 통합 감시/진단 시스템(NIMS; NSSS Integrity Monitoring System)’이 민간 기업에 이전돼 국내·외 원전에 본격 적용된다고 24일 밝혔다.
원자력원은 원자력융합기술개발부 박진호 박사 팀이 개발한 NIMS 관련 특허 3건 및 관련 프로그램 10건을 삼창기업㈜에 이전하기로 하고 기술실시 계약을 체결했다. 고정 기술료 3억 원에 제품 판매액의 3~8 %(국내 원전 장착시 3~5 %, 국외 원전 판매시 8%)를 경상 기술료로 받는 조건이다.
기존 노후화 제품 대체 설치
이번에 기술 이전한 NIMS는 원자력 발전소의 핵심 설비인 원자로계통 구성 기기 및 구조물(원자로, 증기발생기, 냉각재펌프, 가압기 및 배관 등)을 온라인으로 검진해 건전성 상태를 확인할 수 있는 기술이다. 박진호 박사 팀은 NIMS 지난 2006년부터 지난해까지 3년간 한국수력원자력㈜, 삼창기업㈜의 공동 참여를 통해 순수 국내 기술로 개발하는 데 성공했다.
NIMS는 원전 운영 주체인 한국수력원자력㈜이 연구개발비 일부를 지원하고, 이례적으로 연구개발 기간 중인 2007년 11월 영광 3호기 원전에 시험설치해 기존 시스템에 비해 향상된 성능과 신뢰성을 검증받았다. 향후 2011년 영광 4호기와 울진 1~4호기 등에도 기존의 노후화된 외국 제품을 대체해 설치될 예정이다.
▲ I-NIMS 개요도
해외 수출 적극 추진 계획
원자력연 관계자는 “NIMS는 순차적으로 국내 전체 원전에 교체 공급돼 가동 중인 국내 원전의 안전성 향상에 크게 기여할 전망이다”고 밝혔다. 원자력연에 따르면 NIMS가 국내 원전 20기에 모두 장착될 경우 수입대체 효과는 400억~500억 원으로 추산된다. 이와 별개로 원자로계통의 정확한 상태 진단을 통해 원전의 불시정지 가능성을 줄임으로써 얻게 될 경제적 파급효과도 막대할 것으로 예상된다.
원자력연은 NIMS가 국내 원전에서 성능이 입증되면 해외 수출도 적극 추진할 계획이다. NIMS는 현재 대부분 외국 제품을 사용하고 있는 원전 2차 계통 및 수/화력 발전소 배관, 펌프 및 터빈 등의 진동 감시 시스템 국산화에도 적용이 가능해 이 분야로 확장할 경우 수입대체 효과는 1,000억 원 이상일 것으로 추산된다.
NIMS란?
원자로계통 구조건전성 통합 감시/진단시스템(-NIMS)은 원자로내부구조물진동감시시스템(IVMS; Internal Vibration Monitoring System), 금속파편감시시스템(LPMS; Loose Part Monitoring System), 음향누설감시시스템(ALMS; Acoustic Leak Monitoring System) 및 원자로냉각재펌프-진동감시시스템(RCP-VMS; Reactor Coolant Pump Vibration Monitoring System) 등 4개 부속 시스템으로 이뤄져 있다. 각각에 대한 자세한 설명은 다음과 같다.
① 원자로내부구조물진동감시시스템(IVMS)은 원자로에 설치된 노외 중성자 검출기의 잡음신호를 분석해서 원자로 내부 구조물의 진동 특성 변화를 감시함으로써, 원자로 내부 구조물의 체결력 저하 또는 지지상태의 악화를 조기 검진할 수 있는 시스템이다.
- 원자로 내부 구조물들은 각기 고유한 진동 주파수를 가지고 있는데, 구조적으로 문제가 생기면 주파수 성분 및 크기가 변하게 돼 이를 정밀하게 관찰하면 이상 여부를 파악할 수 있다.
- 신체 내부의 장기에서 병이 발생하면 그 장기와 관련된 맥박의 주기 및 세기가 달라지듯, IVMS는 노심 지지통 및 핵연료 채널의 고유 주파수의 변화를 감시함으로써 이상 상태를 조기에 감지해낸다.
② 금속파편감시시스템(LPMS)은 원자로 계통의 외부 표면에 설치된 진동 가속도 센서를 이용해서 계통 내부 이물질에 의한 충격파를 탐지함으로써, 이물질의 진위여부, 발생위치 및 충격 에너지의 정도를 검진할 수 있는 시스템이다.
- 사람 혈액 속에 이물질이 생기면 혈관이 막히거나 심장으로 들어가 건강에 심각한 문제를 야기하듯, 원자로 내부에서 발생한 금속 파편도 고온고압의 환경에서 빠르게 움직이다 구조물에 부딪치면 냉각수 누출 등 원전 안전성에 심각한 영향을 미치는 사고가 발생할 수 있다.
- 박진호 박사팀은 고주파용 아날로그 신호격리 증폭기, 실시간 충격 신호 검출용 알고리즘을 내장한 고성능 다채널 디지털 신호처리 프로세서 등 하드웨어와, 시간-주파수 동시 분석방법을 적용한 소프트웨어를 개발함으로써 주변 잡음이 존재하더라도 이물질의 존재를 정확하게 진단하고 온라인으로 경보를 발생시키는 LPMS를 개발해냈다.
▲ 영광 원전 3호기에 적용된 NIMS
③ 음향누설감시시스템(ALMS)은 음향 방출(acoustic emission) 센서를 이용해서 원자로계통의 압력경계 면에서 균열 또는 냉각재의 누설이 발생할 경우 이를 온라인으로 신속하게 탐지할 수 있는 시스템이다.
- 사람의 혈관 벽에 지방이 축적되면 협심증이나 심할 경우 혈관이 파열되서 뇌졸중을 일으킬 수 있는데, 이를 조기에 발견해서 신속하게 병원으로 후송하면 목숨을 건질 수 있다.
- ALMS는 원자로계통의 균열 발생 또는 누수를 조기에 감지함으로써 원자로의 냉각재 유출과 같은 대형 사고를 조기에 차단, 원자력발전소의 안전성을 보장해주는 검진 장비이다.
④ 원자로냉각재펌프-진동감시시스템(RCP-VMS)은 진동 가속도 센서 및 비접촉 변위센서를 이용해서 원자로냉각재펌프 회전축의 이상 상태 및 지지 베어링의 결함을 온라인으로 조기에 감시하는 시스템이다.
- 사람의 몸에서 심장은 혈액을 순환시킴으로써 신체 곳곳에 산소와 영양분을 공급하는 역할을 하는데, 원자력발전소에서는 원자로 계통의 냉각재를 순환시키는 원자로냉각재펌프(RCP; Reactor Coolant Pump)가 심장의 역할을 하는 핵심 기기이다.
- 박진호 박사팀은 베어링이나 모터 등 원자로냉각재펌프의 부품에 결함이 발생했을 때 결함의 존재 여부와 이상상태를 분석할 수 있는 첨단 검진기법을 개발함으로써 RCP-VMS를 완성했다.
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