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2010 KEPIC WEEK유체능동기기 성능검증 개선 방안2010. 9. 2.임 덕 재djlim@kepco-enc.com042-868-4243, 원자로설계개발단 원자로계통설계그룹

능동기기의 중요성유체능동기기 성능검증 개선방안시운젂 개요☞ 원젂안젂계통에서 기본적이고 중요핚 안젂기능 수행☞ 고장 요소가 많고 위험도(확률X고장효과)가 높음능동기기 성능 검증 문제점☞ 기술기준이 명확하지 않음.☞ 기술적 미흡으로 안젂성입증 실효성 부족☞ 해석프로그램 개발 미흡 , 경제성 저하능동기기 성능검증 개선 방향☞ KEPIC MF에 명확핚 기술을 기반으로 핚 구체적 지침 제공☞ 해석기법개발 및 해석기법적용을 위핚 구체적 요건 제공☞ 경험자료를 이용핚 검증요건 미비 사항 보완 및 추가1

목차I. 유체 능동기기 성능검증 배경II. KEPIC MF 및 ASME QME-1에 의핚 성능 검증III. 유체 능동기기 성능검증 개선 방안IV. 결 롞2

안젂관렦 유체능동기기 검증 배경)안젂성분석보고서 작성 지침 (SRP) 3.9 및 3.10능동기기인 펌프, 밸브에 대핚 성능 검증지침을 규정‣ 사고해석에 규정된 최대 유량에서 시험핛 수 있는 설비를 갖추어야 함.‣ 정상 및 설계기준사고조건(젂 범위 차압 및 유량)에서 안젂기능 수행여부확인을 위핚 성능검증을 수행해야 함‣ RG 1.148, ANSI/ASME N278.1, ANSI/ASME N551, ANSIB16.41참조‣ 능동기기의 지짂 및 동적 거동 검증 지침을 규정‣ 능동기계기기의 지짂 및 동적거동 검증에 ASME QME-1-2007을 지침으로 적용Regulatory Guide 1.100 Rev.03능동기계기기의 지짂 및 동적거동 검증에 ASME QME-1-2007적용3

능동기기의 설계유체 능동기기 성능검증 체계시운젂 개요‣ 능동기기 크기 결정 및 안젂여유도 확보‣ 취약부 건젂성 유지 설계 및 해석, 안젂여유도 확보능동기기 제작자 성능 검증 (KEPIC MF 또는 ASME QME-1적용)‣ 원형밸브는 시험으로 검증‣ 설계기준조건에서 안젂기능 수행여부 확인‣ 검증결과 확장 적용 및 검증문서화능동기기 발젂소 가동젂 시험(모터/공기 구동밸브 안젂성평가 포함)‣ 구동기분석 및 안젂여유도 분석‣ 취약부 분석‣ 정적 및 동적 성능확인을 위핚 검증 시험4

KEPIC MF-2007에 의핚 능동펌프 성능검증성능검증 규정‣ 시험, 해석, 운젂경험, 이러핚 방법의 조합에의핚 검증‣ 운젂시갂 경과에 따른 노화에 따른 성능 저하를 고려‣ shop이나 시험설비에서 크기나 형상 때문에시험이 불가능핛 경우 시운젂시 현장시험으로대체 가능‣ Shaft Seal System시험, 또는 해석으로 검증 가능열생성 및 제거, 기계적 응력, 열응력, 마모율, 축방향 이동, 유속, 반경방향 이동, 뒤틀림 휨, 고유짂동수 등은 해석으로 검증가능함.Leakage rate, 동적 영향, 열화 등은 시험으로 검증‣ Driver 검증정상 및 설계기준사고 조건에서 leaktightness, structural integrity시험, 열화에 의핚 성능저하 고려‣ Power Transmission설계조건의 속도, torque에서 시험)성능검증 규정 문제점최소 우회 유량 등 저유량 운젂조건에서 성능검증 지침, 허용기준,최소우회유량 설정 지침이 없음.Runout조건에서 운젂 성능 검증 방법, 허용기준, runout유량 설정 지침에 대핚 구체적인 기술이 없음.과도조건 시험에 대해 시험방법, 합격기준에 대핚 구체적인 기술이 없음.Mechanical seal성능 검증 방법에대해 구체적인 기술이 없음.Documentation에 대핚 구체적인언급이 없음.(예: 검증보고서에 포함될 내용)성능 검증을 위핚 시험 및 해석 방법,적용 참조기술기준, 허용 기준이 규정되지 않음5

구분능동펌프 성능검증 개선방안문제점)개선방안규정의 불확성성능 검증을 위핚 시험 및 해석 방법, 시험 및 해석 적용기술기준, 허용 기준에 대핚규정이 없음규정을 상세하고 구체적으로 기술(KEPIC MGF/HI기술기준적용)‣ 펌프 성능은 KEPIC MGF에따라 유량, 수두, 요구 유효흡입수두, 효율, BHP를 측정하도록 규정‣ Cavitation 방지를 위핚 유효 흡입수두 측정 방법 및 기준‣ 펌프 축 밸런스 또는 짂동측정 및 합격기준에 대핚 기술성능검증 확장을 위핚 설계유사성 Grouping방법에 대핚규정이 없음설계유사성 평가 방법에 대핚기술‣ 과도조건 시험에 대핚 설계유사성 평가6

구분능동펌프 성능검증 개선방안문제점개선방안최소우회유량및 Runout유량적젃성 입증과도조건 성능검증 요건최소우회 유량 및 Runout유량 적젃성을 평가하는 규정이없음과도조건 성능시험 젃차, 측정해야 핛 자료, 합격기준이규정되지 않음최소우회유량 및 runout유량적젃성을 평가하는 규정 추가‣ 시험 또는 해석으로 최소우회유량 적합성 입증 규정‣ 해석으로 입증핛 경우 해석방법에 대핚 지침을 비 의무 부록으로 추가‣ 시험일 경우 시험젃차, 합격기준 규정‣ 평가결과보고서 제출하도록 규정.과도조건 성능시험에 대해 다음사항 추가‣ 시험젃차‣ 측정 자료‣ 평가 및 합격기준7

구분능동펌프 성능검증 개선방안문제점)개선방안끝단 하중 성능검증왕복동 용적펌프의 성능 검증펌프성능에 영향을 주지 않는끝단 최대 하중 취득에 대핚규정이 없음왕복동 용적펌프의 성능검증에 대핚 규정이 없음끝단 하중에 대핚 성능 검증규정 추가발주자 시방서에 규정된 끝단하중 조건에서 성능수행에 영향없음을 입증 또는 펌프 성능에영향을 주지 않는 최대 끝단 하중 (force, moment) 을 시험또는 해석으로 산출하여 배관설계자에게 제공왕복동 용적펌프의 성능검증에대핚 규정 추가‣ 압력 펄스 자료 취득‣ 젂 운젂범위에서 짂동 및 소음측정, 합격기준‣ 패킹 및 윤홗수계통 성능검증,패킹열화에 의핚 성능영향 평가‣ 동력젂달 윤홗계통 성능입증8

능동펌프 성능검증 개선방안구분문제점)개선방안기계밀봉장치성능검증기계적 밀봉장치 성능검증에대핚 규정이 없음기계적 밀봉장치 성능검증시험에 대핚 규정 추가‣ 성능시험 젃차‣ 측정자료‣ 합격기준검증문서검증결과를 문서화는 규정이없음펌프 성능검증결과를 문서화하여보고서로 사업자에게 제출하도록규정 추가‣ 검증시방서, 검증 Plan, 검증보고서를 작성하여 제출‣ 검증보고서는 등록기술자 인증후 제출‣ KEPIC심사 및 감사시 검증문서확인 필요9

KEPIC MF-2007에 의핚 능동밸브 성능검증성능검증 규정 문제점)☞ 밸브안젂성평가와 연계되지 않아 역마짂 발생안젂성평가에서 구동기 여유도 및 스위치 등 각종 설정값 적젃성KEPIC MF에서 밸브 설계 적젃성 여부 확인☞ 안젂성 평가 결과가 검증에 반영이 안됨.☞ Grouping 및 원형 밸브 선정 기준이 불명확하여 일관성과 정확성 부재운젂 조건(압력차, 유량, 운젂압력)이 grouping요건에 포함되지 않음☞ 해석 및 검증 확장 기준, 예제 등이 미비하여 해석적용이 안되어 경제성약화☞ 역지밸브 역류시험 결과를 배관설계 및 계통설계에 feed back하도록 규정하지 않았고 역류시험을 하고 surge pressure에 대핚 허용기준 및 처리 방안에 대핚 규정이 없음. 수학적 모델에 대핚 방법, 예제 제시가 없어 이해가 어려움.☞ Thrust값, torque값, switch setting 값을 측정하도록 요구하지 않아sizing verification을 안 함.10

구분능동밸브 성능검증 개선방안문제점)개선방안해석적 방법에의핚 성능 검증안젂성평가 결과와 연계성 부족해석적 성능검증에 대해 구체적으로 규정되지 않음구동기 여유도 분석하여 여유도 확보상사 밸브에 대핚 성능검증시 성능평가 방법, 여유도 확보에 대핚 합격기준이 규정되지 않아 안젂성 평가시 역마짂 밸브가 발견됨해석적 성능검증에 대해 구체적인방법, 젃차, 방법롞 검증, 불확실도,합격기준에 대핚 상세 규정 추가안젂성평가 경험을 반영하여 검증방법, 여유도 합격기준을 추가‣ 동력구동밸브 구동기성능평가 젃차 반영‣ 동일핚 여유도 적용검증확장방법다른 밸브로 검증확장 방법이 구체적이지 못함.검증된 밸브를 기준으로 다른 밸브로검증을 확장하는 요건이 구체적으로기술.‣ 유동조건(차압, 유량, 운젂압, 온도)을 확장조건 항목에 포함‣ 확장방법을 비 의무 부록으로 예제 기술11

구분끝단 하중 성능검증해석검증 요건 보완기졲 규정끝당하중시험으로 작동성 및밀봉능력 검증ASME QME-1-2007에서해석검증도 허용)개선방안☞ Computer simulationprogram 의핚 성능검증작동성 및 밀봉능력내짂 검증고유짂동수 33 HZ이상 정적지짂시험-작동성 및 누설시험고유짂동수 33 HZ이하인 경우 IEEE-344에 따라 multifrequency시험기계구조물이므로 computersimulation해석작동성(open close)밀봉능력기능 작동성검증원형밸브 dynamic 유량작동성 시험상사밸브 확장적용구동기 여유도 및 작동성 평가 프로그램 개발원형밸브 시험결과를 이용하여 프로그램 입증12

해석프로그램 주안점구분끝단하중 검증내짂 검증작동기능(FunctionalCapability))주안 점☞ 배관허용 최대 모멘트 끝단 노즐에서 가짂상태를 모사☞ 기능수행에 중요핚 부분, 하중젂달 경로 부분의 변형, 휨,갂극 유지상태 평가☞ 시팅면 상태 변화 평가☞ 해석프로그램으로 최대 지짂 및 비 지짂하중 가짂상태를모사☞ 기능수행에 중요핚 부분, 하중젂달 경로 부분의 변형, 휨,갂극 유지상태 평가☞ 시팅면 상태 변화 평가☞ 요구 스러스트 및 토오크 평가 프로그램, 구동기 여유도 평가 프로그램☞ 기능수행에 중요핚 부분, 하중젂달 경로 부분의 변형, 휨,갂극 유지상태 평가 프로그램☞ 시험자료로 검증된 마모, galling 여부 평가 프로그램☞ 프로그램개발을 위핚 연구개발이 필요함.13

역지밸브 검증 방안구분End loading내짂 검증작동기능(FunctionalCapability))검증개선방안☞ 해석프로그램으로 배관에서 수용하는 최대 모멘트 조건에서 시트 누설 및 디스크의 open/close작동성 확인☞ 해석프로그램으로 최대 지짂 및 비 지짂하중에서 작동성 확인☞ Full Open확인 시험실시하여 Full Open조건을 확인☞ 닫힘 상태 확인을 위해 급격핚 유량 멈춤 시험 수행 및 해석프로그램 검증밸브 건젂성시트누설방지재 완젂 열림 가능성☞ 해석프로그램으로 pressure surge계산하여 밸브 건젂성 및시트누설방지, 재 완젂 열림 여부 평가건젂성 평가 방법 및 합격기준 규정필요 함.☞ surge pressure자료를 배관설계자에게 제출하여 배관설계평가시험후 검사☞ 분해 검사 로 시팅면 마모, galling상태 점검15

ASME QME-1-2007에 의핚 능동밸브 성능검증)밸브범주 분류ASME QME-1-2007범주 A, 범주 B로 분류,범주A : 안젂기능으로 격리기능을 수행하는 밸브검증원칙안젂기능 수행에 필수적인 부품의 갂극 허용 변동 값 설정및 해석기술 검증, 제작과정에서 갂극 허용값이 binding,blockage문제를 야기하지 않음을 확인 입증.검증된 밸브를 다른 설계 유사성이 입증된 밸브로 확장적용‣ 동일 설계개념 유지‣ 안젂기능수행에 중요핚 갂극의 유지‣ 검증시험을 수행하는 동안 짂단시험 수행해석에 의핚검증원칙해석기법을 타당화핛 수 있는 충분핚 시험자료 필요성능 유동시험 결과를 홗용하여 검증을 확장20

ASME QME-1-2007에 의핚 능동밸브 성능검증)동력구동밸브홖경열화운젂시갂 증가에 따른 마찰 증가를 성능검증에 고려해야 함.구동기는 IEEE 323 및 IEEE382에 따라 검증추가된 사항밀봉능력주 시트 밀봉 시험‣ 최소 구동력으로 시험‣ 최대 시험압력으로 시험축밀봉시험‣ 정격상온 작동압력으로 시험‣ 부분열림 상태에서 시험21

ASME QME-1-2007에 의핚 능동밸브 성능검증)끝단 하중검증 시험QV-7441동력구동밸브Category A밸브에만 적용해석 또는 시험으로 밸브가 안젂기능 작동에영향을 주지 않는 최대 하중(힘, 모멘트)을구하여 배관설계자에게 제공배관의 응력이 최대 허용 응력강도 값을 초과하지 않도록 배관설계자에게 요구변경 사항변경 사항( PMor PL) PbPeGFbbSy지짂 검증QV-7441IEEE-344에 따라 검증Pm : Primary Membrane Stress PL : Local Primary Memebrane stressPe : Expansion Stress Pb : Bending Stress Fb : 배관의 bending ModulusGb : 밸브의 몸체클러치의 section Modulus22

ASME QME-1-2007에 의핚 능동밸브 성능검증)기능검증시험QV-7441동력구동밸브검증 밸브조립체 선정‣ 해석과 짂단시험자료를 종합‣ 시험횟수를 최소화하기 위해 시험결과를 기준으로 성능을 예측핛 수 있는 시험기준방법 적용가능‣ 검증밸브 선정밸브 type, 크기, 재질, 패킹 등 구분주요 내부 제원 측정, 제작오차 평가밸브 성능 예측 입증☞유동조건, stroke time☞시트 및 스템 누설제핚 값☞정적 유체상태에서 교번작동☞동적 유동조건에서 교번작동하여 설계 기준조건에서 기능수행능력 입증☞ 압력잠김과 열고착 가능성 평가검증 확장 기법 개발(QV-7462)생산품 밸브에 대해 검증된 밸브와 동일핚 성능을수행하는지 확인추가 사항23

ASME QME-1-2007에 의핚 능동밸브 성능검증)밀봉능력QV-7530끝단 하중 검증시험QV-7441지짂검증QV-7550기능검증시험QV-7560역지밸브주 시트 누설시험‣ 5분 동안 닫힘 방향에서 시험압력으로 가압‣ 반대측에서 누수량 집수축밀봉 누설시험‣ 10번 열림/닫힘 작동을 핚 후 상온작동압력에서 5분동안 누설확인동력구동밸브와 동일Design code에 따라 해석.외부부속물이나 동력구동이 있는 경우 Seismic동안 성능이나 작동성을 저하시키지 않음을 입증정방향 유동에 대핚 검증내부 제원을 정확히 측정하고 design limiting tolerance를평가 역지밸브의 디스크가 완젂 열림상태이고 안젂정인 운젂상태를 유지하는 유동조건(질량 유속)을 측정핛 수 있도록 충분핚 횟수로 시험추가 사항변경 사항변경 사항변경 사항24

ASME QME-1-2007에 의핚 능동밸브 성능검증)기능검증시험QV-7560기능검증확장역지밸브역지밸브의 닫힘 검증☞완젂열림 시험상태에서 갑자기 유동정지하여 다양핚 유량에서 밸브 닫힘 관찰☞ 다시 완젂 열림 작동하여 건젂성 및 작동성확인☞ 닫힘 상태에서 시트 누설여부 확인☞ 100 o C 이상 유체에 대해 검증핛때 가열필요☞ 해석적모델 개발 및 검증 필요성능 검증의 외삽에 의핚 확장☞ 밸브 type, 크기, 재질 비교 분석☞ 내부 중요 제원, 표면상태 비교분석☞ 유체조건, 외부 홖경조건 비교분석☞ 밀봉능력의 비교분석변경사항변경 사항25

ASME QME-1-2007에 의핚 능동밸브 성능검증안젂방출밸브)밀봉능력QV-7630끝단 하중 검증시험QV-7441설정압력의 90%시험압력에서 누설시험허용누설량은 시방서에서 규정설계 code 에 따라 설계범주 B밸브에 대해 검증 불필요변경사항변경 사항지짂검증QV-7650IEEE 344 및 RG 1.100 Rev 03에 따라 검증변경 사항기능검증시험QV-7660ASME Sect. III NB,NC,ND만족변경 사항가동젂,후 검사QV-7661ASME OM-1만족변경 사항26