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2013-09-042013. 8. 28.김우성kws@kims.re.krUAE NPP 현장 소개1

2013-09-04철근의 기계적 이음 관련CODE CASE 적용원전건설 기술기준 및 적용사례 채택 절차기술기준 발행기술기준 승인요청(발행기관)원자력안전위원회 승인NRC· 대한전기협회(2010년판, 2012년 추록)· ASME(2010년판, 2011년 추록)· 원자력안전위원회 고시(과기부) 2000-17호 : KEPIC 2000년판(과기부) 2005-4호 : KEPIC 2000년판, 2003년 추록(교과부) 2010-28호 : KEPIC 2005년판, 2006년 하추록(원안위) 2012-13호 : 2010-28호와 동일 본 고시에 Reg. Guide 1.84를 인용하는 내용 없음.· US NRC- 10 CFR 50.55a (ASME 2007년판, 2008년 추록)- Reg. Guide 1.84 (Sec.III Code Case Acceptability)· Reg. Guide 1.84를승인하는 내용이 고시에없음 : PSAR 작성시 CodeCase(적용사례)를 개별적용하여 사용.· 국내에서 개발한적용사례는 개별적으로일부 PSAR규정하여 사용.(ex. SN-C-048)신고리 / 신월성 1,2PSAR+적용사례신고리3,4 / UAE 1,2,3,4PSAR+적용사례신울진 1,2PSAR+적용사례신고리 5,6PSAR+적용사례KEPIC 2000년판(ASME 95년판, 97년 추록)☆ 자격인정부분 KEPIC 우선KEPIC 2000년판(ASME 95년판, 97년 추록)☆ 자격인정부분 KEPIC 우선KEPIC 2000년판, 2003년 추록(ASME 2000년판)☆ 자격인정부분 KEPIC 우선KEPIC 2005년판, 2006년상/하 추록(ASME 2004년판)☆ 자격인정부분 KEPIC 우선☞ PSAR 요건을 위배하여 설계시방서, 시공 CP Spec. 작성은 불가2

2013-09-04철근의 이음(KEPIC SNB 4330)SNB 4331.2 허용된 이음형식겹침이음(Lap Splice)기계적 이음(Mechanical Splice)용접이음(Welding Joint)철근의 기계적 이음(KEPIC SNB 4331.2(2)) – 2006년 하 추록SwagedspliceCADWELD기계적이음SNB 4331.2(2)TaperthreadedspliceThreaded splicesin thread deformedreinforcing barSleeve withCementitiousgroutCold rollFormed parallelthreadedsplice3

2013-09-04주요 과정 소개적용사례 SN-C-048(2005년)▶ 냉간 전조 평행나사이음 허용(현장 적용 : 신고리 1,2호기, 신월성 1,2호기 및 신고리 3,4호기)SNB 4330 철근의 이음(2005년판 2006년 하 추록)▶ 적용사례 기술기준으로 반영정적인장시험☞ SYSTEM 인증시험 단계SNB 4333.2.3: 6개의 시편 중 1개는 20℉(-7℃)에서인장시험 수행: + 저온인장시험 2개 추가추가성능시험적용사례 SN-C-114(2012년)☞ 현장제작 이음의 추가 성능시험SNB 4333.5.4: 저온(-7℃) 인장시험 요구▶ 현장제작 이음의 추가 성능시험 시저온 인장시험 대체요건: 현장 저온 인장시험을 상온 인장시험으로 대체▶ 적용사례 기술기준으로 반영SNB 4333.2.3(2010년판 2012년 추록)철근 기계적 이음의 성능시험에 대한 PSAR과 CP-Spec. 요건 비교신고리, UAE PSARKEPIC 2000년판(ASME 95Ed.+97Add.)+Code Case : SN-C-048신울진 PSARKEPIC 2000년판 + 2003추록(ASME 95Ed.+97~2000 Add.)+Code Case : SN-C-048신고리 3, 4호기UAE 1,2호기신울진 1, 2호기• CP-Spec. : CP-A1• KEPIC 2000년판• Code Case : SN-C-048‣ 철근 구매 시: 6개중 1개 저온인장시험‣ 철근 설치 시: 저온인장시험 수행(철근 크기별, 등급별)• CP-Spec. : CP-A1• KEPIC 2000년판• SN-C-048을 대체하기 위해 ASME 2011 추록요건을 Tech-Spec.에 규정‣ 철근 구매 시: 6개중 1개 저온인장시험+ 추가 2개 저온인장시험‣ 철근 설치 시: 저온인장시험을 상온 인장시험으로 대체• CP-Spec. : CP-A1• KEPIC 2000년판+2003추록• Code Case : SN-C-048‣ 철근 구매 시: 6개중 1개 저온인장시험‣ 철근 설치 시: 저온인장시험 수행(철근 크기별, 등급별)1. SN-C-048 개정2. PSAR 개정• SN-C-114 신설(‘12.8)• KEPIC 2010년판 2012년 추록에 반영• PSAR 반영(?)4

2013-09-04적용사례 SN-C-48 (http://www.kepic.or.kr)적용사례 SN-C-114 (http://www.kepic.or.kr)5

2013-09-04KEPIC 2012년 추록에 반영된내용SNB 4333.2.3 성능시험의 형식과 빈도(1) 정적 인장시험시공할 때 사용할 철근 크기와 이음형식마다 각각 6개의 이음 시편들을 KEPIC-MDF A370에서의 재하율에 따라 파괴에 이르기까지 인장시험을 행하여야 한다.(3줄 삭제)변단면 나사형 이음과 냉간 전조 평행나사 이음에 대해서는 6개의 시편 중 하나는 20℉(-7℃)이하의 온도에서 시험하여야 한다. 변단면 나사형 이음과 냉간 전조 평행나사 이음은 SNB4333.5.4에서 요구되는 20℉(-7℃) 이하 온도에서의 기계적 이음 표본에 대한 인장시험 요건들을 면제 받기 위해 추가로 2개의 시편을 20℉(-7℃) 이하의 온도에서 시험할 수 있다.(중략)스테인리스강 소켓용접부 Purge6

2013-09-04발표 배경▶ 일반 산업 플랜트에 비해 발전 설비들은 배관설비의 비율이 높으며, 그 중에서도NPS 2(DN 50) 이하 소구경 배관의 비중이 크다.▶ OECD NEA(Nuclear Energy Agency의 OPDE(OECD Pipe failure Data Exchangeproject) 보고서에 의하면, 1970년부터 2009년까지 3,800여건의 원전 배관 손상사례중 684건(18%)의 소켓 용접 손상 사례가 보고되고 있다.▶ 소켓 용접부 손상은 부식(틈부식, 공식, 전위차부식 등), 침식, 제작/설계상 문제, SCC,열충격, 피로 등 다양한 원인이 존재Socket Weld Failures in the Database(OPDE Report)Socket Welding Fittings◇ KEPIC MNX 3661.2, 4242 : 호칭지름이 NPS 2 이하인 배관에 한해 소켓용접 허용SocketWeldFittingPipeMNX 4427 요건Gap 1.6mm 이상그림 MNB 4427 (라) 소켓용접의 상세도와 치수7

2013-09-04소켓용접부에 대한 기술기준 요건▶ 열팽창에 의한 용접부 파손 방지를 위해 MNX 4427에 따라배관과 피팅류 사이 간격을 용접 전 최소 1.6mm▶ 용접부 강도 확보를 위해 용접각장을 최소 1.09t n 규정▶ 배관 내면 산화방지를 위해Open root의경우배관내부Backing-gas Purge 적용하도록 CP-Spec. Appendix 4K1에 규정▶ HAZ에 Cr-carbide 생성 억제를 위해 Austenitic S/S의 경우 최대입열량(60KJ/in.)제한 (Appendix 4K1)S/S Socket 용접부의 Purge 적용 (4K1-2)8

2013-09-04문제점 및 해결방안소켓용접 현장적용 시 문제점▶ Ar-gas Purge : 공정속도를 크게 저하시켜 건설비용 증대, 작업자 안전에 유의▶ 두께가 얇은 배관의 소켓용접시 높은 입열량이 적용될 경우 과다용입(Excessive Penetration),용락(Burn-Through)등의 결함이 발생Tack 용접부 내면퍼지적용 X퍼지적용 OBurn OutHeat-tint문제점 및 해결방안해결방안▶ 소켓용접부의 신뢰성을 확보함과 동시에 현장적용에서의 문제점을 해결하기 위한 자료확보를 위하여, 오스테나이트계 스테인리스강 배관/피팅의 소켓용접에 있어 배관두께, 입열량, Gas Purge 조건이 배관 내부 산화에 미치는 영향을 파악9

2013-09-04Experimental Procedure■ MaterialsPipe /FittingMaterialChemical CompositionC Mn P S Si Cr Ni Mo CuSTS 304 0.08 2.00 0.045 0.03 1.00 19 9.5 - -Etc.Weld rod ER308L 0.03 1.75 0.03 0.03 0.05 21 10 0.75 0.75 FN : 10 이상■ Socket Welding ConditionSpecimen No. 1(LN) 2(LP) 3(SN) 4(SP)Pipe dimensionWelding speed(cm/min)LN : Large,No purge1″ Sch. 40(T:3.4mm)LP : Large,Purge1″ Sch. 40(T:3.4mm)SN : Small,No purge3/4″ Sch. 40(T:2.9mm)SP : Small,Purge3/4″ Sch. 40(T:2.9mm)1 st pass 11.7 9.78 12.6 10.02 nd ~3 rd pass 10.5 9.0 11.2 7.7Voltage(V)/Ampere(A) 12/180 12/180 12/180 12/180Heat input(KJ/cm)1 st pass 11.1 13.4 10.3 12.92 nd ~3 rd pass 12.4 14.4 11.6 16.8Ar-gas purge × ○(20l/min) × ○(20l/min)Experimental Procedure■ Macro & MicroStructures of Socket Weld Joint▶ 원주의 수직방향으로 절단하여 용접부 단면 거시/미세조직 관찰 및 내부 표면 관찰■ Computational Analysis of Socket Weld by SYSWELD programFree air coolingManual GTAW weldingSTS308LSTS 304STS 304FixedclampGas cooling or Free air coolingGap(2mm)10

2013-09-04소켓용접시편 내/외관 형상시편번호 1(LN) 2(LP) 3(SN) 4(SP)외관내관▶ 모든 용접 조건에서 표면결함은 관찰되지 않음▶ Ar gas purge를 적용한 2(LP), 4(SP) 시편 배관 내부는 산화흔적이 발견되지 않음▶ Gas purge를 적용하지 않은 1(LN), 3(SN) 시편 배관 내부는 용접 비드를 따라 산화된흔적이 보임. 1(LN) 시편의 산화 정도가 3(SN) 시편의 산화 정도보다 상대적으로 적음용접해석 입열조건 선정0.7mm0.7mm▶ 모든 용접해석에 사용된 INPUT DATA는 실제 용접에 수행된 용접조건 및 재료 특성을반영▶ 내부관의 용입깊이가 0.7mm인 1(LN) 조건의 단면과 유사한 입열 모델을 얻을 수 있었으며, 본 입열 모델을 기본으로 조건별 용접시 최고온도분포 및 잔류응력을 예측11

2013-09-04용접해석 입열조건 선정시편번호1(LN) 2(LP) 3(SN) 4(SP)용접단면해석결과(용융영역)▶ 각 실험조건별 용입깊이를 해석결과와 비교해 볼 때, 비교적 실제와 유사한 결과를 확인할 수 있음최고 온도분포 예측시편번호 1(LN) 2(LP) 3(SN) 4(SP)용접단면배관내부최고온도(2.9mm 온도)최고온도 2.9mm 온도 최고온도 2.9mm 온도 최고온도 최고온도1180℃(1190℃)1250℃(1265℃)1222℃ 1364℃▶ 배관두께에 따른 내부 온도 변화: 1(LN) 조건과 3(SN) 조건을 비교해 볼 때, 입열량은 비슷하지만 배관 두께 차이로 인하여 배관내부 최고온도가 3(SN) 조건이 약 40℃ 높음또한 1(LN) 조건에서의 2.9mm 지점 온도(1190℃)가 3(SN) 외부온도(1222℃)보다 낮은 것으로 보아, 두께에 따른 냉각효과도 큰 것으로 판단됨▶Gas Purge에따른내부온도변화: Gas purge에 따른 냉각효과로 인해 gas purge 조건인 2(LP), 4(SP) 의 내부온도가 다소 낮을 것으로 예측하였으나, 실제 용접조건의 입열이 높아 온도 또한 높게 나타남.따라서 gas purge에 따른 냉각효과는 크지 않은 것으로 판단됨12

2013-09-04소켓용접부 잔류응력분포 비교시편번호 1(LN) 2(LP) 3(SN) 4(SP)잔류응력분포(Von MisesStress)▶ 소켓용접부는 선행연구들에서 보고된 바와 같이 Root부 및 배관의 Toe부에서 가장 큰잔류응력 분포를 나타냄▶ Gas purge 유·무는 잔류응력에 크게 영향을 미치지 않음▶ 배관두께에 따른 잔류응력 차이가 큰 것으로 보아, 두꺼운 배관의 경우 잔류응력 측면에서는 불리한 것으로 보임결론 및 향후 계획본 사례연구는 직경 50mm 이하 소구경배관의 소켓용접에 있어, 배관 두께와 gas purge조건이 배관 내부의 최대온도 및 용접부 잔류응력에 미치는 영향을 실험 및 해석을 통하여분석한 결과1. Gas purge를 적용하지 않은 조건에서 두꺼운 배관(T : 3.4mm)은 배관 내부 최고온도가 1180℃로 내부산화가 거의 발생하지 않았으며, 얇은 배관(T : 2.9mm)은 배관 내부최고온도가 1222℃로 내부산화가 미세하게 발생하였다. 따라서 상대적으로 얇은 배관의 소켓용접 시, 입열량 관리가 중요함.2. Gas purge를 적용한 경우, 입열량 및 배관 내부 최고온도가 높음에도 불구하고 내부산화가 발생하지 않음.3. 소켓용접부 잔류응력을 예측한 결과, 두꺼운 배관에서 잔류응력이 크게 나타났으므로두꺼운 배관의 경우에도 입열량 관리, 용접각장확보 등이 중요하다고 판단됨.◆ 향후 계획▶ 자동 TIG 용접실험을 통하여 입열량에 따른 내부산화 및 온도분포 자료 확보▶ 열전대를 이용하여 배관 내부 최고온도 실측▶ 소켓용접부 잔류응력 최소화 방안 모색13

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