이종금속용접부검사및예방정비규제방향 · ASME Code 위원회는이종금속용접부검사주기에대해Code Case를만 드는데동의함(2006년2월) Code Case

제14회 원자력안전기술정보회의기기 및 재료 건전성 증진 II대전컨벤션센터, 4. 6, 2009

이종금속용접부 검사 및 예방정비 규제방향

김 경 조, 정 연 기, 정 해 동기 계 재 료 실

한국원자력안전기술원 (KINS)

Slide 22009 기술정보회의, April. 6, 2009

목 차

I. 니켈합금기기 손상사례

II. 이종금속용접부 관련 요건

III. 이종금속용접부 현황

IV. 이종금속용접부 PD 진행현황

V. NRC Regulatory Issue Summery RIS 2008-25

VI. 니켈합금 기기 검사 신뢰성

VII. 니켈합금 기기 손상대책

VIII. 국내 이종금속용접부 검사 및 완화 현황

IX. 국내 이종금속용접부 규제방향

X. 결론


니켈합금 기기 손상 사례 (Alloy 600)

국외 : 원자로 상부 헤드관통관 (참조 : NRC & JNES 자료)

- 2001년- 미국 Oconee- CRDM 노즐- 원주방향균열

- 2002년- 미국 Davis-Besse- CRDM 노즐- 부식 Cavity

- 2004년- 일본 Ohi- CRDM 노즐 용접부- 표면 및 내면균열


니켈합금 기기 손상 사례 (Alloy 600, 계속)

국외 : 원자로 BMI, 고온관, 가압기 상부

- 2003년- 미국 STP- BMI 노즐- 축방향균열

- 2000년- 미국 V.C.Summer- RCS 고온관- 원주방향균열

- 1993년- 미국 Palisades- 가압기 상부 노즐- 원주방향균열

- 2003년- 일본 Tsuruga - 가압기 상부 노즐- 축방향균열


니켈합금 기기 손상 사례 (Alloy 600, 계속)

국외 : Nickel Alloy(Alloy 600) : SG Inlet nozzle

- 2007 September, Japan Mihama, L 17mm D 13mm, Less than Min. Wall Thickness


니켈합금 기기 손상 사례(Alloy 600, 계속)

국내 : SG세관 관마개 및 SG수실 배수노즐

SG 세관 관마개 균열 (2007년 영광4)

SG 저온관측 수실 배수노즐 균열 (2007년 영광3)


이종금속용접부 관련 요건

교과부고시 2008-23 “원자로시설의 가동중 검사에 관한 규정”

제11조(비파괴검사 기량검증)

ASME Code Sec. XI (KEPIC MI) Appendix VIII 각 호기별 LTP

헤드관통관

EA-03-009 Rev 1 적용 (VHP)

N-729-1 (시행시기는 사업자와 협의 예정)

배관

MRP 139 준용 (사업자 Alloy 600 프로그램)하여 사업자가 자발적으로 수행

검사신뢰성 문제 -> PINC 참여

• Contacting Surface

• Attenuation Coefficient

• Axial Sizing

• Dead Zone


이종금속용접부 (Alloy 82/182)현황 WH 형 원전(MRP-139 참조)

Alloy 82/182 Butt 용접부

1.밀림관 노즐(10”)

2.살수 노즐(653oF, 4”)3.안전/방출 노즐(5”)

4.원자로 outlet 노즐(600oF,29”)

5.S/G inlet 노즐

7.원자로 Inlet 노즐(27.5”)

6.S/G outlet 노즐


이종금속용접부 (Alloy 82/182)현황

1.밀림관 노즐(10”)

2.살수 노즐(653oF, 4”)

3.안전/방출 노즐(5”)

9.안전주입

CE 형 원전 (MRP-139 참조)

Alloy 82/182 Butt 용접부

6.Drain Nozzle(2”)


이종금속용접부 기럄검증(PD) 진행현황

과학기술부고시 제2004-13호 부칙 제1조 (현재는 삭제됨) 원자로의 노즐 용접부, 노즐 안쪽반지름 부위, 배관의 이종금속 용접부 및 오스테나이트계

배관의 구조적 오버레이 용접부의 초음파탐상검사 기량검증은 2006년 7월 1일부터 시행

원전 이종금속용접부 초음파탐상검사 관련 자료요청 (2006.1.6) 이종금속용접부 PD 체계 구축방안.

발전소 이종금속용접부 형상에 대한 상세 현장조사결과.

원자로 상하부 헤드관통관 이종금속용접부에 대한 상세형상 및 재질에 대한 DB, 비파괴검

사현황 및 계획 등.

원전 이종금속용접부 초음파탐상검사 자료제출 (2006.3.27)

이종금속용접부 비파괴검사 PD 시행시기를 2006.7.1에서 2010.12.1로 연기 요청

이종금속용접부 PD 시행시기 변경요청 관련 검토결과 송부 (2006.6.30) 1단계(2010년 까지) : 현재까지의 국내외 기술개발 결과 및 적용사례를 참조하여 적용이

가능한 부분에 대해서는 고시에 따라 우선 시행(EPRI PD 적용)하고

2단계(2010년 이후) : 미진한 부분은 향후 선진국의 기술개발 현황 및 국내외 연구개발 결

과 등에 따라 순차적으로 시행해야 함.

PD를 적용함에 있어서 관련요건을 충족하기 어려운 기술적 사항에 대해서는 대체적용 및

완화요청서를 제출하여 그 타당성을 확인해야 함.



이종금속 용접부 초음파탐상검사 PD 추진계획 기술검토보고서(2007.1.15)- 국내외 관련 연구진행 상황 및 기술개발 현황을 고려할 때 한수원의 계획은 타당

향후 계획

국제공동연구 PINC에 참가하여 이종금속용접부 비파괴검사 신뢰도 수준을 선진국과 유

사한 수준으로 향상

Single-Side 검사 요건 만족 여부 확인 (Site-Specific Mockup, 2010년)

이종금속용접부 PD 추진 현황에 대하여 6개월마다 검토



미국 10CFR 50.55a의 개정내용 원자로 헤드에 대한 가압경수로의 모든 사업자는 10CFR 50.55a의

기량검증 요건 만족 요구

2008년 12월 31일 이전 : NRC Order EA-03-009는 적용

2008년 12월 31일 이후 : Code case N-729-1을 적용

• 체적, 표면 검사를 100% 검사

• 체적 또는 표면 Leak Path 검증 포함해야 함

2009년 9월 1일 이후

• 초음파 검사의 경우, Personnel, Procedure와 Equipment에 대해 Mock-up을 이용하여

Blind Demonstration을 수행

ASME Sec. XI Appendix VIII Supplementary 10 : 2004 Edition

Personnel Performance에 대해서는 아래 요건을 만족해야 함

- 지시는 평가자 당 최소 10개 이상

- 지시 검출은 ASME Sec. XI Appendix VIII-S10-1를 적용하여 최소 80%를 검출

- Flaw Length sizing은 RMS 3/8in.(10mm) 이내이며, Depth Sizing은 RMS 1/8

in.(3mm) 이내 이어야 함.


NRC Regulatory Issue Summery RIS 2008-25

이종금속용접부의 응력부식균열에 대한 산업계의 조치

- 재료열화관리를 시작

2003년 5월 산업계는 Nuclear Energy Institute (NEI) 03-08, “Guideline forthe Management of Materials Issues”를 발행하였음.

- 검사프로그램의 개발 및 수행 (MRP-139)

2005년 9월 MRP-139 “Primary System Piping Butt Weld Inspection andEvaluation Guideline”을 발행하였으며 모든 PWR 원전은 NEI-03-08에 따

라 관리하고 있음.

NRC REGULATORY ISSUE SUMMARY 2008-25

REGULATORY APPROACH FOR PRIMARY WATER STRESS CORROSION CRACKING OF DISSIMILAR METAL BUTT WELDS IN PRESSURIZED WATER REACTOR PRIMARY COOLANT SYSTEM PIPING


NRC Regulatory Issue Summery RIS 2008-25

이종금속용접부의 응력부식균열에 대한 NRC의 조치

ASME Code 요건은 PWSCC발생을 찾을 수 있을 만큼 주기가 충분치 않음

NRC는 PWSCC에 대한 이종금속용접부의 검사를 위하여 ASME위원회에

관련 요건을 제정할 것을 요구함 (2005년 12월)

ASME Code 위원회는 이종금속용접부 검사주기에 대해 Code Case를 만

드는데 동의함 (2006년 2월)Code Case N-770 작성완료

NRC는 Code Case의 적절성을 10CFR 50.55a를 통해 검토할 예정임.

Wolf Creek 발전소에 Weld Overlay 적용전에 초음파 검사결과 5개의 원주

방향 결함 발견. 결함은 PWSCC였으며 지금까지 예상했던 것보다 훨씬 더

큰 결함임.(2006년 10월)

Public Meeting에서 NRC는 파괴역학 결과에 대해서 발표. 파괴역학 결과

에 따르면 누설시작에서 파단에 이르기 까지 거의 여유가 없음을 밝힘.(상세현황은 RIS 2008-25참조)


해외사례검토- NRC/RIS 2008-25의 규제방향

운전경험에 따른 MRP-139 및 MRP Interim 지침은 가압기 이종금속용접부

의 검사를 위해서 적절하다고 생각됨. 단, CAL에 따라서 재검사 주기에 대

해서는 재검토해 볼 필요가 있음.

이와 관련된 활동으로서, NRC는 지역사무소가 MRP-139의 수행을 모니터

링하고 있음 . NRC는 2008년 2월 Temporary Instruction 2515-172,“Reactor Coolant System Dissimilar Metal Butt Welds,”를 발행하였음. 발행

의도는 이종금속용접부의 예방정비 및 검사가 MRP-139의 지침을 따르는

지를 확인하기 위한 것임.

NRC는 산업계의 MRP-139 검사 및 운전경험을 모니터링하여 추가적인 규

제조치가 필요한지를 검토할 예정임.


니켈합금 기기 검사신뢰성

G H

A B

C/S Side

검사 기술

Problem : 1. Contacting Surface 2. Attenuation Coefficient3. Axial Sizing 4. Dead Zone (Yellow part)

Cladding Weld part BaseMetal

DefectHeight

Equipment Depth

DefectDepth


니켈합금 기기 손상대책 (1)

검사 기술개발

최적의 비파괴검사 기법 개발 필요

-> PINC 참여 (2009.4월 NUREG 보고서 발간 예정)

결론 1 : 와전류탐상검사법은 다자비교시험에서 아주 높은 결함탐상확

률을 보여주었음.

권고사항 : 크랙이 발생할 표면에 접근이 가능한 한 와전류탐상에 의한

결함탐상이 수행되어야 함.

-> R&D 필요성이 제기됨

결론 2 : 초음파 위상배열 기술은 20%이상 깊이의 결함에 대해 높은

탐상확률을 보여 주었음.

권고사항 : 와전류탐상법이 적절하지 않을 때, 위상배열 초음파 기술로

검사해야 함.



완화 방법

Full Structural Weld Overlay

Optimized (or designed) Weld Overlay

Inlay Welding

Mechanical Stress Improvement Process (MSIP)

Induction Heating Stress Improvement 표면 처리

Supersonically InducedMechanical Alloying Technology (SIMAT, WH),

ReNewTM(GE), Surface treatment (AREVA) Stabilized Cr Process (SCrP, EPRI)

표면 응력 개선

Peening



1. 적용 code

- Case N-504-2, N-638, N-740-2(ASME Code 2007년판 반영)

2. 적용 사례

- BWR : Oyster Creek(2002), Kuosheng Unit 2(2005) 외 다수

- PWR : TMI Unit 1(2003), Catawba Unit 1(2005년), Palo Verde Unit 3(2007)외2005년 부터 20호기/년 수행 중

3. 적용 목적

- 결함부 보수 정비

- PWSCC 예방 정비

- 검사요건 만족

Full Structural Weld Overlay (FSWOL)



Inlay Welding

1. Code case 개발중

- ASME (AREVA 참여)


국내 이종금속용접부 검사 및 WOL 현황 (한수원)

예방정비 계획 1 단계 :

• 대상 : 고리1호기• 수행 : WH 및 한전 KPS• 시기 : 2009-2010

2 단계• 대상 : WH type (고리 2-4 and 영광 1-2)• 시기 : 2010-2012

3 단계• 대상 : CE type (영광 4-6, 울진 3-6)• 시기 : 2012-2014

한수원 자체 Alloy 600 프로그램

가압기 : 매 단주기(Period)마다 100% 체적검사 반복, 단 5년 이내

고온관 : 5년마다 100% 체적검사를 반복

저온관 : 6년마다 100% 체적검사를 반복

WH형 원전중 LBB 적용배관은 매 2주기마다 검사

TR “가압경수로형 원전 가압기 노즐 이종금속용접부의 구조적 오버레이 용접기술“ 승인 신청


국내 이종금속 용접부 규제방향

DMW : 이종금속용접부 PWSCC 발생가능성을 고려한 건전성 평가 및 그에 따른 검사방안, 감시방안과 장기적으로 PWSCC 완화(Mitigation)방법등이 검토되어야 함. DMW-PWSCC대비 강화검사(체적검사/BMV) 수행 및 비파괴검사 신뢰성 제

고 (PINC 참여 등)

WOL : TR“가압경수로형 원전 가압기 노즐 이종금속용접부의 구조적 오버레이 용접기술” 심사 후 규제방향 결정

VHP : Code Case N-729-1 및 10CFR50.55a에 반영된 제한조건의 국내적용성 고려하여 규제입장을 재수립할 예정임. (KINS와 사업자간 협의예정)


결론

니켈합금 손상사례를 고려하여 니켈합금 기기의 검사 신뢰성 및 니켈합금 기기 손상완화 대책에 대해서 방향을 설명하였음.

한국의 이종금속용접부 기량검증 현황 및 미국의 기량검증 개정현황에 대해서 설명하였으며, 헤드관통관에 대한 기량검증 도입은 사업자와 협의를 통하여 결정할 예정임.

미국의 코드케이스 N-770의 제정배경에 대해서 설명하였으며10CFR50.55a에 반영 후 한국도 반영여부를 결정할 예정임.

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이종금속용접부검사및예방정비규제방향 · ASME Code 위원회는이종금속용접부검사주기에대해Code Case를만 드는데동의함(2006년2월) Code Case