펌프내장품고정볼트손상 규제경험 · 제12회원자력안전기술정보회의 5~6...

제12회 원자력안전기술정보회의5~6 April 2007

펌프 내장품 고정볼트 손상규제경험

(울진5,6호기 사례를 중심으로)

신강식

기계해석실

펌프 내장품 고정볼트 손상 규제경험

울진5호기 LPSI 펌프 볼트 손상 개요

볼트 손상 원인에 대한 접근

유사 펌프에 대한 점검

규제 입장

울진5,6호기 펌프 고진동 및 손상사례

2003년 9월 울진5호기 저압안전주입(LPSI) 펌프 A측 및 울진6호기 LPSI 펌프A, B측 설치후 시험 중 모터 상부 진동값이 허용값을 초과함.(최대: 9.5mm/s, 허용값: 3.8mm/s)

원인 분석결과, 펌프를 지지하기 위한 콘크리트 구조물의 강성이 작아, 펌프의 회전수인 30Hz 부근에서 공진을 일으킴이 밝혀짐

이를 개선하기 위해 모터 스탠드의 강성을보강하여 공진을 피함

볼트 손상 없음.

2003년 10월 울진5,6호기 격낙건물살수펌프(CSP) A, B 완전 분해점검결과 일부고정볼트의 손상이 확인 됨

당시 원인분석결과, 제작사에서 볼트의 체결력 부족을 원인으로 보고, 볼트를 고장력볼트로 교체함

볼트 체결력 증가: 30ft.lbs -> 50ft.lbs

볼트 고정깊이 증가: 1.5in -> 1.625in

구분

기존

개선

재질

ASTM A193 Gr.B8

ASTM A453 Gr.660

항복강도[ksi]

30

75

인장강도[ksi]

85

130

2006년 9월 울진5호기 제2차 O/H기간에LPSI 펌프 B계열 완전분해점검 중 디퓨저고정볼트 완전이탈(2개) 및 부분이탈(6개) 확인

해당 펌프는 시운전 중 고진동이 발생하여조치를 취한 펌프가 아님

진동 이력 확인결과, 고진동 발생하지 않음

진동 주파수 성분 분석결과, 시운전 이후 디퓨저 고정볼트가 이탈되기 시작하여 1차O/H이후 이탈이 완료된 것으로 보임

6개의 잔존볼트에 대한 파면조사결과,

3개의 볼트는 파단된 후 윗면과 아랫면이 서로 마

모되어 발생된 파면형상을 나타내었음

다른 3개에서는 피로파면과 최종단계에서 발생한

것으로 추정되는 연성파단면이 관찰되었음

이를 근거로 사업자는 2개의 볼트가 먼저 풀려이탈되고, 남아있는 볼트 중 3개는 증가된 유체진동으로 인해 파단되어 윗면과 아랫면 사이에마모가 어느 정도 진행된 후 이탈되었으며 나머지 3개는 유체진동으로 인해 피로파손된 것으로추정





규제 입장

작업 부주의로 인한 볼트 체결력 부족

설계상의 기준 볼트 체결력: 30ft.lb

LPSI 펌프 분해 시 현장 입회 결과, 규정 체결력이 가해져 있음을 확인

현장 작업자와의 면담결과, 심리적으로 규정 체결력 이하의 토크를 가할 확률은 적다고 판단됨

시운전 시 발생한 CSP 고정볼트 손상 사례를 보더라도 작업자가 다수의 펌프에 대해체결력을 부족하게 가했다고 보기 어려움

이상 과도상태 및 펌프 구조적 고진동

울진 5호기 LPSI 펌프 B의 경우, 이상 과도

상태 및 고진동이 발생한 사례가 없음.

구조적 고진동(모터 상부의 최대 진동)으로

인한 하중 평가결과, 유체하중에 비해 그 영

향이 미미한 것으로 확인됨

하지만, 울진5호기 LPSI 펌프 A 및 울진6호

기 LPSI 펌프 A, B에 공진으로 인한 고진동

이 발생한 사례가 있어 주의가 요구됨

펌프 재조립시 스프링와셔 재사용 가능성

저압안전주입펌프 제작사 매뉴얼에 따르면,

펌프 재조립시 스프링와셔를 신품으로 교체

하도록 하고 있음

울진 5,6호기 저압안전주입펌프 분해점검

절차서에는 해당 내용이 없어 스프링와셔를

재사용 했을 가능성을 배제할 수 없음

볼트 체결 시 불충분한 윤활유 도포

LPSI 펌프 분해조립 절차서에서는 볼트 체결

시 암사사와 수나사 사이의 마찰로 인하여

볼트 체결력이 감소하는 것을 방지하기 위

하여 나사산 사이에 윤활유를 충분히 도포

하도록 하고 있음.

LPSI 펌프 재조립 시 현장 입회결과, 윤활유

가 충분히 도포되지 않았을 가능성이 높음

을 확인함

펌프 설계 및 제작자의 고정볼트 체결력권고치 미흡

펌프 설계 및 제작자(A사)의 유동해석결과와 성능시험 후 분해/조립 실시자(B사)의 유동해석결과가 차이가 있음.

유체하중은 정확하게 예측하기 어렵기 때문에 펌프 설계/제작사는 그 불확실성을 충분히 고려해야 함

A사에서는 손상볼트에 대한 개선사항 중의하나로 디퓨저 고정볼트 체결토크를 67% 증가시킨 새로운 권고치를 제안함(’06.10)




규제 입장


유사펌프 점검내역

2006년 9월 울진5호기 LPSI 펌프 B 고정볼트 손상이 발견된 이후,

유사 펌프인 울진5호기 LPSI 펌프 A, 울진6

호기 LPSI 펌프 A, B 및 울진 5,6호기 CSP

A, B에 대한 점검을 수행하였으며 점검결과,

손상된 볼트가 없음을 확인함.

2006년 11월 영광 5호기 정기검사 중CSP A 및 LPSI 펌프 B의 고정볼트가 건전함을 확인함.

표준형원전 LPSI펌프 비교

∙볼트(8개)를 이용하여 하부 케이싱에고정

∙볼트(7개)를 이용하여펌프케이싱커버에고정∙볼트 체결 후이탈방지를 위해가 용 접 (Tack Welding) 실시

∙볼트(7개)를 이용하여펌프케이싱커버에고정∙볼트 체결 후이탈방지를 위해가 용 접 (Tack Welding) 실시

∙Suction Ring의 고정핀에디퓨저안착∙ 디 퓨 져 상 부 에Stuffing Box Extension 설치고정※디퓨져 고정볼트없음

디퓨저체결방식

62 bar/ 204.4℃

62 bar/ 204.4℃62 bar/ 204.4℃51.7bar/204.4℃

설계압력/온도

1,778 rpm/ 600HP

1,778 rpm/ 600HP

1,778 rpm/ 600HP

1,780 rpm/ 600HP

회전수/모터동력

3850gpm/335ft

3850gpm/335ft

3850gpm/335ft

4,200gpm/335ft

정격유량/수두

수직단단원심펌프



수직단단원심펌프형식

두산중공업/효성에바라-Flowserve(미)

두산중공업/Sulzer Bingham

두산중공업/Sulzer Bingham

두산중공업/Ingersoll-Rand

공급/제작사

울진5,6호기영광 5,6호기울진 3,4호기영광 3,4호기구분





규제 입장

`

설계상의 재질과 동일 재질의 부품 사용

볼트 체결 시, 다음을 유의

볼트 체결 시, 설계상의 규정된 체결력 작용

볼트 체결 시, 규정된 종류의 윤활유를 규정

된 방법대로 공급

재조립과정에서 신품 스프링와셔 사용

설계시, 다양한 하중조건을 반영한 체결력산정

구조적으로 공진 등의 고진동을 일으킬 수있는 요인 제거

향후, 울진5호기 LPSI 펌프 B의 진동 측정시, 단순 1채널 진동 측정 이외에 다채널진동 측정 장비를 이용한 정밀 진동측정이요구되며, 측정 결과를 이용하여 보다 정밀한 진동 이력의 관리가 요구됨.

감사합니다감사합니다..

울진 5호기 LPSI 펌프 단면도

1X

1차 O/H

5X1X

1차 O/H

5X

울진 5호기저압안전주입펌프 A 진동스펙트럼

1X

1차 O/H

5X1X

1차 O/H

5X

울진 5호기저압안전주입펌프 B 진동스펙트럼.

울진 5호기저압안전주입펌프 B 진동스펙트럼(분해점검이후데이터포함)

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