순수 국내 기술로 개발한 히팅볼트 유도가열 시스템이 실제 현장 적용 결과, 신뢰성과 안전성을 입증받아 향후 확대 적용될 전망이다.

한전KPS 기술연구원은 2011년부터 연구개발에 나서 2012년 5월 시작품 개발을 마친 후 현장적용을 성공적으로 수행하고 있다.

한빛1호기 LP터빈 교체 유도 가열 장면

기술연구원은 이론을 바탕으로 많은 실험을 거쳐 시작품을 개발했다. 자체 실험결과 외산 제품과 비교해 성능에 차이가 없다는 것을 확인하고 제작을 완료했다. 2012년 4월 유도가열을 한 후 볼트재질의 화학적 성분 변화나 기계적 성질이 변화가 없다는 것을 공인기관의 시험을 통해 인증을 받았다.

기술연구원이 국산화한 시스템은 파워 서플라이 유니트(Power Supply Unit), 쿨링 시스템(Cooling System), 파워 케이블(Power Cable), 히터(Heater) 등으로 구성 되어 있다. 파워 서플라이 유니트의 입력전원은 480V이고 출력은 최대 50kW이다. 동시에 2개의 히터로 가열이 가능하도록 듀얼 시스템(Dual System)이라는 점이 특징이다. 쿨링 시스템의 입력전원은 380V이고 냉각용량은 15,120kcal/h이다.

히터는 볼트 홀의 직경과 길이에 따라 교체해 사용할 수 있도록 했다. 히팅볼트의 신장부는 가열을 하고 너트부는 가열되지 않도록 제작했고, 유연하기 때문에 보온재 등 간섭이 있는 곳에서도 쉽게 삽입해 작업할 수 있는 게 장점이다.

#개발 배경

터빈케이싱 히팅볼트와 같이 고온고압에 사용되는 대형볼트를 분해·조립하는 것은 힘들고 어려운 작업이다. 때문에 볼트에 열을 가해 볼트를 늘려 분해와 조립을 용이하게 하는 방법을 사용한다. 일반적으로 히팅볼트를 가열하는 방법은 크게 전기 저항가열, 가스가열, 그리고 유도가열로 분류된다. 그중에서도 유도가열에 의한 방법이 볼트를 가장 빠르게 가열해 신장하고 안전하게 작업을 할 수 있다.

미국 등 선진국에서는 히팅볼트 분해와 조립 시 95% 이상 유도가열에 의한 방법으로 작업을 수행하고 있다. 그러나 국내에서는 대부분 전기 저항가열에 의한 방법을 사용하고 있으며, 국내에서 개발된 히팅볼트 유도가열 시스템은 없었다.

외산장비를 구매해 사용할 경우 가격이 고가이며, 기술종속과 히터 및 출력케이블 등 소모품을 수입에 의존해야 하는 문제점이 발생 할 수 있다. 때문에 기술연구원이 개발한 시스템이 적용현장에서 성능과 신뢰성을 입증하고 있다는 사실은 발전산업계에 의미하는 바가 크다.

#히팅볼트의 유도가열 원리

유도가열 원리는 히팅볼트 홀에 저전압, 대전류를 인가하면 그에 의해 형성된 고주파 자기장 내에서 도체인 히팅볼트가 자체 발열되는 원리이다. 이와 같이 유도가열은 히터가 발열되는 것이 아니기 때문에 전기저항 가열에 비해 작업 안정성이 우수하다. 입열량 조절이나 신속한 피가열체의 가열이 가능하다. 전기저항 및 가스 가열식보다 3배 이상 빠르게 가열함으로써 공기를 단축할 수 있다. 볼트를 직접 가열 하므로 열효율이 탁월하다. 히터 온도(30~60℃)가 낮기 때문에 안전하게 작업 할 수 있는 것도 장점이다.

히팅볼트 유도가열 원리

#현장적용

한전KPS 기술연구원은 국내 최초로 개발된 시작품을 수력, 화력, 원자력발전소에 현장적용을 성공적으로 수행했다. 수력의 경우 예천양수 2호기 계획예방정비 시 분해와 조립을 시행했다. 특히, 터빈 축 런너 커플링 히팅볼트는 홀에 구조적으로 수분을 함유하고 있어 전기 저항히터를 사용해 볼트 한 개를 분해하는데 21시간 정도 소요되었고 수분으로 인한 히터의 손상이 자주 발생되었다.

그러나 유도가열 시스템을 사용해 분해하는데 80분 정도 소요되었고, 히팅볼트 홀에 수분이 있어도 가열에 전혀 문제가 되지 않는다는 것을 확인했다.

화력의 경우, 하동화력 8호기 계획예방정비 시 HIP 터빈 히팅볼트 분해 및 조립을 유도가열과 전기 저항가열을 비교하면서 실시했다. 적용결과 분해 및 조립 작업이 평균 3배 정도 빨라졌다. 히터가 가열되지 않아 작업자의 안전성을 확보하였을 뿐만 아니라 해머작업이 생략되는 등 장점이 입증했다.

원자력의 경우, 한빛 1호기 LP터빈 교체공사에 유도가열 시스템을 사용해 공사를 수행했다. 기존의 LP 터빈볼트는 대부분 유압신장 볼트였으나, 신규로 설치되는 LP터빈의 볼트는 히팅볼트로 교체됐다. 적용 결과 전기 저항가열식 보다 4배 이상 빠르게 신장되어 작업시간 단축, 작업자의 안전, 햄머작업 생략 등 효과를 거뒀다.

특히, 조립 시 전기저항 및 유도가열의 열분포를 확인하기 위해 열화상 카메라로 촬영한 결과, 유도가열이 히팅볼트의 너트 및 케이싱에 훨씬 열전도가 적었다. 이로 인해 조립 시 냉각시간이 줄어 조립공정을 단축하고 정비품질이 향상되는 효과를 확인받아 원전 측으로부터 좋은 평가를 받았다.

이밖에도 한빛4호기, 영흥 2호기, SK E&S 등 계획예방정비공사시 현장적용을 성공적으로 수행했다.

# 향후계획

한전KPS 기술연구원은 대기업과 중소기업간 상생기술협력 사업의 일환으로시작품 제작업체이며 고주파 유도가열 전문업체인 DIK(주)와 2013년 8월 기술협력 협약을 체결했다. 이어 2013년 12월 19일 산업통상자원부로부터 신기술(NET)인증도 취득했다.

김인호 한전KPS 기술연구원장은 “유도가열시스템 사용의 확대를 위해 꾸준한 현장적용을 통하여 작업자에게 사용방법 교육 및 기술이전 등을 추진하고 향후 발전사 등 고객사의 구매요청 시 주문제작뿐만 아니라 보다 성능이 향상 된 시제품을 판매할 계획이다”라고 밝혔다.