천연가스, 원전
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국내 최초 히팅볼트 유도가열시스템 개발·원전 적용
디아이케이(주) 기술연구소, 화력·원전 현장 적용결과 ‘신뢰성 입증’
2016년 11월 07일 (월) 10:29:45 전력경제 epetimes@epetimes.com

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

디아이케이(주) 기술연구소는 2013년부터 연구개발에 나서 2015년 8월 시제품 개발을 마친 후 현장적용을 성공적으로 수행했다. 이어 2016년 9월 해외수출을 위해 CE인증(전기안전, 전자파) 획득을 완료했다.

   
유도가열 및 열화상 카메라 온도측정
   
 

 

 

 

 

 

 

 

디아이케이(주)는 유도가열 이론을 바탕으로 많은 현장실험을 거쳐 시제품을 개발했다. 자체 실험결과 외산 제품과 비교해 성능에 차이가 없다는 것을 확인하고 시제품 개발 및 제작을 완료했다.

   
 
2015년 9월에는 유도가열을 실시한 후 볼트재질의 화학적 성분변화나 기계적 성질이 변화가 없다는 것을 한국화학융합시험연구원(KTR)의 공인시험을 통해 성능을 인정받았다.

디아이케이(주)의 국산화한 시스템은 파워 서플라이 유니트(Power Supply Unit), 쿨링 시스템(Cooling System), 파워 케이블(Power Cable), 히터(Heater) 등으로 구성돼 있다.

파워 서플라이 유니트의 입력전원은 480V이고 출력은 최대 50kW이다. 패러데이 법칙을 이용한 유도가열이 가능하도록 구성한 일체형 시스템이라는 점이 특징이다. 또한 쿨링 시스템의 입력전원은 480V이고 냉각용량은 15,120kcal/h이다.

   
 
히터는 볼트 홀의 직경과 길이에 따라 편리하게 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 가열 및 신장하고 안전하게 작업을 할 수 있다고 알려져 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 디아이케이(주)가 개발한 시스템이 적용현장에서 성능과 신뢰성을 입증하고 있다는 사실은 국내 발전 산업계에 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 3~4배 이상 빠르게 가열함으로써 안전하고, 편리하며, 신속하게 공기를 단축할 수 있다. 볼트를 직접 가열 하므로 열효율이 탁월하다. 히터 온도(50~60℃)가 낮기 때문에 안전하게 작업 할 수 있는 것도 장점이다.

# 현장적용
디아이케이(주)는 국내 최초로 개발된 시작품을 수력, 화력, 원자력발전소에 현장적용을 성공적으로 수행했다. 수력의 경우 예천양수발전소 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 발생됐다.

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

화력의 경우, 남동발전(영흥), 서부발전(태안), 남부발전(하동) 등에서 계획예방정비 시 HIP 터빈 히팅볼트 분해 및 조립을 유도가열과 전기 저항가열을 비교하면서 실시했다. 적용결과 분해 및 조립 작업이 평균 3~4배 정도 빨라졌다. 히터가 가열되지 않아 작업자의 안전성을 확보하였을 뿐만 아니라 해머작업이 생략되는 등 장점이 입증했다.

원자력의 경우, 고리 3호기 LP터빈 OH공사에 유도가열 시스템을 사용해 공사를 수행했다. 현장 실증적용 결과 전기 저항가열식 보다 평균3~4배 이상 빠르게 신장되어 작업시간 단축, 작업자의 안전, 햄머작업 생략 등 효과를 거뒀다.

# 실증 적용 결과
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 한수원 측으로부터 좋은 평가를 받았다.

□ 적용 내용
 ○ 적용 기간 : 고리 3호기 계획예방정비(2015.07 ~ 2015.08)
 ○ 적용 설비 : 디아이케이(주), 유도가열기 임차
 ○ 적용 대상 : 저압터빈 내·외부 케이싱 히팅 볼트 106개 (내부케이싱 : 50개, 외부케이싱 : 56개)  
 ○ 가열설비 비교

   
 
□ 작업시간 비교
○ 분해시 작업시간
 
   
 
- 고주파 유도가열 설비 적용시 기존 전기저항 보다 작업시간이 평균 6분/개 단축하였다.
 ○ 조립시 작업시간
 
   
 
- 고주파 유도가열 설비 적용시 기존 전기저항 보다 작업시간이 평균 6분/개 단축하였다.

□ 성능 비교 요약
 ○ 기존 전기저항 분해·조립 작업시간 대비 평균 6분/개 단축하였다.
 ○ 볼트 가열구멍에 응축수 존재시 볼트 가열성능 매우 우수하여, 기존 전기저항 보다 작업시간이
    최대 25분/개 단축하였다.

□ 적용 효과
▲ 정량적 효과
 ○ 작업시간 단축 : 42.4시간(1.8일)

   
 
○ 공정단축 금액 : 약 18억원
   
 
 
▲정성적 효과 
 ○ 볼트 열화 완화
    - 볼트 신장부위만 가열되어 볼트 나사산의 열 영향에 의한 기계적 성질 변형 최소화했다.
 ○ 작업자 화상 등 안전사고 예방
    - 볼트 가열시 기존 전기저항방식으로 가열할 경우에는 너트 상부까지 가열되어 접촉시 작업자의  화상발생 가능성이 상존하고 있다.
    - 너트 분해 및 조립 작업시 해머사용 불필요에 따른 중량물 취급으로 인한 작업자 안전사고로부터 보호가 가능하다.

○ 가열방식에 따른 온도비교
    - 유도가열방식으로 작업할 경우에는 볼트 가열부 자체에만 발열되어 화상위험 가능성이 없다.
    - 히터 가열중에도 가열히터 중앙으로 냉각수가 공급됨으로 히터를 접촉시에도 화상위험이 없다.
 
이밖에도 한수원-원자력(신고리 3호기, 신월성 2호기, 신고리 4호기), 한수원-수력(팔당, 예천양수), 화력(태안4호기, 영흥5호기, 하동2호기, 남제주1호기) 및 복합화력(지역난방공사 파주2호기) 계획예방정비공사시 현장적용을 성공적으로 수행했다.

# 향후계획
디아이케이(주)는 발전소 OH 전문업체인 한전KPS(주)와 2013년 8월 기술협력 협약을 체결했다. 2016년 2월 23일 중소기업청으로부터 성능인증(EPC)도 취득했다. 국내 30회 이상의 현장실증 실적 및 판매실적을 바탕으로 중국, 이란, 사우디, UAE, 아프리카 등 해외수출을 추진하고 있다.

강문수 디아이케이(주) 대표이사는 “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.

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