원자력발전소 가동중검사의 중요성

원자력발전소 가동중검사 기술은 원자력법령 요건에 따라 가동 중인 원자력발전소 주요기기의 건전성을 비파괴적(NDE)인 방법으로 확인, 계속 가동여부를 결정하는 기술이다.

원자력발전소는 사고 발생 시에 방사성 물질의 누출로 인해 국민의 건강과 환경에 피해를 줄 수 있기 때문에 원자로 냉각재계통을 구성하는 원자로, 증기발생기, 가압기, 배관 등과 같은 주요기기의 건전성을 장기검사계획서에 따라 매 계획예방정비기간 중 평가, 발전소를 재가동한다.

현재 국내의 원전 가동중검사 기술수준은 1970년대 외국에서 도입한 기술을 기반으로 외국사 도움 없이 비파괴검사를 자체적으로 수행할 수 있는 단계이며 비파괴검사결과 발견될 수 있는 결함의 안전성평가를 자체적으로 수행할 수 있다.

가동중검사는 원자력발전소 가동중검사 용역업체인 한전기공(주), 세안기술(주), 카이텍(주) 3개사에서 수행하고 있으며 비파괴검사 결함 안전성평가를 포함한 가동중검사 엔지니어링기술은 전력연구원 원자력발전연구소 비파괴평가센터에서 보유하고 있다.

한국의 원자력발전 수준은 세계에서도 그 기술력을 인정받는 최고의 운영능력을 자랑하고 있다. 운영실적의 대표적 평가지표인 이용률은 최근 92.3%대로 세계 최고이며 안전과 성능 우수성의 지표인 호기당 고장정지 건수 또한 평균 0.5건으로 원전 선진국인 미국, 프랑스보다 훨씬 적은 수치를 기록하고 있다.

1970년대 국내에 도입한 원자력발전의 비중은 이후 35년 동안 꾸준히 늘어나 현재 국내소비 전기의 40%이상을 공급하고 있다. 이와 같은 세계적인 원전운영실적을 가능하게 한 원동력중의 하나가 바로 가동중검사 기술이다.

가동중검사를 수행, 주요기기의 건전성을 확인함으로써 원자력발전소의 안전한 운전이 가능하고 세계 최고 이용률을 달성할 수 있는 것이다. 만약 원자로냉각재계통 주요기기의 건전성을 평가하기 위한 가동중검사 기술이 없다면 원자력발전소를 안전하게 운전하는 것이 불가능할 것이다.

따라서 전력연구원과 세계적 선진 연구기관에서는 고 신뢰도의 첨단 가동중검사 기술개발을 적극적으로 추진하고 있다.

고속 초정밀 가동중검사 기술

원전 가동중검사 기술은 원전 운영의 핵심기술로서 원자력 선진국인 미국, 프랑스에서 독점적으로 보유하고 있으나 관련 기술의 이전 또는 공개를 기피하고 있으므로 국가적인 차원에서 관련 기술개발의 추진이 필요하다.

고속 초정밀 비파괴검사 기술은 IT기술에 기반을 두고 검사신뢰도와 정확도를 획기적으로 향상시킬 수 있는 비파괴검사 기술이다. 검사결과를 3차원 영상으로 표시가 가능해 검사자가 빠른 시간 내에 정확하게 결과를 평가할 수 있으며 얻어진 자료를 디지털화, 감도를 증가시킬 수 있기 때문에 작은 결함을 검출할 수 있는 확률이 높은 기술이다. 또한 검사 속도를 획기적으로 증대시킬 수 있으므로 검사공기의 단축이 가능하다.

최근 가동중검사 기술은 세계적으로 IT 디지털 기술발달과 함께 고속 초정밀 첨단화 되고 있으며 향후 10년 이내에 위상배열 초음파검사기술, 유도 초음파검사기술, 다중배열 와전류검사기술 등과 같은 고속 초정밀 비파괴검사 기술이 기존의 재래식 비파괴검사기술을 대체할 것으로 예상된다.

국외 가동중검사 기술개발 동향

비파괴검사의 정확도 향상, 검사공기 단축, 검사자 방사선 피폭을 감소시켜 원전 이용률 향상을 위해 비파괴검사의 신뢰도 향상, 검사공기 단축, 검사자 방사선 피폭량 감소 등을 목표로 신검사기술을 개발 중에 있다.

미국 전력연구소(EPRI) 비파괴평가센터에서는 위상배열 초음파검사 기술, 유도 초음파검사 기술, 다중배열형 와전류검사 기술 등과 같은 신 비파괴검사 기술을 개발하고 있으며 미국 내 원전 운영자와 함께 비파괴검사 신뢰도 증진을 위한 ‘비파괴검사자 기량검증 체계’를 개발 완료, 비파괴검사의 신뢰도 및 정확성 향상을 추진하고 있다.

이와 같은 신기술의 일부는 이미 ASME 코드에 채택되고 있으며 수년이내에 현장에 적용될 것으로 예상된다. 또한 Westinghouse, SWRI, ABB-CE등 원전 설계제작사에서 검사 신뢰도를 증진하고 공기를 단축, 발전소 이용률 향상을 위한 신비파괴검사장비와 기술을 개발 중이다.

유럽공동체에서는 독일, 프랑스, 영국, 스페인 등을 중심으로 신비파괴검사 자동화장비 및 기술을 개발 중에 있고 비파괴검사결과 신뢰도 향상을 위한 ‘비파괴검사자 기량검증 체계’개발을 완료, 적용 중에 있다.

국내 기술개발 현황

전력연구원에서는 가동중검사 기술개발을 위한 중장기 연구개발계획을 수립, 원자로 제어봉집합체, 열교환기 전열관, 터빈 브레이드, 증기발생기 전열관 등의 비파괴검사 기술과 비파괴결함 안전성 평가기술, 특수 와전류탐촉자 설계 및 제작 기술 등을 성공적으로 개발해 현장에 적용하고 있다.

특히 최근에 증기발생기 전열관 와전류검사 보빈탐촉자와 저압터빈 동익 루트부 자동비파괴검사 기술 등을 성공적으로 개발, 산업체에 기술을 이전함으로써 국내 비파괴검사 기술력 향상과 외화 절감에 기여하고 있다.

또한 원전 가동중검사 신뢰도제고에 필수적인 ‘비파괴검사 기량검증체계’의 개발을 완료해 지난 2004년 7월 국내 최초로 시행하고 있으며 이종금속 기량검증 체계 개발을 시작, 2010년에 완료할 예정이다.

국제 경쟁력을 갖춘 국내 정보기술을 기반으로 국내 산·학·연 협력체계를 구성, 가동중검사 기술의 자립을 달성할 경우 2015년까지 해외의 선도 기관에 우위의 경쟁력을 가질 것으로 예상된다.

한편 전력연구원에서는 고속 초정밀 비파괴검사 기술개발을 위해 1차적으로 초정밀 자동초음파검사 프로그램의 개발을 완료했으며 원자력법령요건에 따른 기량검증을 완료, 현장에 적용할 예정이다.

이와 같은 고성능 프로그램 개발을 통해 얻어진 기술력과 자신감으로 국내의 세계적 IT 기술력을 활용, 산학연 협력으로 세계최고 성능을 가진 우리 고유모델의 비파괴검사 시스템을 개발할 예정이다.

고속 초정밀 가동중검사 기술의 활용

원자력발전소 가동중검사 기술을 포함한 비파괴검사 기술은 첨단 IT기술을 기반으로 의학 및 각종 산업 분야의 발전과 더불어 성장을 할 것이다. 우리나라도 중장기 가동중검사 기술개발 계획에 따라 순차적으로 고속 초정밀 비파괴검사 기술개발에 성공할 경우 국제적인 경쟁력을 확보할 것으로 예상된다.

배열형 초음파탐상검사 기술, 유도 초음파탐상검사 기술, 다중배열 와전류검사 기술 등의 고속 초정밀 비파괴검사기술의 개발을 완료, 발전소에 적용할 경우 비파괴검사 신뢰도 증진에 따른 발전소 안전성과 이용률 향상에 기여할 것이다.

또한 국내 산학연의 비파괴검사 기술력 향상에 크게 기여, 원전 가동중검사 기술의 해외 진출을 위한 기반이 확보될 것이다. 

고속 초정밀 가동중검사 기술은 일반산업체에 적용되고 있는 비파괴검사기술 중 최고 기술에 해당돼 우주항공, 조선, 화력발전소, 화학 설비 등에도 활용도가 높을 것으로 예상된다.