KR20120036352A

KR20120036352A - 원자력 발전 플랜트의 건전성 평가 시스템

Info

Publication number: KR20120036352A
Application number: KR1020127002584A
Authority: KR
Inventors: 나오키 오가와; 다카아키 고바야시; 나리야스 마츠바라
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2009-12-25
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2012-04-17
Also published as: EP2518470A1; CA2769017A1; JP2013130588A; WO2011078333A1; JPWO2011078333A1; JP5276723B2; US20120136589A1

Abstract

건전성 평가의 정밀도 향상을 도모함과 함께, 그 평가 결과에 기초하여 적절한 보전 대책을 제공하는 것을 특징으로 한다. 응력 분포 및 특정된 균열 발생 지점을 출력하는 응력 분포 산출부 (11) 와, 균열 발생 지점으로부터의 균열 진전 예측을 실시하는 균열 진전 예측부 (12) 와, 균열 진전 예측 결과와 보전 대책이 대응된 보전 데이터 베이스 (15) 를 가지고, 균열 진전 예측 결과에 대응되는 보전 대책을 보전 데이터 베이스 (15) 로부터 판독하고, 판독된 보전 정보를 사용자에게 제시하는 건전성 보전부 (13) 를 구비하는 원자력 발전 플랜트의 건전성 평가 시스템 (10) 을 제공한다.

Description

원자력 발전 플랜트의 건전성 평가 시스템{NUCLEAR POWER PLANT SOUNDNESS EVALUATION SYSTEM}

본 발명은, 원자력 발전 플랜트에 있어서의 건전성 평가에 관한 것이다.

최근, 원자력 발전 플랜트에 있어서, 구조물이나 배관 등에서 사용되는 금속 재료의 응력 부식 균열 (SCC) 이 문제가 되고 있다. 이 응력 부식 균열은, 금속 재료에 부식과 인장 응력이 동시에 작용했을 때에 일어나는 파괴 현상으로, 응력이 큰 경우에는, 더 짧은 기간에 현상이 현재화될 가능성이 있다.

종래, 응력 부식 균열의 평가 방법으로서 구조재의 경도에 기초하여 응력 부식 균열의 감수성이나 수명을 평가하는 방법이 알려져 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조). 이 방법은, 구조재의 경도와 응력 부식 균열의 크기에 상관 관계가 있는 것에 주목하여, 이 상관 관계를 이용하여 구조재의 응력 부식 균열의 감수성이나 수명을 평가하는 것이다.

일본 공개특허공보 2004-340898호

그러나, 상기 서술한 바와 같은 경도로 응력 부식 균열의 감수성을 평가하는 종래 기술에서는, 구조재의 표면 근방, 예를 들어, 표면에서 수밀리 정도 내부로 들어간 지점까지의 응력 부식 균열밖에 평가할 수 없어, 그 이상의 부식 균열을 평가할 수 없다는 문제가 있었다.

또, 응력 부식 균열의 진전 정도는, 사용되는 환경 (온도, 압력 등) 에 따라 변화하지만, 상기 서술한 구조재의 경도로 균열을 판정하는 종래 기술에서는, 사용되는 환경 등을 고려한 평가를 실시하는 것이 어렵다는 문제가 있었다.

또한, 지금까지의 원자력 발전 플랜트에 있어서의 운용에서는, 균열이 발생한 경우에, 그 크기에 상관없이 플랜트의 운전을 즉시 정지시키고, 원인 구명 및 보수 대책을 실시하는 것이 규정 등에 따라 의무화되어 있다.

그러나, 최근, 플랜트의 운전 효율 등을 고려하여, 균열이 확인된 경우에도, 플랜트의 건전성을 확보할 수 있는 기간이면, 균열을 그대로 한 상태에서 계속 운전을 실시하게 한다는 새로운 규격이 구축되어 있다. 이와 같은 규격을 적용하는 경우에는, 균열의 진전 예측을 가능한 한 높은 정밀도로 실시하고, 이 균열 진전 예측 결과에 따라 적절한 시기에, 적절한 보전 대책을 실시하는 것이 필요해진다.

본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 건전성 평가의 정밀도 향상을 도모함과 함께, 그 평가 결과에 기초하여 적절한 보전 대책을 제공할 수 있는 원자력 발전 플랜트의 건전성 평가 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 이하와 같은 수단을 채용한다.

본 발명은, 원자력 발전 플랜트에 있어서의 건전성 평가 시스템으로, 건전성의 평가 구조체의 잔류 응력의 응력 분포를 산출하고, 그 응력 분포에 기초하여 균열이 발생하는 것으로 판단한 경우에, 산출된 응력 분포 및 특정된 균열 발생 지점을 출력하는 응력 분포 산출부와, 응력 분포 산출부로부터 출력된 응력 분포 및 특정된 균열 발생 지점의 정보에 기초하여, 그 균열 발생 지점으로부터의 균열 진전 예측을 실시하여 예측 결과를 출력하는 균열 진전 예측부와, 균열 진전 예측 결과와 보전 대책이 대응된 데이터 베이스를 가지고, 상기 균열 진전 예측부로부터의 균열 진전 예측 결과에 대응되는 보전 대책을 상기 데이터 베이스로부터 판독하고, 판독된 보전 정보를 사용자에게 제시하는 건전성 보전부를 구비하는 원자력 발전 플랜트의 건전성 평가 시스템을 제공한다.

본 발명에 따르면, 응력 분포 산출부에 의해 평가 구조체의 잔류 응력의 응력 분포가 산출되고, 이 응력 분포에 기초하여 균열이 발생하는지 아닌지가 판단되고, 균열이 발생하는 것으로 판단된 경우에, 균열 진전 예측부에 의해 응력 분포에 기초하는 균열 진전 예측이 이루어진다. 이와 같이 응력 분포 산출부에서는, 평가 구조체가 사용되고 있는 환경을 고려하여, 평가 구조체의 내면에서 표면까지의 연속적인 잔류 응력의 분포를 구하므로, 이와 같은 응력 분포에 기초하여 균열의 발생 유무 및 균열 진전 예측을 실시함으로써, 균열 진전 예측 정밀도를 높일 수 있게 된다. 또, 이로써, 수명도 더 정확하게 평가할 수 있게 된다. 또한, 건전성 보전부에 의해, 이 균열 진전 예측 결과에 대응되는 적절한 보전 대책이 데이터 베이스로부터 판독되어 사용자에게 제시되므로, 현재 및 장래의 평가 구조체에 있어서의 균열 진전을 확인한 적절한 보전 대책을 실시할 수 있게 된다. 또, 본 발명에 따르면, 균열의 진전 정도에 따라서는, 운전을 계속 실시하여, 장래적으로 수선 작업을 실시하면 된다는 보전 대책을 세울 수 있기 때문에, 플랜트의 운전 효율을 높일 수 있게 된다. 또, 이 경우에는, 수선을 실제로 실시할 때 까지 수선을 위한 준비 등을 실시할 수 있어 수선에 필요로 하는 공사 기간 등을 짧게 할 수 있게 된다.

상기 원자력 발전 플랜트의 건전성 평가 시스템에 있어서, 상기 응력 분포 산출부는, 동일한 구조체가 복수 존재하는 경우에, 각 구조체에 대해 미리 탄성 해석을 실시하여, 탄성 해석의 결과가 근사하는 것을 그룹화시켜 복수의 그룹을 작성하고, 각 상기 그룹에 있어서 상기 구조체의 탄소성 해석을 실시함으로써 응력 분포를 얻고, 그 그룹과 응력 분포를 대응시켜 격납된 데이터 베이스를 가지고 있고, 상기 데이터 베이스로부터 건전성의 평가 구조체의 잔류 응력의 응력 분포를 취득하는 것으로 해도 된다.

이와 같이 복수 구조체에 대해 탄성 해석을 실시하여, 근사한 탄성 해석 결과를 나타낸 구조체를 그룹화시키고, 각 그룹에 대해 미리 탄소성 해석을 실시하여 응력 분포를 구해 두므로, 실제 응력 분포 계산시에는, 데이터 베이스로부터 정보를 취득하기만 하면 되므로, 용이하게 단시간에 응력 분포를 취득할 수 있다.

상기 원자력 발전 플랜트의 건전성 평가 시스템에 있어서, 상기 응력 분포 산출부는, 건전성의 평가 구조체의 잔류 응력을 항복 응력으로 간주하여 상기 잔류 응력의 응력 분포를 얻는 것으로 해도 된다.

이와 같이 항복 응력 상당으로 함으로써, 응력 계산이 불필요해져 시간을 대폭 단축시킬 수 있게 된다.

본 발명에 따르면, 건전성 평가의 정밀도 향상을 도모함과 함께, 그 평가 결과에 기초하여 적절한 보전 대책을 제공할 수 있다는 효과를 발휘한다.

도 1 은 원자력 발전 플랜트의 일례를 나타낸 개략 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 제 1 실시 형태에 관련된 원자력 발전 플랜트의 건전성 평가 시스템의 평가 구조체의 일례에 대해 나타낸 도면이다.
도 3 은 본 발명의 제 1 실시 형태에 관련된 원자력 발전 플랜트의 건전성 평가 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4 는 도 3 에 나타낸 응력 분포 산출부 및 균열 진전 예측부에서 실시되는 메시 분할에 대해 모식적으로 나타낸 설명도이다.
도 5 는 도 3 에 나타낸 응력 분포 산출부에서 실시되는 메시 분할 및 이 메시 분할을 사용하여 산출한 잔류 응력 분포의 일례를 나타낸 도면이다.
도 6 은 도 3 에 나타낸 균열 진전 예측부에서 실시되는 메시 분할 및 메시 분할 상에 설정된 초기 잔류 응력 분포의 예를 나타낸 도면이다.
도 7 은 도 3 에 나타낸 균열 진전 예측부에서 실시되는 메시 분할 및 이 메시 분할을 사용하여 산출한 잔류 응력 분포의 일례를 나타낸 도면이다.
도 8 은 도 3 에 나타낸 균열 진전 예측부에서 예측한 균열 진전의 모습을 예시한 도면이다.
도 9 는 도 3 에 나타낸 균열 진전 예측부에서 실시되는 메시 분할에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 10 은 배관의 판두께의 절반까지 균열이 진전되었을 때의 메시 분할 및 응력 분포의 일례를 나타낸 도면이다.
도 11 은 노심내 계측장치통이 하부 거울에 지지되어 있는 상태를 용기 하측에서 보았을 때의 모식도이다.
도 12 는 노심내 계측장치통이 노저에 용접되어 있는 상태를 나타낸 개략 단면도이다.
도 13 은 구조물의 그룹화에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 14 는 용접 금속부에 있어서의 항복 응력에 대해 설명하기 위한 도면이다.

〔제 1 실시 형태〕

이하에, 본 발명의 제 1 실시 형태에 관련된 원자력 발전 플랜트의 건전성 평가 시스템 (이하, 간단히 「건전성 평가 시스템」이라고 함) 에 대해, 도면을 참조하며 설명한다. 본 실시 형태에서는, 도 1 에 나타낸 바와 같은, 원자력 발전 플랜트 (1) 에 있어서의 원자로 용기 (2) 의 1 차 냉각재관 (3) 의 건전성에 대해 평가하는 경우를 예시하며 설명한다. 보다 구체적으로는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 1 차 냉각재관 (3) 에 있어서의 맞댐 용접부 (4) 의 건전성을 평가하는 경우를 예시하며 설명한다. 또한, 도 1 에 있어서, 원자로 용기 (2) 로부터 송출된 고온 고압수 (5) 는, 이 1 차 냉각재관 (3) 을 통과하여 증기 발생기 (6) 에 유입되도록 되어 있다.

도 3 은, 본 실시 형태에 관련된 건전성 평가 시스템 (10) 의 개략 구성을 나타낸 도면이다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 건전성 평가 시스템 (10) 은, 응력 분포 산출부 (11) 와, 균열 진전 예측부 (12) 와, 건전성 보전부 (13) 와, 응력 분포 데이터 베이스 (14) 와, 보전 데이터 베이스 (15) 를 주요 구성으로 구비하고 있다.

응력 분포 산출부 (11) 는, 예를 들어, 도 4 의 (a), (b) 에 나타낸 바와 같은 잔류 응력 해석용의 메시 분할을 실시하고, 이 메시 분할을 사용하여, 열탄소성 해석에 의해 잔류 응력을 산출한다. 예를 들어, 도 5 에, 도 2 에 나타낸 1 차 냉각재관 (3) 에 있어서의 맞댐 용접부 (4) 에서의 실제 잔류 응력 해석용의 메시 분할예 (도면 중의 실선) 와 이 메시 분할을 사용하여 산출한 잔류 응력의 분포예 (도면 중의 점선) 를 나타낸다.

또한, 상기 잔류 응력의 산출에 필요한 정보 (예를 들어, 평가 구조물의 사이즈, 재료 (물성값 포함함), 용접 조건, 설치 환경 등) 에 대해서는, 응력 분포의 산출 처리에 앞서, 미리 작업원에 의해 입력되고 등록되어 있는 것으로 한다.

여기서, 응력 분포 산출부 (11) 는, 구조체마다, 그리고, 그 구조체의 해석 위치마다, 균열이 발생할 때의 임계값 응력 분포가 격납된 응력 분포 데이터 베이스 (14) 를 가지고 있다. 이 응력 분포 데이터 베이스 (14) 에 격납되는 임계값 응력 분포는, 미리 시험을 실시함으로써 작성된 것이다.

응력 분포 산출부 (11) 는, 응력 분포 데이터 베이스 (14) 로부터 이번 평가 구조물에 해당되는 임계값 응력 분포를 판독하고, 판독된 임계값 응력 분포와 계산에 의해 취득된 상기 잔류 응력 분포를 비교하여, 잔류 응력이 임계값 응력을 초과하는 지점이 있는지 아닌지를 판정한다. 이 결과, 평가 영역 전체에 있어서, 잔류 응력이 임계값 응력 이하이면, 이번 평가에서는, 보전 대책은 불필요한 것으로 판단하여, 이번 산출 결과를 소정의 데이터 베이스 (도시 생략) 에 격납시킨다.

한편, 잔류 응력이 임계값 응력을 초과하는 지점이 있었던 경우에는, 그 지점의 정보와 산출된 잔류 응력 분포의 정보를 균열 진전 예측부 (12) 에 출력한다.

균열 진전 예측부 (12) 는, 응력 분포 산출부 (11) 에 의해 특정된 균열 발생 지점에, 초기 균열의 전연 (선단) 의 형상을 설정하고, 메시의 재분할을 실시한다. 예를 들어, 초기 균열의 전연 상에 메시의 절점이 위치하도록 초기 균열의 전연 형상에 따라 메시의 재분할을 실시한다. 계속해서, 이 재분할된 메시 상에, 응력 분포 산출부 (11) 에서 산출된 잔류 응력을 설정한다.

예를 들어 도 4 의 (c), (d) 에 나타내는 바와 같이 초기 균열의 전연 (13A) 의 형상을 설정한 경우, 이 초기 균열의 전연 (13A) 상에 메시의 절점 (14A) 이 위치하도록 초기 균열의 전연 (13A) 의 형상에 따라 메시를 재분할한다. 또, 이 때에 초기 균열부, 즉, 초기 균열의 전연 (13A) 의 앞측 (내측) 의 절점 (14B) 은, 이후에 해방되어 균열을 진전시킬 (초기 균열을 모의할) 수 있는 위치로 설정된다. 그 후, 이 재분할된 메시 상에, 응력 분포 산출부 (11) 에 의해 산출된 잔류 응력을 설정한다. 도 6 에, 이 메시 재분할에 의한 실제 메시 분할예 (실선) 와 이 메시 분할 상에 설정된 초기 잔류 응력 분포의 예 (점선) 를 나타낸다.

계속해서, 균열 진전 예측부 (12) 는, 초기 균열부, 즉, 초기 균열의 전연의 앞측의 절점을 해방시킴으로써, 초기 균열을 도입한 경우의 잔류 응력을 산출하고, 이 잔류 응력에 기초하여 파괴 역학 파라미터 K (응력 확대 계수) 를 구한다. SCC 균열의 경우, 즉, 연속적인 하중 (배관의 내압 등) 으로 인한 균열의 진전을 해석하는 경우, 파괴 역학 파라미터로서 K 를 구한다.

도 4 의 (e) 및 도 4 의 (f) 에 나타낸 예에서는, 초기 균열의 전연 (13A) 의 앞측의 절점 (14B) 을 해방시킨다. 또한, 도 4 의 (e) 및 도 4 의 (f) 에서는, 이 해방된 절점 (14B) 을 백색 원으로 나타내고, 또한, 해방부의 메시는 점선으로 나타내고 있다. 그리고, 이 메시 분할에 기초하여, 초기 균열을 도입한 경우의 잔류 응력을 산출하고, 이 잔류 응력에 기초하여 파괴 역학 파라미터 K 를 구한다. 이 파괴 역학 파라미터는, 균열 전연 상의 각 절점에서 구한다. 도 7 에, 이 때의 실제 메시 분할예 (실선) 와 메시 분할에 기초하여 산출된 잔류 응력 분포의 예 (점선) 를 나타낸다.

균열 진전 예측부 (12) 는, 이와 같이 하여 잔류 응력 분포 및 파괴 역학 파라미터 K 를 구하면, 계속해서, 이들 정보를 기초로, 소정의 균열 진전속도로부터 균열의 진전 방향과 진전량을 예측한다. 균열 진전속도는 주지한 바와 같고, 예를 들어 이하의 (1) 식과 같이 나타내어진다.

da/dT=C1ㆍK^m1 (1)

(1) 식에 있어서, a 는 진전량, T 는 시간, C1, m1 은 상수이다. 도 8 의 (a), (b) 에, 예측된 균열 진전의 모습을 예시한다. 도 8 의 (a), (b) 에 나타내는 바와 같이, 예를 들어, 예측 후의 균열의 전연 (13B) 은 일점 쇄선으로 나타내어진다. 또한, 도 8 의 (a), (b) 에 나타내는 메시 분할은 도 4 의 (e) 및 도 4 의 (f) 에 나타내는 메시 분할과 동일한 것이다.

계속해서, 균열 진전 예측부 (12) 는, 예측된 균열의 전연 상에 메시의 절점이 위치하도록, 예측 후의 균열의 전연 형상에 따라 메시를 재작성한다. 이 경우, 예를 들어, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 예측 전의 균열의 전연 (13A) 상과 예측 후의 균열의 전연 (13B) 상에 메시의 절점 (14A, 14C) 이 각각 있고, 이 예측 전의 균열 전연 (13A) 과 예측 후의 균열 전연 (13B) 의 형상에 대응되도록 메시를 재작성하면 된다.

또, 예측 후의 균열 전연의 앞측 (내측) 의 절점, 즉, 예측 전의 균열 전연 상의 절점이나 예측 전의 균열 전연과 예측 후의 균열 전연 사이의 절점은, 이후에 해방시켜 균열을 진전시킬 수 있도록 설정한다. 또한, 도 9 에 나타내는 예에서는, 예측 전의 균열 전연 (13A) 과 예측 후의 균열 전연 (13B) 사이의 메시 분할 수가 동일해지도록 메시를 재작성하고 있지만, 반드시 그럴 필요는 없어, 임의의 메시 형상으로 분할할 수 있고 분할 수를 동일하게 할 필요는 없다.

계속해서, 새롭게 작성된 메시 상에, 그 하나 앞의 메시에 있어서의 응력ㆍ변형 등의 정보량 (상태량) 을 설정한다. 예를 들어 도 8 의 (c), (d) 에 나타내는 바와 같은 새로운 메시 상에, 도 8 의 (a), (b) 에 나타내는 바와 같은 하나 앞의 메시의 응력ㆍ변형 등의 상태량을 설정한다.

계속해서, 예측 후의 균열 전연의 앞측에 있는 절점, 즉, 예측 전의 균열 전연 상의 절점이나 예측 전의 균열 전연과 예측 후의 균열 전연 사이의 절점을 해방시켜 균열의 진전을 모의한다. 이 경우에, 예측 후의 균열의 전연 상에 절점이 위치하도록 메시를 재작성하고 있기 때문에, 이와 같이 예측 후의 균열 전연의 앞측의 절점을 해방시켜 예측 후의 균열의 전연까지 균열을 진전시킬 수 있다. 이 때 절점이 해방됨으로써, 예측 후의 균열 전연의 앞측 부분의 응력은 해방되고 예측 후의 균열의 전연 부분의 응력이 가장 커진다. 그리고, 이 진전 후의 균열 형상에 대해 파괴 역학 파라미터 K 를 구한다. 이 파괴 역학 파라미터 K 는, 예를 들어 균열 전연 상의 각 절점에서 구해진다.

도 8 의 (e), (f) 에 나타낸 예시에서는, 예측 전의 균열의 전연 (13A) 상의 절점 (14A) 를 해방시킴으로써, 균열의 진전을 모의한다. 또한, 도 8 의 (e), (f) 에서는, 이 해방된 절점 (14A) 을 백색 원으로 나타내고, 또한, 해방부의 메시는 점선으로 나타내고 있다. 이와 같이 하여, 새로운 메시 상에서의 파괴 역학 파라미터 K 가 구해지면, 이번에는, 이 파괴 역학 파라미터 K 에 기초하여, 균열의 진전 방향과 진전량을 예측한다. 그리고, 상기 서술한 처리를 반복적으로 실시함으로써, 순차적으로 균열을 진전시킨다.

도 10 에, 배관의 판두께 t 의 절반까지 균열이 진전되었을 때의 실제 메시 분할예 (실선) 와 응력 분포예 (점선) 를 나타낸다. 또한, 도 5 내지 도 7 에서는 맞댐 용접부의 내주면측에 발생된 균열의 진전을 해석하는 경우의 메시 분할예를 나타내고 있는 반면에, 도 10 에서는 맞댐 용접부 (4) 의 외주면측에 발생된 균열의 진전을 해석하는 경우의 메시 분할예를 나타내고 있다. 또, 도 10 에서는 맞댐 용접부 (4) 의 우측 절반의 메시 분할만을 나타내고, 좌측 절반에 대해서는 도시를 생략하고 있다.

또한, 상기 예에서는, 파괴 역학 파라미터로서 K 를 사용하고 있지만, 이것 대신에, 예를 들어, 다른 파라미터 (예를 들어, J) 를 사용해도 된다. 다른 파라미터 J 를 사용한 균열 진전 예측 방법에 대해서는, 예를 들어, 일본 공개특허공보 평10-38829호에 개시되어 있고, 이 수법을 이용하여 균열 진전 예측 결과를 얻는 것으로 해도 된다. 또, 이들 수법에 한정되지 않고, 응력 분포에 기초하여 균열 진전 예측을 실시하는 수법이면, 어느 수법을 이용해도 된다.

이와 같이 하여, 균열 진전 예측부 (12) 에 의해, 균열 진전 예측 결과가 얻어지면, 이 결과는 건전성 보전부 (13) 에 부여된다. 건전성 보전부 (13) 는, 균열 진전 임계값과 보전 패턴이 대응되어 격납된 보전 데이터 베이스 (15) 를 가지고 있다. 균열 진전 임계값이란, 소정 기간 후 (예를 들어, 5 년 후) 에 균열은 진전되고 있지만, 대상 기기의 건전성을 유지할 수 있는 것으로 판단할 수 있는 균열 진전의 임계값으로, 미리 시험이나 해석을 실시함으로써 설정 가능한 값이다. 건전성 보전부 (13) 는, 균열 진전 예측부 (12) 에 의해 소정 기간 후의 균열 진전 예측 결과가 상기 균열 진전 임계값 이하인 경우에는, 이하의 보전 패턴 A 를 선택하고, 상기 균열 진전 임계값을 초과한 경우에는 이하의 보전 패턴 B 를 선택한다.

보전 패턴 A：계속 운전하며, 다음 회 점검시에 이하의 (α) 내지 (γ) 중 어느 것의 보전 대책을 실시한다.

보전 패턴 B：즉시 이하의 (α) 나 (β) 의 보전 대책을 실시한다.

보전 대책

(α) 보수

잔류 응력이 높아, 균열이 발생, 진전될 가능성이 있는 지점을 기계 가공 등으로 삭제하고, 내식성을 갖는 용접 재료 등으로 다시 쌓는다. 이 방법은, 트러블 대응시 및 보수의 필요성이 높아, 보수 시공 조건이 비교적 용이한 경우에 채용되는 경우가 많다.

(β) 교체

잔류 응력이 높아, 균열이 발생, 진전될 가능성이 있는 지점을 포함한 구조물을, 잔류 응력이 저감된 대체 구조물로 그대로 교체한다. 이 방법은, 상기 (α) 의 보수 시공이 구조적으로 어렵거나, 또는 대상 기기의 수명 평가를 실시한 결과, 구조물을 교체하는 편이 바람직한 것으로 판단된 경우에 실시된다.

(γ) 응력 완화

잔류 응력이 높아, 균열이 발생, 진전될 가능성이 있는 지점에 대해, 응력을 저감시킨다.

예를 들어, 건전성 보전부 (13) 는, 보전 패턴 A 를 선택한 경우, 보전 해당부의 보수 기술이 구축되어 있어, 다른 보전 공법보다 저비용ㆍ단시간에 대응할 수 있는 경우에는 보전 대책 (α) 를 선택하고, 보수 시공이 곤란한 부위 또는 보수 기술이 구축되어 있지 않아, 대체 구조물로 교체하는 편이 다른 보전 공법보다 저비용ㆍ단시간에 대응할 수 있는 경우에는 보전 대책 (β) 를 선택한다. 보전 대책 (α) 나 (β) 는 대상 기기의 개조 공사가 필요해져 대규모가 되는 경우도 많다. 그래서, 기존의 기기를 살리면서, 균열 진전뿐만 아니라, 균열 발생의 인자이기도 한 응력을 구조물로부터 제거하는 경우에는 보전 대책 (γ) 를 선택한다.

또, 건전성 보전부 (13) 는, 보전 패턴 B 를 선택한 경우에는, 보전 해당부의 보수 기술이 구축되어 있어, 다른 보전 공법보다 저비용ㆍ단시간에 대응할 수 있는 경우에는 보전 대책 (α) 를 선택하고, 보수 시공이 곤란한 부위 또는 보수 기술이 구축되어 있지 않아, 대체 구조물로 교체하는 편이 다른 보전 공법보다 저비용ㆍ단시간에 대응할 수 있는 경우에는 (β) 를 선택한다.

또한, 건전성 보전부 (13) 에는, 보전 패턴 A, B 중 어느 것에 대해서도, 상기 (α) ? (γ) 를 선정하는 데에 충분한 보전 해당부의 정보가 미리 사용자에 의해 입력되어 있는 것으로 한다.

또한, 건전성 보전부 (13) 는, 균열 진전 예측부 (12) 에 의해, 소정 기간 (예를 들어 5 년) 운전을 계속해도, 균열은 진전되지 않아 대상 기기의 건전성을 유지할 수 있는 것으로 판단된 경우에는, 보전 대책 불필요로 판단한다.

건전성 보전부 (13) 는, 균열 진전 예측부 (12) 로부터 입력되는 균열 진전 예측 결과에 기초하여 보전 패턴 A, B 또는 보전 대책 불필요 중 어느 것을 선택하고, 또한, 보전 패턴 A, B 의 경우에는 더욱 적절한 보전 대책을 선택하면, 선택된 이들의 보전 패턴 및 필요한 경우에는 보전 대책을 표시장치에 표시시킨다.

이로써, 작업자는, 표시장치에 표시된 보전 대책을 참조하여, 이 보전 대책을 실행한다.

또한, 건전성 보전부 (13) 는, 균열 진전 예측부 (12) 로부터 입력되는 균열 진전 예측 결과에 기초하여 선택된 보전 패턴 및 보전 대책 (α) ? (γ) 를 표시장치에 표시시키고, 보전 대책에 대해서는 사용자측에 적절한 것을 선택시키는 것으로 해도 된다.

〔제 2 실시 형태〕

다음으로, 본 발명의 제 2 실시 형태에 관련된 원자력 발전 플랜트의 건전성 평가 시스템에 대해서 도면을 참조하며 설명한다.

예를 들어, 상기 서술한 제 1 실시 형태에 있어서 예시된 맞댐 용접부 (4) 이면, 형상도 그다지 복잡하지 않기 때문에, 잔류 응력 분포의 산출 처리는 그다지 번잡하지 않지만, 원자력 발전 플랜트에서는, 복잡한 형상의 부위도 많아, 그들 부위에서 매회 잔류 응력 분포를 구하는 것은 대단한 노력과 시간이 걸린다. 예를 들어 노심내 계측장치통이 그 예이다. 도 11 은 노심내 계측장치통이 하부 거울에 지지되어 있는 상태를 노내 용기 하측에서 보았을 때의 모식도, 도 12 는 노심내 계측장치통이 노저에 용접되어 있는 상태를 나타낸 개략 단면도이다.

도 11 에 나타내는 바와 같이, 원자로 용기의 하부 거울에는 센서류를 안으로 통과시키는 복수의 노심내 계측장치통 (54) 이 지지되어 있다. 이 노심내 계측장치통 (54) 은, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 노저 (56) 를 관통하고 있고, 노저 (56) 와 노심내 계측장치통 (54) 의 접촉면은 용접됨으로써, 각 노심내 계측장치통 (54) 이 노저 (56) 에 고정되어 있다.

그리고, 이와 같은 노심내 계측장치통 (54) 을 노저 (56) 에 고정시키는 각 용접부에 대해, 상기 서술한 균열 진전 등의 평가가 필요해진다. 특히, 원자로 용기의 하부는, 노심 등이 수용되는 원자로 용기 본체에 용접에 의해 일체화되어 있기 때문에 교환이 어렵다. 그래서, 균열 진전 평가를 높은 정밀도로 실시하는 것이 요구되고 있지만, 노저 (56) 는 주발 형상으로 되어 있고, 노심내 계측장치통 (54) 과 노저 (56) 의 부착 각도에 의해 응력 분포가 상이하기 때문에, 각 용접부에 대해 각각 응력 분포를 구하는 것은, 대단한 노력과 시간을 소비해야만 했다.

본 실시 형태는, 이와 같은 응력 분포가 장소에 따라 상이한 복잡한 형상이어도, 이들의 각 구조체에 대해 응력 분포를 간편하고 신속하게 얻을 수 있는 건전성 평가 시스템을 제공하는 것이다.

이하, 본 실시 형태에 관련된 원자력 발전 플랜트의 건전성 평가 시스템에 대해, 상기 서술한 제 1 실시 형태에 관련된 건전성 평가 시스템과 공통되는 점에 대해서는 설명을 생략하고, 상이한 점에 대해 주로 설명한다.

본 실시 형태에 관련된 건전성 평가 시스템은, 도 3 에 나타낸 제 1 실시 형태에 관련된 응력 분포 산출부의 기능이 상이하다. 요컨대, 상기 제 1 실시 형태에 있어서는, 건전성 평가의 대상 부위에 대해 그때마다 탄소성 해석을 실시하여 잔류 응력을 산출하였지만, 본 실시 형태에 있어서는, 사전에 탄소성 해석을 실시하여, 그 결과를 데이터 베이스로써 갖고 있다.

이하, 이 데이터 베이스에 대해 설명한다.

먼저, 도 11 및 도 12 에 나타낸 각 노심내 계측장치통 (54) 에 대해 접합부에 열(소정의 변형) 을 가상적으로 부여하고, 그 때의 감도 해석 (탄성 해석) 을 실시하여, 열이 부여되었을 때에 발생되는 응력을 평가한다. 이 탄성 해석은, 소성 변형을 고려하지 않기 때문에, 간편하게 단시간에 실시할 수 있다.

다음으로, 탄성 해석 결과를 비교하여, 탄성 해석 결과가 근사하는 노심내 계측장치통을 그룹화시킨다. 이로써, 예를 들어 도 13 에 나타내는 바와 같이, 5 개의 그룹 I 내지 V 가 작성된다.

그리고, 각 그룹 I 내지 V 에 대해 대표적인 노심내 계측장치통을 하나 정하고, 그 노심내 계측장치통에 있어서 탄소성 해석을 실시하여 응력 분포를 산출하고, 이 응력 분포의 데이터를 각 그룹과 대응시켜 데이터 베이스에 격납시켜 둔다.

그리고, 실제 잔류 응력 산출시에는, 데이터 베이스로부터 평가 대상인 노심내 계측장치통이 속하는 그룹의 응력 분포를 취득하고, 이 응력 분포를 이용하여 건전성 평가를 실시한다.

이상, 설명해 온 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 복수 부위에 대해 탄성 해석을 실시하여, 근사한 탄성 해석 결과를 나타낸 부위를 그룹화시키고, 각 그룹에 대해 미리 탄소성 해석을 실시하여 응력 분포를 구해 두므로, 실제 응력 분포 산출시에는, 데이터 베이스로부터 정보를 취득하기만 하면 된다. 이로써, 용이하게 단시간에 응력 분포를 취득할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 노심내 계측장치통 (54) 을 예시하며 설명했는데, 데이터 베이스를 작성하는 부위에 대해서는 이 부위에 한정되지 않는다. 예를 들어, 동일한 구조체가 복수 존재하고, 이들 응력 분포가 부위 등에 따라 상이한 경우에 적용할 수 있다.

또한, 응력 분포 산출에 있어서, 응력 분포가 상세하게 구해지지 않는 경우가 있다. 이러한 경우에는, 응력 분포의 계산을 하지 않고, 용접 금속부의 응력값을 항복 응력 상당으로 간주하여 평가하는 것으로 해도 된다. 예를 들어, 도 14 에 나타내는 바와 같이, 용접부의 잔류 응력은, 용접부의 상부는 항복 응력 상당이지만, 하부에 대해서는 응력이 작아진다. 이와 같은 차이는 있지만, 이들 전체를 항복 응력으로 간주하여, 균열 진전을 평가한다. 여기서, 항복 응력은, 평가 구조물의 물성값에 의해 구한다.

이와 같이 평가 대상의 구조체의 응력 분포를 항복 응력 상당으로 함으로써, 응력 계산이 불필요해져, 시간을 대폭 단축시킬 수 있게 된다.

10 : 건전성 평가 시스템 11 : 응력 분포 산출부
12 : 균열 진전 예측부 13 : 건전성 보전부
14 : 응력 분포 데이터 베이스 15 : 보전 데이터 베이스

Claims

건전성의 평가 구조체의 잔류 응력의 응력 분포를 산출하고, 상기 응력 분포에 기초하여 균열이 발생하는 것으로 판단한 경우에, 산출된 응력 분포 및 특정된 균열 발생 지점을 출력하는 응력 분포 산출부와,
응력 분포 산출부로부터 출력된 응력 분포 및 특정된 균열 발생 지점의 정보에 기초하여, 상기 균열 발생 지점으로부터의 균열 진전 예측을 실시하여 예측 결과를 출력하는 균열 진전 예측부와,
균열 진전 예측 결과와 보전 대책이 대응된 데이터 베이스를 가지고, 상기 균열 진전 예측부로부터의 균열 진전 예측 결과에 대응되는 보전 대책을 상기 데이터 베이스로부터 판독하고, 판독된 보전 정보를 사용자에게 제시하는 건전성 보전부를 구비하는 원자력 발전 플랜트의 건전성 평가 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 응력 분포 산출부는, 동일한 구조체가 복수 존재하는 경우에, 각 구조체에 대해 미리 탄성 해석을 실시하여, 탄성 해석의 결과가 근사하는 것을 그룹화시켜 복수의 그룹을 작성하고, 각 상기 그룹에 있어서 상기 구조체의 탄소성 해석을 실시함으로써 응력 분포를 얻고, 상기 그룹과 응력 분포를 대응시켜 격납된 데이터 베이스를 가지고 있고,
상기 데이터 베이스로부터 건전성의 평가 구조체의 잔류 응력의 응력 분포를 취득하는 원자력 발전 플랜트의 건전성 평가 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 응력 분포 산출부는, 건전성의 평가 구조체의 잔류 응력을 항복 응력으로 간주하여 상기 잔류 응력의 응력 분포를 얻는 원자력 발전 플랜트의 건전성 평가 시스템.