기계연­한중 공동… 세관 보수 레이저 용접기술 개발

◎원전 중기발생기 수명 2배로 늘린다/손상된 금속관 내벽 접합… 열교환성능 유지/기존 방법은 파손 부분 막아 열효율 떨어져

원자력발전소의 핵심시설중 하나인 증기발생기 세관의 수명을 2배로 늘려 줄 수 있는 획기적인 유지·보수 기술이 개발됐다.

한국기계연구원 자동화연구부 황경현 박사팀은 15일 한국중공업과 2년간의 공동연구 끝에 증기 발생기의 파손된 세관을 보수하는 레이저 용접식 슬리빙(Sleeving) 기술을 개발했다고 밝혔다.

증기발생기는 원자로에서 나온 열에너지를 증기로 변환시켜 터빈으로 보내는 역할을 하는 것으로 통상 발전소 1개당 2∼3기가 설치돼 있다.구조는 높이가 약 20m,직경 20㎜ 안팎의 금속관이 3천∼4천개씩 배열돼 있는 형태.

그러나 이 세관은 수명이 15년 정도인데다 양끝을 용접해 만들기 때문에 장기간 사용하면 부식작용으로 균열이 생겨 보수작업을 자주 하게 된다.지금까지 사용된 보수 방법은 파손된 세관을 막아버리는 것으로 국내 원전의 경우 전체 세관중 폐쇄된 비율을 표시하는 관막음율이 5%를 넘는 것도있는 실정이다.

그러나 이같은 튜브 플러깅(Tube Plugging) 방식은 관을 사용하지 못하기 때문에 열효율이 떨어지는 단점이 있다.

이에 반해 이번에 개발된 방법은 손상된 금속관 속에 그보다 직경이 작은 금속관을 집어넣고 양끝을 레이저를 이용해 기존 금속관의 내벽에 접합시킴으로써 열교환성능을 유지하는 획기적인 것이다.

연구팀은 2kW급 레이져에서 발진된 고출력의 레이저 빔을 약 100m 길이의 광섬유를 통해 용접 헤드로 전송하고 렌즈와 거울로 구성된 집광 광학계를 이용해 금속관의 내벽쪽으로 용융접합하는 방법으로 두 세관을 용접시켰다고 밝혔다.이 과정의 핵심 장비인 용접 헤드는 연구팀이 구조 설계와 제작,조립을 직접 수행한 것이다.연구팀은 또 용접 강도를 높이기 위해 용접 헤드가 나선상으로 회전하면서 2중∼3중의 용접을 할 수 있도록 회전 모터와 위치·속도 제어장치도 함께 개발했다.

황경현 박사는 『이 기술은 일본이 88년,미국이 92년부터 실용화해 기술이전을 기피하는 혁신적인 기술』이라면서 『이를 이용하면 현재의 증기발생기 수명을 30년 정도로 연장할 수 있다』고 말했다.

하지만 이번 기술의 국내 실용화는 작업 로봇 개발 등 후속 연구와 법제 정비 등이 이뤄진 다음에나 가능할 전망이다.<신연숙 기자>