주요 손상사례
원전 냉각계통 배관은 원전의 안전성과 매우 밀접한 관계가 있는 부품으로서 배관부에서 발생하는 마모, 침․부식, 수격 (Water Hammer), 유체가속부식 (Flow Accelerated Corrosion, FAC) 등에 의한 감육과 파단, 그리고, 응력부식균열 (Stress Corrosion Cracking, SCC)에 의해 발생된 균열 및 결함은 냉각재 누설 사고를 유발할 수 있다. 원전 1차측 냉각 계통 배관의 경우 냉각재 온도가 최고 327°C까지 가열되며, 운전압력은 약 152기압에 이르며, 고속으로 흐르는 냉각재가 유체유발 진동에 의한 마모를 유발하는 등 국내 원전을 비롯하여 미국, 일본 등에서 다양한 경년열화 손상이 보고되고 있다. 또한 고온에서 유속이 매우 빠른 환경에서는 탄소강의 부식이 가속되는 유동가속부식 현상이 나타나며 이는 2차계통 탄소강 배관과 중수로 피더관의 두께를 감소시킴으로서 배관의 건전성을 훼손하여 파열 또는 누설사고를 유발하고 있다.
국내의 경우 1996년 월성 1호기 급수 배관에서 31.5%의 두께 감육이 보고되었으며, 배관 감육의 대책으로 1999년 영광2호기 고압터빈 출구배관 교체 및 1999-2000년 고리 3,4호기, 영광 1,2호기 주급수관 직관부를 교체한 바 있음. 2004년의 경우 7월 영광 2호기 주증기배관 감육방지를 위해 교체한 스테인리스강 배관의 용접부에서 이종용접 불량에 의한 누설 사고가 발생하였다. 하기의 표는 국내 원전의 1차 및 2차계통 배관 및 용접부에서의 균열에 따른 누설 사고에 의해 원자로가 정지된 주요 사례이다.
원전
사고발생일자
고장계통
사고내용
고리 1호기
1986.05.08
1차
원자로냉각재펌프의 밀봉수유량 지시계 신호선 연결탭 용접부위에서 균열이 발생
고리 2호기
1989.01.02
2차
증기발생기 B의 hand hole에서의 누설
영광 2호기
1989.06.17
1차
원자로 냉각재유로 RTD 우회배관 차단밸브 누설
고리 2호기
1989.09.12
1차
원자로냉각재펌프 A의 제 1번 밀봉 유출수 유량 증가
월성 1호기
1990.08.11
2차
증기발생기 급수계통 유량계측기 감지관 균열
고리 2호기
1992.08.30
1차
원자로냉각재계통 LOOP 2 저항온도계측기 우회배관 차단밸브 누설
월성 1호기
1995.09.24
1차
1차 계통 금속재료시편감시계통 배수밸브 누설
월성 2호기
1998.02.10
1차
핵연료교환기 중수공급계통 필터#2 배기관 누설
월성 1호기
1998.03.24
1차
증기발생기 #3의 맨웨이 가스켓 내부누설 보수
고리 3호기
1998.11.20
2차
습분분리 재열기 배수관 파손
울진 1호기
1998.12.11
1차
냉각해수계통 배관 누수
울진 1호기
1999.06.26
2차
주급수펌프 정지
영광 2호기
1999.09.24
1차
화학 및 체적제어계통 배관 누설
월성 2호기
2001.03.07
1차
정화계통 누설
울진 4호기
2002.04.05
1차
정지 중 증기발생기 전열관 누설
월성 2호기
2004.06.18
1차
결함연료탐지계통 누설 보수
영광 2호기
2004.07.11
2차
고압터빈 후단 배관누설에 따른 출력감발 중 주급수계통 과도현상
영광 2호기
2004.07.11
2차
주증기계통 연결배관의 증기누설
월성 3호기
2006.04.04
1차
정지냉각계통 격리 밸브 누설
* 출처 : 한국원자력안전기술원 국내원전사고 보고서
일본의 경우 2004년 8월 미하마 원전 3호기에서 주급수 배관(직관부)의 감육에 의한 파단 사고가 발생하여 사망 4명, 의식불명 2명, 중경상 5명의 큰 사상자가 발생하였다. 파손부 두께를 측정한 결과, 최소 1.4mm으로 측정되어, 냉각수 유동에 의한 부식 등에 의해 두께가 얇아지는 감육에 의한 파단으로 인한 사고로 판명되었다. 이외에 쓰루가원전 1호기 4회, 하마오카원전 1호기 1회, 2호기 2회, 다카하마 원전 2호기 1회, 오이타 원전 1호기 1회 등 다수의 배관 감육 현상이 보고되었다. 미국의 경우 1985년 Trojan plant, 1986년 Surry Unit 2에서 예측치 못한 주급수 배관의 감육에 의한 파단 사고가 발생하여 4명이 사망하였으며, 이외에도 약 4000여건의 감육 손상 사례가 보고된 바 있다. 하기의 표는 1976년 이후 미국 원전에서의 대구경 탄소강 배관의 주요 감육 손상 사례이다.
Plant
Year
Description
Reference
Oconee 3
1976
Extraction line pinhole leak
NRC IN 82-22
Oconee 3
1980
Replace erosion/corrosion thinned elbow
NRC IN 82-22
Browns Ferry 1
1982
Failure of 8-inch discharge line on the MSR drain pump
INPO SER 41-82
Oconee 2
1983
Failure of a 3- to 10-inch expander down stream or a reheater drain tank
INPO SER 23-85
Calvert Cliffs 1
1984
Rupture of a 16-inch elbow in a branch line from a cold reheat steam line
INPO LER 88-84
Trojan
1985
Failure of 14-inch heater drain piping
NUREG 1344
Haddam Neck
1985
Pipe rupture downstream of a feedwater heater
INPO LER 305-85006
Hatch 2
1986
Rupture of a 20-inch to 16-inch reducer in an extraction steam line
INPO LER 366-86010
Surry 2
1986
Rupture of a 18inch main feedwater line
NUREG 1344
Trojan
1987
Failure of 14inch main feedwater line
NUREG 1344
Surry 2
1989
Failure of 16inch main feedwater line
NUREG 1344
Catawba
1991
Failure of 4inch main feedwater pipe
IN 92-07
Sequoyah
1994
Failure of 16inch condensate piping
IN 95-11
Surry 2
1996
Cavitation erosion of letdown line orifices
IN 98-45
Fort Calhoun
1997
Rupture of 12inch extraction steam piping
IN 97-84
* 출처 : 한국원자력안전기술원 보고서 번호 제2004-해외1호(040809F1)
아래 두 가지 그림은 세계 원전에서 FAC에 의해 발생한 사고들에 대한 주요 사례를 표시한 그림이다. 일본의 미하마 원전과 미국의 Trojan plant, Surry Unit 2에서 보여지듯이, 배관 감육에 의한 파단 사고는 단계적인 파손이 아닌 일시적인 파손 즉, 예측하지 못하는 파단사고가 발생하기 때문에 미처 대비하지 못하여 사망사고가 발생할 수 있다.
그림 1. FAC에 의한 원전 사고 주요 사례
그림 2. FAC 발생에 따른 배관 감육 손상사례