원자로 내부에서 발생하는 금속 파편이나 이물질의 존재 여부와 위치를 정확히 찾아내 원자력 발전소의 불필요한 가동 중단이나 예기치 않은 안전 사고를 예방할 수 있는 금속 파편 감시 시스템(LPMS;Loose Parts Monitoring System)이 순수 국내 기술로 개발됐다.
한국원자력연구소(소장 朴昌奎)은 12일 기계공학연구부 원자로계통의 구조건전성 통합 감시/진단 시스템 개발” 과제(과제책임자: 박진호)에서는 산업자원부의 지원을 받아 삼창기업㈜와 공동으로 지난 2002년부터 3년여에 걸쳐 원자력 발전소 가동 중에 원자로 내부에서 발생하는 이물질의 존재를 보다 정확하게 진단하고, 안전성 여부를 평가할 수 있는 지능형 금속 파편 감시 시스템(iLPMS)’을 개발하는데 성공했다.
이번에 개발된 시스템은 고주파용 아날로그 신호격리 증폭기를 국산화하고, 실시간 충격 신호 검출용 알고리즘이 내장된 고성능 다채널 디지털 신호처리 프로세서(sampling frequency 200 kHz/채널)와 선진국에서도 아직 실용화하지 못한 시간-주파수 동시 분석방법을 적용한 소프트웨어를 차례로 개발해냄으로써 완성이 됐다.
이 시스템을 적용하면 원자로 가동 중 불가피하게 발생하는 금속 파편이 1차 냉각 계통이나 증기 발생기 내부에 부딪치는 순간 발생하는 충격 에너지를 부착된 센서로 감지해낸 뒤 이물질의 진위 여부, 충격 발생 위치와 파편의 질량 등을 신속하고 정확하게 파악할 수 있다.
미국의 경우 1970년부터 1990년 사이에 가압 경수로형 원전의 노심 계통 및 증기 발생기 부위에서 70여건 이상 금속 파편이 발생한 것으로 보고됐고 우리나라 원전에서도 최근까지 수차례 금속 파편 발생 사례가 발생했다. 대부분의 파편은 원전의 안전성에 영향을 미치지 않지만 금속 파편에 의해 증기 발생기 전열관이 손상돼 냉각재가 누출되는 심각한 사고를 유발할 수도 있다.
우리나라의 경우 한국 표준형 원전(KSNP)에 금속 파편 감시 시스템이 장착돼 있지만 모두 외국 제품을 도입해 운영하고 있다. 기존의 이 시스템들은 파편 충격신호의 탐지와 신호 측정 및 저장이 주목적으로 세부적인 진단을 위한 분석 알고리즘이 없어 실제로 파편이 발생했는지 여부나 발생 위치 및 질량 예측을 엔지니어의 주관적인 판단에 의존하고 있는 상황이다.
때문에 엔지니어의 판단 착오로 파편 신호를 인지하지 못하는 경우 원전의 무리한 가동으로 안전사고를 야기할 수 있고, 반대로 파편의 영향을 과도하게 오판할 경우 불필요한 원전 가동 정지로 경제적 손실과 국민 불안을 초래할 수 있다.
이번에 개발된 지능형 금속 파편 감시 시스템은 한국원자력연구소 및 삼창기업(주)의 자체 실험을 통해 성능 및 정확성 검증을 마쳤으며, 현재 가동중인 기존 원전의 보수 시에 교체 장착은 물론 앞으로 지어질 한국 표준형 원전(KSNP)에도 채택될 전망이다. 캐나다에서 원전을 운영중인 온타리오 전력회사 및 동구권에서도 도입에 관심을 보이고 있어 해외 원전으로 수출 전망도 밝다.
이 시스템의 개발로 원자로 계통의 기기 제작 기술에 비해 상대적으로 대외 의존도가 높았던 원전 구조 건전성 감시 및 진단 장비의 국산화에 한발 더 다가서게 됐다. 이번 시스템 개발을 이끈 박진호 박사는 “원자력 발전소의 핵심기기 건강진단 장비라고 할 수 있는 iLPMS는 화력 및 수력 발전소는 물론, 배관이나 보일러가 들어가는 어떠한 플랜트 시스템이나 구조물에도 활용이 가능하다”고 밝혔다.
원자력(硏)지능형 감시 시스템 개발
